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1、如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流温室大棚.【精品文档】第 21 页毕业设计说明书蔬菜大棚温湿度实时测控系统设计学生姓名： 苏庆庆 学号： 1102034221学 院： 机械与动力工程学院 专 业： 过程装备与控制工程 指导教师： 崔宝珍 2015年6月蔬菜大棚温湿度实时测控系统的设计摘要 温室大棚在现代农业得到了广泛应用。如何利用自动检测与自动控制系统有效的控制好温室大棚内的各种环境因子，以提高温室大棚环境的控制精度和效果，对我国温室业的发展有着不可估量的重要意义。本设计采用西门子S7-300系列可编程控制器来实现自动化控制的温室大棚。首先分析温湿度的控制要求，当温湿度超出设定值时，然
2、后采取措施调控，从而确定控制方案。随后进行了硬件选型，确定I/O地址的分配，最后用梯形图编写环境温湿度控制的程序，并着重对梯形图进行仿真调试，由PLC将其与设定值进行比较，再发出相应的指令驱动电机卷帘等设备运行或停止来调节室内的温度、湿度，从而达到智能化，自动化控制的目的。关键词：蔬菜大棚，PLC，温湿度控制，梯形图Design of real time measurement and controlling system for greenhouse temperature and humidity AbstractGreenhouse in modern agriculture has b
3、een widely used. How to use automatic detection and automatic control system of effective control of greenhouse trellis inside, in order to improve the environmental factor trellis environment control precision of the greenhouse effect and has become the greenhouse industry research in China at pres
4、ent. This design USES the Siemens s7-300 PLC to realize the automation control greenhouse trellis. Temperature, humidity environment factors in the process of plants plays an important role in detecting the environmental factor, when considering the accuracy, the reaction speed, convenient device co
5、nnected by such issues, will the temperature sensor,humidity sensors detect the indicators of environment, the sensor will test results by PLC sent PLC compare it with setting, then sends out the corresponding order-driven heating element, the fan, ventilation window, filling light equipment, sunsha
6、de shade equipment operation or stop to adjust indoor temperature, light, humidity, so as to achieve the purpose of intelligent, automation control.Keywords: Vegetables greenhouse，PLC system，Temperature and humidity control，Ladder目 录1 绪 论11.1 课题背景及研究意义11.2 国内外温室控制技术发展概况21.3 选题的目的和意义32 温湿度控制系统的整体设计方案
