摘 要
温室技术具有合理利用农业资源、保护生态环境、提高农产品产量及在国际市场竞争力等优势，已成为当前国际前沿性研究领域。如何利用自动控制系统有效地提高温室环境控制水平和现代化管理程度，是温室技术研究的重要课题之一。随着过程控制技术、通讯技术、自动检测技术及计算机技术的发展，将工业上较为成熟的、先进的控制方法和管理手段引入到农业的生产设施中，实施有效的温室环境控制，已成为现阶段温室技术的主要研究方向。
本文论述了温室环境的控制原理，分析了温度、湿度对温室内作物的影响，并在此基础上提出了智能化温室环境控制系统的总体方案，设计了系统的主电路图，随之基于PLC可编程控制器的控制系统，通过西门子S7-226 PLC编程软件MircoWin/Step7软件进行程序编写，使用组态王进行了仿真，最终达到满足温室控制的要求。

关键词：温室；可编程控制器；组态王

目录
摘 要 2
目录 3
1 概 述 4
1.1选题的意义与目的 4
1.2研究现状 4
2 总体设计 6
2.1 设计要求 6
2.2 方案设计 6
3 硬件设计 8
3.1 PLC的选型 8
3.2 主电路设计 8
3.3 控制电路图 10
3.4 PLC输入和输出分配表 12
3.7 PLC输入和输出接线图 13
4 软件设计 17
4.1 控制程序流程图 17
4.2 PLC内部使用地址表 18
4.3 PLC梯形图程序 20
4.4 语句表程序 57
5 组态设计 78
5.1 通信设定 78
5.2 组态王变量连接 79
5.3 组态画面 80
5.4 运行 83
结束语 86
参考文献 87
致 谢 88

1 概 述
1.1选题的意义与目的
温室环境控制是一项综合性工程，它是当代农业生物学、环境工程、自动控制、计算机网络、管理科学等多种技术的综合应用，旨在为作物创造最佳生长条件，避免外界四季变化和恶劣气候的影响，以达到调节产期，促进生长发育，防治病虫害及提高农作物质量、产量、产值等目的。
研究开发并推广使用性能优越、运行可靠的温室智能控制系统将是温室生产走向产业化和效农业化的必由之路，而温室内环境因子（温度、湿度、光照度、CO2浓度等）的综合自动控制是实现温室种植物高产、优质、高效的关键。在农业发达的国家，其现代温室已基本实现了自动化控制，但这些温室产品的成本相对较高，如加拿大ARGUS公司，每套温室控制器的价格在十万元左右；以色列国家农业中心的一片玻璃试验温室，每间的造价高达上百万美元。另外，由于气候条件不同，地理环境差异以及种植农作物的不同，在客观上限制了国外温室产品在我国的运用。国内已有的一些温室存在技术水平发展缓慢，管理体系落后等缺点，不能满足现代农业和温室自动化控制发展的要求。因此，研究开发出适合我国国情、具有独立知识产权、高效率、低成本运行的温室控制系统显得尤为重要。
1.2研究现状
国外温室控制研究起步较早，可追溯到20世纪40年代，早在1949年，美国加利福尼亚州的植物实验室创建了世界上第一个完全由人工控制环境条件的人工气候室，并在此基础上开展了包括农作物在内的多种植物对自然环境的适应性和抗御能力的基础性研究。1953年，日本在三岛国立遗传研究所建成了用于科研的大型模拟温室，同年，荷兰建成了当时世界上规模最大的人工日光温室。70年代中期，随着计算机技术的发展，荷兰、美国、日本和意大利等国相继采用微型计算机进行温室环境的监控，并对其应用于农业生产进行了多方面的有益尝试。80年代起，数字式单元组合仪表的兴起，取代了原有的模拟式仪表，进行现场环境的数据采集、指示、记录和控制。目前，在温室控制技术方面，美国、荷兰、以色列和日本等国较为先进，可以根据温室作物的要求和特点，对温室内光照、温度、湿度、CO2等诸多因子进行自动调控。在综合控制成本和效益、环境参数优化、节能节水技术及温室配套设备的研制等方面均取得了长足的进步，并带动了温室配套产业的发展。例如，在自然条件相当恶劣的以色列，节水灌溉技术大力发展并达到国际先进水平，该国每年投入8000多万美元（约占农业生产总值的3%）用于开展综合配套的协作攻关，创办示范基地，推广综合配套技术，诸多新技术在农业生产中的运用不仅极大的提高了劳动生产力，而且衍生出诸如温室、滴灌、育苗、栽培管理、植保、加工以及计算机控制等多个领域和行业，使得农业成为了具有高度社会化分工的知识密集型产业。以园艺业著称的荷兰，智能玻璃温室的制造处于世界领先水平。在设施顶面涂层隔热技术，冬天保温加湿的双层充气膜、锅炉、燃油加热系统、CO2施肥系统，人工补光的研制等方面均有所创新。而在美国、日本等国家建造了当今世界上最为先进的植物工厂，采取完全封闭生产，人工补充光照，全电脑控制及机器人或机械手进行播种、移动作业、采收等多种先进技术。
总之，遥测技术、网络技术、控制局域网等已逐渐应用于温室的管理与控制中，发达国家的温室控制技术正向高度自动化、智能化方向发展

