基于西门子S7-1200PLC的养殖场温湿度控制系统的设计（制冷 加热 通风 加热）
摘要：在当前社会的现代化和智能化的社会背景下，随着国家经济的高速发展，人们在生活质量方面的要求已经不再局限于物质层面，已经逐渐的向健康生活方面转变。由于人们在生活物质方面得到了充分保证，所以他们开始重视饮食的健康。尤其是当前社会背景下的食品安全问题，已经成为了他们关注的焦点，其相应的对于肉类、蔬菜果蔬类等品类的质量提出了更高的要求。同时又因为养殖场作为食品生产的源头，养殖场的生产环境直接关系到了餐桌安全，所以我们应该不停研究并不断优化养殖场温湿度控制系统。这不仅是对于居民饮食健康的保证，也是节约养殖场生产成本的关键。因此，我们应该在保证质量的前提下，尽可能的降低人工成本和劳动强度，从而提高工作效率。
本课题探讨了养殖场温湿度检测控制系统的设计，并且对其相关养殖场温度和湿度控制系统方面的研究进行了全方面的介绍。首先，本文开始详细的介绍了基于PLC的养殖场温湿度控制系统的整体架构，此架构由西门子PLC模块、输入与输入模块、传感器模块以及末端执行器模块相辅相成。再通过高精度的温度传感器和湿度传感器进行实时的环境采集，并将收集到的参数值实时的传送给PLC进行处理，在经过PLC处理后由上位机发送相应的指令，再次由PLC来控制相应设备的工作状态，从而以确保养殖场温度和湿度的稳定。最后，经过仿真验证了本次设计的系统稳定性和可行性。
关键词：检测监控系统；PLC；温湿度传感器；上位机
The Temperature and humidity control system of farm based on PLC
Abstract: In the current social background of modernization and intelligence, with the rapid development of the national economy, people's requirements for quality of life are no longer limited to the material level, and have gradually changed to a healthy life. Since people have been fully assured in the material aspect of life, they begin to pay attention to the health of diet. Especially in the current social background of food safety issues, has become the focus of their attention, which corresponding to the quality of meat, vegetables, fruits and vegetables and other categories put forward higher requirements. At the same time, because the farm is the source of food production, the production environment of the farm is directly related to the safety of the table, so we should keep studying and constantly optimize the temperature and humidity control system of the farm. This is not only the guarantee of healthy diet for residents, but also the key to saving the production cost of livestock farms. Therefore, we should reduce labor costs and labor intensity as much as possible under the premise of ensuring quality, so as to improve work efficiency.
This topic delves into the design of a temperature and humidity monitoring and control system for livestock farms, providing a comprehensive overview of the research related to temperature and humidity control systems in farming settings. Firstly, this article introduces in detail the overall architecture of a PLC-based temperature and humidity control system for farms. This architecture consists of Siemens PLC modules, input and output modules, sensor modules, and actuator modules, all complementing each other. The system collects real-time environmental data through high-precision temperature and humidity sensors, transmits the collected parameters to the PLC for processing, and then sends corresponding instructions from the upper computer to the PLC to control the operational status of relevant equipment. This ensures stability in temperature and humidity within the farm environment. Finally, simulation testing verifies the stability and feasibility of the newly designed system.
