基于PLC的大棚温室控制系统的设计(2)

2019-05-18 19:26

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更为精确,并且逐渐朝着无人化、智能化的方向发展。

我国对于温室控制技术的研究始于20世纪80年代。我国工程技术人员大量吸取国外经验基础上,开始掌握了室内微机控制技术,但是这项技术仅仅只能控制温度、湿度和CO2浓度等单环境因子,从此之后我国的温室控制技术得到了飞跃式的发展。到90年代中后期,在学习国外建造经验的基础上,我国开始尝试自主研发环境控制系统。1995年,北京农业大学研制成功了“WJG-1型实验温室环境监控计算机管理系统”,这个系统是以小型分布式数据采集来控制的系统。1996年江苏理工大学研制成功了用工控机进行管理的植物工厂系统。该系统能对较多的环境因素进行综合的控制,是国产化温室控制技术比较典型的成果。90年代末期,河北职业技术学院研制了蔬菜大棚,能够对温度和湿度进行实时测量及控制。当时我国农业现代化水平较低,农业劳动力过多,温室的建造投资太大,对工作人员的要求较高等成为了限制温室控制技术发展的主要因素。

本文目的在于探寻温室环境自动控制在实践中的应用,并且推动温室控制系统的发展进程。

1.3 内容安排

温室的建造采用了先进的科学技术可以有效的提高农作物的产量和经济效益。本文在充分了解影响温室温度控制因素的基础上做出智能温室温度控制系统的总体设计方案。系统由PLC作为设备核心构建而成,可以实现我们预期达到的要求。

本文对温室温度控制算法进行研究。温室环境是个复杂的系统,根据这种情况,本文采用模糊算法进行数据的前期处理。之后使用PLC网络组态方法,这样就解决了过程控制层和监控层之间通讯等问题,并且利用编程软件根据环境系统对温度控制的要求编写了监控程序,这样就能够实现远程监控、用户管理、报警记录、曲线显示等多项监控功能。

本文设计的系统大大提高了设备的利用率,降低耗能,而强大的扩展功能使其可以很容易的选用外围设备, 这样就能提高系统的容错率大大降低了系统建造的难度。

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第2章 系统总设计方案

2.1 系统总体设计思路

环境因素是影响植物生长的重要因素,而温室的建造使得环境这个重要因素得以改变,可以创造出更加好的环境让植物生长。温室的主要作用就是来改变植物生长,它能避免恶劣天气对植物的影响达到促进植物更好的生长。但是环境的更改我们需要考虑的很多,我们要主要分析哪些因素会对植物的生长起到作用。经过我们不断的咨询和调查我们得出作物的生长环境主要是由温度、湿度、CO2浓度、光照等因素构成,我们只是单独控制一种因素来控制温度是无法达到我们所想要的目的的,所以我们要考虑多种因素的综合控制。

2.2 设计概要图

温室是具有鲜明使用功能的农业型建筑,其构建涉及工程问题必须符合国家规定建造。温室的主要作用是承载负荷、保温、防雨雪等作用。传感器监测到温室中环境因素的变化时,会把监测到的环境信号传递给模糊控制器,模糊控制器对信号进行处理然后传递给MCGS组态进行数据的人机互动显示,最后传递给PLC,PLC对信号进行处理控制内部设备运作不断地改变温室的环境,使温度保持在一定的范围内。

本文设计的系统是以PLC为控制核心总体分为以下三个部分;

(1)信息采集系统,它包括温/湿度传感器、光照传感器和CO2传感器主要是进行实时监测温室内的环境和执行设备工作时的反馈工作。它是影响系统精确度的主要因素。

(2)智能控制部分,它主要包括了模糊控制器、MCGS组态(也是人机交互界面)还要系统最核心部分PLC。信息采集系统把信号出输给模糊控制器,模糊控制器进行信号的处理(对PLC做出判断做出先前分析),模糊控制信号处理完毕然后传送给MCGS组态,MCGS组态做出趋势曲线、动画演示等进行人机信息交互,最后把信号传给PLC,PLC把信号与我们设定的值进行对比做出相应的判断,控制下一部分工作。

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(3)系统执行部分,它包括最后的设备含有正反转设备和开关类设备,根据PLC给出的信号做出相应的反应控制温度等达到我们预想的目的。最终信息采集部分在进行信息采集进行反馈然后重复上述步骤,进而达到智能控温的效果。我们也可以进行手动或自动切换更加确保温度的准确性。

系统三个部分各有各的功能,它们的完美组合使得系统才能到达到我们所需要的目的,但是系统的运行过程中肯定会有误差存在。信息采集系统是系统开始的第一步它们元件的质量是保证系统准确性的第一步,所以我们在选择信息采集系统的器件时我们第一位的应该是确保器件的质量在考虑器件的价格,信息采集系统直接影响了整个系统的准确性。智能控制部分作为系统的第二部分起到了整个系统最核心的作用,它对系统准确性的影响(在我们先前校准完毕的情况下)不是特别大。最后系统的执行部分对于系统准确性影响可以排在智能控制系统的前面,作为最终的执行机构它们承担着最终完成改变环境因素的职能,在他们工作的时候总是会产生热量会影响整个温室内部环境,可能在一段时间后设备会出现故障从而达不到我们想要的结果,这些都是系统存在的误差因素。所以设计系统的时候应该加强对设备筛选和对控制系统的设计,尽量减少系统所产生的误差,确保系统的正常运行。系统流程图如图2.1所示。

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开始/停止手动手动/自动自动传感器模糊控制器信息反馈MCGS组态PLC加热设备加热设备加热设备加热设备加热设备加热设备加热设备

图2.1 系统流程图

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第3章 系统硬件方案设计

3.1 信息采集电路的设计 3.1.1 温/湿度传感器的选择

本文选择的温/湿度传感器有两种一种是北京伊泰公司型号为IEC751和荷兰维拉公司型号为MMD30的产品。

北京伊泰公司型号为IEC751的技术参数是: (1)绝缘电阻:≥1000M? (2)适用范围:-20℃—500℃ (3)湿度:≤80% (4)电压:10~100V

荷兰维拉公司型号为MMD30的技术参数是: (1)绝缘电阻:1000M? (2)适用范围:-20℃—300℃ (3)湿度:≤80% (4)电压:20~300V

根据本文设计的系统,荷兰维拉公司型号为MMD30的温/湿度传感器它的电压范围更适合实际情况,它的电压阻值也小更适合系统要求所以我选择它。 温/湿度传感器外观图如图3.1所示。

图3.1 温/湿度传感器外观图


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