职业技术学院
题目
基PLC动浇灌系统设计
系名称
电气工程系
专业班级
机电班
学生姓名
学号
指导教师
摘
着数字化快速发展越越数字化信息化手段应领域中传统浇灌方式灌水量耗水量适时适量浇灌造成水资源极浪费国建设节约型社会发展战略极协调传统浇灌设备采继电器控制调试维护苦难灵敏度够高实现根外界环境变化控制浇灌编程控制器（PLC）具提高性增加灵活性适种环境条件运行等优点系统硬件组成变情况通更改软件设置适种运行方式需传统继电器控制理想代品
课题PLC核心外围温度湿度传感器必输入输出设备电路水泵等组成通相应传感器获取外界环境参数定逻辑运算控制水泵启动者停止进行动浇灌防止水泵频繁启停应控制逻辑决策时加入定简单控制策略系统够动模式手动模式间进行切换该系统够提高灌溉效率达节节水目时减轻浇灌员劳动负担科学浇灌验固化控制器中降低种植验求利提高生产效率
关键词：PLC温度湿度传感器水泵
目 录
第1章 绪 5
11 课题背景目 5
12 课题研究现状 5
121 国外研究现状 5
122 国发展现状 6
13 目意义 6
131 研究目 6
132 研究意义 7
第2章 系统器件选择设计 8
21 PLC选型 8
211PLC机型选择 8
212PLC容量选择 8
22电动机启动方式 9
221电动机启动方式选择 9
212电动机电气控制电路 10
223电动机PLC控制程序编写 10
23温度湿度传感器选型 11
231温度传感器选择 11
232湿度传感器选择 13
24模块选择 15
241模块认识 15
242 EM235配置 17
25系统需电源选择 18
第3章 系统软件设计 19
31常PLC程序设计方法 19
32温度监控程序设计 19
33湿度监控程序设计 22
结 26
参考文献 27
第1章 绪
11 课题背景目
国水资源短缺利率低水浪费严重供需矛盾突出传统灌溉设备单灌溉难度费时费力严重制约国社会济发展需合理灌溉发展动灌溉系统发展动灌溉系统缓解水资源紧缺矛盾节约劳动力扩灌溉面积实现两转变持续发展战略提高农业综合生产力具十分重意义合理灌溉农作物正常生长发育获高产重保证取良生理效应生态效应增产效果显著国外喷灌系统设备结构复杂成较高安装维护程复杂适合国国制造喷灌设备成相低廉绝数采普通继电器控制系统调试维护困难灵敏度够高实现定时定量喷灌产品市场占率低PLC具体积功强编程简单性高组装灵活等优点广泛应国防电力通讯等领域农业领域少应编程控制器(PLC)应节水灌溉控制工程设计中够简化硬件结构具提高性增加灵活性适种环境条件运行等优点系统硬件组成变情况通更改软件设置适应种运行方式需传统继电器控制理想代品尤农田水利系统型泵站中实现值半值守具广阔应前景价值
12 课题研究现状
121 国外研究现状
目前世界灌溉技术较先进国家西欧荷兰法国英国意利西班牙美国中东色列亚洲日等国家动灌溉研究起步早发展快综合环境技术水高技术先进国家动灌溉控制发展基础更断研究种新灌溉控制技术作物营养液配方营养液动混合技术步发展成灌溉专家系统时断先进控制技术应灌溉系统中世界灌溉技术发展具代表性国家首推色列色列拥耐特费姆普拉斯托美滋雷鸥等家世界著名灌溉公司已出现家罩利电脑灌溉程进行全部控制(线线)农场色列开发出系列农业动灌溉配套阀门电动水动遥控电磁阀减压阀调压阀安全止回阀逆止阀流量控制阀等
122 国发展现状
目前国现代动灌溉技术发展引进消化技术基础逐步认识接受1985年福建省龙溪区引进安装时达世界先进水美国整套微喷灌设备促进国微喷灌技术设备发展1991年国微灌面积已2万公顷20年里设备研制验积累等方面国微灌进步发展定基础年国家重视实际需力发展节水灌溉微灌国进入快速增长阶段设旎栽培灌溉技术十年国较快发展综合环境控制水低动灌溉施肥控制技术发展目前限引进吸收阶段目前国动灌溉系统相先进国家存差距：
1实现营养液动混合控制营养液混合停留施肥器完成液体肥水混合然通网送作物周围阶段
2动灌溉控制系统引进国外成套设备外国没成型产品生产中基工操作阀门设备
3灌溉停留单子调节实现环境子综合控制
4实现灌溉专家系统灌溉控制验进行离技术先进国家差距总现代灌溉开发技术方面国落国外先进国家根国现代灌溉现状需解决关键技术问题尤动控制系统技术国处研究开发阶段满足灌溉需
13 目意义
131 研究目
农业类社会古老行业行业基础类赖生存重行业农业根出路科技教育传统农业现代化农业转变粗放营集约营转变必须求农业科技发展进行次新农业技术革命农业工业交通等行业相然较落农业灌溉技术尤落灌溉系统动化水较低制约国高效农业发展原传统灌溉模式动化程度极低基属粗放工操作便定量操作中法进行效控制提高灌溉效率缩短劳动时间节约水资源必须发展节动溉控制技术
132 研究意义
