基于PLC的智能温室控制系统设计毕业设计论文.doc

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1、江苏农林职业技术学院江苏农林职业技术学院 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） SNL/QR7.5.4-3 基基于于 P PL LC C 的的智智能能温温室室控控制制系系统统设设计计 专专 业业 数控设备应用与维护数控设备应用与维护 学生姓名学生姓名 姜启洲姜启洲 班班 级级 1111 数控设备应用与维护数控设备应用与维护 学学 号号 201110170105201110170105 指导教师指导教师 孙昌权孙昌权 完成日期完成日期 20142014 年年 5 5 月月 2525 日日 成绩评议成绩评议 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 姓名姜启洲学号 201110170105

2、 班级 11 数控设备应用与维 护 题目基于 PLC 的智能温室控制系统设计 设计(论文)主要内容 1. 控制系统设计 2. 系统硬件的组成 3. 软件系统的设计 4. 温室产业发展趋势 重点研究问题 1. 系统总体方案设计 2. 研究方案的设计 主要技术 指标 系统设计要有时间价值，要求考虑全面，软件运行可靠稳定 其它要说明的问题指导老师意见 指导教师签字： 年 月 日 指导教师意见指导教师意见 对论文的简短评价：对论文的简短评价： 1.指出论文存在的问题及错误 2.对创造性工作评价 3.建议成绩 优 良 中 及格 不及格 指导教师签字 年 月 日 评阅教师意见评阅教师意见 对论文的简短评价

3、：对论文的简短评价： 1.指出论文存在的问题及错误 2.对创造性工作评价 3.建议成绩 优 良 中 及格 不及格 评阅教师签字 年 月 日 答辩小组评议意见答辩小组评议意见 学号 201110170105 姓名 姜启洲 题目 基于 PLC 的智能温室控制系统设计 答辩小组意见：答辩小组意见： 1、对论文的评价 2.建议成绩等级 优 良 中 及格 不及格 3.需要说明的问题 答辩小组长签字 年 月 日 摘要：摘要：可编程控制器是一种应用很广泛的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技 术和通讯技术融为一体，具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连续工作的特点， 非常适合温度控制

4、的要求。 在工业领域，随着自动化程度的迅速提高，用户对控制系统的过程监 控要求越来越高，人机界面的出现正好满足了用户这一需求。人机界面可以对控制系统进行全面 监控，包括过程监测、报警提示、数据记录等功能，从而使控制系统变得操作人性化、过程可视 化，在自动控制领域的作用日益显著。 编程时调用了编程软件 STEP 7 -Micro WIN 中自带的 PID 控制模块，使得程序更为简洁，运行速度更为理想。实验证明，此系统具有快、准、稳等优点， 在工业温度控制领域能够广泛应用。 关键词：温度控制; 可编程控制器; 人机界面 Abstract: Programmable Logic Controller

5、 (PLC) is a kind of automatic control equipment which is wide ly used in the industrial manufacture. It merges the traditional control technology, computer and communi cation technologies with a strong ability to control, flexible operation, high reliability and suitable for lon g- term characterist

6、ics of continuous work. It is very suitable for temperature control requirements. In the in dustrial field, with the rapid increase in the degree of automation, it is more and more important to monito r the process of control system for the users. The emergence of human- machine interface meets the

7、needs of users. Man- machine interface can comprehensively monitor the control system, including process monitoring, alarm, data logging and other functions, so that the control systems have become user- friendly operation, the process of visualization and it will play more and more important part i

8、n the field o f automatic control. we use the PID control arithmetic software module which is contained in the progra m software STEP 7 - Micro WIN so that the program looks easier and operates more quickly. In order to monitor the control sy stem and process data in actual time, we designed Human M

9、achine Interface(HMI)with the configuration software Kingview. The result of experiment proves that this temperature control system could run quickl y, accurately and have good stability, which is the advantage of the control system. This control system h as been widely used in the industrial temper

10、ature control field. With the continuous development of aut omatic science and technology, high-precision, intelligent, user- friendly temperature control system is the inevitable trend of development at home and abroad. Keywords: Temperature Control PLC HMI 目录 1.温室市场现状与技术发展形势 .1 1.1 温室产业的现状1 1.1.1

