畢業(yè)設(shè)計（論文）溫室plc監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

1、<p>　　溫室PLC監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　摘 要：本文通過對農(nóng)用溫室特點的分析，提出采用PLC來實現(xiàn)溫室主要參數(shù)控制的方法，該方法可同時對溫室內(nèi)的溫度、濕度、光照度、CO2濃度進行有效的控制。</p><p>　　本文闡述以PLC為核心的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由信息采集系統(tǒng)、智能控制單元和執(zhí)行機構(gòu)三部分構(gòu)成，信息采集系統(tǒng)利用FX2N—8AD模擬模塊完成環(huán)境參數(shù)的采集和

2、輸入；主控單元FX2—32MT將傳感器檢測值與設(shè)定的溫室參數(shù)值進行比較，輸出相應(yīng)的控制信號；執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)控制信號，帶動電機、電磁閥、風(fēng)機等設(shè)備，以實現(xiàn)對溫室的智能控制。</p><p>　　以PLC為核心的溫室計算機監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要特點是：PLC的接口線路簡單，外圍元器件較少，整個系統(tǒng)運行可靠，可以保證溫室的控制要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PLC；溫室監(jiān)控；FX2N—8AD；

3、</p><p>　　Design of Greenhouse Monitoring And Control System Based on PLC</p><p>　　Abstract: This article analyses the characteristics of greenhouse, we used PLC to realize the main parameter in

4、 greenhouse controlling process, this can control the temperature, humidity, light intensity and CO2 concentration in the greenhouse for effectively.</p><p>　　This article uses PLC for the core of the contro

5、l system, the system contained information collection system, smart control unit and implementation institutions, the information collection system used FX2N-8AD simulation module to completed the environment parameter o

6、f collection and import; the main control unit FX2-32MT will compare the detected date with the set date of the greenhouse , output corresponding control signals; implementation institutions controls the motor according

7、to the signa</p><p>　　The features of the control system of greenhouse with PLC are, less components reliable and can meet the requirements of this system. </p><p>　　Keywords : PLC; Greenhouse

8、control;FX2N — 8AD</p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　設(shè)施農(nóng)業(yè)是通過人工、機械或智能化技術(shù)，有效地調(diào)控設(shè)施內(nèi)光照、溫度、濕度、室內(nèi)CO2濃度、土壤水分與營養(yǎng)等環(huán)境要素，按照栽培的要求為各種栽 培作物、花卉及林木果樹提供適宜乃至最佳的環(huán)境，在一定程度上擺脫對自然環(huán)境的依賴，以達到增加產(chǎn)量、改善品質(zhì)的目的[1]。設(shè)施農(nóng)

9、業(yè)包含有塑料大棚、溫室和工廠化栽培[2]。此次我們將溫室作為主要的研究對象。</p><p>　　溫室設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)是環(huán)境調(diào)控技術(shù)與自動化技術(shù)。一方面是環(huán)境調(diào)控技術(shù),人們用溫室創(chuàng)造作物生育的適宜條件，主要包括室內(nèi)溫度、濕度的自動調(diào)節(jié)，光照度與CO2濃度的自動調(diào)節(jié)、通風(fēng)降濕等方面的調(diào)節(jié)與控制方法。其方式有兩種：一種為單因子控制：分別對溫度、濕度、光照、CO2濃度等因子進行調(diào)控，主要是土壤與空氣的溫度與濕度[3]。另

10、一種是復(fù)因子調(diào)控：用計算機調(diào)控室內(nèi)多種環(huán)境因子，首先要將各種不同作物不同生育階段所需的綜合環(huán)境要素輸入計算機中，用一定的計算機控制程序軟件，當(dāng)溫室中某一環(huán)境要素發(fā)生變化時，其他多項要素能自動做出相應(yīng)的反應(yīng)，并進行修正與調(diào)整。一般以光照為始變條件，溫度、濕度、濃度為隨變條件，使這幾個主要環(huán)境要素始終處在最佳的匹配狀態(tài)。另一方面是溫室內(nèi)部生產(chǎn)作業(yè)與管理的自動化，溫室內(nèi)的作業(yè)項目有耕耘、開溝作畦、施肥、育苗、定植、管理等，作業(yè)項目大，勞動強度

11、大，而且設(shè)施內(nèi)經(jīng)常處于高溫、高濕、通風(fēng)不良的作業(yè)環(huán)境，因此非常需要發(fā)展自動化[4]。</p><p>　　1.1 國外溫室自動化調(diào)控系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　國外溫室主要是屬于現(xiàn)代化溫室階段，至今已形成有成套技術(shù)、完整的設(shè)備和生產(chǎn)規(guī)范，并在向高層次、高科技和高自動化、智能化方面發(fā)展，將形成 完全擺脫自然的全新技術(shù)體系[5]。荷蘭、以色列、美國、韓國、西班牙、意大利、法國、加拿大等

12、國是設(shè)施農(nóng)業(yè)十分發(fā)達的國家，其設(shè)施設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化程度、種苗技術(shù)及規(guī)范化栽培技術(shù)、植物保護及采后加工商品化技術(shù)、新型覆蓋材料開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)、設(shè)施綜合環(huán)境調(diào)控及農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)等有較高的水平，居世界領(lǐng)先地位。</p><p>　　荷蘭溫室發(fā)展較早，由于地處高緯度地區(qū)，日照短，平均氣溫較低，為了盡最大程度吸收太陽光，荷蘭溫室以玻璃溫室為主，主要種植蔬菜和花卉。荷蘭從20世紀(jì)80年代以來就大規(guī)模發(fā)展配套設(shè)施，并全面開發(fā)溫室計算

13、機自動控制系統(tǒng)。荷蘭的自動化配套溫室設(shè)施出口額占世界貿(mào)易的80%，在世界市場上享有很高的聲譽[6]。但是荷蘭溫室是一種高耗能產(chǎn)業(yè)，全國每年溫室消耗天然氣達42x108hm2，占全國天然氣消耗量的12.6%，占全國總能量消耗的6.1%是一個能源、資金、技術(shù)密集，髙產(chǎn)值、高效益的農(nóng)業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)[7]。</p><p>　　以色列的設(shè)施栽培發(fā)展很快，其溫室也大多是塑料溫室，但其溫室結(jié)構(gòu)非常先進，可以根據(jù)光線強度的不同自動