现代智型控制器进行灌溉系统田间理效手段工具提高操作准确性利灌溉程科学理降低操作者身素质求减少劳动量更重准确定时定量高效作物动补充水分提高产量质量节水节
第2章 系统器件选择设计
21 PLC选型
211PLC机型选择
PLC机型选择基原满足功求保证维护方便前提力争佳性价选择时应考虑点
1） 合理结构形式：PLC整体式模块式两种结构形式
整体式PLCIO点均价格模块式便宜体积相较般系统工艺程较固定型控制系统中模块式PLC功拓展灵活方便IO点数足时需加入IO拓展模块现已开发许实模块模块选择余模块维修方便简单厂家提供维修服务类形式常较复杂控制系统
2） 安装方式选择：PLC安装方式分集中式远程IO式台联
网分布式
集中式安装需装配驱动远程IO硬件结构系统反应力强安装成低远程IO式适型系统安装系统部件装置分布广范围现场安装控制装置样连接短系统需额外装设驱动器远程IO电源台联网分布式应台设备技分独立控制互相联系起系统中方式必须通讯模块连接部分设备
3）功求：般型PLC实现运算定时计数等功需开关控制设备满足开关量带少量模拟量控制系统选中高档PLC中高档PLC价格较贵般规模程控制集散控制系统等场合
212PLC容量选择
PLC容量选择包括IO点数户存储容量选择两方面
1）根控制设备分析控象输入输出信号实际需加10~15余量确定需IO点数外注意般时接通输入点数超总输入点60PLC输出点分点式分组式隔离式种接法
2）存储容量选择：存储容量计算做精确粗略计算时留余量开关量控制系统中输入量总点数*10字点+输出量总点数*5字点估算计数器定时器（3~5）字粗略估算需进行运算处理时（5~10）字量粗略估算：模拟量控制系统中接口200字数量估算般估算容量基础加50~100余量
设计采德国西门子S7200PLCS7200PLC种型编程控制器适行业种场合中检测监测控制动化S7200系列强功独立运行中相连成网络皆实现复杂控制功S7200系列具极高性价S7200系列PLCCPU221CPU222CPU224CPU226等类型系统选S7200 CPU224S7200 CPU 224机集成14输入10输出24数字量IO点连接7扩展模块扩展168路数字量IO点35路模拟量IO 点13K字节程序数存储空间6独立30kHz高速计数器2路独立20kHz高速脉输出具PID控制器IO端子排容易整体拆卸具较强控制力控制器
22电动机启动方式
221电动机启动方式选择
水泵启动时电网击选YΔ起动方式启动水泵正常运行定子绕组三角形接法鼠笼式异步电动机说果起动时定子绕组接成星形起动完毕接成三角形降低起动电流减轻电网击样起动方式称星三角减压起动简称星三角起动（YΔ 起动）采星三角起动时起动电流原三角形接法直接起动时13果直接起动时起动电流6～7Ie 计星三角起动时起动电流2～23 倍说采星三角起动时起动转矩降原三角形接法直接起动时13适载者轻载起动场合减压起动器相较结构简单价格便宜外星三角起动方式优点负载较轻时电动机星形接法运行时额定转矩负载匹配样电动机效率提高节约电力消耗
212电动机电气控制电路
图21电动机电气控制电路
223电动机PLC控制程序编写
IO址分配
图22 IO址分配
程序图
图23 星三角降压启动程序图
23温度湿度传感器选型
231温度传感器选择
DS18B20原理特性：系统采DS18B20单总线编程温度传感器实现温度采集转换简化电路复杂度算法求首先介绍DS18B20块传感器特性功： DSl8B20脚特点DS18B20编程温度传感器3脚部结构四部分组成：64位读部存储器温度传感器温度限报警触发器THTL暂存器DS18B20外形脚排列图24示
图24 DS18B20外形脚排列图
图25 DS18B20部功模块
GND电源接线DQ数信号输入输出端通较弱拉电阻PLC相连VDD外接供电电源输入端范围3．O～55 VDS18B20部功模块25图示
DS18B20工作原理：DS18B20测温原理DS1820相分辨率温度值位数DS18B20 9位～12位DS18209位温度转换 时延时时间变750mSDS18B20测温原理图图26示然现高精度芯片采技术问题实际情况较难实现实际精度达高数值温度寄存器中数值基确定测温度
斜率累加器作减少误差够补偿修正测温程中误差修正计数器1预置值图中低温度系数振荡器晶振振荡频率受温度影响固够产生固定频率脉信号计数器1输入高温度系
数振荡器晶振振荡频率温度变化着明显改变产生脉信号计数器2输入预置计数器1温度寄存器基数值－55℃应时低温度系数振荡器晶振产生脉信号计数器1减法计数减0时温度寄存器中数值加1重新装入计数器1预置低温度系数晶振产生脉信号计数器1减法计数循环执行直计数器2数减0时停止温度寄存器值累加时温度寄存器数值现场测温度
DS18B20寄存器结构配置低五位直1TM测试模式位设置DS18B20工作模式测试模式出厂时改设置户改动R1R0设置分辨率