7、42.1 系统的设计任务42.2 PLC控制系统设计的基本原则和步骤42.3 控制系统核心部件的选择52.3.1 传感技术52.3.2 PLC52.3.3 上位机62.4 控制方案62.5 温湿度控制系统工作原理62.6 小结83 温湿度控制系统的硬件选型与设计93.1 PLC的选型93.1.1 I/O地址分配103.1.2 接线图113.2 传感器的选型133.2.1温度传感器134 软件系统的的研究及控制程序的仿真调试184.1 STEP7软件编程简介184.1.1 软件简介194.1.2软件运行214.1.3 主要功能块简介214.2 程序的仿真调试225 结论28参考文献29致 谢30
8、附录：程序梯形图311 绪 论如今塑料大棚、蔬菜大棚逐渐成为我国设施结构的主要结构类型。其能够充分利用阳光、减轻环境污染等特点。1997年我国的日光温室面积快速增加至16.7万公顷。农业联合部推广的新一代节能型的日光温室，可以节约大量的煤资源，每年没亩能节约燃煤约20吨1 。越来越先进的现代化温室大棚采用的覆盖材料也越来越先进，大棚技术越来越普及，随之，对大棚蔬菜的温湿度控制技术要求也越来越严格。1.1 课题背景及研究意义中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。现代化农业生产中的重要一
9、环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。例如：空气的温度、湿度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。在农业种植问题中，温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切相关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证，通过对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。大棚内的温度、湿度与二氧化碳含量等参数，直接关系到蔬菜和水果的生长。国外的温室设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准，但是价格非常昂贵，缺乏与我国气候特点相适应的测控软件。而当今大多数对大棚温度、湿度、二
10、氧化碳含量的检测与控制都采用人工管理，这样不可避免的有测控精度低、劳动强度大及由于测控不及时等弊端，容易造成不可弥补的损失，结果不但大大增加了成本，浪费了人力资源，而且很难达到预期的效果。因此，为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业的发展，必须大力发展农业设施与相应的农业工程，科学合理地调节大棚内温度、湿度以及二氧化碳的含量，使大棚内形成有利于蔬菜、水果生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质、高效益的重要环节。目前，随着蔬菜大棚的迅速增多，人们对其性能要求也越来越高，特别是为了提高生产效率，对大棚的自动化程度要求也越来越高。由于单片机及各种电子器件性价比的迅速提高，使
11、得这种要求变为可能。1.2 国内外温室控制技术发展概况温室是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造有利条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所。它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物。越来越先进的现代化温室大棚采用的覆盖材料也越来越先进。一些发达国家也发现了现代化温室大棚土地利用率高、便于机械化操作等优点也大力发展面积也不断增加。世界发达国家如荷兰、美国以色列等大力发展集约化的温室大棚产业，温室内温度、光照、水、气、肥实现了计算机调控，从品种选择、栽培管理到采收包装形成了一整套完整的规范化技术体系。此外，国外温室业正致力于向高科技方向发展
12、。遥测技术、网络技术、控制局域网已逐渐应用于温室的管理与控制中。控制要求能在远离温室的计算机控制室能完成，即远程控制。另外该网络还连接有几个通讯平台，用户可以在遥远的地方通过形象直观的图形化界面与这种分布式的控制系统对话，就像在现场操作一样，给人以身临其境之感。设施农业的发展为大棚实现大型现代化、温室的发展进程提供很好的机会，使其能够快速发展。但是到目前为止，有相当一部分的大棚、温室还要靠种植者的经验来完成，缺乏根本的科学性。这种管理方式缺乏量化的指标，精确度很差，仅仅能够被动的调节温度等，而不能主动的是大棚内的环境因子自动的改变，这就不能发挥大棚的高产特性。由此可知，大棚温度的自动控制对设施
