摘 要:隨著人們生活水平的提高,在溫室中生長(zhǎng)的反季蔬菜成為人們?nèi)粘I钪须S處可見的食物,在溫室大棚中,作物生長(zhǎng)的環(huán)境可以改善,季節(jié)性的變化和惡劣的氣候不會(huì)讓他們的食用行發(fā)生改變,創(chuàng)造有利于種植作物的環(huán)境。作為高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要組成部分,溫室是我們必須去研究的方向。
本文介紹了在PLC控制基礎(chǔ)上的模糊-PI溫室大棚的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,以便在溫室大棚中檢測(cè)各種各樣的指標(biāo),研究由溫度傳感器,二氧化碳的傳感器集中器,光照傳感器,在測(cè)量值送到PLC,在PLC中與控制點(diǎn)匹配,發(fā)送一個(gè)給定驅(qū)動(dòng)的外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)器,模糊控制將專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用語(yǔ)言變量表述,再利用模糊邏輯等理論形成規(guī)則,歸納成為控制算法,維數(shù)越高控制效果越好,調(diào)控大棚周圍參數(shù)的溫控器,達(dá)到大棚自動(dòng)化,智能控制。該項(xiàng)目的優(yōu)勢(shì)是成本低、資源節(jié)約和利潤(rùn)最大化。
關(guān)鍵詞:溫室大棚;PLC;傳感器;智能控制
一、系統(tǒng)總設(shè)計(jì)方案
(一)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)。本文研究的是溫室大棚基于PLC技術(shù)上的應(yīng)用,從整體上對(duì)溫室大棚控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等方面。本次的研究?jī)?nèi)容為溫室大棚PLC控制系統(tǒng),以可編程控制器PLC為核心,溫室大棚中的溫度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)可以通過溫度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器來檢測(cè),溫室大棚的通風(fēng)扇、冷/熱風(fēng)機(jī)、遮陽(yáng)簾、加熱器、二氧化碳添加器等硬件設(shè)施通過PLC控制系統(tǒng)控制,對(duì)溫室大棚中的環(huán)境因子進(jìn)行調(diào)控,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室大棚智能化控制。
(二)系統(tǒng)的控制方案。要完成上述任務(wù),需要一個(gè)完整的溫室控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)將PLC作為控制核心使用,用傳感器感知溫室的各種環(huán)境因素,然后將測(cè)量結(jié)果傳送到PLC,用PLC進(jìn)行處理,然后向可控制溫室的運(yùn)行設(shè)備發(fā)布命令環(huán)境因素。
控制系統(tǒng)有兩種模式,一是考慮到實(shí)際生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全,即自動(dòng)和被動(dòng)。自動(dòng)模式根據(jù)PLC的不同周期性地被控制,手動(dòng)模式是為了在緊急情況下能夠穩(wěn)定地啟動(dòng)設(shè)備而使用手動(dòng)操作。將傳感器對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)和設(shè)置進(jìn)行比較,然后通過軟件程序執(zhí)行相關(guān)命令。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是低廉,資源節(jié)約和最大優(yōu)點(diǎn)。
二、大棚溫室系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)
PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。本章介紹主機(jī)電路設(shè)計(jì),大棚溫室電器控制系統(tǒng)各部分控制電路設(shè)計(jì),傳感器選型,PLC選型與PLC外設(shè)在內(nèi)的溫室控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)計(jì)劃。