图26 DS18B20测温原理框图
232湿度传感器选择
湿度测量种方法湿度传感器工作原理置物质周围环境中吸收水分引起物质形态结构变化种变化某种等价方式获该物质吸水量周围空气湿度常电容式电阻式湿涨式湿敏元件分根置物质吸湿介电常数电阻率体积变化测量湿度面介绍HS1100（顶端接触）HS1101（侧面接触）湿度传感器特性应
1 特性
（1）需校准完全互换性（2）性高长期稳定性（3）响应时间快速（4）方便体积（5）够适线性电压频率两种输出电路（6）适宜流水线动插件制造动装配程等
相湿度范围0~100RH电容量变化16pF变200pF误差±25RH反应时间5S温度系数004pF℃见较高精度
2 工作原理
HS1100HS1101电容传感器电路图中电容器件电容着身特点：着空气中湿度改变电容量改变电容变化量等价转换够计算机识信号常方法该湿敏电容连接555振荡电路中555振荡电路连接图示电容值变化量转易计算机识成反电压频率信号HS1100HS1101湿度传感器相湿度中电容值电容值改变电路输出频率发生相应改变HS1100HS1101容值着相湿度增增输出频率成反输出频率变化着相湿度值变变频率降低图27出输出频率典型值
图27典型频率值（参考点：25℃相湿度：50输出频率：6728KHZ)
图28出HS1101典型频率输出555测量振荡电路集成定时器555未接电阻R4R2湿敏电容C构成C充电回路引脚26端相连引入片较器便成典型谐振荡器方波发生器外R3防止输出短路保护电阻R1衡温度系数
图28 HS1101典型555应电路
24模块选择
241模块认识
模拟量扩展模块扩展模块先序进行排序中模拟量根输入输出分排序模拟量数格式字长址必须偶数字节开始精度12位模拟量值032000数值输入格式： AIW[起始字节址] AIW0输出格式： AQW[起始字节址] AQW0 模拟量输入模块模块先序址固定序排例：：AIW0AIW2AIW4……AQW0AQW2……
模拟量扩展模块少占两通道第模块输出AQW0(EM235模拟量输出)第二模块模拟量输出址应AQW4开始寻址类推
模拟量输入模块通拨码开关设置测量方式（电流电压）模块开关设置应整模块模块设置种测量范围开关设置重新电生效输入端时设置种量程格式相输入量程分辨率
EM235常模拟量扩展模块实现4路模拟量输入1路模拟量输出功EM235模拟量扩展模块接线方法电压信号正负极直接接入X＋X－电流信号RXX＋短接接入电流输入信号＋端未连接传感器通道X＋X－短接
注意：避免模电压须M端信号负端连接未连接传感器通道短接模拟量输入PLC接收变动稳定值时原：供电隔离传感器电源两电源没彼连接产生高振动模电压影响模拟量输入值原二：模拟量输入模块接线太长绝缘解决方法：1连接传感器输入负端模块公M 端补偿种波动（注意：事前确定两电源间唯连接果外连接已存添加公连接时会产生余补偿电流）
出现模拟量输入PLC接收信号变化慢滤波器通降低滤波采样数取消模拟量滤波方式解决
EM235热电阻连接测量温度模块勉强容易带障模拟量输入模块前应进行输入校准实出厂前已进行输入校准果OFFSETGAIN电位器已重新调整需重新进行输入校准步骤：
A切断模块电源选择需输入范围
B接通CPU模块电源模块稳定15分钟
C变送器电压源电流源零值信号加输入端
D读取适输入通道CPU中测量值
E调节OFFSET（偏置）电位计直读数零需数字数值
F满刻度值信号接输入端子中读出送CPU值
G调节GAIN（增益）电位计直读数32000需数字数值
H必时重复偏置增益校准程
假设模拟量标准电信号A0—Am（：4—20mA）AD转换数值D0—Dm（：6400—32000）设模拟量标准电信号AAD转换相应数值D线性关系函数关系A＝f（D）表示数学方程：
A＝（D－D0）×（Am－A0）／（Dm－D0）＋A0
根该方程式方便根D值计算出A值该方程式逆变换出函数关系D＝f（A）表示数学方程：
D＝（A－A0）×（Dm－D0）／（Am－A0）＋D0
具体举实例S72004—20mA例AD转换数值6400—32000A0＝4Am＝20D0＝6400Dm＝32000代入公式出：
A＝（D－6400）×（20－4）／（32000－6400）＋4
假设该模拟量AIW0应AIW0值12800时相应模拟电信号6400×16／25600＋4＝8mA某温度传感器－10—60℃4—20mA相应T表示温度值AIW0PLC模拟量采样值根式直接代入出：T70×（AIW0－6400）／25600－10T 直接显示温度值
设计需测量温度湿度两路模拟量信号EM235三路模拟量输入路模拟量输出EM235模块够满足系统求
242 EM235配置
图29 EM235常技术参数
图210 EM235模块DIP开关设置