13、农业甚至我国农业现代化的进程都有很大的影响。从国内外温室控制技术的发展状况来看，温室环境控制技术大致经历三个发展阶段：（1）手动控制：这是在温室大棚技术发展初期最早所采取的控制手段，其时并没有真正上控制系统及执行机构。生产现场的种植者既不仅是温室环境的传感器，还是对温室作物进行管理的执行机构，他们是该系统的控制技术的核心。通过对大棚温室内外的气候状况和对蔬菜生长情况的检测，并且凭借长年积累的经验和直觉推测及判断，手动调节温室大棚的环境。种植者采用手动控制方式，对于作物生长状况的反应是最直接有效、最迅速的，这符合传统农业的生产规律。但这种控制方式的劳动生产率不高，不适合农业现代化的要求，而且对种
14、植者的各方面要求较高。（2） 自动控制：这是大棚控制技术发展的另一阶段，这种控制系统需要种植者根据棚内作物生长所需环境的目标参数，计算机根据传感器的实际测输出值与事先设定的目标参数进行比较，以决定温室环境因子的控制过程，进一步完成各种加热、降温等，控制相应机构进行加热、降温和通风等动作。该温室控制技术实现了生产自动化，利于规模化生产，劳动生产率得到大大的提高。通过改变温室环境设定的初始值，可以自动地进行大棚温室内环境气候调节，但是这种控制方式对作物生长状况的改变难以及时做出及时反应，难以介入植物生长的内在规律。但是目前我国有相当一部分的自主开发的现代化温室以及引进的国外设备都运用该控制。（3）
15、智能化控制：这是大棚控制发展到目前为止为最高阶段，该技术建立在自动控制和生产实践的基础上，是总结和运用各种农业领域知识、技术和实验数据建成的专家系统，通过建立最适宜作物生长的数学模型，开发出一种适合个各种作物生长的专家控制技术。该技术是在手动、自动、自动化控制发展之后发展起来的，也会越来越先进，越来越完备。从1995年开始我国大型温室大棚面积迅速增加，截至目前已有约200公顷，截至到目前，我国对于该系统的研究技术还是比较落后，以基本的PID控制为主。它仅仅能够满足常见的温度系统，在一些复杂、时变情况下难以使用，基本都由有经验的工人现场来调试。目前，我国的设施农业土地利用率低、盲目引进温室、管理
16、技术水平低、劳动生产率低、能源浪费严重3 。但是随着科技发展和社会的全面进步，这些问题也会被逐渐解决，逐步向专业化发展，朝着自动化农业型发展，从而为社会大众提供更加丰富可口、安全、优质的绿色健康食品。1.3 选题的目的和意义大棚是蔬菜栽培生产中必不可少的设施之一，不同种类作物对温度及湿度等生长所需条件的要求也不尽相同，为它们提供一个更适宜其生长的封闭的、良好的生存环境，最终将会给我们带来巨大的经济效益。随着现代科技的发展，电子计算机已用于控制温室环境。该系统可自动控制浇水、降温。温室环境自动化控制系统在大型现代化温室的利用，是设施栽培高新技术的体现。本文将使用PLC与上位机结合对温度及湿度控制
17、的基本原理实例化，利用现有资源设计一个实时控制温室大棚温度、湿度等的控制系统。目的是通过这次毕业设计，让我们将课本知识与实践相结合，更加深刻的理解控制系统的运作模式及意义，也能够将所学知识和技能更多的运用于生活和工作中，学以致用。 2 温湿度控制系统的整体设计方案2.1 系统的设计任务植物温室大棚的作用是改变植物的生长因子，从而避免四季的气候变化和恶劣气候对植物生长的不良影响，为植物提供一个良好的生长环境，在温室大棚中，一般利用一些采光性较好和钢铁，还有遮阳性的材料作为主要结构材料。它可以培养不适应在该季节下生长的植物，对农作物的生长因子进行调节，促进植物的生长发育，防止病虫害，以达到增加产量
18、的目的。温室中的温度，光照，湿度，CO2浓度，土壤酸碱度等因素对植物的生长起着重要作用，本设计主要研究温室控制的主要对象是温度，湿度，应用温度传感器，湿度传感器对各环境因子进行检测。温度的调节主要通过卷帘，空调的动作进行解决，湿度则由风机和加湿机进行控制，现场装备了控制箱作为现场监控装置。2.2 PLC控制系统设计的基本原则和步骤 2.2.1 PLC控制系统设计的基本原则（1）充分发挥PLC功能，最大限度地满足被控对象的控制要求。（2）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。（3）保证控制系统安全可靠。（4）应考虑生产的发展和工艺的改进，在选择PLC的型号、IO点数和
19、存储器容量等内容时，应留有适当的余量，以利于系统的调整和扩充。 2.2.2 PLC控制系统设计的一般步骤 设计PLC应用系统时，首先是进行PLC应用系统的功能设计，即根据被控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。然后是进行PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出PLC控制系统的结构形式，控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。最后根据系统分析的结果，具体的确定PLC的机型和系统的具体配置。PLC控制系统设计可以按以下步骤进行：（1）熟悉被控对象，制定控制方案 分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象之间的配合，确定被控对象对 PLC控制系统的控制要求。（