14、進行調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)移，受其干旱、沙漠氣候和地理因素的影響，以色列對農(nóng)作物的灌溉采用了現(xiàn)代化的滴灌和微噴灌系統(tǒng)，其節(jié)水灌溉技術(shù)己達到國際先進水平。該國的大型塑料溫室采用全自動控制，充分利用光熱資源的優(yōu)勢和節(jié)水灌溉技術(shù)，基本上實現(xiàn)了一年四季生產(chǎn)。設(shè)施內(nèi)的灌溉目前已釆用電腦控制和電腦水質(zhì)監(jiān)測，施肥裝置與滴灌裝置系統(tǒng)結(jié)合起來而形成灌溉施肥系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)定的土壤水分和養(yǎng)分而自動進行灌溉，營養(yǎng)液除對N、P、K有準(zhǔn)確的定量參數(shù)外，對某些微量元素的施用也有比較

15、合理的參數(shù)，設(shè)施內(nèi)C02供給系統(tǒng)不僅能準(zhǔn)確定量，而且施入均勻[8]。</p><p>　　由此可見，溫室控制技術(shù)沿著手動、自動、智能化控制的發(fā)展進程，向著越來越先進、功能越來越完備的方向發(fā)展。溫室環(huán)境控制朝著基于作物生長模型、溫室綜合環(huán)境因子分析模型和農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的溫室信息自動采集及智能控制趨勢發(fā)展。</p><p>　　1.2 國內(nèi)溫室自動化調(diào)控系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r</p>&l

16、t;p>　　我國對現(xiàn)代化溫室的研究起步較晚，始于上世紀(jì)80年代。</p><p>　　80年代以來，我國陸續(xù)從荷蘭、以色列等國引進了許多先進的現(xiàn)代化溫室，在引進發(fā)達國家高科技溫室生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，加大消化吸引的力度，自行設(shè)計建造了一些符合我國國情的溫室，如華北型連棟塑料溫室、上海智能型溫室、華南型溫室等大型現(xiàn)代化溫室。除了研究溫室的外形構(gòu)造外，我國農(nóng)業(yè)科研人員還進行了內(nèi)部溫度、濕度、光照度和C02濃度等環(huán)境

17、因子控制技術(shù)的研究。</p><p>　　90年代末，江蘇理工大學(xué)研制了一套溫室環(huán)境控制設(shè)備，通過對溫室內(nèi)部溫、濕、光及C02的監(jiān)控，在一個150M2的溫室內(nèi)，實現(xiàn)了溫度、濕度、光照度及C02濃度的綜合控制。在此期間，上海市設(shè)計并建成了我國首座智能化塑料 連棟溫室，面積3300 M2，實現(xiàn)了溫、光、水、氣、肥等多種環(huán)境因子全程自動 控制。與其配套使用的生長架、噴滴灌、C02施用、液體營養(yǎng)液供給等設(shè)備，技術(shù)先進、性

18、能可靠、造價低廉，克服了</p><p>　　上海地區(qū)進口溫室夏季高溫高濕病害嚴(yán)重、冬季采暖能耗成本高，投入產(chǎn)出不合理的問題。</p><p>　　到目前為止，對溫室環(huán)境控制的系統(tǒng)仍在不斷的研究中。雖然各個溫室系 統(tǒng)的控制設(shè)備及軟件內(nèi)核可能相差很大，但其主要的控制原理基本相同。以溫室產(chǎn)家為例，胖龍公司開發(fā)的自動化控制系統(tǒng)能夠自動測量溫室的氣候和土壤參數(shù)，并對溫室內(nèi)配置的所有設(shè)備均能實現(xiàn)優(yōu)化

19、運行自動控制，如開窗、加溫、降溫、加濕、光照、C02補充、灌溉、施肥和環(huán)流等。超越京鵬溫室公司開發(fā)的 京鵬計算機控制系統(tǒng)能自動抵御各種惡劣天氣，溫度、濕度、光照、C02濃度以及肥水供應(yīng)數(shù)量、濃度和時間都在系統(tǒng)的調(diào)控之中。九天溫室公司開發(fā)的溫室 環(huán)境控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方法，對室外風(fēng)速、風(fēng)向、日照輻射、溫度及室內(nèi)的濕度等因素進行采集，通過控制器處理后，將控制結(jié)果返回到現(xiàn)場，調(diào)節(jié)現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)，對室內(nèi)的氣候因素實施實時控制，以此來保證控制的

20、精度及控制的可靠性[9]。</p><p>　　1.3 研究的目的及意義</p><p>　　溫室的作用是用來改變植物的生長環(huán)境,避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ψ魑锷L的不利影響,為植物生長創(chuàng)造適宜的良好條件。溫室一般以采光和覆蓋材料作為主要結(jié)構(gòu)材料 ,它可以在冬季或其他不適宜植物露地生長的季節(jié)栽培植物 ,從而達到對農(nóng)作物調(diào)節(jié)產(chǎn)期、促進生長發(fā)育、防治病蟲害及提高產(chǎn)量的目的。溫室環(huán)境指的是作

21、物在地面上的生長空間 ,它是由光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度等因素構(gòu)成的。溫室控制主要是控制溫室內(nèi)的溫度、濕度、CO2濃度與光照。</p><p>　　雖然有些溫室也安裝有各種加熱、加濕、通風(fēng)和降溫的設(shè)備 ,但其主要操作大多仍是由人工來完成的當(dāng)溫室面積較大或數(shù)量較多時 ,操作人員的勞動強度很大 ,而且也無法達到對溫濕度的準(zhǔn)確控制。本文介紹一種基于PLC溫室控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了室內(nèi)溫度、濕度、CO2濃度自動測量和

22、調(diào)節(jié) ,大大降低了操作人員的勞動強度。</p><p>　　2 溫室監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　2.1作物對環(huán)境參數(shù)要求分析</p><p>　　2.1.1作物對溫度的要求</p><p>　　不同作物間，甚至是同一作物的不同生長發(fā)育階段，溫度三基點也是各不相同的，以黃瓜為例，種子發(fā)芽期要求的適宜溫度在到20OC與30OC范圍，幼苗

23、的適宜溫度比種子發(fā)芽期略有降低，約22OC與25OC之間，而果實生長期的溫度又比幼苗期略高。因此，設(shè)計前要了解植物的生長階段，以便確定一個能大致滿足的生育適溫。</p><p>　　對每一個生長階段，保持任何單一的溫度是不行的，要根據(jù)不同時間的活動重心來調(diào)整溫度的高低。白天的活動重心是光合作用，光合作用強度受溫、光、氣的條件，因此適溫條件要隨光強而異。晴天光照條件好時，午前光合作用強，溫度應(yīng)適當(dāng)提髙，午后光合作用