EM235模块DIP开关设置图210示开关1～6选择模拟量单双极性增益衰减性输入范围DIP开关SW6决定模拟量输入单双极性SW6ON时单极性输入SW6OFF双极性输入SW4SW5决定增益选择SW1SW2SW3决定衰减性选择表中ON接通OFF断开
25系统需电源选择
选电源PLC稳定工作前提电源似简单针系统求电源选择意果便选电源会造成系统供电崩溃果没选择PLC匹配供电电源导致出现种样问题
系统选西门子S7200PLC输入电压200V AC输出电压24V DCPLC部电源分：部——开关稳压电源供部电路数机型外提供DC24V稳压电源现场开关信号外部传感器供电西门子PLC种24V DC电源模块S7200PLC传感器系统选交流电动机驱动水泵系统应380V三相交流电源
第3章 系统软件设计
31常PLC程序设计方法
PLC程序设计常方法验设计法电路转换梯形图法逻辑设计法序控制设计法等
1验设计法：根前总结典型控制电路程序设计中象具体求典型程序进行新组合需反复调试修改现系统需梯形图时仅仅满足求需增加中间环节出符合求系统种方法没定规律遵循设计时间设计质量设计者验关系称验设 计法
2继电器控制电路转换梯形图法：PLC外部硬件接线梯形图软件实现继电器控制系统功
3序控制设计法：根功流程图步核心起始步开始步步设计直完成法关键画出功流程图
4 逻辑设计法：通中间量输入输出联系起实际找输出输入关系完成设计务
次设计采验设计法
32温度监控程序设计
设计温度处理需传感器采取电信号模拟输入模块转换数字量送入PLC假设物理量A5范围A0—Am实时物理量X标准电信号B0—Bm实时电信号YAD转换数值C0—Cm实时数值Z线性关系方程式
Y (BmB0)*(XA0)(AmA0)+B0
AD转换数值方程式表示
Z（CmC0）*(XA0)(AmA0)+C0
式出逆变换方程式
X (AmA0)*(ZC0)(CmC0)+A0
设计中温度传感器测量范围0～100℃标准电信号4～20mA输入信号数字量6400～32000温度设定值25℃应数字量转换公式9600逆变公式温度显示数值X100*（Z6400）25600环境变化量25℃设置温度等30℃时系统控制水泵浇灌
设计采PID闭环控制系统首先建立回路表初始化PID参数该系统控制程：启动时手动控制加热器环境温度达求值显示器显示实时温度然切换动方式I00控制手动动切换0代表手动1代表动工作手动方式程变量直接写入回路表中输出寄存器（VD108）中程序功PLC首次运行时利SM01调初始化子程序SBR0子程序SBR0功形成PID回路表建立5S定时中断开中断中断程序INT0功输入测量值送入回路表PID计算输出值输出控制水泵浇灌
图31温度监控程序梯形图
33湿度监控程序设计
设计中湿度传感器测量范围0100RH标准电信号4～20mA输入信号数字量6400～32000湿度设定值50RH应数字量转换公式19200逆变公式温度输出显示数值X100*（Z6400）25600环境变化量45RH设置温度等55RH等45RH时系统控制水泵浇灌
图32 湿度监控程序图
结
课题PLC核心外围温度湿度传感器必输入输出设备电路水泵等组成通相应传感器获取外界环境参数定逻辑运算控制水泵启动者停止进行动浇灌防止水泵频繁启停应控制逻辑决策时加入定简单控制策略系统够动模式手动模式间进行切换该系统够提高灌溉效率达节节水目时减轻浇灌员劳动负担科学浇灌验固化控制器中降低种植验求利提高生产效率
设计写作长期程需断进行精心修改断研究方面文献认真总结历久努力终完成毕业设计次毕业设计写作程中拥数难忘感动收获通次工作中学会许知识前学知识实际设计结合锻炼运基础知识解决实际问题力设计中成功运西门子S7200PLC设计机监控环境控制系统系统采PLC控制反应较迅速控制精度较高控制系统首先学会查阅参考资料通查阅资料解更基础知识丰富见解更加容易做完毕业设计
次毕业设计中学间互相帮助商量相关专业问题种交流面毕业说次意义历学起走聚起讨学研究专业问题进更解兴趣明确生理想进生活工作中更发挥优势学专业成社会
更感谢专业老师细心指导关怀够利完成毕业设计老师学生总默默付出时候没特重视设计写作没时完成老师务老师够动联系告诉应该样修改设计样求完成设计相关工作老师检查总仔细认真设计细格式求认真读学设计然提出中肯意见难
参考文献
[1] 桂音 邓洪伟电气控制PLC中国电力出版社 2010
[2] 王永华现代电气控制PLC应技术第2版北京航空航天学出版社2008
[3] 程子华PLC原理编程实例分析国防工业出版社2007
[4] 杨公源黄琦兰编程控制器应实践清华学出版社2007
[5] 李全利PLC运动控制技术应设计实践：西门子机械工业出版社 2010
[6] 常斗南李全利编程控制器原理工程应电子工业出版社 2006