11、发达国家温室产业的现状 1 1.1.2 国内温室产业的现状及存在的问题 2 1.2 国内外温室控制技术的研究现状4 1.2.1 国外温室控制技术的研究现状.4 1.2.2 国内温室控制技术的研究现状.5 1.3 温室环境控制技术的发展趋势6 2.研究方案的设计 .7 2.1 温室大棚内重要参数的调节与控制7 2.1.1 温度的调节与控制 7 2.1.2 湿度的调节与控制 7 2.1.3 温度、湿度之间的耦合 8 2.1.4 光照的调节与控制 8 2.1.5 二氧化碳含量的调节与控制 8 3.系统总体方案设计 .8 3.1 系统分析9 3.2 控制系统.10 3.2.1 控制系统设计目标.10

12、3.2.2 控制模式10 3.2.3 控制方案10 4.系统硬件组成与软件设计 10 4.1 系统的硬件组成.10 4.2 系统的软件设计11 4.2.1 温室控制系统 PLC 软件的设计11 4.2.2 温度控制11 4.2.3 湿度控制12 4.2.4 光照控制12 4.3 控制系统软件设计 12 4.4 温度采集程序 .13 4.5 PID 程序设计. .14 4.6 系统的组态监控软件的设计系统的组态监控软件的设计17 5.结论和展望 17 5.1 结论.17 5.2 进一步研究方向.17 参考文献 19 致 谢.20 姜启洲：基于 PLC 的智能温室控制系统设计 1 1.温室市场现状

13、与技术发展形势 1.11.1 温室产业的现状温室产业的现状 1.1.11.1.1 发达国家温室产业的现状发达国家温室产业的现状 温室产业及相关技术在国内外的发展速度很快。如在荷兰的阿姆斯特丹 RAI 展览馆 每年 11 月举办一次国际花卉展览会，2003 年就有来自世界各国的 477 个厂商展示了各自 的产品和实力。荷兰、日本、以色列、美国、韩国、西班牙、意大利、法国、加拿大等 国是设施农业十分发达的国家，温室以大型温室为主。这些高水平大型温室的环境控制 系统能够根据传感器采集室温、叶湿、地湿、室内湿度、土壤含水量、溶液浓度、二氧 化碳浓度、风速、风向、以及植物作物生长状态等有关参数，结合作物

14、生长所需最佳条 件，有效调节有关设备装置，将室内温、湿、光、水、肥、气等诸因素综合协调调节到 最佳状态。 欧美等国家在 30 年代就相继建立了人工气候室。温室调控技术至今经历了几十年的 发展过程。初期是使用仪表对温室设施中的光照、温度等参数进行测量，再使用手动或 电动执行机构（如幕帘、通风设备等）施行简单控制，随着传感元件、仪表及执行器技 术的进步，逐步发展成为对温度、湿度、光照等几乎所有室内环境参数分别进行自动控 制。计算机技术的发展使环境参数的综合控制成为可能。70 年代中期，荷兰、日本、美 国、意大利等国家已使用微型计算机控制植物生长环境。从 80 年代开始，根据不同作物、 不同生长阶段

15、及外界环境变化对温室环境进行综合调节控制的技术得到了快速的发展。 目前，在温室控制技术方面，荷兰、美国、以色列、日本等国较为先进。由于借鉴了工 业、航空航天等领域的先进成果，技术水平不断提高，它能根据作物生长的最佳生长条 件，调节温室气候使之一年四季满足植物生长需要，不受气候和土壤条件的影响，在有 限的土地上周年地生产蔬菜和鲜花。除了对温室进行监控外，计算机优化环境参数、节 能、节水及设施装备的可靠性等很多方面都取得了很好的技术成果，并推出了许多新产 品。美国开发的冬天保温用的双层充气膜、高压雾化降温加湿系统以及夏季降温用的湿 帘降温系统处于世界领先水平；韩国的换气、灌水、二氧化碳浓度控制等设

