温室湿帘-风机降温系统的PLC控制探讨.pdf

山西科技S H A N X I S C I E N C E A N D T E C H N O L O G Y 2 0 1 2年第 2 7卷第 5期 ●应 用技术 温室湿帘 一风机降温系统的 P L C控制探讨 李仁 杰 ，2 1 ． 山西经济管理干部学院， 山西太原 ， 0 3 0 0 2 4 ； 2 ． 太原理工大学 ， 山西太原， 0 3 0 0 2 4 摘要 根据 湿帘一 风机 降温 系统 的原理 与要 求 ， 利 用 P L C具体设计 了降温 系统设备的动作 ， 使 整个 系统更加 节能、 灵活 ， 很好地 实现 了无人监 管的环境 下， 温 室 自动警报 、 分时 间段 降 温的要求 。 关键词 温室降温； 湿帘一 风机降温系统； P L C控制系统； P L C温度控制； P L C模拟量控制 中图分类号 6 2 5 ． 5 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 6 4 2 9 2 0 1 2 0 5 0 0 9 7 0 3 1 温室湿帘一 风机 降温 系统简介 1 ． 1 湿帘简介 湿帘， 别名水帘， 呈蜂窝结构， 是由原纸加工生产而成。生产 流程大概为上浆、 烘干、 压制瓦楞、 定型、 上胶 、 固化、 切片、 修磨、 去味等。 在国内， 通常有波高 5 ， 7 ， 9 m m三种， 波纹为 6 0 o 3 0 。 交错对 置 、 4 5 。 x 4 5 。 交错对置。 优质湿帘采用新一代高分子材料与空间交联技术而成， 具 有高吸水、 高耐水、 抗霉变、 使用寿命长等优点。而且蒸发比表面 大 ， 降温效率达 8 0 ％以上， 不含表面活性剂， 自然吸水， 扩散速度 快， 效能持久。 一滴水 4 - 5 s 即可扩散完毕。 国际同行业标准自然 吸水为 6 0 ～ 7 0 mr r d 5 m i n 或 2 0 0 m m ／ 1 ． 5 h 。 优质湿帘还不含易使皮肤过敏的苯酚等化学物质 ，安装使 用时对人体无毒无害， 绿色、 安全、 节能、 环保、 经济。 1 ．2湿帘一 风机 降温 系统 1 湿帘一 风机降温系统原理。湿帘一 风机降温系统由湿帘、 大流量节能风机、 循环水系统和控制系统等组成。喷淋水 自上而 下流过湿帘纸， 在湿帘纸上形成水膜 ， 而波纹状的湿帘纸则为空 气和水提供了足够大的接触面积。湿帘是由设计成特殊角度的 纤维纸粘结而成的， 相邻两层湿帘纸波纹倾斜方向相反， 形成一 系列相互交错的通道 ， 增强了湿帘表面水膜和空气的传热介质。 湿帘通过高分子材料处理， 具有吸湿性强、 耐腐蚀 、 使用寿命长 和结构强度高的特点。 湿帘通过框架结构安装在温室一端的墙上，风机安装在另 一 端的墙上。风机向外排风 ， 在温室内形成负压 ， 迫使室外空气 通过湿帘进入室内， 水从上而下流经湿帘 ， 在湿帘表面与空气接 触， 依靠 自身蒸发吸收空气的湿热， 实现空气降温增湿目的。 收 稿 日期 2 0 1 2 0 8 1 5 作者简介 李仁杰， 男， 1 9 8 4年 出生， 太原理工大学在读工程硕 士 ， 0 3 0 0 2 4 ， 山西省太原市 2 湿帘一 风机降温系统的特点 ①高度吸水性； ②蒸发降温 效率强； ③强度高、 不变形； ④适合正 、 负压装置。 2 总体设计思路 为实现夏季温室作物生长需要，温室温度一般需保持在 3 O℃以下， 本设计就是通过湿帘降温方法 ， 利用 P L C控制实现 夏季温室自动降温，根据作物生长在不同时间段对温室温度的 不同要求， 使温室温度低于响应温度以下。 本设计以长 5 0 m、 宽 2 0 i n的温室 ， 选取西红柿作物作为研 究对象， 设计湿帘一 风机降温 P L C控制系统。 本温室预留工作间， 所以采用纵向通风预留工作间样式， 使 得温室结构美观 ， 湿帘采用内嵌式安装方法， 嵌于温室两侧接近 工作间处。风机安装于对应侧 以4 0 5 0 m为佳 ， 每 8 m安装 1 台风机， 每侧 3台风机。湿帘箱体数量与面积由 6台风机的总通 风量所定 ， 在此不过多 的论述。 系统的控制部分为本设计的重点 ，以下着重阐述控制系统 结构与所需硬件。 2 ． 1 系统结构 本设计是 以 P L C为系统 核心 ， 基于湿帘一 风机降温方法的控 制系统。系统包括三大部分 温度信号采集与转换部分， 控制处 理部分 ， 执行部分。