[7] 李全利编程序控制器网络系统综合应技术机械工业出版社 2005
[8] 宋伯生PLC编程理算法技巧第2版机械工业出版社 2009
[9] 宋伯生PLC编程实指南机械工业出版社 2009
[10] 刘洪涛 黄海PLC应开发基础实践 电子工业出版社 2007
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职业技术学院
题目
基PLC动浇灌系统设计
系名称
电气工程系
专业班级
机电班
学生姓名
学号
指导教师
摘
着数字化快速发展越越数字化信息化手段应领域中传统浇灌方式灌水量耗水量适时适量浇灌造成水资源极浪费国建设节约型社会发展战略极协调传统浇灌设备采继电器控制调试维护苦难灵敏度够高实现根外界环境变化控制浇灌编程控制器（PLC）具提高性增加灵活性适种环境条件运行等优点系统硬件组成变情况通更改软件设置适种运行方式需传统继电器控制理想代品
课题PLC核心外围温度湿度传感器必输入输出设备电路水泵等组成通相应传感器获取外界环境参数定逻辑运算控制水泵启动者停止进行动浇灌防止水泵频繁启停应控制逻辑决策时加入定简单控制策略系统够动模式手动模式间进行切换该系统够提高灌溉效率达节节水目时减轻浇灌员劳动负担科学浇灌验固化控制器中降低种植验求利提高生产效率
关键词：PLC温度湿度传感器水泵
目 录
第1章 绪 5
11 课题背景目 5
12 课题研究现状 5
121 国外研究现状 5
122 国发展现状 6
13 目意义 6
131 研究目 6
132 研究意义 7
第2章 系统器件选择设计 8
21 PLC选型 8
211PLC机型选择 8
212PLC容量选择 8
22电动机启动方式 9
221电动机启动方式选择 9
212电动机电气控制电路 10
223电动机PLC控制程序编写 10
23温度湿度传感器选型 11
231温度传感器选择 11
232湿度传感器选择 13
24模块选择 15
241模块认识 15
242 EM235配置 17
25系统需电源选择 18
第3章 系统软件设计 19
31常PLC程序设计方法 19
32温度监控程序设计 19
33湿度监控程序设计 22
结 26
参考文献 27
第1章 绪
11 课题背景目
国水资源短缺利率低水浪费严重供需矛盾突出传统灌溉设备单灌溉难度费时费力严重制约国社会济发展需合理灌溉发展动灌溉系统发展动灌溉系统缓解水资源紧缺矛盾节约劳动力扩灌溉面积实现两转变持续发展战略提高农业综合生产力具十分重意义合理灌溉农作物正常生长发育获高产重保证取良生理效应生态效应增产效果显著国外喷灌系统设备结构复杂成较高安装维护程复杂适合国国制造喷灌设备成相低廉绝数采普通继电器控制系统调试维护困难灵敏度够高实现定时定量喷灌产品市场占率低PLC具体积功强编程简单性高组装灵活等优点广泛应国防电力通讯等领域农业领域少应编程控制器(PLC)应节水灌溉控制工程设计中够简化硬件结构具提高性增加灵活性适种环境条件运行等优点系统硬件组成变情况通更改软件设置适应种运行方式需传统继电器控制理想代品尤农田水利系统型泵站中实现值半值守具广阔应前景价值
12 课题研究现状
121 国外研究现状
目前世界灌溉技术较先进国家西欧荷兰法国英国意利西班牙美国中东色列亚洲日等国家动灌溉研究起步早发展快综合环境技术水高技术先进国家动灌溉控制发展基础更断研究种新灌溉控制技术作物营养液配方营养液动混合技术步发展成灌溉专家系统时断先进控制技术应灌溉系统中世界灌溉技术发展具代表性国家首推色列色列拥耐特费姆普拉斯托美滋雷鸥等家世界著名灌溉公司已出现家罩利电脑灌溉程进行全部控制(线线)农场色列开发出系列农业动灌溉配套阀门电动水动遥控电磁阀减压阀调压阀安全止回阀逆止阀流量控制阀等
122 国发展现状
目前国现代动灌溉技术发展引进消化技术基础逐步认识接受1985年福建省龙溪区引进安装时达世界先进水美国整套微喷灌设备促进国微喷灌技术设备发展1991年国微灌面积已2万公顷20年里设备研制验积累等方面国微灌进步发展定基础年国家重视实际需力发展节水灌溉微灌国进入快速增长阶段设旎栽培灌溉技术十年国较快发展综合环境控制水低动灌溉施肥控制技术发展目前限引进吸收阶段目前国动灌溉系统相先进国家存差距：
1实现营养液动混合控制营养液混合停留施肥器完成液体肥水混合然通网送作物周围阶段
2动灌溉控制系统引进国外成套设备外国没成型产品生产中基工操作阀门设备
3灌溉停留单子调节实现环境子综合控制
4实现灌溉专家系统灌溉控制验进行离技术先进国家差距总现代灌溉开发技术方面国落国外先进国家根国现代灌溉现状需解决关键技术问题尤动控制系统技术国处研究开发阶段满足灌溉需
13 目意义
131 研究目
