【摘 要】本文介紹了利用觸摸屏、PLC和模擬量輸入輸出模塊實現(xiàn)蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，及使用PLC功能指令設(shè)計實現(xiàn)的基本原理，并給出了關(guān)鍵程序。系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，通過擴展可以實現(xiàn)對多個蔬菜大棚實現(xiàn)溫度的自動控制。

【關(guān)鍵詞】PLC 觸摸屏 溫度控制

近年來，農(nóng)業(yè)作為國家優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，增加農(nóng)民收入已成為我們國家的基本國策。因此，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化越來越受到各級政府的重視?；谧詣涌刂萍夹g(shù)的溫室大棚，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。

PLC作為現(xiàn)代自動控制關(guān)鍵技術(shù)之一，具有功能強、速度快、可靠性高的特點，已廣泛應(yīng)用在我國國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域中。塑料大棚首先是為了提高溫度，延長植物生長期，擴大植物的種植范圍。白天使植物光合作用旺盛，制造大量氧氣，晚上植物通過呼吸作用再釋放二氧化碳。促進(jìn)白天的光合作用。通過溫度傳感器采集溫度信息，利用PLC來控制冷、熱風(fēng)機進(jìn)而實現(xiàn)大棚內(nèi)的溫度自動控制。

一、系統(tǒng)硬件組成

1.系統(tǒng)框圖

為實現(xiàn)對大棚溫度的自動控制，構(gòu)建一個以PLC為核心的監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)由觸摸屏、PLC、模擬量輸入輸出模塊及溫度傳感器構(gòu)成。溫度傳感器采集溫室大棚內(nèi)的實時溫度，并通過模擬量輸入輸出模塊（A/D轉(zhuǎn)換器）將模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入PLC中進(jìn)行比較，PLC通過運算，根據(jù)比較結(jié)果驅(qū)動輸出繼電器完成對溫室大棚的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)；而觸摸屏實時顯示溫度傳感器采集的溫度、設(shè)定溫度的上下限值及冷、熱風(fēng)機的運行狀態(tài)、系統(tǒng)報警信息等實時狀態(tài)，并可以通過觸摸屏進(jìn)行溫度上下限值的實時設(shè)置。系統(tǒng)框圖如下圖。

圖1 系統(tǒng)框圖

2.系統(tǒng)硬件選擇及設(shè)計

整個系統(tǒng)電路的總控制環(huán)節(jié)可以采用安裝方便的空氣斷路器，冷、熱風(fēng)機采用三相異步交流電動機，并采用熱繼電器實現(xiàn)電動機的過載保護(hù)；溫度傳感器采用TS118，輸出4～20mA的電流模擬信號；A/D模塊則采用三菱的FXON-3A；觸摸屏選擇三菱公司生產(chǎn)的產(chǎn)品——F940GOT；控制核心PLC采用三菱的FX2N-48MR系列的PLC；指示燈顯示工作狀態(tài)。

系統(tǒng)控制電路設(shè)計如下圖。

圖2 PLC控制電路圖

3.PLC輸入輸出I/O分配

根據(jù)確定的輸入/輸出點數(shù)，開關(guān)量輸入點4個，分別為啟動按鈕SB1、停止按鈕SB2、電動機M1、M2過載保護(hù)FR1、FR2，對應(yīng)在輸入繼電器分別為X0～X1；開關(guān)量輸出點6個，分別為電動機M1、M2的控制接觸器，對應(yīng)的輸出繼電器為Y0、Y1，狀態(tài)指導(dǎo)燈HL1（低于18℃報警）、HL2（高于28℃報警）、HL3（正常狀態(tài)）、HL4（工作狀態(tài)指示），對應(yīng)的輸出繼電器為Y4～Y7。

模擬量輸入信號I1，用于溫度信號輸入；模擬量輸出信號A01，用于5V、10V信號輸出。

二、PLC功能指令的應(yīng)用

根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，可以將系統(tǒng)程序分為溫度檢測與轉(zhuǎn)換、溫度數(shù)值的變換、溫度數(shù)值的輸出比較和D/A轉(zhuǎn)換四部分。

1.溫度檢測與轉(zhuǎn)換程序設(shè)計

FX0N-3A的模擬通道1或通道2（8位A/D）輸入溫度傳感器檢測到的數(shù)據(jù)，通過轉(zhuǎn)換，PLC將傳感器傳送的數(shù)值存放到寄存器D200單元中，當(dāng)檢測并轉(zhuǎn)換的數(shù)值次數(shù)達(dá)到10次，取平均值，然后將這一平均值放于D110中。

其中，D114，用于存放溫度；D118用于計數(shù)（M132大于、M133等于、M134小于）；D110存入溫度平均值；D200為溫度的實時值。指令表如下：