Keywords: Detection and monitoring system;PLC;Temperature and humidity sensor;Upper computer
目录
第一章 引言 1
1.1研究背景 1
1.2国内外PLC技术发展与研究概况 2
1.2.1国外PLC技术发展与现状 2
1.2.2国内PLC技术发展与现状 3
1.3本课题的主要研究内容 3
第二章 养殖场温湿度监控系统的控制方案 5
2.1温湿度环境监控系统的控制要求 5
2.2温湿度环境监控系统的结构设计 5
第三章 养殖场温湿度监控系统的硬件设计………………………………………..7
3.1整体硬件设计 7
3.1.1 PLC的定义 7
3.1.2 PLC的特点 7
3.1.3 PLC的基本组成 8
3.2 PLC的型号选择 8
3.3温度和湿度传感器 10
3.4系统的IO表和主电路 14
3.5 PLC接线图 15
第四章 养殖场温湿度监控系统的软件设计………………………………………16
4.1养殖场温湿度环境监控系统的流程图 16
4.2梯形图的设计 16
4.2.1系统主程序 18
4.2.2系统手动模式 19
4.2.3系统自动模式 20
4.2.4传感器模拟量的采集与转换 22
4.2.5系统警报程序 23
4.3 HMI人机交互界面的设计 23
4.4系统仿真 25
结论 29
致谢 31
参考文献 33
附录 34
第一章 引言
1.1研究背景
近年来，我国已经成为全球环境下的禽畜类生产和消费大国，在全球市场上已经崭露头角且处于领先地位。国内庞大的市场需求驱动了相关产业的高速发展。但与之相应的，正因为这种内驱力，居民对禽畜类的相关农产品的需求日益增加且对禽畜的质量要求也有了更加严格的要求。
在这种时代背景下，如何面对这种情况并且解决这种情况成为了一个问题。同时我们需要考虑的养殖成本和产品质量问题的重要性也变得尤为关键。在相应的领域下，控制系统对养殖场内的温度和湿度参数的监测和控制是在保证禽畜具有良好的生长环境和禽畜的身体监控为前提下，降低养殖成本、降低疾病发生率的核心关键所在。
根据对以往养殖场养殖经验和设备使用情况的了解可知，养殖场内的温度和湿度的设定至关重要。其是否处于合理的设定区间之内以及是否需要进行相应的调整，在以往都是需要操作人员凭借依赖自己日积月累的操作经验的同时再根据现场情况结合自己的直观判断来进行选择是否需要启动相关的设备来进行环境参数温度和湿度的调整。这种处理方式在如今的养殖场实际运作中，却体现出效率略显低下、过多增加人力成本，存在操作不当而造成设备损坏的隐患等方面的弊端。故我们应当对传统的操作方式进行优化和改进升级，而引入自动监控系统正是一种解决方案。
PLC技术的持续研发与技术优化和迭代，使得现在的设备更加自动化和智能化。在目前的养殖场监控和控制技术中，PLC技术为其核心所在。通过进一步结合温度传感器、湿度传感器技术和外围设备，从而实现对环境相关参数进行调节的功能。这种结合方式不仅能提高养殖场的工作效率、降低人工成本，也可以充分确保禽畜的健康与生长质量。从而为居民提供更好的食品。
通过使用基于西门子系列的PLC来进行控制系统的开发和优化。使得所设计的温度和湿度控制系统可以在不同环境下稳定运行。其不仅可以实现对养殖场环境的精准监控和调节，也可以有效降低相应的人力成本和经营成本，从而提高了生产利润，为商户带来更多的经济回报。
1.2国内外PLC技术发展与研究概况
本课题所设计的养殖场温度和湿度控制系统是基于西门子PLC上研究的。其作为程序设计中的核心控制器，可以满足本课题所需要的所有扩展功能。
1.2.1国外PLC技术发展与现状
PLC技术是由美国人Dick Morley与其合作伙伴于1968年发明的。这项具有划时代意义的革命性工业自动化技术，为工业生产和自动化相关产业带来了前所未有的变革和优化。其不仅大幅提高了生产效率、降低了人力成本和维护成本，也使得工业生产和控制比起以往更加的可靠和准确。进一步推动了工业生产和自动化相关产业的高速发展。
时至今日，美国作为PLC技术的发源地。其PLC相关技术由于深厚的历史底蕴和全球前列的研发能力，使得美国的PLC仍处于国际领先地位，为全球企业和个人用户提供了相应的技术支持。但随着时代的发展，全球各国相关企业也开始重视PLC相关方面。他们经过不断的研发迭代和优化PLC技术，使得PLC的种类在不停增加的同时，价格也得到了相应的减少。使得全球市场中更多的企业和个人都能感受到这项技术发展和迭代带来的好处。