20、2）确定IO设备 根据系统的控制要求，确定用户所需的输入(如按钮、行程开关、选择开关等)和输出设备(如接触器、继电器、信号指示灯等)由此确定PLC的IO点数。（3）选择PLC 选择时主要包括PLC机型、容量、IO模块、电源的选择。（4）分配PLC的IO地址，根据生产设备现场需要，确定控制按钮，选择开关、接触器、信号指示灯等各种输入输出设备的型号、规格、数量；根据所选的PLC的型号列出输入输出设备与PLC输入输出端子的对照表，以便绘制PLC外部IO接线图和编制程序。（5）设计软件及硬件进行PLC程序设计，用梯形图编写控制系统的的控制程序，并对其中的参数因子进行设定，最后通过PLC仿真软件对所编写
21、的程序进行仿真调试，如果条件允许，可在PLC实物进行调试。2.3 控制系统核心部件的选择2.3.1 传感技术电量一般是指物理学中的电学量，如电流、电阻、电容、电感等；非电量则是指除电量之外的一些参数，如压力、流量、质量、温度等4 。能实现非电量到于此相对应的电量转换的技术称为传感技术，其核心器件为传感器。2.3.2 PLCPLC（可编程序控制器）由CPU模块、I/O模块和编程器构成PLC。PLC的特殊功能由特殊模块完成。输入模块完成对信号的接收和输入，输出模块实现对继电器等执行装置的控制。PLC特点如下：编程方法简单易学、功能强、性能价格比高、硬件配套齐全，用户使用方便，适用性强，可靠性高，抗
22、干扰能力强，系统的设计、安装、调试工作量少，维修工作量小，维修方便，体积小，能耗低5。PLC的工作原理：PLC有两种基本的工作模式，即运行模式与停止模式。PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式，一次循环可以分为五个阶段：内部处理、通信服务、输入处理、程序执行和输出处理。 PLC一旦工作首先开始扫描，对输入信号进行集中采集，对输出信号进行集中刷新。每当刷新输入时，输入端口就关闭，在执行程序时，即使有新状态到达输入端，也不能被读入。下一扫描周期时才被读入。2.3.3 上位机计算机集散控制系统中有上位机的概念。在该控制系统中，计算机的级别是不一样的，下位机是与现场设备直接发生关系的计算机，控制下
23、位机或给下位机提出新任务的称为“上位机”。上位机是指可以直接发出操控命令的计算机，上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。下位机不时读取设备状态数据（一般为模拟量），转换成数字信号反馈给上位机。集散控制系统越复杂，计算机的级别就越多，这样的话可能还会有级别更高的计算机对上位机进行控制或者下达命令。2.4 控制方案植物的生长是在一定环境中进行的 ,在生长过程中受到环境中各种因素的影响 ,其中对植物生长影响最大的是温度、湿度和光照度。环境中昼夜的温度、湿度和光照度的变化大 ,对植物生长极为不利。现代温室有内外遮阳系统、加温系统、自然通风系统、湿帘风机降温
24、系统、补光系统、补气系统、环流风机、灌溉系统、施肥系统、自动控制系统等常用的环境系统，能够对植物的生长进行合理的控制 ,而如何才能合理地控制这些配套设备的运作和协同则需要有一套完善的硬、软件温室系统进行控制。因此 ,本系统就是利用PLC作为控制器，采用传感器对温室温度、温度等环境因素进行巡回测量，并将结果送到PLC中，由PLC对结果进行处理，然后调控各设备对环境因子进行补偿。2.5 温湿度控制系统工作原理系统由温度传感器，湿度传感器，PLC系统，加温设备，加湿设备，通风设备等几个部份组成。系统的工作原理如图2.1所示：温湿度设定值PLC系统温度控制装置（卷帘，空调）湿度控制装置（风机，加湿机）
25、温湿度传感器图2.1 温湿度控制系统的工作原理设定温湿度结束是否超出温湿度限定值PLC上电初始化大棚温湿度实测值报警系统温湿度调节系统是图2.2 程序流程图通过图2.1系统的工作原理图和图2.2程序流程图，该大棚蔬菜温室控制系统是利用PLC将温度传感器，湿度传感器采集的有关参数转换成数字信号，并且把采集的参数与已设定的值进行比较，再经过PLC的比较后，给出相应的的控制信号对执行机构进行控制。传感器把生物有关的环境因子（湿度，温度）参数转换成为电信号，其中温度传感器的输出电压对应一个温度，并且具有测量精度高，测量范围广，构造简单，价格低廉等特点，可以把-10100的温度转换成05V的电压，在湿度