2 总体设计
2.1 设计要求
根据对温室大棚种植的品种不同（以桂林地区主要农产品：草莓和小葱），利用PLC实现对温度、湿度、光照、灌溉、施肥等的综合控制，从而达到农作物的最优生长环境，同时能通过对参数的灵活改变，满足对不同作物的生长要求。
2.2 方案设计
控制系统方框图如图2-1所示。以PLC为控制核心，上位机通过通讯电缆跟PLC进行通讯，进行数据交换，监控PLC，进行温度，湿度，光照，CO2浓度，土壤湿度，电导率等显示，参数设定，实时和历史曲线显示，实时和历史报表显示，实时和历史报警显示，手动自动操作等。
PLC输入方面，外部的启动按钮，停止按钮，接PLC的输入，用于启动和停止系统。外部的自动手动模式选择接PLC的输入用于选择自动和手动操作模式，选择手动模式时，通过外部的手动开关，单独启动和停止相应的设备。选择自动模式，系统启动，按照设定的程序进行运行。外部的手动控制开关，接PLC的输入，用于手动模式，单独各个控制。遮阳伞开关到位，接PLC的输入，用于控制遮阳伞打开到位停止遮阳伞打开，遮阳伞关闭到位停止关闭遮阳伞。窗打开关闭到位，用于控制窗打开到位停止窗打开，窗关闭到位停止关闭窗。外部的加热故障，加湿故障，窗电机故障，遮阳伞故障，排风风机电机故障，循环风机电机故障等，接PLC的输入，用于故障报警。
PLC输出方面，PLC输出接启动加热继电器线圈，PLC通过控制加热器线圈得电，继电器常开触点闭合，加热器接触器线圈得电，加热器接触器常开主触点闭合，启动加热器进行加热。同样的，PLC输出控制加湿器继电器，控制加湿器接触器，控制加湿器。同样的，PLC输出接窗打开，窗关闭继电器，通过窗打开，窗关闭继电器控制窗打开，窗关闭接触器，控制窗电机正转或者反转执行开窗或者关窗操作。同样的，PLC输出接遮阳伞打开，遮阳伞关闭继电器，通过遮阳伞打开，遮阳伞关闭继电器控制遮阳伞打开，遮阳伞关闭接触器，控制遮阳伞电机正转或者反转执行开遮阳伞或者关遮阳伞操作。PLC输出控制排风电机，循环风电机类似。PLC输出通过继电器控制生物灯，CO2补充阀，滴灌阀，施肥阀等。
PLC输出接外部的指示灯，用于操作模式指示和各种状态，报警显示。