16、施比较先进； 荷兰的顶面涂层隔热、加热系统、人工补光等方面有较高的水平；以色列的灌溉系统比 较先进，室内设施齐全。日本、韩国开发了瓜类、茄果类蔬菜嫁接机器人。日本开发了 育苗移栽、耕耘、施肥移动机器人，可完成多项功能的多功能机器，能在温室内完 6 成 各项作业的无人行走车，用于组织培养作用的机器人，柑橘、葡萄收获机器人等。资源 相对贫瘠的荷兰温室生产最值得研究。 国土面积不大的荷兰已经成为世界农业发展的典 范。1999 年一年四季全天候生产的大型温室有 1.1 万 hm2，其中 90%为玻璃温室。国外现 代温室单位面积的产量高经济效益高，荷兰温室番茄年产量达到 60kg/m2，5000hm2

17、用于 种植花卉，花卉产业每天向世界鲜花市场上出口 1700 万支鲜花和 170 万盆盆花，鲜花出 江苏农林职业技术学院毕业设计（论文） 2 口占全世界鲜花市场的 60%以上，年收入高达 110 亿美元，占全国农业总产值的 35%，经 济效益高，成为欧洲的“菜篮子” ， “花篮子” 。荷兰大量投资与温室相关的基础研究。建 立“蔬菜工厂” 、 “花卉工厂” 、 “苗 木工厂”等用于研究和示范，成为温室业的坚实科研后盾。重视作物生理、产量、品质 与环境因子之间的定量关系等方面研究，因而设施内综合环境控制系统智能化水平高， 设施种植技术实现了规范化和标准化。 1.1.21.1.2 国内温室产业的现状及

18、存在的问题国内温室产业的现状及存在的问题 改革开放以来，我国的农业生产取得了可喜的成绩，但同时，我国农业发展中存在的问 题也越来越凸现出来，如果这些问题得不到解决，将成为严重制约我国农业可持续发展 的瓶颈。首先是我国人口众多。其次是资源短缺。第三是我国农产品成本高，科技含量 低，无法形成产业规模。要解决这些问题，根本在于实现我国农业从传统农业向以优质、 高效、高产为目的的现代化农业转化。农业环境综合控制作为农作物优质、高效、高产 的手段，是农业现代化的重要标志，随着社会经济的发展，以温室为代表的设施农业将 成为现代农业的发展主要方向之一，成为 21 世纪最有活力的农业新产业。 20 世纪 50

19、 年代末，我国在华北地区曾建造过屋脊式大型玻璃温室，到 60 年代初， 姜启洲：基于 PLC 的智能温室控制系统设计 3 在东北地区建成 1hm2 的大型玻璃温室。由于国内设施农业技术比国外落后，必然走一条 引进、消化、吸收、创新的路子。1979-1987 年，从保加利亚、荷兰、罗马尼亚、美国、 日本、意大利等六国，引进现代温室 24 座，共 19.2hm2,分别建造在北京、黑龙江、广东、 江苏、上海、新疆等六省市区，其中 60%用于蔬菜生产，40%用于花卉生产。这次较大规 模的引进温室，各地都重视了温室本身，但却忽视了对我国气候的实用性和配套的栽培 技术，在运动中存在着冬季能耗高、夏季降温困

20、难等问题，经济效益普遍不佳。90 年代 中期开始，我国现代温室快速发展。 “九五”期间，国家科技部将工厂化高效农业示范工 程列为国家重大科技产业工程，这是唯一的一项农业产业示范工程项目。由此，又一个 大规模引进国外大型现代温室，至 1998 年，共引进温室 175.4hm2,引进的国家有荷兰、 法国、以色列、西班牙、美国、日本、韩国以及我国的台湾地区，基本涵盖了现代温室 发达的国家和地区； 引进和建设的地点，北起黑龙江，南至海南岛，东起上海，西至新疆，包括了全国所有 的省、市、自治区；引进温室的主要类型包括单屋脊和双屋脊的大型连栋玻璃温室，拱 圆形、锯齿形、双层充气和双层结构的塑料膜温室，以及

21、聚碳酸酯板温室等，代表了现 代温室的所有类型；引进温室的配套设备包括遮阳、通风、降温、加温、保湿、自动控 制和计算机管理，以及栽培床、活动苗床、喷滴灌和自走喷灌、自走式采摘车、自动化 江苏农林职业技术学院毕业设计（论文） 4 穴盘育苗、水培设备等等，也基本包括了所有先进的配套设备。这次打规模的引进温室， 特别是北京、上海几个示范园区，在引进温室至温室园艺成套设施硬件的同时，还引进 了配套品种、栽培技术、专家系统等软件成套技术，以及国外相关专家现场指导。 目前，我国是设施园艺栽培面积最大的国家。80 年代中后期，随着高效节能日光温 室生产技术在东北地区试验成功，就迅速在我国北方发展起来，各级政府

