基于plc对温室温度控制系统的设计

基于plc对温室温度控制系统的设计内容摘要：

27 参考文献 29 辽宁职业学院毕业论文 5 第一章绪论 温室环境控制是一项综合性工程，它是当代农业生物学、环境工程、自动控制、计算机网络、管理科学等多种技术的综合应用，旨在为作物创造最佳生长条件，避免外界四季变化和恶劣气候的影响，以达到调节产期，促进生长发育 ，防治病虫害及提高农作物质量、产量、产值等目的。 研究开发并推广使用性能优越、运行可靠的温室智能控制系统将是温室生产走向产业化和效农业化的必由之路，而温室内环境因子（温度、湿度、光照度、 CO2 浓度等）的综合自动控制是实现温室种植物高产、优质、高效的关键。 在农业发达的国辽宁职业学院毕业论文 6 家，其现代温室已基本实现了自动化控制，但这些温室产品的成本相对较高，如加拿大 ARGUS 公司，每套温室控制器的价格在十万元左右；以色列国家农业中心的一片玻璃试验温室，每间的造价高达上百万美元。 另外，由于气候条件不同，地理环境差异以及种植农作物的不 同，在客观上限制了国外温室产品在我国的运用。 国内已有的一些温室存在技术水平发展缓慢，管理体系落后等缺点，不能满足现代农业和温室自动化控制发展的要求。 因此，研究开发出适合我国国情、具有独立知识产权、高效率、低成本运行的温室控制系统显得尤为重要。 苏州大学机电工程学院与宿迁市日昌升园艺有限公司联合建立了“苏州大学 —— 日昌升智能温室工程技术与设备研究中心”。 该中心的发展目标是瞄准 21 世纪高科技设施农业发展趋势，研究并开发集现代生物科学技术、智能控制和工业化工程技术为一体的工厂化高效农业技术与设备，以此推进我国现代 化农业进程。 本课题在上述实际项目背景下，旨在探寻温室环境的自动控制方案与实现形式，开发出适合企业实际生产需要的温室环境自动控制系统力图以合理有效的控制方案获得较为精确的控制效果，创造一个良好的人工气象环境，以消对作物生长不利的环境因素来促进作物生长，最终实现学校科研与企业生产的有机结合，并推动我国自主研发型温室系统的发展进程。 论文的内容安排 现代化温室应用先进的科学技术，采用连续的生产方式和先进的管理方式，高效、均衡地产出各种农作物，它能不受时间、地点和气候的影响，有效的改善农业生态、生产条件，促进 农业资源的科学开发和合理应用，提高劳动生产率和社会经济效益。 本文的总体目标是设计并实现一个数字化、网络化、智能化的温室控制系统。 其工作重点包含以下几个方面： （ 1）利用模糊控制技术实现对温室环境的智能控制。 （ 2）借鉴目前在工业控制领域中发展迅速的现场总线模型，组建由多个温室组成的温室群分布式控制系统。 （ 3）运用力控软件 创建上位机监控界面，对温室环境实施组态监控。 （ 4）利用模糊神经网络构建温室灌溉系统控制方案模型，从理论和仿真实验角度验证其合理性。 辽宁职业学院毕业论文 7 第二章系统总体方案及硬件部分设计 随着设施 农业的不断发展，温室的设计日趋科学，结构更加合理，内部配套设施更加完善。 本文的研究对象是新型的智能化日光温室，针对温室栽培生产的特殊性，设计出基于现场总线思想的分布式温室智能控制系统，在现阶段的技术条件下很好的满足温室环境控制的需要。 本章首先介绍温室的结构与材料，在此基础上，提出温室环境控制体系的总体设计方案，并给出设备选型和硬件电路设计。 温室是具有鲜明使用功能的农业生产性建筑，其主体是建筑工程问题，设计建造必须按照建筑相关的标准、规程进行，而主体结构构件的制作又类同于机械加工产品。 温室是由基础、主体结构、围护材料等所形成的相对密闭的实用型建筑，主要起到承载各种荷载、保温、防雨雪等作用。 本小节介绍的内容主要涉及温室建筑和机械方面的内容，并非本文研究重点，但又必不可少，因此作扼要介绍。 （ 1）主体骨架设计 采用热镀锌钢骨架，一跨三屋脊结构。 立柱采用双面热镀锌矩型钢管 100 60 ，横梁采用热镀锌复合式焊接横梁（热镀锌） 40 40 2mm，水槽采用 厚冷弯热镀锌钢板，设有落水管实施内排水。 主体骨架采用镀锌螺栓和自攻螺丝连接，温室覆盖材料采用专用铝合金型材固定。 （ 2）覆盖 材料 目前我国温室所使用的覆盖材料大体分为薄膜、 PC 板材、单层浮法玻璃三类。 这三类覆盖材料各自的优缺点见表 所述。 表 覆盖材料 优点 缺点 辽宁职业学院毕业论文 8 薄膜 （ 的薄膜大约 ～ 元 /㎡） （ PVC 膜为 %） ， 1～ 3 年需换膜一次 （传热系数为㎡ K） PC板材 79% 10 年 （传热系数㎡ K） （约 70～ 98元 /㎡） 板中空层易进水汽，影响采光性能 ，易吸附灰尘，清除困难 单层浮法 玻璃 89% 25 年，抗老化性能好 （ 5mm 的浮法玻璃约 25 元 /㎡） （传热系数为 ㎡ K） 本温室采用双层中空玻璃这一新型温室覆盖材料，单层玻璃厚度分别为 4mm、5mm，中间空气层厚度分别为 9mm、 6mm。 