农业类社会古老行业行业基础类赖生存重行业农业根出路科技教育传统农业现代化农业转变粗放营集约营转变必须求农业科技发展进行次新农业技术革命农业工业交通等行业相然较落农业灌溉技术尤落灌溉系统动化水较低制约国高效农业发展原传统灌溉模式动化程度极低基属粗放工操作便定量操作中法进行效控制提高灌溉效率缩短劳动时间节约水资源必须发展节动溉控制技术
132 研究意义
现代智型控制器进行灌溉系统田间理效手段工具提高操作准确性利灌溉程科学理降低操作者身素质求减少劳动量更重准确定时定量高效作物动补充水分提高产量质量节水节
第2章 系统器件选择设计
21 PLC选型
211PLC机型选择
PLC机型选择基原满足功求保证维护方便前提力争佳性价选择时应考虑点
1） 合理结构形式：PLC整体式模块式两种结构形式
整体式PLCIO点均价格模块式便宜体积相较般系统工艺程较固定型控制系统中模块式PLC功拓展灵活方便IO点数足时需加入IO拓展模块现已开发许实模块模块选择余模块维修方便简单厂家提供维修服务类形式常较复杂控制系统
2） 安装方式选择：PLC安装方式分集中式远程IO式台联
网分布式
集中式安装需装配驱动远程IO硬件结构系统反应力强安装成低远程IO式适型系统安装系统部件装置分布广范围现场安装控制装置样连接短系统需额外装设驱动器远程IO电源台联网分布式应台设备技分独立控制互相联系起系统中方式必须通讯模块连接部分设备
3）功求：般型PLC实现运算定时计数等功需开关控制设备满足开关量带少量模拟量控制系统选中高档PLC中高档PLC价格较贵般规模程控制集散控制系统等场合
212PLC容量选择
PLC容量选择包括IO点数户存储容量选择两方面
1）根控制设备分析控象输入输出信号实际需加10~15余量确定需IO点数外注意般时接通输入点数超总输入点60PLC输出点分点式分组式隔离式种接法
2）存储容量选择：存储容量计算做精确粗略计算时留余量开关量控制系统中输入量总点数*10字点+输出量总点数*5字点估算计数器定时器（3~5）字粗略估算需进行运算处理时（5~10）字量粗略估算：模拟量控制系统中接口200字数量估算般估算容量基础加50~100余量
设计采德国西门子S7200PLCS7200PLC种型编程控制器适行业种场合中检测监测控制动化S7200系列强功独立运行中相连成网络皆实现复杂控制功S7200系列具极高性价S7200系列PLCCPU221CPU222CPU224CPU226等类型系统选S7200 CPU224S7200 CPU 224机集成14输入10输出24数字量IO点连接7扩展模块扩展168路数字量IO点35路模拟量IO 点13K字节程序数存储空间6独立30kHz高速计数器2路独立20kHz高速脉输出具PID控制器IO端子排容易整体拆卸具较强控制力控制器
22电动机启动方式
221电动机启动方式选择
水泵启动时电网击选YΔ起动方式启动水泵正常运行定子绕组三角形接法鼠笼式异步电动机说果起动时定子绕组接成星形起动完毕接成三角形降低起动电流减轻电网击样起动方式称星三角减压起动简称星三角起动（YΔ 起动）采星三角起动时起动电流原三角形接法直接起动时13果直接起动时起动电流6～7Ie 计星三角起动时起动电流2～23 倍说采星三角起动时起动转矩降原三角形接法直接起动时13适载者轻载起动场合减压起动器相较结构简单价格便宜外星三角起动方式优点负载较轻时电动机星形接法运行时额定转矩负载匹配样电动机效率提高节约电力消耗
212电动机电气控制电路
图21电动机电气控制电路
223电动机PLC控制程序编写
IO址分配
图22 IO址分配
程序图
图23 星三角降压启动程序图
23温度湿度传感器选型
231温度传感器选择
DS18B20原理特性：系统采DS18B20单总线编程温度传感器实现温度采集转换简化电路复杂度算法求首先介绍DS18B20块传感器特性功： DSl8B20脚特点DS18B20编程温度传感器3脚部结构四部分组成：64位读部存储器温度传感器温度限报警触发器THTL暂存器DS18B20外形脚排列图24示
图24 DS18B20外形脚排列图
图25 DS18B20部功模块
GND电源接线DQ数信号输入输出端通较弱拉电阻PLC相连VDD外接供电电源输入端范围3．O～55 VDS18B20部功模块25图示
DS18B20工作原理：DS18B20测温原理DS1820相分辨率温度值位数DS18B20 9位～12位DS18209位温度转换 时延时时间变750mSDS18B20测温原理图图26示然现高精度芯片采技术问题实际情况较难实现实际精度达高数值温度寄存器中数值基确定测温度
斜率累加器作减少误差够补偿修正测温程中误差修正计数器1预置值图中低温度系数振荡器晶振振荡频率受温度影响固够产生固定频率脉信号计数器1输入高温度系