22、把其作为带领 农民致富奔小康、培育农村新的经济增长点的重点措施，各级农业科研机构也投入了大 量的人力、物力进行节能日光温室建造及生产技术的专项研究，并取得了重大进展。日 光温室发展到今天，已由生产各种反季节蔬菜的生产设施，发展为日光温室园艺设施， 进而发展为设施农业，已成为种植业、养殖业和水产业全面发展的新兴产业。据统计， 全国节能日光温室面积到 2002 年底已到达 760 万亩。 随着我国现代温室产业的快速发展，在温室产业的运营中暴露出了一些问题: （1）现代温室管理和种植的人才缺乏，温室种植技术落后，造成了现代温室的功能和优 势不能充分发挥。 （2）能源消耗大，以现代温室为代表的设施农业

23、生产企业效益低下，导致温室产业出现 了滑坡的现象。 （3）不同地域的气候环境制约了进口大型温室适用性，温室不能周年运行。 （4）计算机控制水平低。目前国内温室计算机控制系统与国际选进技术存在很大差距， 商用控制系统不能满足高效节能有效控制温室机构运行的要求。 1.21.2 国内外温室控制技术的研究现状国内外温室控制技术的研究现状 现代温室中常见的能自动控制的调控机构有:顶部通风窗、侧面通风窗、外遮阳帘幕、 内遮阳帘幕、轴流通风机、降温湿帘、人工补光灯、二氧化碳施肥器、加热设备、喷雾 系统及熏蒸设备。控制器综合调节各个机构，使系统在运行中节约能源的同时保证室内 气候满足植物生长需求。使用的控制器

24、可以有很多选择，如单片机、工控机、PLC、通用 PC 机等。控制器之间可以通过局域网或现场总线进行信息交换。国内外研究学者对控制 系统和控制算法做了大量的研究。 1.2.11.2.1 国外温室控制技术的研究现状国外温室控制技术的研究现状 西方发达国家在现代温室测控技术上起步比较早。1949 年，借助于工程技术的发展， 美国建成了第一个植物人工气候室，开展了植物对自然环境的适应性和抗御能力的基础 及应用研究。20 世纪 60 年代，生产型的高级温室开始应用于农业生产，奥地利首先建成 了番茄生产工厂，70 年代后荷兰、日本、美国、英国、以色列等国家的温室园艺迅猛发 展，温室设施广泛应用于园艺作物生

25、产、畜牧业和水产养殖业。随着计算机技术的进步 和智能控制理论的发展，近百年来，温室大棚作为设施农业的重要组成部分，其自动控 制和管理技术不断得以提高，在世界各地都得到了长足的发展。特别是二十世纪 70 年代 电子技术的迅猛发展和微型计算机的出现，更使温室大棚环境控制技术产生了革命性的 变化。80 年代，随着微型计算机日新月异的进步和价格大幅度下降，以及对温室控制要 姜启洲：基于 PLC 的智能温室控制系统设计 5 求的提高，以微机为核心的温室综合环境控制系统，在欧美得到了长足的发展，并迈入 了网络化，智能化阶段。 目前，国外现代化温室的内部设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标 准。温

26、室内的各环境因子大多由计算机集中控制，检测传感器也较为齐全，如温室内外 的温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度、营养液浓度等，由传感器的检测基本上可以实 现对各个执行机构的自动控制，如无级调节的天窗通风系统，湿帘与风扇配套的降温系 统，由热水锅炉或热风机组成的加温系统，可定时喷灌或滴灌的灌溉系统，二氧化碳施 肥系统，以及适用于温室作业的农业机械等。计算机对这些系统的控制己经不是简单的、 独立的、静态的直接数字控制，而是基于环境模型上的监督控制，以及基于专家系统上 的人工智能控制，一些国家在实现自动化的基础上正在向着完全自动化、无人化的方向 发展。 1.2.21.2.2 国内温室控制技术的研究现状国