24、減弱，溫度應(yīng)比午前略低；陰天光強減弱，則溫度也應(yīng)有所降低，適溫比晴天略降低2?3OC。夜間呼吸作用成為活動重心，若溫度升高要增大呼吸消耗，因此要盡可能的降低夜溫，抑制呼吸消耗，前半夜16?20OC對一般作物都是適宜的，后半夜降低到12?13OC甚至更低些，有利于養(yǎng)分的儲存。</p><p>　　除了考慮氣溫對作物的影響，也要考慮地溫，但也氣溫相比，地溫較穩(wěn)定，且氣溫與地溫又互有聯(lián)系，因此地溫的影響暫不予以考慮。綜

25、合上述的條件，總結(jié)出黃瓜的生育適溫。 </p><p>　　2.1.2作物對濕度的要求</p><p>　　在溫度條件適宜的情況下，濕度的大小將會影響溫室中作物的生長環(huán)境，濕度太大的話會降低植物葉面與周圍空氣之間的水蒸氣壓差，影響植物的蒸騰作用，并導(dǎo)致病原體組織的大量繁殖，降低作物產(chǎn)量，所以濕度仍是溫室環(huán)境控制的一個重要參數(shù)。</p><p>　　相對濕度指空氣中水

26、蒸氣的含量與同一溫度下的飽和水蒸氣含量的比值，用百分比來表示。空氣的相對濕度決定于空氣的含水量和溫度，在空氣含水量不變的情況下，隨著溫度的升高，其相對濕度也就相應(yīng)地降低；開始溫度每升1oC,相對濕度要下降6%?5%,以后則下降4%?3%。實際上隨著溫度的升高，地面蒸發(fā)和作物葉面蒸騰在不斷增強，空氣中的水氣在不斷得到補充，只是空氣中水氣的增加遠(yuǎn)不及由于溫度升高而引起飽和水氣壓增加來的快，因此,相對濕度仍然在降低之中。</p>

27、<p>　　濕度是反映空氣中水蒸氣含量的多少，常用絕對濕度和相對濕度來表示。絕對濕度指單位空氣體積中所含水蒸氣質(zhì)量的多少。 </p><p>　　以黃瓜的生理需求為例，黃瓜對較高的空氣濕度適應(yīng)能力較強。白天的空氣相對濕度一般以70%?90%為宜，夜間空氣濕度高達95%?100%時也能忍受，但長時期的高濕會招致病害。因此將空氣相對濕度控制在白天75%，夜間90%的范圍內(nèi)。 </p><

28、;p>　　2.1.3作物對光照度的要求</p><p>　　光照強度是衡量光照強弱的一個指標(biāo)，光照強度的單位為勒克斯，1個勒克斯就是1支蠟燭點燃后在距蠟燭1米處的光照強度。</p><p>　　作物在進行光合作用的同時，也需要呼吸消耗。當(dāng)光合作用所制造的養(yǎng)分 等于呼吸消耗的養(yǎng)分時所處的光照強度稱為光補償點，而在光補償點以上的一 定范圍內(nèi)，在一定的溫度和C02濃度下，光合作用隨光照強度

29、的增加而提高， 但當(dāng)光照強度達到一定程度后，再增加光照強度，其光合作用不再增加，這一光照強度稱為光飽和點。光照強度下降到光補償點以下時，植物呼吸作用消耗量超過光合作用的積累量，時間長了植物會枯死，但若光照強度大于光飽和點以上時，對光合作用沒有太大的影響，只會徒增溫室內(nèi)的溫度。因此要選擇適 合作物生長的光照強度。不同作物對光照強度的要求也不同，本課題所研究的作物對象為黃瓜，其生長要求有較強的光照，光補償點為2000勒克斯，光飽和 點為40

30、000到60000勒克斯。</p><p>　　除了光照強度外，不同的作物對日照時數(shù)的要求也存在很大的差異，按照 對日照時間長短的不同，分為長日照作物，短日照作物，中光性作物。本課題所研究的黃瓜為中光性作物，它只要溫度適宜，在較長或較短 的日照條件下均能開花，適應(yīng)光照長短的范圍較廣。</p><p>　　2.1.4作物對C02濃度的要求</p><p>　　植物吸收

31、C02和水，在光照條件下，通過光合作用合成有機物并釋放氧氣。在一定范圍內(nèi)，光合作用強度隨C02濃度的增加而增強，因此，提高生長環(huán)境中的C02濃度對作物有促進生長、增加產(chǎn)量和提高品質(zhì)的作用。</p><p>　　C02的適宜濃度與作物種類和光照強度有關(guān)，光照弱、室溫低，C02適宜濃度也低，相反，則C02濃度應(yīng)相對提高。以黃瓜為例，晴天所需C02濃度約為1000毫升/m3，陰天所需CO2濃度約為750毫升/m3。而大

32、氣中CO2的平均含量約為320毫升/m3。遠(yuǎn)遠(yuǎn)達不到作物所需要的適宜濃度。</p><p>　　一般作物的光合作用主要集中在上午進行，占到全天光合產(chǎn)物的3/4;中午 強光下作物在都有“午休”現(xiàn)象，吸收C02較少；下午的光合作用只占全天光合產(chǎn)物的1/4，更多的對上午的光合產(chǎn)物進行分配；而晚上沒有光合作用，室內(nèi) C02濃度處于積累狀態(tài)。</p><p>　　2.2 溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)特點<

33、/p><p>　　2.2.1 溫室內(nèi)溫度變化規(guī)律</p><p>　　溫室內(nèi)的氣溫受到多種因素的影響，包括進入室內(nèi)的輻射傳熱、作物表面蒸發(fā)等。溫室內(nèi)氣溫雖然與室外溫度有一定的相關(guān)性，但他主要取決于室外的光照強度，與室外的溫度并不一定呈正相關(guān)性。比如雖然在冬天，但只要光照充足，即使室外溫度很低，室內(nèi)的溫度卻能很快升髙，而遇到陰天時，光照強度弱，就會出現(xiàn)室外溫度相對較高，但室內(nèi)溫度上升量偏低的情

34、況。</p><p>　　按照一般規(guī)律的話，溫室內(nèi)最低氣溫出現(xiàn)在日出前，此后溫度迅速上升，每小時平均升溫5～6OC，到12時后緩慢上升，最高氣溫出現(xiàn)時間因天氣而異，晴天出現(xiàn)在13時，比自然界提前1個小時，陰天時最高氣溫出現(xiàn)在云層較薄、散射光較強時候，接著氣溫開始下降，直至第二天日出后升溫。</p><p>　　溫室內(nèi)氣溫分布不均勻，表現(xiàn)在垂直分布和水平分布上，這與光照分布不均基本是一致的。