26、传感器测量中可以将相对湿度0%100%的相对湿度转换成05V的电压信号。温室控制执行机构包括卷帘空调、风机等。如果温度，湿度超出设定值上下限值，PLC就会输出指令，控制动作相应的执行设备。相反，如果测量值在设定值范围内则发出指令停止相应的设备。2.6 小结 本章一开始介绍了大棚温度控制系统应该完成的任务，然后对系统所涉及的技术作了简单介绍，最后对PLC和系统的工作原理做了深入剖析。这项前续工作为后续章节系统硬件和软件上的设计奠定了基础。3 温湿度控制系统的硬件选型与设计系统硬件的选择对于系统的整个设计也是至关重要的，因为可供选择的设备的型号太多，选择的余地就会很大，所以选择硬件时应该慎重考虑温
27、室控制的实际情况以及需要完成的控制功能、控制方式、资金情况等。外遮阳卷帘、风机、空调、加湿机都是本系统必不可少的，当然传感器的选择对系统也至关重要。系统主电路图更加直观的介绍了系统所需的各种硬件及其连接方式。3.1 PLC的选型选择PLC 选择时主要包括PLC机型、容量、I/O模块、电源的选择。然后分配PLC的I/O地址，根据生产设备现场需要，确定控制按钮，选择开关、接触器、信号指示灯等各种输入输出设备的型号、规格、数量由此确定PLC的I/O点数；根据所选的PLC的型号列出输入输出设备与PLC输入输出端子的对照表，以便绘制PLC外部II/O接线图和编制程序。系统选用西门子公司的S7-300 P
28、LC实现集中监控。根据系统的I/O点数及控制要求并考虑留有一定的裕量，PLC由电源模块PS307CPU模块CPU313c-2DPI/O模块（1块模拟量输入SM 331)组成，具体硬件配置如下：（1）PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。6电源模块PS307：输入电压为220V AC，输出电压为24V DC，输出电流为5A，向其他PLC模块供电。（2）CPU模块，CPU是PLC的核心，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式
29、采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。与通用微机CPU一样，CPU在PC系统中的作用类似于人体的神经中枢。本次设计大棚温湿度控制系统中输入输出I/O点数由紧凑型PLC支持足以，并且由方案论证中可知PLC选择的是西门子公司的
30、S7-300系列，考虑到价格、存储、通信方式等，CPU型号选择为313C-2DP型。（3）I/O模块，PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、
31、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。PLC系统的输入信号包括大棚的温度及湿度信号电机启动停止信号。温湿度模拟量信号用模拟量输入模块SM 331来扩展。由输入点数以及考虑到10%-20%的冗余，扩展模块选择为模拟量输入模块 SM 331; AI 8 x 16 位；(6ES7 331-7NF10-0AB0)。3.1.1 I/O地址分配由系
32、统设计需要输入信号有启动、停止、急停、温度传感器、空气湿度传感器和卷帘上下限位行程开关等，由于传感器采集单个的数据有偶然性，所以温湿度传感器各采集三个数据求平均值，得出的数据比较准确；输出信号被控对象有卷帘电机、风机、空调、报警装置等，其I/O地址分配表如表3.1：表3.1 I/O地址分配表输入信号类型名称符号端子分配备注 数字量输入信号按钮SB1I0.0总启动按钮按钮SB2I0.1总停止按钮行程开关SQ1I0.2卷帘上限位开关行程开关SQ2I0.3卷帘下限位开关按钮SB3I0.4空调加热开关按钮SB4I0.5空调降温开关按钮SB5I0.6加湿机开关按钮SB6I0.7风机开关 模拟量输入信号传
33、感器L1PIW256温度传感器1传感器L2PIW257温度传感器2传感器L3PIW258温度传感器3传感器L4PIW259湿度传感器1传感器L5PIW260湿度传感器2传感器L6PIW261湿度传感器3输出信号类型名称符号端子分配备注 数字量输出信号继电器K1Q0.0卷帘电机正转继电器K2Q0.1卷帘电机反转继电器K3Q0.2风机启动继电器K4Q0.3加湿机启动继电器K5Q0.4空调加热启动继电器K6Q0.5空调降温启动指示灯HL1Q1.3高温报警指示灯HL2Q1.4低温报警指示灯HL3Q1.5湿度过低报警指示灯HL4Q1.6湿度过低报警3.1.2 接线图（1）由PLC地址分配列表可以得到CP