该系统中配有温度传感器， 它能对温室的温 度信号及时接受并能随时传给 P L C控制系统， 设有报警装置 ， 能 随时发现温室温度异常现象， 并配有室内外温度显示设备， 随时 显示温室内外温度。 2 ． 2 西红柿 一天 2 4 h生长对温度 的要求 在农作物温室培养中， 温度是一个重要的控制参数， 农作物 2 4 h各个时段对温度要求是不一样的，这是作物本身的生理节 奏决定的。以西红柿为例进行介绍 ， 西红柿的生产在一天 2 4 h 内对温度上限的要求分为四个时问段 ， 分别为 6 0 o 一1 2 o 0 为 3 0℃， 1 2 o o 一 1 7 0 0为 2 0℃， l 7 0 2 1 0 o为 1 6℃， 2 1 0 6 0 0为 1 2℃。 2 ． 3系统硬件 - 97 山西科技S H A N X I S C I E N C E A N D T E C H N O L O G Y 2 0 1 2年第 2 7卷第 5期 对于该控制系统的硬件，温度采集与转换电路是系统的主要 部分， 通过该部分电路， 温度信号转变为了P c可识别的电信号。 1 温度传感器 P T 1 0 0铂热电阻。本系统的温度采集电路 选择桥路传感器，利用型号为 P T 1 0 0的铂热电阻将温度信号转 换为电压信号。其中， 一路检测室内温度， 另一路检测室外温度。 铂热电阻具有测量范围大、 精度高、 稳定性好 、 复现性高和 耐氧化等特点， 因此， 在中低温区得到了更广泛的应用， 还常被 用来作为 1 0 0 6 3 0℃范围的国际标准温度计。 由电桥电路计算可得电桥输出电压为 t - Bt 2 ／ [ 4 2 A t Bt ] 1 其中 A 3 ． 9 0 8 0 2 x l O ， B 一 5 ． 8 0 1 9 5 x 1 0 - 7 根据西红柿的生长曲线 ， 将 l 2℃和 3 0℃分别代入式 1 ， 可 得电桥电压输 出范 围是 0 ．0 1 1 7 ～ 0 ． 0 2 9 3 V 。 2 V ／ F 转换器 L M3 3 1 。wF 转换器是把输入的电压转换为 脉冲输出的一种电路。输出脉冲的频率能与输人的电压成线性 关系，并可通过测量其输出端的脉冲频率来间接测量输入的电 压值。它实际上也是一种 A ／ D转换器。 当温度信号通过桥式传感器转换为微弱的电压信号，再经 放大器放大以后 ，需要将此电压信号转换成 P L C可识别的频率 信号。本设计采用的V ／ F 转换器为 L M3 3 1 。 L M3 3 1为单片 v ／ F转换器 ， 电源电压范围较宽 4 ～ 2 0 V ； 输 出为集电极开路形式， 温度稳定性好； 功耗低 5 V电源供电时， 功 耗为 1 5 m w ； 体积小 标准8脚 D I P塑封 。 3 运算放大器 A D 6 2 0 。本设计的运算放大器采用美国 A D 公司生产的 A D 6 2 0仪用放大器 ，根据该产品的结构可知，后级 A 3的增益为 1 ， 通过调节 R 以灵活地选择放大倍数。 整体放大倍数 G l 2 c 1 其 中 ， R1 R 2 2 4 ． 7 k Q 由上文设计要求， 电桥电路输出电压信号需放大 3 0 0 倍 ， 所 以由式 2 可求得 R c Rl R 2 ， G - 1 2 4 ． 7 2 4 ． 7 ／ 3 0 0 ～ 1 0 ． 1 6 5 k n 因此 ，为满足设计要求 ， A D 6 2 0 运算放大器中 R 。 应调整到 0 ． 1 6 5 k n。 4 光电耦合器。光电耦合器也称为光电隔离器或光耦合 器 ， 简称光耦。这是一种以光为耦合媒介 ， 通过光信号的传递来 实现输入与输出问电隔离的器件，可在电路或系统之间传输电 信号，同时确保这些电路或系统彼此间的电绝缘。它属于一种 电一 光一 电转换器件。结构上将发光源和受光器组装在同一密闭 的壳体内， 彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端， 受光器的引脚为输出端。常见的发光源为发光二极管， 受光器为 光敏二极管、 光敏三极管等。 本系统设计采用工农业生产中普遍采用的型号为 R S 一 2 3 2 光电隔离器。 5 P L C的选择。由于日本三菱系列产品具有功能强大 、 可 98 靠灵活等特点， 从系统设计的整体性 、 一致性出发， 模拟量控制 精度高于欧姆龙系列产品与西门子相当，但价格低于西门子系 列产品。考虑到经济性、 功能性等各方面的原因， 本设计采用三 菱公司生产的 F X 2 N系列 P L C 。 