35、通常，溫室內(nèi)白天上部溫度高于下部，中部溫度高于四周。不僅如此，循環(huán)風(fēng)扇以及通風(fēng)窗的位置也會造成溫度空間分布的不均勻性。</p><p>　　2.2.2 溫室內(nèi)濕度變化規(guī)律</p><p>　　溫室內(nèi)空氣濕度的日變化規(guī)律與溫度相反，即白天低，夜間高。曰出后，隨著溫度的升高，室內(nèi)空氣相對濕度呈下降趨勢，中午前后空氣相對濕度在60%?70%，午后開始逐漸升高，到夜間時空氣相對濕度達90%以上，

36、甚至處于飽和狀態(tài)，而后一直持續(xù)到第二天清晨。</p><p>　　室內(nèi)空氣相對濕度的變化隨季節(jié)和天氣而有所差別。從季節(jié)來看，低溫季節(jié)比高溫季節(jié)變化幅度大，南部城市，夏季由于帶來的強降水影響，空氣相對濕度在80%?90%間，使得溫室內(nèi)的空氣相對濕度都在90%以上；冬季由于空氣中水汽含量的減少，空氣相對濕度降低至70%左右，因此溫室內(nèi)空氣相對濕度在80%左右。從天氣情況來看，陰天特別是雨天，室內(nèi)空氣相對濕度可達80%

37、?90%，甚至100%;而晴天空氣相對濕度則在70%?80%。</p><p>　　2.2.3 溫室內(nèi)光照度變化規(guī)律</p><p>　　溫室內(nèi)的光照不僅明顯低于自然界，而且垂直分布和水平分布與自然界也有很大的區(qū)別。</p><p>　　由于太陽光透入溫室內(nèi)受到薄膜的過濾，溫室內(nèi)光照中可見光、紅外線和紫外線的成分含量比自然界低，室內(nèi)平均光照度不超過自然光的80%。

38、溫室內(nèi) 外的光照強度日變化基本是一致的，午前隨太陽高度角的增大而增大，中午光照度值最大，午后隨太陽高度角的減小而降低。溫室內(nèi)光強的垂直分布表現(xiàn)為，溫室內(nèi)同一位點，光照強度在靠近屋面處最強，向下遞減，遞減速度比室外大。溫室內(nèi)光強的水平分布表現(xiàn)為，溫室不同位置的光照強度存在一定的差異。</p><p>　　2.2.4 溫室內(nèi)C02濃度變化規(guī)律</p><p>　　溫室是個相對封閉的環(huán)境，作物

39、在溫室內(nèi)不斷進行C02的吸收和釋放過程。因此，溫室內(nèi)的C02濃度與外界有明顯差異。</p><p>　　夜間光合作用停止，作物呼吸作用釋放C02，室內(nèi)C02濃度逐漸升高，在日出前，</p><p>　　溫室內(nèi)C02濃度達到最高。日出后，作物光合作用開始，吸收C02, 而此時為了保持室內(nèi)溫度不能進行通風(fēng)換氣，因此，室內(nèi)C02濃度急劇下降，常常低于大氣中的C02濃度；溫度升高溫室通風(fēng)后，室內(nèi)C

40、02濃度上升，幾乎可以保持在室外濃度水平。</p><p>　　2.3 總體設(shè)計思路</p><p>　　本次設(shè)計主要采用的思路是利用在溫室內(nèi)外安裝的溫濕度傳感器、光照傳感器、C02傳感器等設(shè)備來采集室內(nèi)外的溫濕度、光照度和C02濃度，然后把相關(guān)的環(huán)境參數(shù)變換成標(biāo)準(zhǔn)信號，進而送給模擬量輸入模塊；模擬量輸入模塊把標(biāo)準(zhǔn)電信號換成PLC可處理的數(shù)字信息；PLC對此信息進行處理后，根據(jù)一定的規(guī)則

41、產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息輸出，從而控制驅(qū)動/執(zhí)行機構(gòu)（如循環(huán)風(fēng)機、電暖氣、遮陽網(wǎng)等)，使溫室內(nèi)的氣候環(huán)境達到作物的生長發(fā)育需要。并在輸入環(huán) 境參數(shù)的同時，把PLC與上位機用串行通信接口相連接，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸、存儲等功能。</p><p>　　方案：以PLC為核心的溫室控制系統(tǒng)，如圖1所示：</p><p>　　圖1 基于PLC的溫室控制系統(tǒng) </p><p>　　Fi

42、g1 The control system of greenhouse based on PLC</p><p>　　以PLC為核心的溫室控制系統(tǒng)主要是由信息采集系統(tǒng)、智能控制單元PLC、驅(qū)動/執(zhí)行機構(gòu)這三部分組成的。其中信息采集系統(tǒng)包括室內(nèi)數(shù)據(jù)采集和室外數(shù)據(jù)采集，主要采集影響溫室的環(huán)境參數(shù)如溫濕度、光照度和C02濃度等；智能控制單元即包括基本單元，也包括擴展模塊（如模擬量輸入模塊及通信模塊等)，主要功能是根據(jù)

43、作物生長的要求來設(shè)定合適的匹配參數(shù)，并把匹配參數(shù)與采集到的參數(shù)進行比較控制輸出，并同時完成與上位機的通信。驅(qū)動/執(zhí)行機構(gòu)則是根據(jù)輸出的規(guī)則來實現(xiàn)設(shè)備的通斷。</p><p>　　2.4 溫室監(jiān)控系統(tǒng)總體圖</p><p>　　圖2 系統(tǒng)總體框圖 </p><p>　　Fig2 Diagram of the system</p><p>　

44、　溫室控制系統(tǒng)的核心是FX系列（FX2N—32MT)控制單元，它有16個開關(guān)輸入和16個開關(guān)輸出，內(nèi)置8000步的RAM存儲器和24V的電源模塊，有強大的數(shù)據(jù)存儲和運算功能，能夠基本實現(xiàn)溫室控制系統(tǒng)功能。16個開關(guān)輸入接口根據(jù)實際需要接自動按鈕、手動按鈕、晴/陰天切換按鈕等。PLC—般使用工頻電壓（220V，50HZ),釆用帶屏蔽層的隔離變壓器供電，以抑制供電電源中的干擾信號，并且在供電系統(tǒng)中加入UPS不間斷電源，它平時處于充電狀態(tài)，當(dāng)

45、輸入電源掉電時，UPS能自動切換到輸出狀態(tài)，繼續(xù)向系統(tǒng)供電10?30分鐘，為了防止UPS內(nèi)部切換瞬時失電造成PLC計時電路混亂，在其兩端并接大容量電容，以保證系統(tǒng)的可靠運行。</p><p>　　對于溫度、濕度、光照度、C02濃度的實時數(shù)據(jù)分別由溫濕度變送器(H7030型)、光照變送器（LT/G型)、C02變送器（CDD型）采集得到，為了簡化數(shù)據(jù)釆集量，這三種變送器都采用電流輸出量，采集到的模擬量不能直接送入PL