数振荡器晶振振荡频率温度变化着明显改变产生脉信号计数器2输入预置计数器1温度寄存器基数值－55℃应时低温度系数振荡器晶振产生脉信号计数器1减法计数减0时温度寄存器中数值加1重新装入计数器1预置低温度系数晶振产生脉信号计数器1减法计数循环执行直计数器2数减0时停止温度寄存器值累加时温度寄存器数值现场测温度
DS18B20寄存器结构配置低五位直1TM测试模式位设置DS18B20工作模式测试模式出厂时改设置户改动R1R0设置分辨率
图26 DS18B20测温原理框图
232湿度传感器选择
湿度测量种方法湿度传感器工作原理置物质周围环境中吸收水分引起物质形态结构变化种变化某种等价方式获该物质吸水量周围空气湿度常电容式电阻式湿涨式湿敏元件分根置物质吸湿介电常数电阻率体积变化测量湿度面介绍HS1100（顶端接触）HS1101（侧面接触）湿度传感器特性应
1 特性
（1）需校准完全互换性（2）性高长期稳定性（3）响应时间快速（4）方便体积（5）够适线性电压频率两种输出电路（6）适宜流水线动插件制造动装配程等
相湿度范围0~100RH电容量变化16pF变200pF误差±25RH反应时间5S温度系数004pF℃见较高精度
2 工作原理
HS1100HS1101电容传感器电路图中电容器件电容着身特点：着空气中湿度改变电容量改变电容变化量等价转换够计算机识信号常方法该湿敏电容连接555振荡电路中555振荡电路连接图示电容值变化量转易计算机识成反电压频率信号HS1100HS1101湿度传感器相湿度中电容值电容值改变电路输出频率发生相应改变HS1100HS1101容值着相湿度增增输出频率成反输出频率变化着相湿度值变变频率降低图27出输出频率典型值
图27典型频率值（参考点：25℃相湿度：50输出频率：6728KHZ)
图28出HS1101典型频率输出555测量振荡电路集成定时器555未接电阻R4R2湿敏电容C构成C充电回路引脚26端相连引入片较器便成典型谐振荡器方波发生器外R3防止输出短路保护电阻R1衡温度系数
图28 HS1101典型555应电路
24模块选择
241模块认识
模拟量扩展模块扩展模块先序进行排序中模拟量根输入输出分排序模拟量数格式字长址必须偶数字节开始精度12位模拟量值032000数值输入格式： AIW[起始字节址] AIW0输出格式： AQW[起始字节址] AQW0 模拟量输入模块模块先序址固定序排例：：AIW0AIW2AIW4……AQW0AQW2……
模拟量扩展模块少占两通道第模块输出AQW0(EM235模拟量输出)第二模块模拟量输出址应AQW4开始寻址类推
模拟量输入模块通拨码开关设置测量方式（电流电压）模块开关设置应整模块模块设置种测量范围开关设置重新电生效输入端时设置种量程格式相输入量程分辨率
EM235常模拟量扩展模块实现4路模拟量输入1路模拟量输出功EM235模拟量扩展模块接线方法电压信号正负极直接接入X＋X－电流信号RXX＋短接接入电流输入信号＋端未连接传感器通道X＋X－短接
注意：避免模电压须M端信号负端连接未连接传感器通道短接模拟量输入PLC接收变动稳定值时原：供电隔离传感器电源两电源没彼连接产生高振动模电压影响模拟量输入值原二：模拟量输入模块接线太长绝缘解决方法：1连接传感器输入负端模块公M 端补偿种波动（注意：事前确定两电源间唯连接果外连接已存添加公连接时会产生余补偿电流）
出现模拟量输入PLC接收信号变化慢滤波器通降低滤波采样数取消模拟量滤波方式解决
EM235热电阻连接测量温度模块勉强容易带障模拟量输入模块前应进行输入校准实出厂前已进行输入校准果OFFSETGAIN电位器已重新调整需重新进行输入校准步骤：
A切断模块电源选择需输入范围
B接通CPU模块电源模块稳定15分钟
C变送器电压源电流源零值信号加输入端
D读取适输入通道CPU中测量值
E调节OFFSET（偏置）电位计直读数零需数字数值
F满刻度值信号接输入端子中读出送CPU值
G调节GAIN（增益）电位计直读数32000需数字数值
H必时重复偏置增益校准程
假设模拟量标准电信号A0—Am（：4—20mA）AD转换数值D0—Dm（：6400—32000）设模拟量标准电信号AAD转换相应数值D线性关系函数关系A＝f（D）表示数学方程：
A＝（D－D0）×（Am－A0）／（Dm－D0）＋A0
根该方程式方便根D值计算出A值该方程式逆变换出函数关系D＝f（A）表示数学方程：
D＝（A－A0）×（Dm－D0）／（Am－A0）＋D0
具体举实例S72004—20mA例AD转换数值6400—32000A0＝4Am＝20D0＝6400Dm＝32000代入公式出：
A＝（D－6400）×（20－4）／（32000－6400）＋4
