基于PLC的智能溫室控制系統(tǒng)的設計文獻綜述

1、附件1：文獻綜述智能溫室系統(tǒng)概述專業(yè)班級：電氣093 姓名：蔣嘉倫 學號：2009017113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。本次設計控制系統(tǒng)硬件部分主要由 plc、變頻器和各類傳感器構成，用來完成溫室內(nèi)部溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照 度等室內(nèi)參數(shù)的檢測與溫室內(nèi)雙向天窗、側窗、濕簾窗角度開閉驅(qū)動，內(nèi)外遮陽網(wǎng)驅(qū)動，濕簾水泵，環(huán)流風機，節(jié)能降溫排濕風扇，c02補氣閥、補光燈等執(zhí)行設備的控制。 本系統(tǒng)操作簡單、工作穩(wěn)定可靠、實用性強；并有良好的組態(tài)監(jiān)控界面，能遠程控制。 適應了當前現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的需要，適用范圍

2、廣，其經(jīng)濟效益很好。關鍵詞:智能溫室；可編程控制器；pid控制；變頻技術；組態(tài)監(jiān)控1 概述目前，雖然有不少單位或個人引進了一些國外的計算機智能控制系統(tǒng)1，如溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，施肥灌溉控制系統(tǒng)，工廠化育苗智能控制系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)真正實現(xiàn)了溫室控制的智能化和自動化，但往往存在投資過大，系統(tǒng)維護不方便等各種發(fā)展制約瓶頸2，再者就是要求溫室的管理操作人員本身有較高的文化素質(zhì)和較豐富的工程技術經(jīng)驗，目前我國廣大農(nóng)民還不具備，這也限制了國外同類產(chǎn)品在國內(nèi)的推廣應用。開發(fā)低價位、實用型的農(nóng)業(yè)智能計算機控制系統(tǒng)對于推進我國農(nóng)業(yè)自動化、智能化進程具有重要的意義，同時也具有很大的市場潛力3。據(jù)調(diào)查，目前市場上迫切

3、需要的是一種低成本、操作使用簡便的實用溫室控制系。，針對這一要求及我國日光溫室量大、面廣但檔次較低的特點，研究一種既符合我國農(nóng)業(yè)水平實際又適合農(nóng)民經(jīng)濟承受能力、技術上不低于國外同類產(chǎn)品的日光溫室智能集成控制系統(tǒng)是非常必要的。本文設計的系統(tǒng)可以模擬基本的生態(tài)環(huán)境因子溫度、濕度、光照、空氣成份等，以適應不同生物生長繁育的需要，它由相關的智能控制單元組成，按照事先設定的程序，精確測量溫室的氣候和土壤參數(shù)，并自動啟動或關閉不同的電動外圍設備（遮陽幕、加熱器、濕簾水泵及風機、通風系統(tǒng)等），程序所需的數(shù)據(jù)通過傳感器實時采集4。該系統(tǒng)的使用，可以為植物提供一個理想的生長環(huán)境，并能起到減輕人的勞動強度、提高設

4、備利用率、改善溫室氣候、減少病蟲害、增加作物產(chǎn)量等作用。本控制系統(tǒng)具有的特點：（1）預測性 通過對氣候參數(shù)的分析，可以預測控制設備的運行情況，提高設備的利用率，降低能耗。（2）強大的擴展功能 通過選用不同的外圍設備，可以控制溫室環(huán)境及灌溉、施肥等。 （3）完善的資料處理功能 通過中央控制軟件，可以不間斷地記錄各種傳感器的信息以及各種控制設備的動作記錄等。（4）遠程監(jiān)控功能 即使工作人員不在現(xiàn)場，也可以通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)對溫室內(nèi)的設備參數(shù)進行監(jiān)視和控制。2 智能溫室控制的特點及結構2.1 智能溫室控制的特點智能溫室控制主要是根據(jù)外界環(huán)境的溫度、濕度、co2含量、光照以及風速、風向、雨量等氣候因素，

5、來控制溫室內(nèi)的溫度、濕度、通風、光照，創(chuàng)造出適合作物生長的最佳環(huán)境，同時還需對影響作物生長的各種營養(yǎng)元素進行動態(tài)的配方管理5,6。在這種控制中，溫度、濕度、c02含量、光照等被控量之間存在著強烈的相互關系，某個被控量的改變，會影響到其他被控量的變化。針對智能溫室的特點，智能溫室控制系統(tǒng)應是一種具有良好控制精度、較好的動態(tài)品質(zhì)和良好穩(wěn)定性的系統(tǒng)。對植物生長不同階段的需求制定出監(jiān)測的標準，對溫室環(huán)境監(jiān)測，將測得的參數(shù)進行比較后進行調(diào)整。2.2 控制系統(tǒng)框架組成 針對智能溫室的特點，智能溫室控制系統(tǒng)應是一種具有良好控制精度、較好的動態(tài)品質(zhì)和良好穩(wěn)定性的系統(tǒng)，對植物生長不同階段的需求制定出監(jiān)測的標準，

