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【摘 要】本文介绍了利用触摸屏、PLC和模拟量输入输出模块实现蔬菜大棚温度控制系统的硬件结构，及使用PLC功能指令设计实现的基本原理，并给出了关键程序。系统设计结构简单、可靠性高，通过扩展可以实现对多个蔬菜大棚实现温度的自动控制。
【关键词】PLC 触摸屏 温度控制
近年来，农业作为国家优先发展的产业，增加农民收入已成为我们国家的基本国策。因此，农业现代化越来越受到各级政府的重视。基于自动控制技术的温室大棚，是农业现代化的重要标志。
PLC作为现代自动控制关键技术之一，具有功能强、速度快、可靠性高的特点，已广泛应用在我国国民经济的各个领域中。塑料大棚首先是为了提高温度，延长植物生长期，扩大植物的种植范围。白天使植物光合作用旺盛，制造大量氧气，晚上植物通过呼吸作用再释放二氧化碳。促进白天的光合作用。通过温度传感器采集温度信息，利用PLC来控制冷、热风机进而实现大棚内的温度自动控制。
一、系统硬件组成
1.系统框图
为实现对大棚温度的自动控制，构建一个以PLC为核心的监控系统。系统由触摸屏、PLC、模拟量输入输出模块及温度传感器构成。温度传感器采集温室大棚内的实时温度，并通过模拟量输入输出模块（A/D转换器）将模拟量信号转换成数字信号送入PLC中进行比较，PLC通过运算，根据比较结果驱动输出继电器完成对温室大棚的温度进行调节；而触摸屏实时显示温度传感器采集的温度、设定温度的上下限值及冷、热风机的运行状态、系统报警信息等实时状态，并可以通过触摸屏进行温度上下限值的实时设置。系统框图如下图。
图1 系统框图
2.系统硬件选择及设计
整个系统电路的总控制环节可以采用安装方便的空气断路器，冷、热风机采用三相异步交流电动机，并采用热继电器实现电动机的过载保护；温度传感器采用TS118，输出4～20mA的电流模拟信号；A/D模块则采用三菱的FXON-3A；触摸屏选择三菱公司生产的产品——F940GOT；控制核心PLC采用三菱的FX2N-48MR系列的PLC；指示灯显示工作状态。
系统控制电路设计如下图。
图2 PLC控制电路图
3.PLC输入输出I/O分配
根据确定的输入/输出点数，开关量输入点4个，分别为启动按钮SB1、停止按钮SB2、电动机M1、M2过载保护FR1、FR2，对应在输入继电器分别为X0～X1；开关量输出点6个，分别为电动机M1、M2的控制接触器，对应的输出继电器为Y0、Y1，状态指导灯HL1（低于18℃报警）、HL2（高于28℃报警）、HL3（正常状态）、HL4（工作状态指示），对应的输出继电器为Y4～Y7。
模拟量输入信号I1，用于温度信号输入；模拟量输出信号A01，用于5V、10V信号输出。
二、PLC功能指令的应用
根据系统的控制要求，可以将系统程序分为温度检测与转换、温度数值的变换、温度数值的输出比较和D/A转换四部分。
1.温度检测与转换程序设计
FX0N-3A的模拟通道1或通道2（8位A/D）输入温度传感器检测到的数据，通过转换，PLC将传感器传送的数值存放到寄存器D200单元中，当检测并转换的数值次数达到10次，取平均值，然后将这一平均值放于D110中。
其中，D114，用于存放温度；D118用于计数（M132大于、M133等于、M134小于）；D110存入温度平均值；D200为温度的实时值。指令表如下：
LD M8002 MOV K0 D114
LD M133 MOV K0 D118
LD M8012 TO K0 K17 H0 K1
TO K0 K17 H2 K1 FROM K0 K0 D200
INC D118 ADD D114 D200 D114
CMP D118 K10 M132 AND M133
DIV D114 D118 D110
2.温度数值的变换程序设计
温度数值的变换可以根据如下公式进行编程：
Ax=Nx×（Amax-Amin）÷M Amin
式中，Ax：计算结果；
Nx：测量值（A/D转换器转换后的数据）；
Amax：传感器测量的最大值；
Amin：传感器测量的最小值；
M：A/D转换后数值的最大数。指令表如下：
LD M8000 MUL D110 K11 D120
DIV D120 K25 D122 SUB D122 K40 D124
3.温度数值的输出比较程序设计
X0、X1及过载保护X2、X3构成了本系统的控制程序。按下启动按钮SB1，M1自保持输出；按下停止按钮SB2或者电动机M1、M2过载，则M1停止输出。
经过数值转换后的温度值存放在D124中，与参考值K18、K28（18℃与28℃）比较，当温度小于18℃时，Y0和Y4输出；当温度在18℃与28℃之间时，Y5输出；当温度大于28℃时，Y1和Y6输出。
指令表如下：
LD X0 OUT M0
LD MO OR M1
ANI X1 ANI X2
ANI X3 OUT M1
LD M1 CMP D124 K18 M100