大棚溫室控制系統(tǒng)的主要電路顯示在圖1中。通風(fēng)平底鍋和涼棚的周轉(zhuǎn)爐差不多。要完成工作,需要啟動(dòng)、停止、前進(jìn)和后進(jìn)馬達(dá)。不同的是,通風(fēng)愛好者的馬達(dá)和車棚。電力不一樣,雪馬達(dá)有開關(guān),冷氣/溫風(fēng)扇、暖氣、光源及CO2發(fā)生器都是開關(guān),工作原理幾乎相同。
從圖上可以看出,刀的開關(guān)是QK,而且可以控制整個(gè)電路的開始和停止。熱傳導(dǎo)是FR1-FR5,它可以起到保護(hù)超負(fù)荷的作用。保險(xiǎn)絲是FU1-FU7,每季度提供一段及超負(fù)荷保護(hù)功能;接觸器的主要接點(diǎn)是KM1-KM9,它可以實(shí)現(xiàn)馬達(dá)的起始與停止,轉(zhuǎn)正與反轉(zhuǎn)彎及開關(guān)的起始與停止控制。
三、大棚溫室控制系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì)
(一)STEP7-Micro/Win軟件簡(jiǎn)介。STEP7-Micro/WIN32編程軟件是Sie-mens為S7-200系列編程控制器而設(shè)計(jì)和開發(fā)的基于Windows基礎(chǔ)的應(yīng)用軟件,強(qiáng)大而強(qiáng)大,可以用來開發(fā)用戶程序,并實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的運(yùn)行狀態(tài)。STEP7-Micro/WIN的基本界面在圖2中顯示。
編程軟件的具體功能如下:
1.可以用梯形圖、語(yǔ)句表和功能塊圖編程。2.可以進(jìn)行符號(hào)編程,通過符號(hào)表分配符號(hào)和絕對(duì)地址,即對(duì)編程元件定義符號(hào)名稱,增加程序的可讀性,并可打印輸出。3.支持三角函數(shù),開方,對(duì)數(shù)運(yùn)算功能。4.具有易于使用的組態(tài)向?qū)А?.可用于CPU硬件配置。6.可以將STEP7-Micro/WIN正在處理的程序與所連接的PLC中的程序進(jìn)行比較。
(二)大棚溫室控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)思路
控制系統(tǒng)提供手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式,自動(dòng)模式處于正常工作狀態(tài),手動(dòng)模式用于處理意外情況。在自動(dòng)啟動(dòng)模式下,PLC啟動(dòng)時(shí)用于檢測(cè)溫室溫度、光亮、二氧化碳濃度和溫室控制系統(tǒng)配置值等環(huán)境因素的傳感器測(cè)量值較高,而傳感器感知的溫度比設(shè)定值要高,PLC就會(huì)發(fā)出控制冷卻器開放及換氣盤前方旋轉(zhuǎn)(溫室空氣向外排放)的相應(yīng)命令。測(cè)定的值如果低于設(shè)置值,就會(huì)打開暖氣和熱鍋加熱溫室。(把空氣引入溫室)當(dāng)溫室里的光線低于設(shè)置值時(shí),系統(tǒng)就會(huì)開著陰影并且亮著燈。當(dāng)溫室里的光線高于設(shè)置值時(shí),系統(tǒng)將關(guān)閉陰影。如果溫室的二氧化碳濃度低于設(shè)定值,系統(tǒng)就會(huì)打開二氧化碳調(diào)節(jié)閥門。如果您在溫室測(cè)量的值與設(shè)置值相同,請(qǐng)關(guān)閉相關(guān)設(shè)備,并在溫室中保持環(huán)境參數(shù)。
溫室里的每一種作物對(duì)自然環(huán)境的要求都不一樣,為了研究上的便利,該系統(tǒng)以范圍內(nèi)的價(jià)格為準(zhǔn)。植物對(duì)大棚溫室內(nèi)的溫度要求大多數(shù)在25-30℃,本系統(tǒng)取值28℃;光照強(qiáng)度單位為lx,本系統(tǒng)取光照強(qiáng)度為30000lx;夏季在陽(yáng)光直接照射下,光照強(qiáng)度可達(dá)6萬~10萬lx,沒有太陽(yáng)的室外0.1萬~1萬lx,夏天明朗的室內(nèi)100~550lx,夜間滿月下為0.2lx。二氧化碳濃度單位為ppm,空氣中含量為300-400ppm,而植物生長(zhǎng)需求則為1000-1500ppm,因此本系統(tǒng)取二氧化碳濃度臨界值為1000ppm。
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作者簡(jiǎn)介:王志軍(1980—),男,漢族,籍貫:錦州,學(xué)歷:本科,職稱或職務(wù):助理工程師,研究方向:電氣、機(jī)械、自動(dòng)化控制。