6、對溫室環(huán)境監(jiān)測，并將測得的參數(shù)進行比較后進行調(diào)整3。 圖1 智能溫室控制系統(tǒng)構成圖本系統(tǒng)主要由溫度傳感器(lm35)、濕度傳感器(syhs一220)、集成運算放大器(lm358)、ad轉換器(adc0809)、光電耦合器(tlp521)和plc(三菱fxln-40mr)組成。溫度、濕度傳感器分別采集溫室內(nèi)溫度、濕度信號，經(jīng)adc0809轉換成8路并行數(shù)字信號，信號通過光電耦合器傳人plc，plc再將采集的信號經(jīng)轉換后與溫濕度設定值進行比較。轉換后的溫度信號若高于設定溫度上限，則開窗降溫；若低于設定溫度下限，則關窗并驅(qū)動加熱設備。轉換后的濕度信號若高于設定濕度上限，則啟動風扇；若低于設定濕度下限

7、，則啟動濕簾和風扇。其系統(tǒng)工作原理圖如圖1所示。3 基于plc的控制系統(tǒng)的設計3.1 控制系統(tǒng)概述3.1.1 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、co2傳感器、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、co2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)行機構的控制，對溫室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)。3.1.2 控制模式系統(tǒng)控制的主要環(huán)境變量包括溫度、濕度和co：濃度，對這些變量的控制應采取閉環(huán)控制方式。燈光

8、和抑制機的的控制相對獨立，系統(tǒng)僅需要提供燈光的定時開關和延時開關功能，抑制機在氣候室內(nèi)作往復運動，安裝在抑制機上的軸流風扇吹出均勻微風以增加對流，系統(tǒng)應能分別可靠地控制抑制機的往復運動和軸流風扇的起停。下面主要介紹溫度控制，溫度控制主要涉及新風控制模塊、壓縮機控制模塊和內(nèi)風機控制模塊。新風控制模塊可以獨立考慮，其主要功能是為人工氣候室提供一定溫度和流量的新鮮空氣，降低co。濃度，其本身也是一個溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。目前，進入氣候室的新風溫度設定在15左右，并且系統(tǒng)只提供了新風機的關閉和打開功能，不具備新風流量的控制功能。氣候室內(nèi)部的溫控流程如圖1所示。為了避免制冷和制熱機組處于交替工作狀態(tài)，可以設定一

9、個溫度過沖裕度s，當tatp+s時，制冷機組立即工作，當ta降到t。時，制冷機組停止工作，即順序關閉壓縮機、延時、關閉內(nèi)風機，讓室溫自然冷卻，當ta降到tds時，制熱機開始工作，當ta上升到t。時，關閉制熱機組，即順序關閉加熱管、延時、關閉內(nèi)風機，但新風機保持工作，讓室溫自然上升。當ta升到to+s時，制冷機組又開始工作，如此往復，完成溫室的溫度控制循環(huán)。溫度控制的過程中，若用戶設定的化霜時刻到達的時候，則圖1溫室溫度控制流程停止溫控(關閉壓縮機和內(nèi)風機)，打開加熱管化霜，化霜結束后再切換到溫度控制流程。 圖2 溫室溫度控制流程3.2 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

10、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：plc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個側窗自動打開，延時5 s后風機啟動，再延時5 s后濕簾水泵啟動，從而使溫室的溫度降低；（4）側窗控制：溫室中設有4個側窗，側窗受電機控制，通過電機限位的設定來控制側窗行程。解決方法類似上一點，但考慮到程序的精煉性，可配合plc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)控制程序的轉換；（6）濕簾泵控制；（7）遮陽網(wǎng)控制；（8）co2補氣控制；（9）補

11、光燈控制；（10）可擴展性：在plc中預留一定的存儲空間和端口即可解決。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plc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)，包括“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、co2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)視各灌溉閥的狀態(tài)。（2） 數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能。它可以統(tǒng)計

12、任意時刻的戶外溫度、光照強度、風速、室內(nèi)溫度、室內(nèi)濕度、co2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、co2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 總結智能控制溫室綜合了多方面的技術，為植

13、物的生長創(chuàng)造了適宜的環(huán)境，使植物的產(chǎn)量與質(zhì)量有了很大的提高，因此已成為高效農(nóng)業(yè)的一個發(fā)展方向。智能溫室控制系統(tǒng)無論是對新建溫室還是原有溫室的改造都有很好的應用前景。本文通過分析溫室執(zhí)行機構的相應動作對環(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)。參考文獻1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年1 2 期(總293期)：pl-p3(核心期刊)2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，v011 6(5)，20003鄭光華，美m(xù)設施農(nóng)業(yè)發(fā)展概述j，世界農(nóng)業(yè)，l 999，(3)：l 3-1 64崔世安，農(nóng)業(yè)結構調(diào)整與農(nóng)業(yè)工程技術。農(nóng)業(yè)工程學報v011 6(1)，20005羅中嶺，美國花卉溫室現(xiàn)狀及溫室環(huán)境調(diào)節(jié)最新進展，農(nóng)業(yè)工程學報，v019(4)1 9936stunez，temporal knowledge modell ing in plagues controlin greenhouses， cybemetics and systemsv0121：367374，19907方瑞華，我國設施農(nóng)業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向j，江蘇理工大學學報，l 9981 9(4)：53-588鄭為鍵，花卉栽培用微噴灌