46、C,而是利用外接FX系列擴展模塊（FX2N—8AD),轉(zhuǎn)換成所需要的開關(guān)量后再與設(shè)定匹配參數(shù)進行比較判斷。</p><p>　　驅(qū)動/執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)控制要求對電磁閥和繼電器進行通斷控制，在控制單元和執(zhí)行機構(gòu)中間加入一個中間繼電器，既可以實現(xiàn)即時的通斷，保證PLC的使用壽命，也可以屏蔽一定的干擾，提高系統(tǒng)的精確性。</p><p>　　利用通信擴展板RS232—BD連接到計算機，計算機與PLC

47、間可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通，即可以由PLC輸出數(shù)據(jù)到計算機上，也可以由計算機設(shè)定數(shù)據(jù)輸入到PLC。二者主要以無協(xié)議通訊格式傳輸，RS指令控制。對于程序的設(shè)計輸入有兩種選擇，手持編程器或者是GPPW專用軟件。</p><p>　　2.5 溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的要求</p><p>　　2.5.1 控制要求</p><p>　　溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)要求溫室內(nèi)的室溫隨時間而變化，控

48、制范圍在10～30oC之間，當(dāng)溫室內(nèi)的溫度不符合要求時，根據(jù)室外溫度條件來確定執(zhí)行機構(gòu)，若室內(nèi)溫度低于設(shè)定的溫度時，比較室外與所設(shè)定的溫度，若不低于設(shè)定溫度值時，開啟通風(fēng)直到溫度達到設(shè)定值；否則開啟電暖氣采暖；若室內(nèi)溫度高于設(shè)定溫度值時，比較室外與所設(shè)定的溫度，若不高于設(shè)定溫度值時，開啟通風(fēng)直到溫度達到設(shè)定值，否則投入降溫裝置；溫室內(nèi)的溫度控制還應(yīng)根據(jù)每一個不同的時間段自動調(diào)節(jié)控制要求。</p><p>　　在溫

49、度條件適合的情況下考慮濕度，濕度控制根據(jù)白天和晚上的不同時間而變化，控制范圍在75%?95%之間，當(dāng)濕度低于75%以下就進行噴淋，若濕度超過95%時，應(yīng)立即進行通風(fēng)，將濕空氣排出。</p><p>　　在設(shè)定的時間范圍內(nèi)，當(dāng)一定時間內(nèi)傳感器測得的溫室內(nèi)光照強度大于作物的光飽和點以上時，開啟遮陽網(wǎng)，以達到遮光降溫的目的，在設(shè)定的時間范圍外，或者光照強度未達到作物的光飽和點以上時，遮陽網(wǎng)不動作或關(guān)閉。</p&g

50、t;<p>　　將早上的時間分為兩段，前半段時間內(nèi)，若C02濃度低于設(shè)定的濃度范圍, 開啟C02增施設(shè)備，同時要啟動循環(huán)風(fēng)機，使室內(nèi)空氣產(chǎn)生流動，避免形成靜止空氣層，確保通風(fēng)換氣設(shè)備關(guān)閉。而在接下來的時間段內(nèi)，若C02濃度還是低于設(shè)定的濃度值時，開啟通風(fēng)換氣，確保C02增施設(shè)備關(guān)閉。</p><p>　　2.5.2 用戶I/O設(shè)備</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)配置，選用FX

51、2-32MT可編程控制器作為主控單元，其輸入、輸出點均為16個，基本滿足控制需要。同時選用FX2N-8AD擴展模塊，可將溫濕度、光照度等傳感器的輸出信號進行A/D轉(zhuǎn)換處理后發(fā)送到PLC的內(nèi)存中。PLC各個輸入/輸出點分配情況如表1、表2所示。</p><p>　　表1 PLC輸入點分配 </p><p>　　Table 1 Input point distribution of PLC

52、</p><p>　　表2 PLC輸出點分配 </p><p>　　Table 2 Output point allocation of PLC</p><p>　　2.6 溫室監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計包括控制系統(tǒng)主回路的設(shè)計，控制回路設(shè)計，PLC輸入/輸出回路設(shè)計等部分。</p>&l

53、t;p>　　2.6.1 主回路設(shè)計</p><p>　　電氣控制系統(tǒng)上將高壓、大電流的回路稱為主回路。主回路主要包括用于電機控制的接觸器（如KM1、KM2等）、電機保護的斷路器（如FU1、FU2等)、各種動力驅(qū)動電路的接觸器（如KM6、KM7等)、電源總開關(guān)（Q)等。</p><p>　　在主回路的設(shè)計中，首先要考慮電源總開關(guān)（Q)的設(shè)定，總開關(guān)的設(shè)定要求是有足夠的分?jǐn)嗄芰?，能夠?/p>

54、斷處于“堵轉(zhuǎn)”狀態(tài)的最大電動機的電流與其他所有用電設(shè)備和電動機的電流總和。</p><p>　　為了對設(shè)備主回路進行可靠、有效的保護，設(shè)備中每一獨立的部件都要安裝用于短路、過電流保護的保護器件（如斷路器、熔斷器等），保護器件要能夠可靠分?jǐn)啾槐Ｗo的用電設(shè)備或電動機。</p><p>　　控制系統(tǒng)應(yīng)安裝總接地母線（N)，用于電位平衡與接地。與主回路連接的各種獨立電氣控制裝置，應(yīng)有專門的、符合要

55、求的接地連接線與設(shè)備接地母線進行連接，以防止干擾，提高可靠性。</p><p>　　用于系統(tǒng)安全保護、緊急停機控制裝置的輔助電源（如開關(guān)電源等），要確保不會因“急?！钡炔僮鞫?jǐn)?。如圖3所示為主回路原理圖</p><p>　　圖3 主回路原理圖 </p><p>　　Fig3 Diagram of the main circuit</p><

56、p>　　2.6.2 控制回路設(shè)計</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)中的控制回路，是指由繼電器、接觸器等低壓電器構(gòu)成的強電控制回路?？刂苹芈钒姍C、電氣控制裝置、電磁閥等設(shè)備的啟動/停止控 制線路，主回路中接觸器的通斷控制電路等，其中KTW1、KTW2、KTE1、KTE2都為繼電器分別對應(yīng)二氧化碳濃度、光照度、溫度以及濕度。如圖4所示為部分控制回路的電氣控制線路圖。</p><p&g

