基于PLC的智能温室控制系统的毕业论文

【专家解说】：基于PLC的智能温室控制系统的设计 摘要：温室环境系统是一个非线性、时变、滞后复杂大系统，难以建立系统的数学模型，采用常规的控制方法难以获得满意的静、动 态性能。根据温室环境控制的特点，设计了一个基于PLC的智能温室控制系统。 关键谝：PLC；智能控制：温室控制 智能温室系统是近年逐步发展起来的一种资源节约型高 效设施农业技术。本文在吸收发达国家高科技温室生产技术 的基础上，对温室温度、湿度、CO，浓度和光照等环境因子控 制技术进行研究，设计了一种基于PLC的智能温室控制系统。 1智能温室控制算法的研究 1．1温室环境的主要特点 温室环境系统是一个复杂的大系统，建立精确的控制模 型很难实现。由于作物对环境各气候因子的要求并不是特别 的精确，而是一个模糊区间，比如作物对温度的要求，只要温 度在某一时间段在某一区间内，该作物就能很好地生长，因 此，也没有必要将各种参数进行精确控制。温室气候环境作 为计算机控制系统的控制对象，有以下特点：非线性系统、分 布参数系统、时变系统、时延系统、多变量藕合系统。 1．2智能温室控制对象微分方程 智能温室温度微分方程为： 式中，为智能温室的放大系数；为智能温室的时间常数； 为智能温室内外干扰热量换算成送风温度的变化量；为智 能恒温室室内温度。 2系统总体结构与硬件设计 2．1系统总体结构 2．1．1控制系统设计目标 温室控制系统是依据室内外装设的温度传感器、湿度传 感器、光照传感器、CO，传感器、室外气象站等采集或观测的 温室内的室内外的温度、湿度、光照强度、CO，浓度等环境参 数信息，通过控制设备对温室保温被、通风窗、遮阳网、喷滴灌 等驱动／执行机构的控制，对温室环境气候和灌溉施肥进行 调节控制以达到栽培作物生长发育的需要，为作物生长发育 提供最适宜的生态环境，以大幅度提高作物的产量和品质。 2．1．2控制模式 以时间为基准的变温管理。根据一天中时间的变化实行 变温管理，根据作物的生长需要将l天分成4个时间段，4个时 间段中根据不同的控温要求对温室进行控制。1天中4个时间 段的分段方法用户可以灵活的更改，而且4个时间段中的温度 设定值用户也可以设定修改。 不同季节的控制模式不同，只是自动控制系统启动的调 节机构不相同，但不同季节的控制目的是相同的，即将环境参 数调控到设定的参数附近。随着季节的变化，以及随作物生 长阶段的变化，各时间段所需要的温度也是变化的，这时可通 过修改设定温度值来调整温室的温度控制目标。 2．1-3控制方案 本系统采用自动与手动互相切换控制两种方式来实现对 温室的自动控制，提高设备运行的可靠性。在运行时可通过 按钮对这两种控制方式进行切换。手动控制简单可靠，由继 电器、接触器、按钮、限位开关等电气元器件组成。自动控制 模式采用计算机自动控制。通过传感器对环境因子进行监测， 并对其设定上限和下限值，当检测到某一值超过设定值，便发 出信号自动对驱动设备进行开启和关闭，从而使温室环境因 子控制在设定的范围内。其运行成本较低，可大大节约劳动 力，降低劳动者的劳动强度。 2．2系统的硬件组成 为了实现智能温室的环境监控，本设计建立了温室环境 控制参数的长时间在线计算机自动控制系统。实现了温室内 温度、湿度、CO，浓度、光照强度等参数的长期监测。并可根据 智能温室温湿度的需求，对天窗、侧窗、降温湿风扇、风机、湿 帘、内外遮阳网等设备自动控制。采用计算机作为上位机安装 有组态t6．02监控软件，能将数据汇总、显示、记录、自动形成 数据库，并实现了温室调控设备的自动设置与远程监控。为了 确保系统的可靠性，温室设备的控制采用手动／自动切换方 式，即在某些特殊情况下系统可以切换成手动，使用灵活方 便。 3系统的软件设计 3．1温室控制系统PLC软件的设计 根据基本要求和技术要求列出以下几点：(1)防止接点误 动作：可利用自锁电路加以解决；(2)系统自诊断功能：PIG本 身具有此项功能；(3)风机控制：温室设有一组风机，能同时启 动与停止，当温室内的温度超出预定值时，受PLC的控制先是 4个侧窗自动打开，延时5s后风机启动，再延时5s后湿帘水泵 启动，从而使温室的温度降低；(4)侧窗控制：温室中设有4个 侧窗，侧窗受电机控制，通过电机限位的设定来控制侧窗行 程。解决方法类似上一点，但考虑到程序的精炼性，可配合 PGI的中断功能命令加以解决；(5)系统自动／手动控制：可利 用一个开关量作为PLC的输入信号，实现控制程序的转换； (6)湿帘泵控制；(7)遮阳网控制；(8)CO，补气(控制；(9)补光灯控制；(1O)可扩展性：在PLC中预留一定的存 储空间和端口即可解决。 3．2控制系统软件设计 系统中对风扇、天窗、侧窗、环流风机、遮阳幕和湿帘泵的 控制是通过PLC发出开关指令，通过交流接触器控制相关机 构的启停。由于PLC检测系统具有较高的灵敏度，能够把温 室内的扰动快速反应出来，同时由于温室较大的传递滞后，执 行机构动作频繁，从而影响使用寿命。为此，在程序中加有时 间可调的延时模块，使用时可根据具体情况调整延时，使控制 效果达到最佳。 3．3系统的组态监控软件的设计 组态软件是可从可编程控制器以及各种数据采集卡等设 备中实时采集数据，然后发出控制命令并监控系统运行是否正 常的一种软件包。其主要功能如下： (1)远程监视功能。它可以通过通讯线远程监视多座温 室的当前状态，包摇‘户外温度、光照强度、风速、风向、雨雪信 号、室内温度、室内湿度、控制器温度、三组独立通风窗的位置 和开关状态、内外遮阳幕的位置和开关状态以及一级二级风 扇、湿帘、微雾、加热器、环流风扇、补光灯、C0，补气阀、水暖 三通阀的状态和多种形式的报警监视，还能监视各灌溉阀的 照强度、风速、室内温度、室内湿度、CO，浓度、水暖温度等全 月的、全周的、全日的和本时段的最大值、最小值和平均值。 (3)温室设备运行记录功能。它能在线记录各温室设备 状态变化时的时间、当前状态和位置、当前目标温度、室内温 度、目标湿度和室内湿度，并能打印输出。 (4)远程设定功能。可以通过通讯线远程修改可编程控 制器的全部设定参数。 (5)生成曲线图功能。它能以平面图或立体图的方式同 时绘制任意时刻的户外温度、光照强度、风速、目标温度、室内 温度、目标湿度、室内湿度、CO，浓度、水暖温度等全年的、全 月的、全周的、全日的变化曲线并打印输出。 4结语 本文通过分析温室执行机构的相应动作对环境因子的影 响，将可编程控制技术、变频技术、组态监控技术和传感器技 术应用于温室控制系统的设计，开发了基于PLC的智能温室 控制系统。圜 状态 (2)数据统计功能。它可以统计任意时刻的户外温度、光[2] 。 它可以统计任意时刻的户外温度、光 14O [参考文献】 邓璐娟，张侃谕，龚幼民．智能控制技术在农业工程中的应 用．现代化农业，2003(12)：1～3 申茂向等．荷兰设施农业的考察与中国工厂化农业建设的思 考．农业工程学报，2000，16(5)