3 湿帘一 风机降温 P L C控制 系统的设计 3 ． 1 温室湿帘一 风机降温 系统工作原理 温室湿帘一 风机降温系统工作原理为水循环系统湿润湿帘， 使水与湿帘充分接触，与此同时风机向室外抽风，室内形成负 压， 迫使湿帘外的未饱和空气穿透湿帘与其中水分接触， 使水份 蒸发带走大部分热量， 冷空气进入室内， 起到降温的效果。 3 -2 温 室湿 帘一 风机降温 系统控制要求 1 按下启动按钮 ， 系统开始工作； 按下停止按钮 ， 系统停止 工作。 2 系统工作过程中， 将经转换的室内外温度传感器采集的 温度信号送人 P L C数据寄存器中。 3 根据西红柿一天 2 4 h生长对温度上限的不同要求进行 分时间段温度比较， 当室内温度值高于设定温度值， 且设定温度 高于室外温度， 警报响起， 仅风机启动 ， 向温室内抽风降温。当室 内温度值高于设定温度值， 且设定温度低于室外温度值时 ， 警报 响起， 风机启动， 水泵启动， 水循环系统开始运行， 直至温度达到 设定值时， 水泵停止运行 ， 水循环系统停止运行， 风机继续启动 延时 后停止运行 。 4 通过外部开关切换 ， 可以观察室内温度和室外温度。 3 ．3湿帘一 风机降温 P L G控制 系统构成 图 湿帘一 风机降温 P L C控制系统构成如图 1 所示。其中， X 0 ， xl 为 P L C的高速计数端 口， 用来对温度信号准换后的频率信号 进行计数处理。 X 2 ， X 3 ， X 4 分别接启动按钮、 停止按钮、 室内外温 度显示切换按钮。Y 0 一 Y 3为锁存的四位七段显示数码管的接收 端， Y 4接报警装置， Y 5 ， Y 6 分别接继电器风机和水泵电机系统。 高速计数端 启动按钮 o ／ ．o 停止按钮 o ／ ，o 温度显示 o ／ ／ 0 切换按钮 图 1 湿帘一 风机降温 P L C控制系统构成图 3 ．4 程序流程 图 整个程序可分为时钟、 数据给定、 比较阶段和降温显示阶段。 4 结论 本设计包含了温室湿帘一 风机降温系统的设计计算和加入 P L C控制系统的设计，实现了温室湿帘一 风机系统降温的 自动 化。设计中的某些参数应视具体环境和农作物品种而定 ， 只要改 变设计中的参数， 即可符合要求。其特点总结如下 1 在设计 P L C控制系统硬件过程中， 加人了光电隔离器 ， 从而使输入输出信号有效隔离 ，保证了控制系统的稳定性和抗 李仁杰 温室湿帘 一风机降温系统的 P L C控制探讨 2 0 1 2 年第 2 7卷第 5期 干扰能力 。 2 在分析整个控制过程中， 加入了室外温度的检测与比较， 从而使控制系统根据室内、 室外、 设定温度的综合比较来控制降 温的具体措施， 而不是只以室内温度与设定温度为依据， 执行单 一 的降温方法， 使得整个控制系统更加节能、 灵活。 3 由P L C控制某些系统 ， 经常要测量各种模拟电压信号， 以往通常用电压传感器进行采样，由P L C的模拟量拓展模块进 行运算处理。电压传感器输出是模拟量， 在电磁骚扰较强的环境 中， 容易出现较大的测量误差 ； 同时， 由于占用模拟量模块宝贵 的输入点 模拟量拓展模块价格接近中、 小型 P L C的价格， 且输 入点极少 ， 使系统的性价比降低。当用电压／ j 顷 率传感器进行采 样 ， 进而用 P L C高速计数器计数 ， 能极好地解 决上述 问题 。 4 系统可以根据作物的生长需要 ， 一天 2 4 h可以分时间 段改变设定温度上限， 使温度实时符合该时间段作物所需。 5 为了更好地维护湿帘一 风机降温系统， 在 P L C控制系统 中加入了风机延时程序，实现了系统停止运行时，应先停止供 水， 保持风机运行至湿帘彻底晾干的技术要求。 参考 文献 王林基． 采用 P L C实现温室变温控制的设计[ J ] ． 产品与应 用 。 2 0 0 5 4 8 3 8 4 ． 张苑农． L M3 3 1及其应用 [ J ] ．十堰职业技术学院学报， 2 0 0 4 ， 1 7 2 7 6 7 7 ． 何书森． 实用数字电路原理与设计[ M] ． 福州 福建科学技术 出版 社 ． 2 0 0 2 3 4 3 7 ． 唐红． 光电耦合器及其应用[ J ] ． 贵阳学院学报 ， 2 0 0 6 ， 2 0 3 3 4 3 6 ． 冷彬． 光电耦合器原理及其应用[ J ] ． 瓦轴科技， 2 0 0 7 3 4 7 8 - 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