57、t;<b>　　圖4 控制回路圖</b></p><p>　　Fig 4 Diagram of control circuit</p><p>　　3 溫室監(jiān)控系統(tǒng)的元器件選擇及軟件設(shè)計</p><p>　　本系統(tǒng)主要由三部分組成，信息采集系統(tǒng)、智能控制單元和驅(qū)動/執(zhí)行機構(gòu)。利用在溫室內(nèi)外安裝的溫濕度傳感器、光照傳感器、CO2傳感器等設(shè)備

58、來采集室內(nèi)外的溫濕度、光照度和CO2濃度，然后把相關(guān)的環(huán)境參數(shù)變換成標(biāo)準(zhǔn)信號，進而送給模擬量輸</p><p>　　入模塊；模擬量輸入模塊把標(biāo)準(zhǔn)電信號換成PLC可處理的數(shù)字信息；PLC對此信息進行處理后，根據(jù)一定的規(guī)則產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息輸出，從而控制驅(qū)動/執(zhí)行機構(gòu)（如循環(huán)風(fēng)機、電暖氣、遮陽網(wǎng)等)，使溫室內(nèi)的氣候環(huán)境達到作物的生長發(fā)育需要。如圖5所示為溫室計算機監(jiān)控系統(tǒng)框圖。</p><p>

59、;　　圖5 溫室計算機監(jiān)控系統(tǒng)框圖</p><p>　　Fig 5 Diagram of the computer monitoring system in the greenhouse</p><p>　　大部分的工業(yè)控制中，不可避免的要與模擬量打交道。模擬量是指一些連續(xù)變化的物理量，如溫度，濕度，光照度和C02濃度等，模擬量是連續(xù)量，多數(shù)是非電量。而PLC只能處理數(shù)字量、電量。因此

60、要有傳感器，把模擬量轉(zhuǎn)換成電量，如果這電量是不標(biāo)準(zhǔn)的，還需要有變送器，把電量變換為標(biāo)準(zhǔn)的電信號，如4～20mA、1?5V、0?10V</p><p>　　等[10]；還要有模擬量（A)到數(shù)字量（D)轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊，把這些標(biāo)準(zhǔn)的電信號變換成數(shù)字信號后，再傳送到PLC進行處理[11]。如圖6所示為信息采集系統(tǒng)。</p><p>　　圖6 信息采集系統(tǒng)</p><p&

61、gt;　　Fig 6 The information collection system</p><p>　　3.1 傳感變送器的選用</p><p>　　變送器將溫度、濕度、光照度等物理量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的直流電流或電壓，變送器分為電壓輸出型和電流輸出型。電壓輸出型具有恒壓源的性質(zhì)，但是輸入阻抗很高，如果變送器距離PLC較遠(yuǎn)時，通過線路間的分布電容和分布電感感應(yīng)的干擾信號在模塊的輸入阻

62、抗上將產(chǎn)生很高的干擾電壓，所以在遠(yuǎn)程傳送 模擬量電壓信號時抗干擾能力很差。而電流型變送器具有恒流源的性質(zhì)，輸入阻抗很低，線路上的干擾信號在模</p><p>　　塊的輸入阻抗上產(chǎn)生的干擾電壓很低，因此現(xiàn)在工業(yè)上廣泛使用適于遠(yuǎn)程傳送的電流型變送器，通常用4?20mA電流來傳輸模擬量。本系統(tǒng)選用的傳感器其主要技術(shù)指標(biāo)如下：</p><p>　　表3 傳感器主要參數(shù)指標(biāo) </p>

63、<p>　　Table 3 Main parameter of the sensor index </p><p>　　3.2 模擬量輸入模塊的選擇</p><p>　　模擬量輸入模塊的選型除了要考慮能與主機單元相容外，還要考慮模擬量輸入模塊的性能，包括分辨率、轉(zhuǎn)換速度、通道數(shù)以及量程等。應(yīng)此次系統(tǒng)的要求，我們選</p><p>　　擇FX2N—8

64、AD模擬輸入模塊作為模擬量的輸入。</p><p><b>　　3.2.1 概述</b></p><p>　　FX2N—8AD模擬模塊將8點模擬輸入數(shù)值（電壓輸入、電流輸入和溫度 輸入）轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，并把它們傳輸?shù)絇LC主單元。這個模塊采用擴展電纜連接到PLC主單元的右邊，并占有16個擴展I/O地址（8點輸入、8點輸出)，其模擬量的輸入范圍有一10V到+ 10V (

65、分辨率有0.63mV與2.5mV)、-20mA 到+20mA (分辨率有 2.50 u A 與 5.00 u A)、+4mA 到+20mA (分辨率有 2.00 UA與4.00UA)。它與主機的數(shù)據(jù)交換利用該模塊內(nèi)部的緩沖存儲器（簡稱為 BFM),數(shù)字輸出為16位有符號的二進制[12]。</p><p>　　FX2N—8AD的電路接線</p><p>　　圖7 電壓電流接線原理圖<

66、/p><p>　　Fig 7 The wiring schematic of voltage and current</p><p>　　FX2N-8AD的幾個輸入通道可以同時分別輸入直流電壓和電流信號。在使用時有幾個問題要注意，如上圖所示，其模擬量的輸入接線端為V+，1+和COM三個，其中COM為電壓輸入和電流輸入的參考端，與電路內(nèi)部的經(jīng)過隔離的模擬地AG相聯(lián)。如果輸入信號為電流，則電流輸

67、出信號的正端必須同時接V+和1+，它實際上是利用內(nèi)部的一個接AG端的250Q電阻將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號后再從電壓輸入端輸入，經(jīng)過兩個電阻分壓進入模擬信號輸入通道。本次系統(tǒng)全部選用電流模擬輸入信號，以避免干擾。</p><p>　　3.2.3 緩沖存儲器的分配（BFM)</p><p>　　通過FX2N-8AD的緩沖存儲器來完成FX2N-8AD和PLC主單元之間的數(shù)據(jù)傳輸。每個BFM包含

68、1個字，16位，BFM的編號從0到3399，每個BFM分配一項功能。在電源由關(guān)閉打開時，在每個BFM中寫入初始值，若要更改其內(nèi)容，則需創(chuàng)建一個PLC程序。需要注意的是，不能訪問由FROM/TO指令保留的緩沖存儲器，否則會引起錯誤。</p><p>　　表4 BFM編號說明</p><p>　　Table 4 The description of the BFM</p>&

69、lt;p>　　BFM#0,#1：指定輸入模式。在BFM#0里寫入一個數(shù)值，可以指定CH1到CH4的輸入模式。而在BFM# 1里寫入一個數(shù)值，可以指定CH5到CH8的輸入模式。在輸入模式的指定中，每一個BFM表示為一個4位十六進制的代碼，每一位分配了一個通道的編號，對每一通道，在每一位中指定一個0到F的數(shù)值。其中各個數(shù)值代表不同的輸入模式，根據(jù)所選購傳感器的類型要求，我們選擇電流輸入模式（4到20mA)，分辨率為4.00uA，即通道