34、U接线方式，其接线图如图3.1所示：图3.1 CPU模块接线图（2） 温、湿度传感器与PLC扩展模块SM331的接口电路如图3.2所示：图3.2 模拟量模块接线3.2 传感器的选型本系统设计了对与作物生长发育有关的环境温度、土壤湿度等参数进行采集的功能，实现温室大棚内各种参数的数据采集任务，传感器负责对温室环境因子的采集，将采集信转换为0-5伏的电压信号，送入PLC，供PLC使用，而使用的各类传感器，分别介绍如下：3.2.1温度传感器温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。温度传感器的市场超过了其它的传感器。温度传感器主要四种类
35、型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器（RTD）和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟量输出和数字量输出两种类型。在温度传感器的选择上余地比较大，在此选用PH-QW 大气温度传感器,PH-QW大气温度传感器采用光刻铂电阻作为感应部件，感应部件位于杆头部，外有一层滤膜保护膜可配专用的防辐射罩，保护传感器免受太阳辐射和雨淋。技术指标：测量范围：-50+100分 辨 率：0.1准 确 度：0.2供电电源：2.5V（标配）、5V、12V、24V输出形式：a: 0-5VDC; b: 420mA; c: RS232/RS485网络通讯特点：精度高、低漂移、响应速度快、体积小、安装方便、性能稳定、使用寿命
36、长、抗干扰能力强3.2.2湿度传感器 湿度传感器选用PH-QS大气湿度传感器，可用来测量空气湿度，感应部件采用高分子薄膜湿敏电容，位于杆头部，这种具有感湿特性的电介质其介电常数随相对湿度而变化。技术参数如下测量范围：0100%RH输出范围：0100%RH 05VDC分 辨 率：0.1%RH准 确 度：3%RH（T0） 5%（T0）稳 定 性：1%RH/年供电电源：DC5V、DC12V、DC24V可选输出形式：（1）电流：4-20mA（2）电压: 0-5VDC；（3）RS232/RS485网络通讯； （4）TTL电平：频率和脉宽两种。工作环境：温度-40503.3 低压控制器件选型（1）按钮，L
37、A 25系列控制按钮采用积木式结构、插接式连接，可以自由组合常开、常闭触头的对数，。LA25系列控制按钮是目前国内规格品种最齐的一种控制按钮系列。 本系统需两种不同按钮：启动、停止和急停按钮。按各自功能选择不同型号，启动为LA25-20/12，有两对常开触头，为绿色圆形按钮。停止为LA25-02/11，有两对常闭触头，为红色圆形按钮。（2）行程开关，JLXKl系列行程开关有单轮防护式、双轮防护式、直动防护式和直动滚轮防护式。触头数量为1常开和1常闭。交流接通电流5A。（3）热继电器，选择热继电器主要用于电动机的过载保护，因此必须了解电动机的工作环境、起动情况、负载性质、工作制及允许的过载能力。
38、应使热继电器的安秒特性位于电动机的过载特性之下，并尽可能接近，以便充分发挥电动机的过载能力，同时对电动机短时过载和起动瞬间不受影响。热继电器的选择与所保护电动机的工作制度密切相关，现分述如下： 为保证热继电器在电动机起动过程中不产生误动作。选取热继电器在6IN下动作时间的0.50.7可返回时间的热继电器。6IN下动作时间可在热继电器安秒特性上查获。热继电器整定电流范围的中间值为电动机的额定电流。使用时，应将热继电器整定电流旋钮调至该额定值，否则起不到保护作用。电动机断相保护时热继电器的选择。选用何种热继电器作电动机断相保护是与电动机定子绕组的接线形式直接有关。反复短时工作制时： 热继电器用于反
39、复短时工作制的电动机时应首先考虑热继电器的允许操作频率。当电动机起动电流为6 IN、起动时间为1s、电动机满载工作、通电持续率为60时，每小时允许操作次数最高不超过40次。对于正反转密集通断工作的电动机，不宜采用热继电器保护，可选用埋人电动机绕组的温度继电器或热敏电阻来保护。 3UA5、6系列热继电器3UA5、6系列热继电器适用于交流电压至660V、电流从01A至630A的电路中，用作三相交流电动机的过载保护和断相保护。它是引进德国西门子公司的技术生产的。其热元件的整定电流各号之间重复交叉，便于选用。3UA5、6系列热继电器的三相主双金属片共用一个动作机构，动作指示和电流调节机构位于双金属片的
40、上部，呈立体式结构。除断开试验按钮外还有动作灵活性检查机构。热继电器有一常开、一常闭触头。（4）接触器：接触器使用广泛，但随使用场合及控制对象不同，接触器的操作条件与工作繁重程度也不同。因此，必须对控制对象的工作情况以及接触器性能有一较全面的了解，才能作出正确的选择，保证接触器可靠运行并充分发挥其技术经济效果。为此，应根据以下原则选用接触器。根据主触头接通或分断电路的电流性质来选择直流还是交流接触器。接触器所控制负载的工作任务来选择相应使用类别的接触器。如负载为一般任务则选用AC-3使用类别；负载为重任务时选用AC-4使用类别。根据负载的功率和操作情况来确定接触器主触头的电流等级。当接触器的使