LD M8002 MOV K0 D114

LD M133 MOV K0 D118

LD M8012 TO K0 K17 H0 K1

TO K0 K17 H2 K1 FROM K0 K0 D200

INC D118 ADD D114 D200 D114

CMP D118 K10 M132 AND M133

DIV D114 D118 D110

2.溫度數(shù)值的變換程序設(shè)計

溫度數(shù)值的變換可以根據(jù)如下公式進(jìn)行編程：

Ax=Nx×（Amax-Amin）÷M+Amin

式中，Ax：計算結(jié)果；

Nx：測量值（A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)）；

Amax：傳感器測量的最大值；

Amin：傳感器測量的最小值；

M：A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)值的最大數(shù)。指令表如下：

LD M8000 MUL D110 K11 D120

DIV D120 K25 D122 SUB D122 K40 D124

3.溫度數(shù)值的輸出比較程序設(shè)計

X0、X1及過載保護(hù)X2、X3構(gòu)成了本系統(tǒng)的控制程序。按下啟動按鈕SB1，M1自保持輸出；按下停止按鈕SB2或者電動機M1、M2過載，則M1停止輸出。

經(jīng)過數(shù)值轉(zhuǎn)換后的溫度值存放在D124中，與參考值K18、K28（18℃與28℃）比較，當(dāng)溫度小于18℃時，Y0和Y4輸出；當(dāng)溫度在18℃與28℃之間時，Y5輸出；當(dāng)溫度大于28℃時，Y1和Y6輸出。

指令表如下：

LD X0 OUT M0

LD MO OR M1

ANI X1 ANI X2

ANI X3 OUT M1

LD M1 CMP D124 K18 M100

CMP D124 K28 M103 LD M1

AND M102 OUT Y0

OUT Y4 LD M1

ANI M102 ANI M105

OUT Y5 LD M1

AND M105 OUT Y1

OUT Y6

4.D/A轉(zhuǎn)換程序設(shè)計

D/A轉(zhuǎn)換是將0～250的數(shù)值轉(zhuǎn)換成0～10V的電壓，是線性關(guān)系，所以需要輸出10V時，對應(yīng)的PLC內(nèi)的數(shù)據(jù)是250；需要輸出5V時，對應(yīng)PLC內(nèi)的數(shù)據(jù)是125。

指令表如下：

LD M1 ANI M102

ANI M105 MOV K125 D129

LD M1 AND M105

MOV K250 D129 LD M1

TO K0 K16 D129 K1

TO K0 K17 H4 K1

TO K0 K17 H0 K1

通過使用三菱FX系列PLC的MOV、CMP、ADD等功能指令，實現(xiàn)對溫度測量值的采集、比較、判斷、傳送，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)溫度的實時調(diào)控，并實現(xiàn)了簡化控制程序的目的。

三、觸摸屏的組態(tài)編程

1.觸摸屏的界面設(shè)計

觸摸屏界面主要設(shè)計了登錄、主操作、手動操作、監(jiān)控和報警顯示等界面。登錄界面要求操作員登錄前輸入密碼；主操作界面進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、手/自動切換等操作及實時溫度顯示等；監(jiān)控和故障顯示界面對設(shè)備的運行參數(shù)及故障狀況進(jìn)行實時顯示。

通過顯示畫面的設(shè)計，將可編程控制器的定時器、計數(shù)器、寄存器等元件的當(dāng)前值在畫面上顯示，同樣通過畫面制作，將系統(tǒng)及外圍信號的故障信息在觸摸屏上顯示。

2.地址設(shè)定與程序下裝

整個操作畫面設(shè)計完成后，通過電腦傳送到觸摸屏，這樣就可通過觸摸屏對系統(tǒng)進(jìn)行操作。為了實時監(jiān)控一些重要的數(shù)據(jù)，比如實時溫度、風(fēng)機狀態(tài)等，必須將溫度傳感器等設(shè)備所測得的數(shù)據(jù)通過通訊電纜輸送到PLC控制器上，使數(shù)據(jù)能夠在觸摸屏上得以顯示。由于我們選用的PLC也是日本三菱公司的產(chǎn)品，所以觸摸屏與PLC的地址設(shè)定是一致的，硬件上只需要用一根內(nèi)置協(xié)議驅(qū)動卡的電纜線連接二者的串行端口，就可以達(dá)到數(shù)據(jù)實時顯示的目的。

四、結(jié)束語

經(jīng)過實驗驗證，基于觸摸屏和PLC的溫度控制系統(tǒng)能夠滿足控制要求，實現(xiàn)對溫室大棚溫度的自動控制；同時，使用PLC功能指令，能夠有效地減少程序設(shè)計時間、提高系統(tǒng)運行和反應(yīng)速度，能夠有效地減少勞動者的勞動強度，提高勞動效率，降低能耗。

【參考文獻(xiàn)】

[1]白春雨，張亞靜，雷永富. 我國幾種溫室環(huán)境控制系統(tǒng)的架構(gòu)方案[J]. 農(nóng)村實用工程技術(shù)（溫室園藝），2005（05）.

[2]戴星，謝守勇，何炳輝，官平. 基于PLC的溫室控制系統(tǒng)的研究[J]. 農(nóng)機化研究，2007（01）.

[3]伊連云. PLC功能指令在農(nóng)村溫室溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用技巧[J]. 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2007（12）.