如今的国外市场上著名的品牌有：美国的罗克韦尔（AB）、德国的西门子、法国的施耐德、日本的三菱、日本的松下、韩国的三星等。其中来自美国的罗克韦尔（AB）公司生产的PLC凭借其稳定性强、扩展性广以及功能性强，一直是全球用户优先选择的PLC系列之一；来自德国的西门子公司生产的PLC，西门子作为德国工业相关公司的巨头，其PLC产品在全球市场上也是用户们优先选择的PLC系列之一。此外，来自法国施耐德、日本三菱、日本松下和韩国三星等知名品牌，在全球PLC市场上也占据了一席之地。全球市场PLC种类的多样化，为全球自动化相关企业和个人用户提供了多样化的选择。
在当前全球大市场的背景下，PLC的适用范围涵盖了工业自动化控制、机器人控制、交通管制、设备检测和生产线控制等方面。
PLC在具体的应用场景中，来自欧美品牌的系列PLC，其具有出色的性能和稳定性，可以在复杂的环境中稳定运行，主要应用于制造业、交通业等中大型场景中。而来自日韩品牌的系列PLC由于其小巧的大小和优秀的性价比，使得其主要应用于小型场景中，成为小型企业和小型自动化设计的第一选择。
1.2.2国内PLC技术发展与现状
在当前自动化相关技术的时代大背景下，国外几个龙头企业的PLC技术的高速发展引领着自动化技术全球化的技术革新和优化迭代。而国内的PLC技术与相关的自动化产业也不甘示弱，展现出了属于自己的潜力，呈现出一片朝气蓬勃的景象。
国内众多企业纷纷投入PLC技术相关产业的研发和优化中，不停的推动着国内PLC相关技术的高速发展和人才培养的可持续发展。
在时代背景下，由于国内的信捷、汇川以及中国台湾地区的台达等公司多年来在PLC相关方面的持续投入、深耕研发和创新方面。在他们的不断的努力下，他们凭借着自身优秀的创新和研发能力，不仅从国内PLC市场中脱颖而出，成为了国内相关技术的领头羊，也在国际市场中占领了一部分自己的市场。并且因此赢得了国际市场中的一致信赖和好评，推动着国内整个行业的可持续发展。与此同时，这些企业深耕多年PLC相关企业。他们所培养的相关技术人才也正以井喷式的增长。他们通过不断的学习国外西门子、罗克韦尔等公司的经验，并结合自身的理解，从而不断提升自己的技能水平。他们逐渐成为企业PLC相关技术和产业的研发和创新的后背能源。
我们有理由相信，随着国内企业的继续深耕和专注研发和创新的时代背景下。中国的PLC技术与相关产业将日益强大，向PLC整个全球化的市场展现出属于中国自己的智慧。
1.3本课题的主要研究内容
本课题的研究内容是通过基于西门子PLC技术与博图软件来进行设计，并且结合HMI人机交互界面来进行仿真。从而设计一个关于养殖场温度和湿度的监控系统，使其能实现养殖场的温度和湿度的监控和调整过程。
其主要研究内容如下：
环境监控系统及温湿度控制系统的总体结构设计包括：
在系统设计之初，应当优先考虑设计一个稳定且后续可以持续扩展和优化的系统框架。在这一个方面，我们在设计时要优先考虑利用西门子公司研发的相关软件TIA Protal V16中的函数块的方式来进行模块化的设计，以便于后续的扩展和优化。
环境监控系统及温湿度控制系统的硬件构成分为3点：
1.在系统的相关硬件选择方面。应当优先在严格遵守国家的相关标准的前提下，秉承稳定优先、质量至上的原则，充分考虑稳定、耐用、可持续性和性价比等方面。并且在温度采集和湿度采集方面，由于传感器读取数值的稳定和准确性的重要性，在选择品牌和型号时应当选择大品牌、高品质且具有良好口碑和售后服务的传感器品牌以及外接设备的相关品牌。以避免后续的一系列不必要的隐患。
2.基于西门子系列PLC的控制系统的软件设计：
在系统的相关软件设计方面。其作为本次设计的核心内容，我们在设计时应当要充分考虑系统的稳定性和功能的可重复实现性。以及未来需要对系统进行维护和技术迭代时的操作简易性。同时，本次设计将采用PLC+HMI结合的方式来设计系统。从而使系统的操作逻辑和方式，更加清晰化，让操作人员可以更加直观的操作系统。。
3.完成软件设计后，对程序进行仿真，验证方案可行性：
当完成软件设计时，将采用西门子博图软件自带的仿真系统对本次设计进行全面的仿真测试，用以检验系统监控功能的稳定性等关键功能。本次仿真测试将模拟各种可能存在的工作环境与误操作，对其中每个模块的功能进行验证。确保本次设计的系统在各种情况下的稳定性，确保相关操作人员的人生安全。
参考文献
[1]杨浩, 张兵. 西门子S7-1200portal软件与S7-PLCSIM仿真软件联合应用研究[J]. 黑龙江科学, 2020, 11 (24): 33-35.