假设该模拟量AIW0应AIW0值12800时相应模拟电信号6400×16／25600＋4＝8mA某温度传感器－10—60℃4—20mA相应T表示温度值AIW0PLC模拟量采样值根式直接代入出：T70×（AIW0－6400）／25600－10T 直接显示温度值
设计需测量温度湿度两路模拟量信号EM235三路模拟量输入路模拟量输出EM235模块够满足系统求
242 EM235配置
图29 EM235常技术参数
图210 EM235模块DIP开关设置
EM235模块DIP开关设置图210示开关1～6选择模拟量单双极性增益衰减性输入范围DIP开关SW6决定模拟量输入单双极性SW6ON时单极性输入SW6OFF双极性输入SW4SW5决定增益选择SW1SW2SW3决定衰减性选择表中ON接通OFF断开
25系统需电源选择
选电源PLC稳定工作前提电源似简单针系统求电源选择意果便选电源会造成系统供电崩溃果没选择PLC匹配供电电源导致出现种样问题
系统选西门子S7200PLC输入电压200V AC输出电压24V DCPLC部电源分：部——开关稳压电源供部电路数机型外提供DC24V稳压电源现场开关信号外部传感器供电西门子PLC种24V DC电源模块S7200PLC传感器系统选交流电动机驱动水泵系统应380V三相交流电源
第3章 系统软件设计
31常PLC程序设计方法
PLC程序设计常方法验设计法电路转换梯形图法逻辑设计法序控制设计法等
1验设计法：根前总结典型控制电路程序设计中象具体求典型程序进行新组合需反复调试修改现系统需梯形图时仅仅满足求需增加中间环节出符合求系统种方法没定规律遵循设计时间设计质量设计者验关系称验设 计法
2继电器控制电路转换梯形图法：PLC外部硬件接线梯形图软件实现继电器控制系统功
3序控制设计法：根功流程图步核心起始步开始步步设计直完成法关键画出功流程图
4 逻辑设计法：通中间量输入输出联系起实际找输出输入关系完成设计务
次设计采验设计法
32温度监控程序设计
设计温度处理需传感器采取电信号模拟输入模块转换数字量送入PLC假设物理量A5范围A0—Am实时物理量X标准电信号B0—Bm实时电信号YAD转换数值C0—Cm实时数值Z线性关系方程式
Y (BmB0)*(XA0)(AmA0)+B0
AD转换数值方程式表示
Z（CmC0）*(XA0)(AmA0)+C0
式出逆变换方程式
X (AmA0)*(ZC0)(CmC0)+A0
设计中温度传感器测量范围0～100℃标准电信号4～20mA输入信号数字量6400～32000温度设定值25℃应数字量转换公式9600逆变公式温度显示数值X100*（Z6400）25600环境变化量25℃设置温度等30℃时系统控制水泵浇灌
设计采PID闭环控制系统首先建立回路表初始化PID参数该系统控制程：启动时手动控制加热器环境温度达求值显示器显示实时温度然切换动方式I00控制手动动切换0代表手动1代表动工作手动方式程变量直接写入回路表中输出寄存器（VD108）中程序功PLC首次运行时利SM01调初始化子程序SBR0子程序SBR0功形成PID回路表建立5S定时中断开中断中断程序INT0功输入测量值送入回路表PID计算输出值输出控制水泵浇灌
图31温度监控程序梯形图
33湿度监控程序设计
设计中湿度传感器测量范围0100RH标准电信号4～20mA输入信号数字量6400～32000湿度设定值50RH应数字量转换公式19200逆变公式温度输出显示数值X100*（Z6400）25600环境变化量45RH设置温度等55RH等45RH时系统控制水泵浇灌
图32 湿度监控程序图
结
课题PLC核心外围温度湿度传感器必输入输出设备电路水泵等组成通相应传感器获取外界环境参数定逻辑运算控制水泵启动者停止进行动浇灌防止水泵频繁启停应控制逻辑决策时加入定简单控制策略系统够动模式手动模式间进行切换该系统够提高灌溉效率达节节水目时减轻浇灌员劳动负担科学浇灌验固化控制器中降低种植验求利提高生产效率
设计写作长期程需断进行精心修改断研究方面文献认真总结历久努力终完成毕业设计次毕业设计写作程中拥数难忘感动收获通次工作中学会许知识前学知识实际设计结合锻炼运基础知识解决实际问题力设计中成功运西门子S7200PLC设计机监控环境控制系统系统采PLC控制反应较迅速控制精度较高控制系统首先学会查阅参考资料通查阅资料解更基础知识丰富见解更加容易做完毕业设计
次毕业设计中学间互相帮助商量相关专业问题种交流面毕业说次意义历学起走聚起讨学研究专业问题进更解兴趣明确生理想进生活工作中更发挥优势学专业成社会
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参考文献
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