基于S7-300型PLC的智能大棚系统设计

2021-06-11段柯言

今日自动化 2021年1期

段柯言

[摘要]随着目前我国科技的迅速发展以及自动化水平的提高，智能大棚在农业种植中呈主要应用趋势。传统的农业大棚大多依靠人工控制，生产效率不高。因此设计了基于S7-300型PLC的智能大棚系统，该系统通过调节温度、湿度、光照强度等外部因素而改善农作物的生长环境，提高产量。本设计可以实现对不同作物的适宜生长环境的设置，应用方向广泛。

[关键词]PLC;智能大棚;温湿度;光照;S7-300

[中图分类号]S625;TP273 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）01–000–02

Design of Wechat Files Intelligent Greenhouse System Based on S7-300 PLC

Duan Ke-yan

[Abstract]With the rapid development of science and technology and the improvement of automation level in China， intelligent greenhouse is the main application trend in agricultural planting. Traditional agricultural greenhouses mostly rely on manual control， and the production efficiency is not high. Therefore， an intelligent greenhouse system based on S7-300 PLC is designed， which can improve the growth environment and yield of crops by adjusting the influence of external factors such as temperature， humidity and light intensity. This design can realize the setting of suitable growth environment for different crops， and has a wide range of applications.

[Keywords]PLC; intelligent greenhouse; temperature and humidity; lighting; S7-300

農业是我们国民经济的基础，我国作为第一农业大国，在社会历史发展的长河中农业占据着十分重要的地位，农业大棚的出现意味着我国由传统农业向现代农业转型。我国农业大棚起步较晚，在20世纪70年代才实现了大规模的发展，传统的农业大棚中对于温湿度、光照强度等参数的监控均需要人工进行控制，工作效率不高，且会产生一定的误差。PLC技术在温室大棚中可实现智能化、模块控制、大数据精确化处理，因此可选择利用PLC进行温室大棚系统设计。文章基于S7-300型PLC和MCGS组态技术对智能大棚系统环境参数进行调节、监测，从而为农作物提供合适的生长环境，提高农作物产量，节约人工成本。

1 智能大棚系统设计

本系统采用西门子S7-300型PLC为主要控制器，通过传感器检测环境信息并对检测得到的信息进行处理、转化，传送到PLC中，将实际环境参数与设置参数进行比对，反复控制执行元件使得实际参数接近设置参数，同时，利用MCGS组态软件实现人机交互。系统结构如图1所示。

1.1 硬件电路设计

PLC是在继电器控制和计算机技术的基础上，以微处理器为核心，集计算机技术、自动控制技术以及通讯技术于一体的新型工业控制装置。西门子S7-300系列PLC采用模块化结构，各个模块相互独立，性价比高，在工业控制领域应用广泛。

本系统采用的温度传感器为PT100温度传感器，型号为WZP-035，测量范围是-50～200 ℃，具有稳定性好、精度高等特点;湿度传感器型号为欧姆龙ES2-HB，测量范围是20%～95%;光照强度传感器型号为GY-302 BH1750，测量范围是1-65535lx，灵敏度高。其中，温度传感器和湿度传感器输出为模拟信号，需要通过PLC中模拟量输入模块将其转化为数字信号，光照强度传感器输出为数字信号，可直接通过数字量输入模块输入。根据智能大棚各检测模块功能需求，对I/O地址进行分配，如表1所示。根据地址分配表可知，PLC控制器的输入包括系统启动、停止按钮，各检测模块以及执行设备开关，输出包括加热器、冷却设备等执行设备的启动或停止，端子接口图如图2所示。

1.2 软件设计

本系统设计包括上位机的软件设计和下位机的软件设计。通过上位机MCGS实现人机交互，可对PLC系统进行控制从而调节大棚内各环境参数，同时也可以实时接收数据。系统设计界面主要包括3大部分：功能选择，实时环境参数显示和对环境参数的设置以及各个执行设备的工作情况，如图3所示。按下开始按钮后，系统开始运行，可对工作模式进行选择。若为手动操作，则需要对各个执行设备通过手操开关来进行控制。右侧的指示灯用来指示各执行设备的工作情况。界面设计完成后，还需要保证能够与PLC建立对应关系，这样，才能够在触摸屏上观看到监控情况。下位机软件设计主要是完成PLC程序设计，采用STEP7软件进行编程，控制流程图如图4所示，通过判断是否达到上下限来对各执行元件进行控制。

2 智能大棚系统的流程设计

当系统开始工作后，对所有设备进行初始化，监测一段时间后，读取温度、湿度、光照强度传感器数据，当大棚内温度低于设定的温度下限时，启动加热器，高于设定温度的上限时，启动冷却设备，降低环境温度;当大棚内湿度低于设定湿度的下限时，启动喷灌设备，高于设定湿度的上限时，启动通风设备，使得空气湿度降低;当大棚内光照强度低于设定的光照强度下限时，启动补光设备，光照增强，高于设定的光照强度上限时，启动遮光设备，光照减弱，若最终参数未稳定在给定范围内，则重复此过程。若参数稳定在给定范围内，则系统停止工作。

3 智能大棚系统调试和处理

3.1 软件设备调试和处理

由于直接在实际的系统中进行调试存在一定的风险，所以可利用S7-PLCSIM仿真软件对程序进行调试。在仿真过程中，通过对输入量进行控制，对程序运行状态进行监控，进而不断完善程序。

3.2 硬件设备调试和处理

由于硬件设备过多且线路复杂，可采用抽样检测的方法来对可编程控制系统进行硬件检测，选择某几个硬件系统为檢测目标，检测各个元件是否满足要求。比如将光照强度传感器输出的数据传送到PLC中，电路中可能存在漏电流等情况，使数据不能正常传送，为了防止出现这些问题，可在输入端并联一个电阻，避免了漏电流等情况发生对控制系统造成的影响，从而使得系统的硬件设备满足工业要求。

4 结论

本系统通过西门子S7-300型PLC与MCGS组态软件实现了对大棚中温湿度、光照强度环境参数的监测和控制，达到了智能养护的目的，有助于农作物生长。该系统适用于多种果蔬的种植，提高了农业自动化，具有良好的应用前景。

参考文献

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