图2-1 控制系统方框图

3 硬件设计
3.1 PLC的选型
经分析系统共使用了25路数字量输入，26路数字量输出，6路模拟量输入，没有使用模拟量输出，系统为小型自动化应用。
西门子的S7-200 PLC是高性能的小型PLC，性价比高，编程容易，特别是模拟量输入和输出处理，接线简单，使用方便。根据输入和输出点数，有多种规格可以选择，有多种扩展模块和特殊模块可以选择，因此选择西门子的S7-200PLC。其中S7-226含24路数字量输入和16路数字量输出，外加一块EM223 含16路数字量输入，16路数字量输出，共40路数字量输入，32路数字量输出，可以满足数字量输入和数字量输出的使用需要。
另外因为需要使用模拟量输入，可以选择2块EM231，每块含4路数字量输入，共8路模拟量输入可以使用，满足模拟量输入使用需要。
3.2 主电路设计
主电路如图3-1所示。外部3相380V交流电源，经L1，L2,L3，N接入系统。QF1是总断路器，起通断设备电源的作用。FU1是总熔断器，起到短路过流保护作用。
R1是加热器，用于加热。QF2是加热器断路器，KM1是加热器启动接触器，FR1是加热器过载保护热继电器，起到保护加热器，防止加热器长时间过载运行，烧毁加热器作用。
M1是加湿器电机，QF3是加湿器电机断路器，KM2是加湿器电机启动接触器， FR2是加湿器过载保护热继电器，起到保护加湿器，防止加湿器长时间过载运行，烧毁加湿器作用。
M2是开关窗电机，QF4是开关窗电机断路器，KM3是开窗启动接触器，KM4是关窗启动接触器，FR3是开关窗电机过载保护热继电器，起到保护开关窗电机，防止开关窗电机长时间过载运行，烧毁开关窗电机作用。
M3是遮阳网开关电机，QF5是遮阳网电机断路器，KM5是开启遮阳网接触器，KM6是关闭遮阳网接触器，FR4是遮阳网开关电机过载保护热继电器，起到保护遮阳网开关电机，防止遮阳网开关电机长时间过载运行，烧毁遮阳网开关电机作用。

图3-1 主电路图
M4是排风风机电机，QF6是排风风机电机断路器，KM7是排风风机启动接触器，FR5是排风风机电机过载保护热继电器，起到保护排风风机电机，防止排风风机电机长时间过载运行，烧毁排风风机电机作用。
M5是循环风机电机，QF7是循环风机电机断路器，KM8是循环风机启动接触器，FR6是循环风机电机过载保护热继电器，起到保护循环风机电机，防止循环风机电机长时间过载运行，烧毁循环风机电机作用。
3.3 控制电路图
控制电路如图3-2所示。QF8是控制机断路器，FU2是控制回路熔断器，A1是直流开关电源，将交流220V变成24V直流电，为PLC的输入和输出提供直流电源，为PLC的模拟量输入模块EM231提供直流电源。
KM1是加热器启动接触器，KA1是加热器启动继电器，PLC通过控制KA1线圈得电，KA1常开触点闭合，接触器KM1线圈得电，KM1常开主触点闭合，启动加热器进行加热。
KM2是加湿器启动接触器，KA2是加湿器启动继电器，PLC通过控制KA2线圈得电，KA2常开触点闭合，接触器KM2线圈得电，KM2常开主触点闭合，启动加湿器进行加湿。
KM3是开窗启动接触器，KA3是开窗启动继电器，PLC通过控制KA3线圈得电，KA3常开触点闭合，接触器KM3线圈得电，KM3常开主触点闭合，启动开关窗电机执行开窗操作。
同样的，KM4是关窗启动接触器，KA4是关窗启动继电器，PLC通过控制KA4线圈得电，KA4常开触点闭合，接触器KM4线圈得电，KM4常开主触点闭合，启动开关窗电机执行关窗操作。
同样的，KM5是遮阳网打开接触器，KA5是遮阳网打开继电器，PLC通过控制KA5线圈得电，KA5常开触点闭合，接触器KM5线圈得电，KM5常开主触点闭合，启动遮阳网电机执行打开遮阳网操作。
同样的，KM6是遮阳网收起接触器，KA6是遮阳网收起继电器，PLC通过控制KA6线圈得电，KA6常开触点闭合，接触器KM6线圈得电，KM6常开主触点闭合，启动遮阳网电机执行遮阳网收起操作。