[2]吴佳燕, 王丽婷, 左梦娜. 基于S7-1200 PLC的智能温室控制系统设计[J]. 集成电路应用, 2024, 41 (02): 92-93.
[3]关铭洁．基于PLC和力控的猪舍环境监控系统的设计[D]. 哈尔滨：东北农业大学，2014.
[4]梁懋峥. 基于PLC和组态王的猪舍环境监测系统研究[D]. 导师：李爱传;王新兵. 黑龙江八一农垦大学, 2022.
[5]马壮, 张铜钢. 基于PLC的生姜储存窖环境监控系统设计[J]. 工业技术与职业教育, 2023, 21 (02): 13-16.
[6]蒋思中, 植天文, 白雪, 卢丹萍, 黄憬安, 卢家欢. 基于西门子S7-1200PLC的蚯蚓养殖室环境监控系统[J].轻工科技,2020,36(03):69-70+110.
[7]吴佳伟, 朱桂兵, 王成, 张士旭, 苏余. 基于PLC的小型智慧大棚蔬果生长环境监控系统设计[J].福建农机,2022,(01):11-15.
[8]冯毅, 吴必瑞. 基于GPRS和PLC的鸡舍环境监控系统设计[J]. 湖北农业科学, 2015, 54 (21): 5411-5414.
[9]王荣华, 张燕斌. 密闭式猪舍环境监控系统的发展研究[J]. 安徽农业科学, 2015, 43 (24): 276-278.
[10]李博. 基于西门子PLC的智能温控系统的设计与实现[J]. 家电维修, 2024, (04): 3-5.
[11]陈晓飞, 管正刚, 冯利法, 宋旭辉, 李学良. 基于PLC控制的流体温湿度自动控制系统研究[J]. 自动化应用, 2024, 65 (03): 95-96+101.
[12] Hanhua Yang. Research on Multisensor Data Fusion Model for Monitoring Animal Breeding Environment[J]. Automatic Control and Computer Sciences, 2024, 58 (1):
[13] Miaoqi Li, Rui Zhang, Xiaoyan Zhang, Jinhao Shi. Construction of an intelligent agricultural irrigation control platform based on PLC technology[J]. Applied Mathematics and Nonlinear Sciences, 2024, 9 (1):
[14] Zozan Saadallah Hussain, Shatha Y. Ismail, Hassaan TH. H. Thabet. A Simulated Design of an Adaptable Smart Sprinkler Irrigation System using PLC Networking[J]. PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, 2023, (10):
[15] Huang Manying. Design of Intelligent Greenhouse Control System based on MCGS and PLC[J]. Journal of Physics: Conference Series, 2023, 2510 (1):
[16] Guelph intelligent greenhouse automation system [J]. Moussa, M, H Abdullah. Canadian Society for Bioengineering.