70、數(shù)值取3。當(dāng)輸入通道不用的時候，相應(yīng)的通道數(shù)值為F。根據(jù)此次系統(tǒng)內(nèi)的要求，令BFM#0=H3333, BFM#l=H3FFF。</p><p>　　BFM#2到BFM#9:平均次數(shù)。設(shè)置范圍為1到4095。若設(shè)為1時，則保存直接數(shù)據(jù)。根據(jù)以往經(jīng)驗，選擇平均次數(shù)為8。</p><p>　　BFM#10到BFM#17:通道數(shù)據(jù)。每一個通道的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)寫入BFM#10到BFM#17。通道設(shè)置

71、平均次數(shù)，可以選擇直接數(shù)據(jù)或平均數(shù)據(jù)。</p><p>　　BFM#21：寫入1/0特性。每一個通道號被分配到BFM#21的低8位，如下所示。若一個位被設(shè)為1,則指定編號通道的偏移數(shù)據(jù)和增益數(shù)據(jù)將寫入內(nèi)存，并開始生效[13]。</p><p>　　3.2.4 數(shù)據(jù)的采樣與轉(zhuǎn)</p><p>　　圖8 模擬量輸入值與A/D轉(zhuǎn)換值線性圖</p><

72、;p>　　Fig 8 The analogue linear map of input data and A/D conversion data</p><p>　　轉(zhuǎn)換時應(yīng)綜合考慮變送器的輸入/輸出量程種和模擬量輸入模塊的量程，找 出被測物理量與A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)之間的比例關(guān)系。如上圖所示，模擬量輸出的值是二進制數(shù)與設(shè)定值溫度對應(yīng)的公式為,濕度對應(yīng)的公式為,其中XI代表溫度值，X2代表濕度值。由此可得出

73、溫濕度相對應(yīng)的二進制數(shù)，如表5所示（以溫濕度為例)。</p><p>　　表5 溫濕度轉(zhuǎn)換值</p><p>　　Table 5 The conversion data of temperature and humidity</p><p>　　3.2.5 讀取模擬量輸入模塊的方法</p><p>　　使用FX2N—8AD采集模擬數(shù)據(jù)到

74、PLC，首先應(yīng)將FX2N—8AD連接到最靠近PLC主單</p><p>　　元的單元編號（本次設(shè)計采用單元編號:0)，其次設(shè)置模擬量輸 入模塊的輸入模式，即將使用的通道值設(shè)為3,未使用的通道值設(shè)為F;設(shè)置通 道的平均次數(shù)，此次是應(yīng)用于溫室中，傳感器傳輸數(shù)據(jù)滯后，故對平均值要求不高，此次設(shè)置每個通道的平均次數(shù)為10，具體應(yīng)用可參考實際情況更改；設(shè)置輸入PLC主機的數(shù)據(jù)存儲地址為D500—D504，分別對應(yīng)室內(nèi)溫度值

75、、室外溫室值、室內(nèi)濕度值、室外濕度值、光照度值（操作中以實際應(yīng)用為主）。</p><p>　　工作過程：在首次掃描時，從特殊功能模塊NO.O號中的BFM#30中讀出標(biāo)識碼，存放在基本單元D0中，如果是FX2N—8AD,設(shè)置通道CH1—CH5的量程，確保修改完輸入模式后執(zhí)行寫入TO指令時至少有6秒的時間間隔，設(shè)置通道CH1—CH5的平均次數(shù)、偏移數(shù)據(jù)和增益數(shù)據(jù)，分別為K8、K1200、K4000。然后將模塊運行狀態(tài)

76、從BFM#29讀入M30—M45，如果模塊運行沒有錯誤，且數(shù)字量輸出正常，則將通道CH1—CH5的平均采樣值分別存入D500—D504中。如圖9為A/D模塊設(shè)置的梯形圖。</p><p>　　圖9 A/D模塊設(shè)置的梯形圖 </p><p>　　Fig 9 Ladder diagram set by the A / D module</p><p><b&g

77、t;　　3.3 時間控制</b></p><p>　　PLC內(nèi)部時鐘的時間和日期存儲在D8013～D8019中，如下表所示。第一次上電工作時，PLC利用TRD時鐘數(shù)據(jù)讀取指令將存儲在D肋13?D8019中的實時時鐘的時間和日期數(shù)據(jù)讀到為首地址的7個連號單元中。如表6所示。</p><p>　　表6 實時時鐘的時間日期范圍</p><p>　　Tabl

78、e 6 The range of time and date real-time clock's</p><p>　　溫室內(nèi)作物各個時段所適合的溫濕度并不一致，按照一般規(guī)律的話，溫室內(nèi)最低氣溫出現(xiàn)在日出前，此后溫度迅速上升，每小時平均升溫5?6OC，到12時后緩慢上升，最高氣溫出現(xiàn)時間因天氣而異，晴天出現(xiàn)在13時，比自然界提前1個小時，陰天時最高氣溫出現(xiàn)在云層較薄、散射光較強時候，接著氣溫開始下降，直至

79、第二天日出后升溫。而溫室內(nèi)空氣濕度的日變化規(guī)律與溫度相反，隨著溫度的升高，室內(nèi)空氣相對濕度呈下降趨勢，中午前后空氣相對濕度在60%?70%，午后開始逐漸升高，到夜間時空氣相對濕度達90%以上，甚至處于飽和狀態(tài)，而后一直持續(xù)到第二天清晨。內(nèi)空氣相對濕度的變化隨季節(jié)和天氣而有所差別。從季節(jié)來看，低溫季節(jié)比高溫季節(jié)變化幅度大，南部城市，夏季由于帶來的強降水影響，空氣相對濕度在80%?90%間，使得溫室內(nèi)的空氣相對濕度都在90%以上；冬季由于空

80、氣中水汽含量的減少，空氣相對濕度降低至70%左右，因此溫室內(nèi)空氣相對濕度在80%左右。從天氣情況來看，陰天特別是雨天，室內(nèi)空氣相對濕度可達80%?90%，甚至100%;而晴天空氣相對濕度則在70%～80%。</p><p>　　溫濕度要在一定的時間段基礎(chǔ)上進行控制，因此根據(jù)控制要求，將一天之中分成五個時段，分別為：</p><p>　　6:00:00----8:59:59;</p&g

81、t;<p>　　9:00:00----13:59:59;</p><p>　　14:00:00----16:59:59;</p><p>　　17:00:00----20:59:59;</p><p>　　21:00:00---5:59:59 (該時段分割成21:00:00---23:59:59與00: 00:00---5:59:59)</p&g