27、内温室控制技术的研究现状 我国温室产业起步比较晚。70 年代末起，我国先后从日本、美国、荷兰和保加利亚 等国引进了 40 套左右的现代化温室成套设备。虽然这些温室技术领先、设备先进，但在 我国的使用过程中还存在较严重问题，主要有以下几点:引进价格高，运行经济效益差; 技术要求过高，要求经营者既要懂农业技术，熟悉英文，还要掌握电脑操作和机械运营 和维护;运营模式没有与中国的实际结合起来，不适合于我国的气候特征。所以，研究开 发符合我国国情、产生明显经济效益并适用于大范围推广应用的自动控制温室系统己经 迫在眉睫。基于以上的种种原因，我国的农业工程技术人员在吸收发达国家高科技温室 生产技术的基础上，

28、进行了温室中温度、湿度、光照等单因子控制技术的研究，并逐步 推出既适宜我国经济发展水平又能满足不同生态气候条件要求的温室控制系统。从控制 器类型来划分，主要有以下几种温室自动控制系统: 1.基于工业控制计算机的温室自动控制系统。如由江苏理工大学李萍萍、毛罕平等 人自行研制的智能温室环境控制系统，它采用工业控制计算机作为温室控制系统的核心， 它是江苏省“九五”农业科技项目，他们在 1996 年 7 月初步建成了一套具有降温、补光、 控湿和增施二氧化碳等功能的智能温室，1997 年又相继完成了应用夜加温和太阳能加温 的系统。1996 年 8 月起进行了温室环境控制的技术效果测试分析和生菜、空心菜、

29、三叶 芹的无土栽培试验，测试表明，温度、湿度、光照、营养液和二氧化碳等各个环境因子 控制技术效果良好，基本达到预期目的，并明确了各环境参数的合理控制范围。该环境 自动控制系统为多变量输入输出控制系统，通过传感器监测温室中各环境参数，得到模 拟输入量，经相应的变送器转换成数字信号，在自编软件支持下经接口板采集数据，计 算机进行处理分析，将输入量与设定值比较后，输出开关量，通过驱动电路控制各执行 机构。王东升等研究了日光温室的计算机控制系统。控制系统包含工控计算机、传感器 变送器、模拟量输入模块(DAC-8017)、数字量输出模块(DAC-8050)，RS-232/485 转换模 块、输出控制电路

30、等。控制机构有补光灯、排风扇、滴灌设备、二氧化碳发生器等。采 江苏农林职业技术学院毕业设计（论文） 6 集量有室内温度、湿度、光照、土壤水份及 C02 浓度。光照不足启动补光灯、温度低启 动加热器、土壤水分不够则开启滴灌系统，采用简单开关控制方式。 2.基于单片机的温室自动控制系统。例如:汪永斌，吕昂等研制的温室群全数字式温 度和湿度综合控制系统。该系统下位机以 89C51 为核心，能自动控制温室内 100 天的温 湿度，用户可以小时为单位设定温湿度值。每个下位机与上位机之间用 RS-585 通信。上 位机为 PC 机，程序用 VB 开发，用户根据作物生长要求，在 PC 机上输入温湿度经验数据

31、 (100 天内每小时的温度和湿度)。温湿度传感器用 LTM8901 直接输出数字信号。控制器对 比室内温度、湿度的测量值与设定值，根据温度、湿度偏高、偏低或者合适得出 9 种组 合，每个组合对应一组热风炉、天窗、喷雾、通风机的组合状态。董乔雪，王一鸣设计 的温室计算机分布式自动控制系统，其上位机软件是在虚拟仪器平台 Lab windows/CVI 下开发完成的，下位机使用单片机。胡建东，肖建军等采用模糊控制原理设计了连栋温 室温度控制系统，该系统使用的控制器由单片计算机 80C31 及外扩展一定数量的存贮器 和接口芯片组成:作者将温度控制系统简化成一个二维的模糊控制系统，分别从模糊系统 包括

