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基于PLC的智能溫室控制系統(tǒng)的設計 摘要:溫室環(huán)境系統(tǒng)是一個非線性、時變、滯后復雜大系統(tǒng)，難以建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，采用常規(guī)的控制方法難以獲得滿意的靜、動 態(tài)性能。根據(jù)溫室環(huán)境控制的特點，設計了一個基于PLC的智能溫室控制系統(tǒng)。 關鍵諞:PLC;智能控制:溫室控制 智能溫室系統(tǒng)是近年逐步發(fā)展起來的一種資源節(jié)約型高 效設施農(nóng)業(yè)技術。本文在吸收發(fā)達國家高科技溫室生產(chǎn)技術 的基礎上，對溫室溫度、濕度、CO，濃度和光照等環(huán)境因子控 制技術進行研究，設計了一種基于PLC的智能溫室控制系統(tǒng)。 1智能溫室控制算法的研究 1.1溫室環(huán)境的主要特點 溫室環(huán)境系統(tǒng)是一個復雜的大系統(tǒng)，建立精確的控制模 型很難實現(xiàn)。由于作物對環(huán)境各氣候因子的要求并不是特別 的精確，而是一個模糊區(qū)間，比如作物對溫度的要求，只要溫 度在某一時間段在某一區(qū)間內(nèi)，該作物就能很好地生長，因 此，也沒有必要將各種參數(shù)進行精確控制。溫室氣候環(huán)境作 為計算機控制系統(tǒng)的控制對象，有以下特點:非線性系統(tǒng)、分 布參數(shù)系統(tǒng)、時變系統(tǒng)、時延系統(tǒng)、多變量藕合系統(tǒng)。 1.2智能溫室控制對象微分方程 智能溫室溫度微分方程為: 式中，為智能溫室的放大系數(shù);為智能溫室的時間常數(shù); 為智能溫室內(nèi)外干擾熱量換算成送風溫度的變化量;為智 能恒溫室室內(nèi)溫度。 2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與硬件設計 2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 2.1.1控制系統(tǒng)設計目標 溫室控制系統(tǒng)是依據(jù)室內(nèi)外裝設的溫度傳感器、濕度傳 感器、光照傳感器、CO，傳感器、室外氣象站等采集或觀測的 溫室內(nèi)的室內(nèi)外的溫度、濕度、光照強度、CO，濃度等環(huán)境參 數(shù)信息，通過控制設備對溫室保溫被、通風窗、遮陽網(wǎng)、噴滴灌 等驅(qū)動/執(zhí)行機構(gòu)的控制，對溫室環(huán)境氣候和灌溉施肥進行 調(diào)節(jié)控制以達到栽培作物生長發(fā)育的需要，為作物生長發(fā)育 提供最適宜的生態(tài)環(huán)境，以大幅度提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。 2.1.2控制模式 以時間為基準的變溫管理。根據(jù)一天中時間的變化實行 變溫管理，根據(jù)作物的生長需要將l天分成4個時間段，4個時 間段中根據(jù)不同的控溫要求對溫室進行控制。1天中4個時間 段的分段方法用戶可以靈活的更改，而且4個時間段中的溫度 設定值用戶也可以設定修改。 不同季節(jié)的控制模式不同，只是自動控制系統(tǒng)啟動的調(diào) 節(jié)機構(gòu)不相同，但不同季節(jié)的控制目的是相同的，即將環(huán)境參 數(shù)調(diào)控到設定的參數(shù)附近。隨著季節(jié)的變化，以及隨作物生 長階段的變化，各時間段所需要的溫度也是變化的，這時可通 過修改設定溫度值來調(diào)整溫室的溫度控制目標。 2.1-3控制方案 本系統(tǒng)采用自動與手動互相切換控制兩種方式來實現(xiàn)對 溫室的自動控制，提高設備運行的可靠性。在運行時可通過 按鈕對這兩種控制方式進行切換。手動控制簡單可靠，由繼 電器、接觸器、按鈕、限位開關等電氣元器件組成。自動控制 模式采用計算機自動控制。通過傳感器對環(huán)境因子進行監(jiān)測， 并對其設定上限和下限值，當檢測到某一值超過設定值，便發(fā) 出信號自動對驅(qū)動設備進行開啟和關閉，從而使溫室環(huán)境因 子控制在設定的范圍內(nèi)。其運行成本較低，可大大節(jié)約勞動 力，降低勞動者的勞動強度。 2.2系統(tǒng)的硬件組成 為了實現(xiàn)智能溫室的環(huán)境監(jiān)控，本設計建立了溫室環(huán)境 控制參數(shù)的長時間在線計算機自動控制系統(tǒng)。實現(xiàn)了溫室內(nèi) 溫度、濕度、CO，濃度、光照強度等參數(shù)的長期監(jiān)測。并可根據(jù) 智能溫室溫濕度的需求，對天窗、側(cè)窗、降溫濕風扇、風機、濕 簾、內(nèi)外遮陽網(wǎng)等設備自動控制。