山东科技大学泰山科技学院学士学位论文
1.分析被控对象并提出控制要求、制定控制方案
详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。
2.确定I／O设备
根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。
3.选择PLC
PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块的数量、I/O模块余量、电源等的选择。
4.分配I/O点并设计PLC外围硬件线路
分配I/O点：画出PLC的I/O点与输入/输出设备的连接图或对应关系表；PLC外围硬件线路：画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等；由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。
5.程序设计
（1）控制程序；（2）初始化程序；（3）检测、故障诊断和显示等程序；（4）保护和连锁程序。
6.硬件实施
设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图；设计系统各部分之间的电气互连图；根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。
7.整理和编写技术文件
技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明书等。
16
山东科技大学泰山科技学院学士学位论文
3.4PLC硬件电路设计
3.4.1PLC型号的选择
1.控制系统所需要的I/O点数
根据温室大棚控制系统的控制要求，可以确定全部的输入设备和输出设备，从而可以确定PLC有关的输入输出设备，进而可以确定PLC的I/O点数，本控制系统所需的PLC的I/O点数为14个数字量输入，3个模拟量输入，10个数字量输出。
2.选择PLC的型号
西门子PLCS7系列PLC包括S7-200系列、S7-300系列、S7-400系列。其功能非常强大，按其功能又分为小型、中型、大型PLC。根据本系统控制要求，选择S7-200系列的PLC。
由以上分析得此系统所需I/O点数为14输入、10输出。根据PLC硬件设计要求，应留出约25%的空余点数，以方便以后的系统改造升级。CPU224的I/O点数虽然也为14输入、10输出，但是不能留出I/O点数裕量，不方便以后的升级改造，所以选择拥有I/O点数为24输入、16输出的CPU226，以方便以后系统的升级优化。CPU226相对功能强大，可以连接7个扩展模块，最大可扩展至248个数字量I/O点或35个模拟量I/O点，具有13K的储存空间。 3.4.2传感器的选型 1.温度传感器
根据温室温度控制的要求，本文的温度传感器采用芬兰维萨拉公司型号为HMD40的产品，该款传感器不仅测量精度高，易于安装、响应速度快，对环境要求较低，还具可靠性好、良好的长期稳定性、滞后小、不宜受灰尘、化学气体等环境因素的影响等特点。其外观如下图3.9所示：
17
山东科技大学泰山科技学院学士学位论文
图3.9 HMD40型温度传感器实物图
该传感器的主要性能指标如下：
1．温度检测范围：-10～60℃；测量精度：±0.3%℃ 2．工作电压：10～28V DC； 3．输出信号：4～20mA。 2.光照传感器
光控用于控制遮阳幕的开关，使作物得到合理的光照并实现以下目的：免除作物超过光饱合点，提高光合作用；实现对长日照作物、中日照作物和短日照作物的光照控制。
光照度传感器可以采用北京易盛泰和科技有限公司产品型号Poi88-c光照度传感器。该传感器用于实现对环境光照度的测量，输出标准的电压及电流信号，体积小，安装方便，线性度好，传输距离长，抗干扰能力强，量程可调。
1.量程：O-200Klx、O-20Klx、0—2000lx可选 2.供电电压：24VDC／12VDC 3.输出信号：4-20mA，0-10V可选
18
山东科技大学泰山科技学院学士学位论文
4.精度：±2% 3.二氧化碳浓度传感器
二氧化碳控制实时监测C02的含量，当C02的含量低于设定值时打开C02储气罐或C02发生器以增施气肥。C02传感器选用弗加罗公司生产TGS4160二氧化碳传感器，该传感器为固态电化学型气体敏感元件。这种二氧化碳传感器除具有体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特点外，同时还具有耐高湿低温的特性，可广泛用于自动通风换气系统或是C02气体的长期监测等应用场合。其外观如下图3.10所示：
图3.10 TGS4160二氧化碳传感器实物图
TGS4160传感器的主要技术参数如下： 1.测量范围：300-50,000ppm 2.对二氧化碳CO2浓度有高灵敏度
3.CO2二氧化碳传感器TGS4160对湿度依赖性极低，长寿命 4.使用温度：-10～+50℃ 3.4.3模拟量输入模块EM235 1.模拟量输入模块EM235的简介
传感器采集信息后，将信息转化成标准的电压或电流信号，PLC硬件设计则需要模拟量输入模块，将电压或电流信号转化为数字量再输入PLC
19
山东科技大学泰山科技学院学士学位论文
中进行处理。由于本控制系统需要3个模拟量输入，所以选择EM235模拟量输入模块。
模拟量输入模块EM235可以直接将被测主回路交流电流转化成按线性比例输出4-20mA直流电流的标准信号，连续输送到接收装置。该模块需要DC24V的工作电源，具有4模拟量输入和1模拟量输出，利用DIP开关来设置输入信号的量程。下表3.1说明如何通过DIP开关设置EM235模块的输入量程的范围。
表3.1EM235模拟量输入范围和分辨率的开关表
单极性 SW1 ON OFF ON OFF ON ON OFF SW2 OFF ON OFF ON OFF OFF ON SW3 OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF SW4 ON ON OFF OFF OFF OFF OFF SW5 OFF OFF ON ON OFF OFF OFF SW6 ON ON ON ON ON ON ON 0-50mV 0-100mV 0-500mV 0-1V 0-5V 0-20mA 0-10V 12.5μV 25μV 125μV 250μV 1.25mV 5μA 2.5mA 满量程输入 分辨率 如上表所示，通过开关SW1-SW6可以选择模拟量输入范围。SW6决定模拟量输入的单双极性，当SW6为ON时，模拟量输入为单极性，当SW6为OFF时，模拟量输入为双极性。SW4和SW5为增益开关，SW1、SW2和SW3为衰减开关。该标中，ON是闭合，OFF是断开，EM235只在电源接通时读取开关设置。
温室大棚中的传感器测量的温度、光照度、二氧化碳浓度的测量值均为单极性，所以选择0-20mA的量程和0-5V量程。
2.模拟量输入模块EM235的使用说明
20