S7-200与WinCC在温室控制系统中的设计

1引言

我国是一个农业大国，目前在广大农村，农业温室比比皆是。随着科学技术的进步，温室的结构档次在逐步的提高，一些新技术、新方法也逐渐被应用于温室的管理上。

智能化温室是集农业科技上的高、精、尖技术和计算机自动控制技术于一体的先进的农业生产设施，是现代农业科技向产业转化的物质基础。它能营造相对独立的作物生长环境，彻底摆脱传统农业对自然环境的依赖性。

2 系统特点

2.1系统分析

本系统可以模拟基本的生态环境因子－温度、湿度、光照、空气成份等，以适应不同生物生长繁育的需要，它由相关的智能控制单元组成，按照事先设定的程序，精确测量温室的气候和土壤参数，并自动启动或关闭不同的电动外围设备（遮阳幕、加热器、湿帘水泵及风机、通风系统等），程序所需的数据通过传感器实时采集。

2.2系统特点

（1）预测性：通过对气候参数的分析，可以预测控制设备的运行情况，提高设备的利用率，降低能耗。

（2）强大的扩展功能：通过选用不同的外围设备，可以控制温室环境及灌溉、施肥等。

（3）完善的资料处理功能：通过中央控制软件，可以不间断地记录各种传感器的信息以及各种控制设备的动作记录等。

（4）远程监控功能：即使工作人员不在现场，也可以通过远程监控系统对温室内的设备参数进行监视和控制。

（5）数据联网功能：通过组态软件，可将各种数据联入局域网或internet，真正实现数据共享。

3 前端控制单元

前端控制单元由siemens s7-200系列plc中的cpu214及相关扩展模块构成，其中也包括各种测量传感器和实现控制功能的各类执行机构。单元的主要功能为读入各种传感器的测量值与相应的上下限控制报警值进行比较，再根据内部控制算法对各控制设备进行开启和关闭的操作。它具有功能强大、安全可靠、价格适宜等特点。单元主要包括：参数检测子系统、控制子系统、前端控制单元软件和数据通讯系统。如图1系统框图所示，检测系统包括对温室内部温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度、地温和温室外部气温、湿度、光照等模拟量的检测，以及对电机、风机状态等开关量的检测。


控制系统可以按照预先设定的条件对风机、水泵、卷帘机、开窗机、加热、灌溉、二氧化碳发生器等设备实现全自动控制，也可以根据需要实现手动控制。由于这些被控对象的功率有的比较大，为了减少外部电源对计算机系统的影响，对这些被控对象的控制，本系统全部采用光电隔离器将被控对象的电源与计算机电源隔离。这样，就必然增强了系统的可靠性。位于现场的以plc为核心的前端控制单元，软件主要采用siemens的lad语言和stl语言编制，主要侧重于现场过程和对象的控制，其流程框图如图2所示。

考虑到系统的可扩展性以及实际情况，控制系统采用由profibus－dp构成的主从式结构。上位机采用通用pc，实现各种参数的设定、实时监控、历史曲线、数据统计和报表打印功能。profibus作为现场级通讯网络，完成现场自动化设备和中央控制器之间双向、高速、实时数据通讯。前端控制单元（下位机）与上位机（pc）之间采用定时中断和实时传送两种方式交换数据。程序流程如图3所示。

4 上位机监控系统

上位监控机使用通用pc机，配置为p4 1.6g，512mram，80g硬盘，从而保证了大量的数据记录和实时归档使用。上位机系统管理软件，是必备的用于生产操作和监视的控制软件包，是整个控制系统的重要组成部分。其主要功能为：对各控制站的状态信号进行监控；利用直观的动态画面来模拟控制对象的工作状态；可通过计算机控制被控对象的启、停等工作状态，并可进行参数设置；可以进行各工作参数（温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度等）的趋势曲线图显示或累计值显示及报表打印功能；可进行操作归档，以保证操作的安全性；可进行故障报警与显示；参数的修改。实现操作人员对生产过程的人工干预，如修改给定值、控制参数和报警限等。

本控制系统可根据温室内温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度等参数的变化，按照预先设定的条件对风机、水泵、卷帘机、开窗机、加热、灌溉、二氧化碳发生器等设备进行全自动控制，也可以根据需要实现手动控制。系统具有功能强大、性能优越、配置灵活、安全可靠等优点，有很好的发展前景。

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