41、用类别与所控制负载的工作任务相对应时，一般应使接触器主触头的电流额定值与所控制负载的电流值相当，或稍大一些。若不对应，如用AC-3类的接触器控制AC-3与AC-4混合类负载时，则应降低电流等级使用。3TB系列空气电磁式交流接触器该系列接触器是从德国西门子公司引进专有制造技术而生产的产品，适用于交流50Hz或60Hz，其中3TB403TB44额定工作电流为932A，额定绝缘电压至660V；3TB463TB58型额定工作电流为80630A，额定绝缘电压为750-1000V。接触器动作机构灵活，手动检查方便，结构设计紧凑。接线端处都有端子盖覆罩，可确保使用安全。通过对低压气器件的分析与选型，最终的选
42、型结果如表3.2所示：表3.2 低压器件选型表名称符号型号PLCCPUS7-313C-2DP按钮(启动)SBLA25-20/12按钮（停止）SBLA25-02/11信号灯(绿)HLXB2BVB3LC信号灯(红)HLXB2BVB4LC接触器KM3TB 47170A中间继电器KJZ14-62J热继电器FR3UA5行程开关SQJLXK14 软件系统的的研究及控制程序的仿真调试4.1 STEP7软件编程简介西门子STEP7是用于SIMATIC S7-300/400站创建可编程逻辑控制程序的标准软件使用梯形图逻辑、功能块图和语句表进行编程操作。PCD1 和 PCD2 Saia-PCD 控制设备也可以用
43、Siemens Step7 来编程。使用Step7编程可以在Saia PCD上实现某些集成在Step7内的功能.不只是兼容西门子STEP7具有以下功能：硬件配置和参数设置、通信组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断功能等。STEP 7用SIMATIC管理器对项目进行集中管理，它可以方便地浏览SIMATIC S7、M7、C7和WinAC的数据。实现STEP 7各种功能所需的SIMATIC软件工具都集成在STEP 7中。软件界面如图所示图4.1 step7软件界面图4.1.1 软件简介（1）STEP7的窗口组件STEP7-Micro/WIN编程软件主界面由浏览条、指令树、菜单栏、工具条
44、、局部变量表、状态栏、输出窗口、程序编辑区等部分组成。（2） STEP7-Micro/WIN窗口界面功能介绍浏览条浏览条为编程提供按钮控制，可以实现窗口的快捷切换；指令树指令树以属性结构提供变成使用到的所有快捷操作指令和PLC指令，它由项目分支和指令分支组成；菜单栏V4.0 STEP7-Micro/WIN有8个主菜单：文件、编辑、查看、PLC、调试、工具、窗口、帮助，这些菜单允许使用鼠标或对应热键进行操作；工具条工具条为最常用的STEP7-Micro/WIN操作提供了便利的鼠标操作访问，常用工具条分为标准工具条、调试工具条、公用工具条和LAD指令工具条；局部变量表每个程序块对应一个局部变量表，
45、局部变量表用来定义局部变量，局部变量只在建立局部变量的POU中才有效；状态栏又称任务栏，它提供了在STEP7-Micro/WIN中操作时的操作状态信息。输出窗口输出窗口用来显示STEP7-Micro/WIN程序编译的结果，如编译结果是否有错误、错误编码和位置等；程序编译区用户可以在程序编译区使用梯形图、助记符或功能块图进行程序的编写。STEP 7的标准版只配置了3种基本的编程语言，梯形图（LAD）、功能块图（FDB）和语句表（STL），有鼠标拖放、复制和粘贴功能。语句表是一种文本编程语言，使用户能节省输入时间和存储区域，并且“更接近硬件”。STEP 7专业版的编程语言包括S7-SCL（结构化控
46、制语言）、S7-GRAPH（顺序功能图语言）、S7 HiGraph和CFC，这四种语言对于标准版是可选的。STEP 7用符号表编辑器工具管理所有的全局变量，用于定义符号名称、数据类型和全局变量的注释。使用这一工具生成的符号表可供所有应用程序使用，所有工具自动识别系统参数的变化。测试功能和服务功能包括设置断点、强制输入和输出、重新布线、显示交叉参考表、状态功能、直接下载和调试块、同时监测几个块的状态等。程序中的特殊点可以通过输入符号名或地址快速查找STEP 7的帮助功能：选定要得到的在线帮助的菜单目录，或打开对话框，按F1键便可得到与它们有关的在线帮助。执行菜单命令“Help”“Contents”进入帮助窗口，借助目录浏览器寻找需要的帮助主题，窗口中的检索部分提供了按字母顺序排列的主题关键词，可以查找与某一关键词有关的帮助。（3） S7-3