基于PLC的大棚温度自动控制系统设计.docVIP

摘要 大棚温度自动控制系统是一种为作物提供最好环境、避免各种棚内外环境变化对其影响的控制系统。该系统采用FX2N系列PLC作为下位机， PC机作为上位机，采用三菱D-720通用变频器，采用温度、湿度、光照传感器采集现场信号，这些模拟量经PLC转化为数字信号，把转化来的数据与设定值比较，PLC经处理后给出相应的控制信号使环流风机、遮阴帘、微雾加湿机等设备动作，大棚温度就能实现自动控制。这种技术不但实现了生产自动化，而且非常适合规模化生产，劳动生产率也得到了相应的提高，通过种植者对设定值的改变，可以实现对大棚内温度的自动调节。 关键词 大棚；温度控制；PLC 第1章 绪论 如今塑料大棚、日光温室逐渐成为我国设施结构的主要结构类型。其能够充分利用阳光、节约燃煤、减轻环境污染等特点。1997年我国的日光温室面积快速增加至16.7万公顷。农业联合部推广的新一代节能型的日光温室，可以节约大量的煤资源，每年没亩能节约燃煤约20吨。越来越先进的现代化温室大棚采用的覆盖材料也越来越先进，比如PC板。从1995年开始我国大型温室大棚面积迅速增加，截至目前已有约200公顷，一些发达国家也发现了现代化温室大棚土地利用率高、便于机械化操作等优点也大力发展面积也不断增加。 设施农业的发展为大棚实现大型现代化、温室的发展进程提供很好的机会，使其能够快速发展。但是到目前为止，有相当一部分的大棚、温室还要靠种植者的经验来完成，缺乏根本的科学性。这种管理方式缺乏量化的指标，精确度很差，仅仅能够被动的调节温度等，而不能主动的是大棚内的环境因子自动的改变，这就不能发挥大棚的高产特性。由此可知，大棚温度的自动控制对设施农业甚至我国农业现代化的进程都有很大的影响。 根据国内外大棚控制技术的发展形势，其发展阶段可以分为三个： （1）手动控制：这是大棚环境控制发展的初级阶段，其技术相当落后。传感器也是长期从事农业生产的种植者，其也是该系统的执行者。他们作为该控制技术的核心，在对大棚内外各环境因子和作物情况的基础上结合自己丰富的经验，手动改变大棚内的环境。但其生产效率低，不适合农业现代化的进程，且要求种植者有较高的生产素质。 （2）自动控制：这是大棚控制技术发展的另一阶段，它需要种植者根据棚内作物的生长状况提前设置好作物所需的目标参数，然后控制系统把传感器的实际输出值与预先设置好的目标参数进行比较，从而去控制各环境因子的调节过程，进一步完成各种加热、降温等。该控制技术使生产自动化，利于大规模生产，大大提高的生产效率。改变预先设置的目标值可以使棚内的环境因子得到自动的调节，但该控制不能适应作物生长状况的突变，难以介入作物生长的内在规律。但是目前我国有相当一部分的自主开发的现代化温室以及引进的国外设备都运用该控制。 （3）智能化控制：这是大棚控制发展到目前为止为最高阶段，该技术建立在自动控制和生产实践的基础上，是总结和运用各种农业领域知识、技术和实验数据建成的专家系统，通过建立最适宜作物生长的数学模型，开发出一种适合个各种作物生长的专家控制技术。该技术是在手动、自动、自动化控制发展之后发展起来的，也会越来越先进，越来越完备。 截至到目前，我国对于该系统的研究技术还是比较落后，以基本的PID控制为主。它仅仅能够满足常见的温度系统，在一些复杂、时变情况下难以使用，基本都由有经验的工人现场来调试。 目前，我国的设施农业土地利用率低、盲目引进温室、管理技术水平低、劳动生产率低、能源浪费严重。但是随着科技发展和社会的全面进步，这些问题也会被逐渐解决，逐步向专业化发展，朝着自动化农业型发展，从而为社会大众提供更加丰富可口、安全、优质的绿色健康食品。 第2章 系统概述 该系统下位控制由FX2N系列PLC完成，上位机为PC机，变频器采用三菱D-720通用变频器，由温度、光电、湿度等传感器采集现场信号，PLC将传感器采集到的有关的环境参数转化为数字信号，然后把这些数值与给定值比较，经过控制计算给出相应的控制信号使环流风机、遮阴帘、微雾加湿机等设备动作，实现大棚温度的自动控制。 软件部分主要是实现对各传感器所测环境因子值的处理，其中包括一些算术逻辑运算，然后通过与设定值的对比，发出相应的信号完成对各种硬件设备的控制，软件部分可以称作系统的“大脑”，而硬件部分则可以称作系统的“神经”和“肢体”。 2.1 系统设计要求 硬件上，温度、湿度和光照传感器检测大棚内外诸如温度、湿度等环境因子，然后通过变送器将这些检测到的模拟量转化为电压或者电流通过输入端口输入到PLC然后经过A/D转化后到达其内部经过其对信息的处理完成对硬件的相应动作。软件上，PLC通过A/D转化将传感器检测到的大棚内外的实时环境信号转化为数字信号后与预先设定值比较，如果数值高于或低于预先设定值，报警电路就会报警，然后PLC对信息进