采用計算機作為上位機安裝 有組態(tài)t6.02監(jiān)控軟件，能將數(shù)據(jù)匯總、顯示、記錄、自動形成 數(shù)據(jù)庫，并實現(xiàn)了溫室調(diào)控設備的自動設置與遠程監(jiān)控。為了 確保系統(tǒng)的可靠性，溫室設備的控制采用手動/自動切換方 式，即在某些特殊情況下系統(tǒng)可以切換成手動，使用靈活方 便。 3系統(tǒng)的軟件設計 3.1溫室控制系統(tǒng)PLC軟件的設計 根據(jù)基本要求和技術要求列出以下幾點:(1)防止接點誤 動作:可利用自鎖電路加以解決;(2)系統(tǒng)自診斷功能:PIG本 身具有此項功能;(3)風機控制:溫室設有一組風機，能同時啟 動與停止，當溫室內(nèi)的溫度超出預定值時，受PLC的控制先是 4個側(cè)窗自動打開，延時5s后風機啟動，再延時5s后濕簾水泵 啟動，從而使溫室的溫度降低;(4)側(cè)窗控制:溫室中設有4個 側(cè)窗，側(cè)窗受電機控制，通過電機限位的設定來控制側(cè)窗行 程。解決方法類似上一點，但考慮到程序的精煉性，可配合 PGI的中斷功能命令加以解決;(5)系統(tǒng)自動/手動控制:可利 用一個開關量作為PLC的輸入信號，實現(xiàn)控制程序的轉(zhuǎn)換; (6)濕簾泵控制;(7)遮陽網(wǎng)控制;(8)CO，補氣(控制;(9)補光燈控制;(1O)可擴展性:在PLC中預留一定的存 儲空間和端口即可解決。 3.2控制系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)中對風扇、天窗、側(cè)窗、環(huán)流風機、遮陽幕和濕簾泵的 控制是通過PLC發(fā)出開關指令，通過交流接觸器控制相關機 構(gòu)的啟停。由于PLC檢測系統(tǒng)具有較高的靈敏度，能夠把溫 室內(nèi)的擾動快速反應出來，同時由于溫室較大的傳遞滯后，執(zhí) 行機構(gòu)動作頻繁，從而影響使用壽命。為此，在程序中加有時 間可調(diào)的延時模塊，使用時可根據(jù)具體情況調(diào)整延時，使控制 效果達到最佳。 3.3系統(tǒng)的組態(tài)監(jiān)控軟件的設計 組態(tài)軟件是可從可編程控制器以及各種數(shù)據(jù)采集卡等設 備中實時采集數(shù)據(jù)，然后發(fā)出控制命令并監(jiān)控系統(tǒng)運行是否正 常的一種軟件包。其主要功能如下: (1)遠程監(jiān)視功能。它可以通過通訊線遠程監(jiān)視多座溫 室的當前狀態(tài)，包搖‘戶外溫度、光照強度、風速、風向、雨雪信 號、室內(nèi)溫度、室內(nèi)濕度、控制器溫度、三組獨立通風窗的位置 和開關狀態(tài)、內(nèi)外遮陽幕的位置和開關狀態(tài)以及一級二級風 扇、濕簾、微霧、加熱器、環(huán)流風扇、補光燈、C0，補氣閥、水暖 三通閥的狀態(tài)和多種形式的報警監(jiān)視，還能監(jiān)視各灌溉閥的 照強度、風速、室內(nèi)溫度、室內(nèi)濕度、CO，濃度、水暖溫度等全 月的、全周的、全日的和本時段的最大值、最小值和平均值。 (3)溫室設備運行記錄功能。它能在線記錄各溫室設備 狀態(tài)變化時的時間、當前狀態(tài)和位置、當前目標溫度、室內(nèi)溫 度、目標濕度和室內(nèi)濕度，并能打印輸出。 (4)遠程設定功能�？梢酝ㄟ^通訊線遠程修改可編程控 制器的全部設定參數(shù)。 (5)生成曲線圖功能。它能以平面圖或立體圖的方式同 時繪制任意時刻的戶外溫度、光照強度、風速、目標溫度、室內(nèi) 溫度、目標濕度、室內(nèi)濕度、CO，濃度、水暖溫度等全年的、全 月的、全周的、全日的變化曲線并打印輸出。 4結(jié)語 本文通過分析溫室執(zhí)行機構(gòu)的相應動作對環(huán)境因子的影 響，將可編程控制技術、變頻技術、組態(tài)監(jiān)控技術和傳感器技 術應用于溫室控制系統(tǒng)的設計，開發(fā)了基于PLC的智能溫室 控制系統(tǒng)。圜 狀態(tài) (2)數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能。它可以統(tǒng)計任意時刻的戶外溫度、光[2] 。 它可以統(tǒng)計任意時刻的戶外溫度、光 14O [參考文獻】 鄧璐娟，張侃諭，龔幼民.智能控制技術在農(nóng)業(yè)工程中的應 用.現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2003(12):1~3 申茂向等.荷蘭設施農(nóng)業(yè)的考察與中國工廠化農(nóng)業(yè)建設的思 考.農(nóng)業(yè)工程學報，2000，16(5)

回答者：hillman752016-02-02 00:00