CMP D124 K28 M103 LD M1
AND M102 OUT Y0
OUT Y4 LD M1
ANI M102 ANI M105 OUT Y5 LD M1
AND M105 OUT Y1
OUT Y6
4.D/A转换程序设计
D/A转换是将0～250的数值转换成0～10V的电压，是线性关系，所以需要输出10V时，对应的PLC内的数据是250；需要输出5V时，对应PLC内的数据是125。
指令表如下：
LD M1 ANI M102
ANI M105 MOV K125 D129
LD M1 AND M105
MOV K250 D129 LD M1
TO K0 K16 D129 K1
TO K0 K17 H4 K1
TO K0 K17 H0 K1
通过使用三菱FX系列PLC的MOV、CMP、ADD等功能指令，实现对温度测量值的采集、比较、判断、传送，从而实现对系统温度的实时调控，并实现了简化控制程序的目的。
三、触摸屏的组态编程
1.触摸屏的界面设计
触摸屏界面主要设计了登录、主操作、手动操作、监控和报警显示等界面。登录界面要求操作员登录前输入密码；主操作界面进行参数设置、手/自动切换等操作及实时温度显示等；监控和故障显示界面对设备的运行参数及故障状况进行实时显示。
通过显示画面的设计，将可编程控制器的定时器、计数器、寄存器等元件的当前值在画面上显示，同样通过画面制作，将系统及外围信号的故障信息在触摸屏上显示。
2.地址设定与程序下装
整个操作画面设计完成后，通过电脑传送到触摸屏，这样就可通过触摸屏对系统进行操作。为了实时监控一些重要的数据，比如实时温度、风机状态等，必须将温度传感器等设备所测得的数据通过通讯电缆输送到PLC控制器上，使数据能够在触摸屏上得以显示。由于我们选用的PLC也是日本三菱公司的产品，所以触摸屏与PLC的地址设定是一致的，硬件上只需要用一根内置协议驱动卡的电缆线连接二者的串行端口，就可以达到数据实时显示的目的。
四、结束语
经过实验验证，基于触摸屏和PLC的温度控制系统能够满足控制要求，实现对温室大棚温度的自动控制；同时，使用PLC功能指令，能够有效地减少程序设计时间、提高系统运行和反应速度，能够有效地减少劳动者的劳动强度，提高劳动效率，降低能耗。
【参考文献】
[1]白春雨，张亚静，雷永富. 我国几种温室环境控制系统的架构方案[J]. 农村实用工程技术（温室园艺），2005（05）.
[2]戴星，谢守勇，何炳辉，官平. 基于PLC的温室控制系统的研究[J]. 农机化研究，2007（01）.
[3]伊连云. PLC功能指令在农村温室温度控制系统中的应用技巧[J]. 农业装备与车辆工程，2007（12）.
【关键词】PLC 触摸屏 温度控制
近年来，农业作为国家优先发展的产业，增加农民收入已成为我们国家的基本国策。因此，农业现代化越来越受到各级政府的重视。基于自动控制技术的温室大棚，是农业现代化的重要标志。
PLC作为现代自动控制关键技术之一，具有功能强、速度快、可靠性高的特点，已广泛应用在我国国民经济的各个领域中。塑料大棚首先是为了提高温度，延长植物生长期，扩大植物的种植范围。白天使植物光合作用旺盛，制造大量氧气，晚上植物通过呼吸作用再释放二氧化碳。促进白天的光合作用。通过温度传感器采集温度信息，利用PLC来控制冷、热风机进而实现大棚内的温度自动控制。
一、系统硬件组成
1.系统框图
为实现对大棚温度的自动控制，构建一个以PLC为核心的监控系统。系统由触摸屏、PLC、模拟量输入输出模块及温度传感器构成。温度传感器采集温室大棚内的实时温度，并通过模拟量输入输出模块（A/D转换器）将模拟量信号转换成数字信号送入PLC中进行比较，PLC通过运算，根据比较结果驱动输出继电器完成对温室大棚的温度进行调节；而触摸屏实时显示温度传感器采集的温度、设定温度的上下限值及冷、热风机的运行状态、系统报警信息等实时状态，并可以通过触摸屏进行温度上下限值的实时设置。系统框图如下图。
图1 系统框图
2.系统硬件选择及设计
整个系统电路的总控制环节可以采用安装方便的空气断路器，冷、热风机采用三相异步交流电动机，并采用热继电器实现电动机的过载保护；温度传感器采用TS118，输出4～20mA的电流模拟信号；A/D模块则采用三菱的FXON-3A；触摸屏选择三菱公司生产的产品——F940GOT；控制核心PLC采用三菱的FX2N-48MR系列的PLC；指示灯显示工作状态。
系统控制电路设计如下图。
图2 PLC控制电路图
3.PLC输入输出I/O分配
根据确定的输入/输出点数，开关量输入点4个，分别为启动按钮SB1、停止按钮SB2、电动机M1、M2过载保护FR1、FR2，对应在输入继电器分别为X0～X1；开关量输出点6个，分别为电动机M1、M2的控制接触器，对应的输出继电器为Y0、Y1，状态指导灯HL1（低于18℃报警）、HL2（高于28℃报警）、HL3（正常状态）、HL4（工作状态指示），对应的输出继电器为Y4～Y7。