中空玻璃具有良好的保温效果（传热系数 ㎡ K），透光率可达 80%，采用专用的铝条密封，内置干燥剂，可防止中空层形成水汽，并具有较好的隔声效果， 外观大方，价格与双层 PC 中空板相当，适宜于种植兰花这一类高档花卉。 （ 3）性能指标 风载 ㎡；吊挂荷载 ㎡；雪载 ㎡；最大排雨量 140mm/h。 作物的生长发育除决定于其自身的遗传特性外，环境因子也是一个重要方面。 作物赖以生存的环境因子是由温度、湿度、光照、二氧化碳等因素构成。 各个环境因子之间不是孤立，而是相互联系、相互制约的，环境中一个因子变化会引起其他因子不同程度的变化。 因此，自然环境因子对作物的作用是各个环境因子综合作用的结果。 温室是用来 改善植物的生长环境，避免外界四季变化和恶劣气候对作物生长的不利影辽宁职业学院毕业论文 9 响，为植物生长创造适宜的条件。 图。 图 该系统采用可编程控制器 PLC 作为控制核心。 通过传感器检测温室中的环境参数，经变送转换为标准电流信号（ 4～ 20mA）后送入 S7200 的模拟量输入模块 EM231，PLC通过模糊控制算法进行分析处理，输出开关量，通过驱动电路控制风机、微雾、遮阳等多种执行机构。 多个温室共同构成温室群，借鉴 DCS 的分层控制结构形式，采用现场总线模型组建多个 温室的分布式控制系统，并与上位机通讯实施监控，通过MCGS 组态完成数据管理、智能决策、历史 /实时曲线、报警等功能。 系统硬件选型是温室环境控制的首要步骤与关键环节，可供选择的设备型号较多，选择余地较大，故选型时应从温室控制的实际情况以及所要求的控制功能、控制方式、资金情况等方面加以慎重考虑。 传感器的选择 本文的温 /湿度传感变送器采用芬兰维萨拉公司型号为 HMD40 的产品，该款传感器具有测量精度高，易于安装、响应速度快，对环境要求较低等特点，其外观如图。 辽宁职业学院毕业论文 10 图 HMD40型温 /湿度传感变送器实物图 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：177。 %℃ ②湿度检测范围： 0～ 100%RH；测量精度：177。 %RH ③工作电压： 10～ 28V DC ④输出信号： 4～ 20mA 环境调控系统 （ 1）外遮阳系统 我国大部分地区夏季炎热，光照充足，应在温室顶部安装外遮阳系统，利用遮阳网直接把部分太阳能阻挡在室外，可根据室内植物的要求选择合适的遮阳率，一般选用 50%～ 70%的遮阳率，利用外遮阳系统，可使室内温度降低 3～ 5℃。 辽宁职业学院毕业论文 11 电机 图 本文选用北京碧斯凯公司的钢索拉幕遮阳系统，其安装结构如图 所示。 其中减速电机处于整个温室的中心，电机的输出轴中心线与拉幕梁下表面之间的距离约200mm，驱动线之间的间距≤ 3000mm，换向轮则布置在温室的两端。 （ 2）扭矩分配连续开窗系统 系统的设计除包含传统连续开窗系统所需的减速电机、齿轮齿条、轴承座、驱动轴外，还增加了蜗轮减速箱、扭矩分配器等部件，系统原理如图 所示，蜗轮减速箱及扭矩分配器，将减 速电机输出的扭矩通过扭矩分配器均匀分配至每排窗户的蜗轮减速箱上，蜗轮减速箱再带动齿轮齿条实现天窗的开闭。 图 减速电机选用荷兰 DE GIER 公司的 GW30 型号减速电机，其转速为 30rpm，并非传统连续开窗系统所用的 ，针对上述设计的一栋跨度为 ，每跨 3个尖顶，共 2 跨的温室而言，若配置双面连续开窗，按传统连续开窗方式需 12 台减速电 13机，而采用扭矩分配连续开窗系统，则只需 2台荷兰 DE GIER 公司的减速电机，大 大降低了开窗机构的建造成本，此外，系统总功率的减少，使用过程更省电。 （ 3）侧窗电机 采用碧斯凯公司 WJN 系列减速电机，该电机采用国际流行的电动机与减速机一体化的结构，限位开关与配电控制结合具有工作和急停等功能，使得电机运行更可靠、更安全，此外还具有转动扭矩大、运行噪音低等特点。 （ 4）环流风机 常用的环流通风是在温室内以一定规则布置一定数量的环流风机，当风机开启时，室内的空气将在其作用下形成有序的流动，保证室内气候的均匀和稳定，并起到辽宁职业学院毕业论文 12 通风降温的作用。 在综合考虑种植作物种类、室内循环通风量等因素后，采用如图，将风机排成两列，均匀悬挂在温室中间走道两侧的骨架上，这种布置形式通风效率高，对种植密度大、密闭要求高的温室非常适用。 图 环流风机选用青州市三和温控设备厂的产品，其中，电机采用性能卓越的“海尔”三防专用电机，经过“海尔”实验室 360 小时破环性试验；外壳采用先进的整体集流器设计，国际先进的节能技术及热自动保护系统，轻型铝板冲压扇叶，具有大角度，风量大，低噪音等特点。 （ 5）风机湿帘系统 系统选用青州市三和温控设备厂产品，该系统由纸质多孔湿帘、风机。