32、的输入输出变执行机理和反模糊化方面进行了设计，模糊控制技术的应用使连栋温 室控制尽可能达到一个最佳的状态。杨明等设计的基于温湿度模糊控制的智能温室控制 系统，该系统上位机为 PC 机，下位机为 AT89C52，采用模糊控制器进行温湿度的智能控 制。 3.基于 PLC 的温室自动控制系统。例如用欧姆龙系列的 CZOOHS 作为下位机，COMPAQ 计算机为上位机构成温室控制系统。采集的室外信号有温度、湿度、光照、风速、风向、 下雨，室内信号有温度、湿度、C02 浓度。输出信号控制的机构有:开窗电机、遮阳电机、 通风电机、加热阀门、压水泵和喷淋泵。 1.31.3 温室环境控制技术的发展趋势温室环境

33、控制技术的发展趋势 1.智能化：随着计算机技术、传感技术和自动控制技术的不断发展，温室计算机环 境控制系统的应用将由简单的以数据采集处理和监测为主，逐步转向以知识处理和应用 为主。因此软件系统的研制开发将不断深入完善，其中以专家系统为主的智能管理系统 已取得了不少研究成果，而且应用前景非常广阔。因此近几年来神经网络、遗传算法、 模糊推理等人工智能技术在温室栽培中得到了不同程度的发展和应用。 2.网络化：目前，网络技术己成为当前世界最有活力、发展最快的高科技领域。网 络通信技术的发展促进了信息传播。因此，设施农业产业化程度的提高成为可能。我国 幅员辽阔，气候复杂，劳动者整体素质低，利用网络进行在

34、线和离线服务，可以对不同 区域进行监测、比较，不仅给管理带来很大的方便，而且可以提高劳动生产率。 3.分布式：分布式系统通常可分为上、下两层。上层主要用作系统管理，其它各种 功能如测量与控制任务等，主要由下层完成。下层由许多各自独立的功能单元组成，每 个单元只完成一部分工作。面向对象的分布式系统，每一个功能单元针对一个对象、每 姜启洲：基于 PLC 的智能温室控制系统设计 7 一根进线、每一根出线、每个传感器、接触器等都可作为对象。 4.综合环境调控：所谓综合环境调节，就是以实现作物的增产稳产为目标，把影响 作物生长的多种环境参数，如光照、温度、湿度、CO2 浓度等，都保持在适宜作物生长的 状

35、态，并尽可能使用最少量的环境调节装置，既省时又节能，还能使劳动者愉快地从事 生产劳动。 5.变动的坏境控制系统：当前，主要使用精确的计算机坏境控制程序根据设定值对 温室中的环境进行调控，但研究发现，这并不能使温室内的作物达到最佳产量。如作物 的生长和发育并不取决于某一时刻某个特定温度，而主要取决于在一个时间段中的平均 温度水平。这导致控制系统向“自由设置”系统的方向发展，如综合温度控制系统的研 制，在该系统中并不设置一个固定的温度值，温室中的温度在最高和最低温度范围内可 进行变动，以求在一个较长的时间段内达到理想的平均温度。这样计算机可以根据室外 的气候，在使用最低能耗、最佳利用温室中的现有的

36、设备的情况下自由进行调节。可变 动的环境控制系统目前主要侧重于温度、光照、相对湿度、CO2 浓度等方面的研究，在温 室作物产量上已表现出比较满意的效果。 6.蓝牙技术(B1uetooth)：蓝牙技术是近年发展起来的新型低成本、短距离的无线网 络传输技术。运用这种技术把温室环境自动检测与控制系统中的各个电子检测装置和执 行机构无线地连接起来，以达到便捷地对温室环境参数进行自动检测，灵活地对温室环 境参数进行自动控制的目的。便携式环境参数采集器内部装有温度、湿度、光照等各种 传感器，并嵌入了蓝牙芯片，因此，这种参数采集器具有无线通信功能，可以便捷地放 置在温室内的不同位置。控制器同样嵌入了蓝牙芯片

37、，它一方面与便携式环境参数采集 器无线连接，另一方面通过 RS-485 通信总线与温室内的计算机控制装置相连接。 2.研究方案的设计 2.12.1 温室大棚内重要参数的调节与控制温室大棚内重要参数的调节与控制 2.1.12.1.1 温度的调节与控制温度的调节与控制 与其他环境因子比较，温度是设施栽培中相对容易调节控制的环境因子。温室内温 度的调节和控制包括保温、加温和降温 3 种。温度调控要求达到能维持适宜于作物生育 的设定温度。温度的空间分布均匀，时间变化平缓。 （1）保温，为了提高温室的保温能力，常采用各种保温覆盖。具体方法就是增加保温覆 盖的层数，采用隔热性能好的保温覆盖材料，以提高设施