图3-2 控制电路图
同样的，KM7是排风风机启动接触器，KA7是排风风机启动继电器，PLC通过控制KA7线圈得电，KA7常开触点闭合，接触器KM7线圈得电，KM7常开主触点闭合，启动排风风机电机执行排风操作。
同样的，KM8是循环风机启动接触器，KA8是循环风机启动继电器，PLC通过控制KA8线圈得电，KA8常开触点闭合，接触器KM8线圈得电，KM8常开主触点闭合，启动循环风机电机。
3.4 PLC输入和输出分配表
PLC输入和输出符号表见表3-1，3-2，3-3所示
表3-1 PLC数字量输入分配表
名称 PLC地址 外部编号
启动 I0.0 SB1
停止 I0.1 SB2
手动自动选择 I0.2 SA1
手动加热 I0.3 SA2
手动加湿器 I0.4 SA3
手动开窗 I0.5 SB3
手动关窗 I0.6 SB4
手动启动遮阳网 I0.7 SB5
手动收起遮阳网 I1.0 SB6
手动排风 I1.1 SA4
手动循环风机 I1.2 SA5
手动生物灯 I1.3 SA6
手动CO2补充 I1.4 SA7
手动滴灌 I1.5 SA8
手动施肥 I1.6 SA9
窗开到位 I1.7 SQ1
窗关到位 I2.0 SQ2
遮阳网开到位 I2.1 SQ3
遮阳网关到位 I2.2 SQ4
加热故障 I2.3 FR1
加湿故障 I2.4 FR2
窗电机故障 I2.5 FR3
遮阳电机故障 I2.6 FR4
排风风机故障 I2.7 FR5
循环风机故障 I3.0 FR6
表3-2 PLC数字量输出分配表
名称 PLC地址 外部编号
加热 Q0.0 KA1
加湿器 Q0.1 KA2
开窗 Q0.2 KA3
关窗 Q0.3 KA4
启动遮阳网 Q0.4 KA5
收起遮阳网 Q0.5 KA6
启动排风风机 Q0.6 KA7
循环风机启动 Q0.7 KA8
启动阳光型生物灯 Q1.0 KA9
启动CO2补充电磁阀 Q1.1 KA10
启动滴灌 Q1.2 KA11
启动施肥 Q1.3 KA12
自动运行 Q1.4 HL1
故障指示灯 Q1.5 HL2
温度高报警指示灯 Q1.6 HL3
温度低报警指示灯 Q1.7 HL4
湿度高报警指示灯 Q2.0 HL5
湿度低报警指示灯 Q2.1 HL6
日照高报警指示灯 Q2.2 HL7
日照低报警指示灯 Q2.3 HL8
CO2高报警指示灯 Q2.4 HL9
CO2低报警指示灯 Q2.5 HL10
土壤湿度高报警 Q2.6 HL11
土壤湿度低报警 Q2.7 HL12
电导率高报警 Q3.0 HL13
电导率低报警 Q3.1 HL14
表3-3 PLC模拟量量输入分配表
名称 PLC地址 外部编号
温度传感器 AIW0 TT1
湿度传感器 AIW2 HT1
日照传感器 AIW4 GT1
CO2传感器 AIW6 CT1
土壤湿度传感器 AIW8 HT2
电导率 AIW10 CT2
3.7 PLC输入和输出接线图
PLC输入输出接线图见图3-3,3-4,3-5所示。图3-3是PLC本体模拟数字里输入和输出接线图，A2是CPU226。图3-4是EM223扩展模块数字里输入和输出接线图，A3是EM223扩展模块，含16路输入，16路输出。A4，A5是EM231模拟量输入模块。

图3-3 PLC本体数字量输入和输出接线图

图3-4 EM231数字量输入和输出接线图