模拟量输入信号I1，用于温度信号输入；模拟量输出信号A01，用于5V、10V信号输出。
二、PLC功能指令的应用
根据系统的控制要求，可以将系统程序分为温度检测与转换、温度数值的变换、温度数值的输出比较和D/A转换四部分。
1.温度检测与转换程序设计
FX0N-3A的模拟通道1或通道2（8位A/D）输入温度传感器检测到的数据，通过转换，PLC将传感器传送的数值存放到寄存器D200单元中，当检测并转换的数值次数达到10次，取平均值，然后将这一平均值放于D110中。
其中，D114，用于存放温度；D118用于计数（M132大于、M133等于、M134小于）；D110存入温度平均值；D200为温度的实时值。指令表如下：
LD M8002 MOV K0 D114
LD M133 MOV K0 D118
LD M8012 TO K0 K17 H0 K1
TO K0 K17 H2 K1 FROM K0 K0 D200
INC D118 ADD D114 D200 D114
CMP D118 K10 M132 AND M133
DIV D114 D118 D110
2.温度数值的变换程序设计
温度数值的变换可以根据如下公式进行编程：
Ax=Nx×（Amax-Amin）÷M Amin
式中，Ax：计算结果；
Nx：测量值（A/D转换器转换后的数据）；
Amax：传感器测量的最大值；
Amin：传感器测量的最小值；
M：A/D转换后数值的最大数。指令表如下：
LD M8000 MUL D110 K11 D120
DIV D120 K25 D122 SUB D122 K40 D124
3.温度数值的输出比较程序设计
X0、X1及过载保护X2、X3构成了本系统的控制程序。按下启动按钮SB1，M1自保持输出；按下停止按钮SB2或者电动机M1、M2过载，则M1停止输出。
经过数值转换后的温度值存放在D124中，与参考值K18、K28（18℃与28℃）比较，当温度小于18℃时，Y0和Y4输出；当温度在18℃与28℃之间时，Y5输出；当温度大于28℃时，Y1和Y6输出。
指令表如下：
LD X0 OUT M0
LD MO OR M1
ANI X1 ANI X2
ANI X3 OUT M1
LD M1 CMP D124 K18 M100
CMP D124 K28 M103 LD M1
AND M102 OUT Y0
OUT Y4 LD M1
ANI M102 ANI M105 OUT Y5 LD M1
AND M105 OUT Y1
OUT Y6
4.D/A转换程序设计
D/A转换是将0～250的数值转换成0～10V的电压，是线性关系，所以需要输出10V时，对应的PLC内的数据是250；需要输出5V时，对应PLC内的数据是125。
指令表如下：
LD M1 ANI M102
ANI M105 MOV K125 D129
LD M1 AND M105
MOV K250 D129 LD M1
TO K0 K16 D129 K1
TO K0 K17 H4 K1
TO K0 K17 H0 K1
通过使用三菱FX系列PLC的MOV、CMP、ADD等功能指令，实现对温度测量值的采集、比较、判断、传送，从而实现对系统温度的实时调控，并实现了简化控制程序的目的。
三、触摸屏的组态编程
1.触摸屏的界面设计
触摸屏界面主要设计了登录、主操作、手动操作、监控和报警显示等界面。登录界面要求操作员登录前输入密码；主操作界面进行参数设置、手/自动切换等操作及实时温度显示等；监控和故障显示界面对设备的运行参数及故障状况进行实时显示。
通过显示画面的设计，将可编程控制器的定时器、计数器、寄存器等元件的当前值在画面上显示，同样通过画面制作，将系统及外围信号的故障信息在触摸屏上显示。
2.地址设定与程序下装
整个操作画面设计完成后，通过电脑传送到触摸屏，这样就可通过触摸屏对系统进行操作。为了实时监控一些重要的数据，比如实时温度、风机状态等，必须将温度传感器等设备所测得的数据通过通讯电缆输送到PLC控制器上，使数据能够在触摸屏上得以显示。由于我们选用的PLC也是日本三菱公司的产品，所以触摸屏与PLC的地址设定是一致的，硬件上只需要用一根内置协议驱动卡的电缆线连接二者的串行端口，就可以达到数据实时显示的目的。
四、结束语
经过实验验证，基于触摸屏和PLC的温度控制系统能够满足控制要求，实现对温室大棚温度的自动控制；同时，使用PLC功能指令，能够有效地减少程序设计时间、提高系统运行和反应速度，能够有效地减少劳动者的劳动强度，提高劳动效率，降低能耗。
【参考文献】
[1]白春雨，张亚静，雷永富. 我国几种温室环境控制系统的架构方案[J]. 农村实用工程技术（温室园艺），2005（05）.
[2]戴星，谢守勇，何炳辉，官平. 基于PLC的温室控制系统的研究[J]. 农机化研究，2007（01）.
[3]伊连云. PLC功能指令在农村温室温度控制系统中的应用技巧[J]. 农业装备与车辆工程，2007（12）.