38、的气密性。 （2）加温，我国传统的单屋面温室，大多采用炉灶煤火加温，近年来也有采用锅炉水暖 加温或地热水暖加温的。大型连栋温室和花卉温室，则多采用集中供暖方式的水暖加温， 也有部分采用热水或蒸汽转换成热风的采暖方式。 （3）降温，保护设施内降温最简单的途径是通风，但在温度过高，依靠自然通风不能满 足作物生育要求时，必须进行人工降温。降温包括遮光降温法、屋面流水降温法、蒸发 江苏农林职业技术学院毕业设计（论文） 8 冷却法及强制通风法。遮光降温法是一种在室外与温室屋顶部相距 40cm 处张挂遮光幕， 对温室降温很有效。另一种在室内挂遮光幕，降温效果比挂在室外差；屋面流水降温法 采用时须考虑安装成

39、本，清除玻璃表面的水垢污染问题；蒸发冷却法使空气先经过水的 蒸发冷却降温后再送入室内，达到降温目的。蒸发冷却法有湿帘风机降温法、细雾 降温法、屋顶喷雾法。 2.1.22.1.2 湿度的调节与控制湿度的调节与控制 土壤湿度要与空气相对湿度协调一致才能达到温室湿度的有效控制，湿度调控范围 一般在 60%RH-80%RH，精度为士 5%。湿度的调控影响温度，要求湿度与温度的调控需按 按一定的程序进行。常用的湿度调节方式是加湿和去湿。 （1）加湿，一般常用的方法是水喷雾法和蒸汽加湿。水喷雾法采用双位或多位控制来实 现；蒸汽加湿则采用电极加湿器或浇蒸加湿器实现。 （2）去湿，在温室中去湿常用以下三种方式

40、：加热控制法、吸附法-化学除湿器、排湿 换气。在湿度的调节系统中，温室内的加湿和去湿则由温室内的调节部件完成，这些部 件有天窗、侧窗、湿帘、风机等。 2.1.32.1.3 温度、湿度之间的耦合温度、湿度之间的耦合 温度与湿度之间有一定的耦合关系，对一个因子的控制常会带来另一个因子的变化。 在冬季温室环境控制中，默认为温度控制优先的原则，在温度条件满足后，再来满足湿 度条件。如温度过低、湿度过大的情况下，以加温为主导，只有当温度上升到一定值后， 才能通风降湿，另一方面，温度提高本身可以使相对湿度降低。在夏季降温加湿的过程 中，采用以湿度优先的原则。当湿度过小时，开启蒸发降温加湿装置。而当温度过高

41、需 要启动蒸发降温执行机构时，必须先检测室内的相对湿度，只有湿度低于某一设定范围 时，才能启动蒸发装置。 2.1.42.1.4 光照的调节与控制光照的调节与控制 在温室内光照强度调节中通常选用改变温室大棚的硬件环境方法，人工调节大棚外 部设施的方法来改变温室内的光照强度。调节方法一般有以下四种： （1）改善设施的透光率； （2）应用反光幕； （3）人工补光； （4）遮光。 2.1.52.1.5 二氧化碳含量的调节与控制二氧化碳含量的调节与控制 大气中二氧化碳平均浓度一般为 0.03%，变幅较小。在冬春设施蔬菜生产中，为了保 温，设施经常处于密闭状态，缺少内外气体交换，二氧化碳浓度变幅较大，中午

42、设施内 由于光合作用，二氧化碳浓度下降，接近甚至低于补偿点，二氧化碳处于亏缺状态应当 及时的补充二氧化碳。补充二氧化碳的方法很多，常用的主要有三种： （1）燃烧法； （2）化学反应法（目前在我国的设施栽培中运用较多） ； 姜启洲：基于 PLC 的智能温室控制系统设计 9 （3）施用颗粒有机生物气肥法。 3.3.系统总体方案的设计系统总体方案的设计 3.1 系统分析 根据作物生长所需要的环境模型制定环境设施输出方案是温室环境控制的关键技术。 为避免控制方案过于复杂，本设计选择最重要的环境因子如温室内空气温度、湿度、光 照、CO2 浓度作为基本的监测和控制项目,针对日光温室自身特点，制订如图 2-

43、1 所示的 控制系统整体设计方案。 系统主要由三部分组成: 由上位机、PLC、数据采集单元及执行机构组成。各传感 器对温室内温度、湿度等参数实时检测，经 A/D 转换器后送入单片机，完成数据采集; 采用 PLC 为核心控制器，PC 机与组态软件作为监控模块，两者通过串口进行通信来控制 系统的执行部件，实现了过程的智能化、人性化。其突出特点是：单片机价格低廉，PLC 编程灵活，PC 机存储空间大，因此，具有相当高的性价比。而且，PLC 有各种组态模块 功能。 通过先进的现场总线技术，可实现多台 PLC、多个温室的网络化分布式控制，特别适 合上、下位机结合的大型连栋温室集群控制。其上位机的功能有：

44、介入互联网、PLC 采集 数据上传的管理、设定点的下载、控制算法的优化与生成等。其缺点是投资较大,一般农 业用户难以接受。 传感器系统的主要功能是将传感器采样得到的模拟信号转换成温室现场控制器所需 要的信号。温室环境参数的检测中，传感器位于作物需要检测的位置，一般通过双绞线 将检测的信号传输到温室控制器内。考虑到传输距离的问题，本文设计中将系统的输出 电流都控制在 0-10mA，从而减小传输过程中的干扰，保证采样值的准确性与可靠性。 队传感器型号的选用应该首先考虑使用方便，变换电路简单等特点。现存的传感器 类型很多，根据对传感器的应用分析，AD590 是应用较普遍的一类传感器。温度传感器 AD

45、590 是电流输出型温度传感器，以电流输出量作为温度指示，其电流温度灵敏度为 1A/K。它的输出电流精确地正比于绝对温度，可以作为精确测温元件。AD590 只需要一 个电源(+4V+30V)，即可实现温度到电流源的转换，使用方便。AD590 的校准精度可达 0.5，当其在常温区范围内校正后，测量精度可达0.1。作为一种正比于温度的 高阻电流源，它克服了电压输出型温度传感器在长距离温度遥测和遥控应用中电压信号 损失和噪声干扰问题，不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰，因此，除适用于 多点温度测量外，特别适用于远距离温度测量和控制。因此，选用温度 AD590 传感器与 可达到设计要求。 本系统

46、是在对我国温室控制的现状以及温室控制系统存在的问题两个方面进行充分 调研的基础上，研究并开发了适合我国温室控制的智能温室控制系统。归纳起来，得到 以下结论： 江苏农林职业技术学院毕业设计（论文） 10 （1）提出了基于上、下位机温室控制结构模式。各模块之间功能既相互独立又协调一致， 同时还提供了多种方式的控制方案，如大型温室的控制，可采用上下位机结合的方式， 小型温室仅采用下位机单独工作方式； （2）根据温室传感器系统需求，基于模拟电子技术和传感器系统设计理论，设计的温度 传感器系统、湿度传感器系统以及光照传感器系统，使系统具有高精度、低成本的特点。 （3）采用单片机+PLC+PC 机组成的温

47、室综合控制系统，用单片机实现数据采集功能，可 降低成本、节约空间，PLC 编程灵活，PC 机存储空间大，因此，具有相当高的性价比； （4）提出模糊智能控制方案，采用两输入-四输出结构的模糊控制器，符合温室环境是 一个非线性、分布参数、时变、大时延、多变量藕合的复杂对象的实际； （5）采用先进的 MCGS 组态软件，可自动检测并记忆全年任意时间的环境温度地温及湿 度值，还可根据需要，预先设定自动记录各种数据的时间周期；采用可视化编程，提高 了编程效益。 3.23.2 控制系统控制系统 3.2.13.2.1 控制系统设计目标控制系统设计目标 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

48、照传感器、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、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。 3.2.23.2.2 控制模式控制模式 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

49、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。 3.2.33.2.3 控制方案控制方案 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 姜启洲：基于 PLC 的智能温室控制系统设计 11 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。 4.