82、t;<p>　　將這四個時段與實時時鐘比較輸出M。如表7所示。</p><p>　　表7 實時時鐘比較輸出值</p><p>　　Table 7 The comparison and output data of the real-time clock's </p><p><b>　　3.4 溫度控制</b><

83、;/p><p>　　3.4.1 升溫和降溫的元器件選擇 </p><p>　　當(dāng)溫室內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度，設(shè)定溫度又高于室外溫度時，投入升溫設(shè)備。升溫設(shè)備也叫采暖系統(tǒng)，它一般是由熱源、室內(nèi)散熱設(shè)備和熱媒輸送系統(tǒng)組成 的。目前溫室米暖系統(tǒng)主要有熱水采暖、熱風(fēng)米暖、地面米暖等方式。根據(jù)湖南省的氣候條件，可知溫室內(nèi)的濕度都比較大，一般在75%～85%間，如果采用熱水采暖，雖然熱損失較小，但是會加劇室

84、內(nèi)濕度值，且一次性投資較多，不適宜小面積的單棟溫室。雖然熱風(fēng)采暖系統(tǒng)的加溫運行費用比熱水采暖系統(tǒng)高，不過它的投資小、安裝簡單，而且福建省的冬季溫度高，冬季采暖時間較短，所以綜合考慮各方面因素，本次設(shè)計采用熱風(fēng)采暖系統(tǒng)也就是使用電暖氣。</p><p>　　濕簾一風(fēng)機降溫系統(tǒng)由濕簾、抽風(fēng)機、水循環(huán)系統(tǒng)以及控制裝置組成。它是利用水蒸發(fā)降溫原理，將濕簾與抽風(fēng)機分別安裝在溫室的兩側(cè)，當(dāng)抽風(fēng)機抽風(fēng)時，造成室內(nèi)負(fù)壓，迫使室外

85、未飽和空氣流經(jīng)多孔濕潤的濕簾表面，引起水分蒸發(fā)，使室內(nèi)的空氣溫度降低。濕簾一風(fēng)機降溫系統(tǒng)在低濕干熱的情況下降溫效果最好，若室外空氣濕度較大時，它的降溫效果就差，而且濕簾-風(fēng)機需要密閉的環(huán)境，不利用于自然通風(fēng)，在福建地區(qū)由于夏季的強臺風(fēng)帶來普遍的 高濕環(huán)境，若用此系統(tǒng)降溫效果不大。</p><p>　　噴霧降溫系統(tǒng)的原理則是利用設(shè)備將水變成細(xì)微顆粒狀噴入空氣中，利用水蒸發(fā)吸收周圍空氣的熱量來降溫室內(nèi)溫度。目前裝置一

86、般采用固定式，根據(jù)噴霧動力的不同，分成液力式噴霧、氣力輔助式噴霧和離心式噴霧[14]。噴霧降溫系統(tǒng)在加強換氣通風(fēng)的前提下，降溫效果較好，但當(dāng)室內(nèi)空氣濕度較大時，降溫效果受到限制，且該系統(tǒng)對霧化的元件要求較高，一次性投資較大，因此在南方地區(qū)雖然有一定的降溫效果，但是仍要謹(jǐn)慎使用。</p><p>　　圖10 濕簾一風(fēng)機降溫系統(tǒng)圖</p><p>　　Fig 10 The cooling

87、system of wet curtain fan</p><p>　　結(jié)合我省特有的氣候條件，采用屋頂降溫方法最為有效，原理是在屋頂安裝水管，利用水的蒸發(fā)吸熱降低溫室內(nèi)部溫度，一方面該系統(tǒng)投資的設(shè)備成本低，對元件要求不高，減輕了室內(nèi)空氣濕度的影響，另一方面落在屋頂?shù)乃梢晕詹糠譄彷椛?，阻止溫室?nèi)溫度的快速回升，對作物的生長較為有利。但是它降溫的效果畢竟有限，所以在安裝屋頂降溫系統(tǒng)的同時應(yīng)加一些輔助系統(tǒng)，如自然

88、通風(fēng)降溫、遮陽降溫等，降溫效果會更好。</p><p>　　3.4.2 溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p>　　根據(jù)不同時間段來設(shè)置不同的程序，首先在6:00:00至8:59:59這一時間段內(nèi)，植物所需要的溫度為20oC。當(dāng)1分鐘內(nèi)室內(nèi)溫度都一直低于20oC時，電暖氣投入運行并同時開啟循環(huán)風(fēng)機；當(dāng)1分鐘內(nèi)室內(nèi)溫度一直高于20oC時，考慮天氣情況，若是晴天，則讓室內(nèi)溫度超過30oC時進

89、行降溫，否則不動作；若是陰天時，則要直接進行降溫。</p><p>　　9:00:00至13:59:59這一時間段內(nèi)；晴天所要的溫度在30OC，陰天所要的溫度在28OC。當(dāng)室內(nèi)溫度低于30OC時（以晴天為例），比較室外與所設(shè)定的溫度，若不低于30OC時，開啟通風(fēng)直到溫度達到設(shè)定值；否則開啟電暖氣采暖；若室內(nèi)溫度高于30OC時，比較室外與所設(shè)定的溫度，若不高于30OC時， 開啟通風(fēng)直到溫度達到設(shè)定值，否則開啟屋頂降

90、溫裝置，同時啟動循環(huán)風(fēng)機。</p><p>　　14:00:00 至 16:59:59，17:00:00 至 20:59：59 這兩個時間段、與上一階段控制要求一樣；只是把相應(yīng)的合適溫度降低，14: 00：00至16: 59：59晴天所要的溫度20OC，陰天所要的溫度是18OC，而17:00:00至20:59:59所需的溫度為16OC。</p><p>　　00:00:00至5:59:59

91、這一時間段內(nèi)；溫室內(nèi)所需溫度為12OC。若1分鐘內(nèi)室內(nèi)溫度一直低于12OC的話，電暖氣投入并同時開啟循環(huán)風(fēng)機；若室內(nèi)溫度一直高于12OC的話，在濕度不超過95%時，可進行降溫；但若濕度超過95%時，要先進行通風(fēng)，將室內(nèi)的高溫高濕排到室外，然后再進行溫度的控制。圖11所示為加溫系統(tǒng)運行的部分梯形圖。</p><p>　　圖11 加溫系統(tǒng)部分梯形圖</p><p>　　Fig 11 Lad

92、der diagrams of the heating system</p><p><b>　　3.5 濕度控制</b></p><p>　　3.5.1 加濕和除濕的元器件選擇</p><p>　　當(dāng)溫室內(nèi)的濕度低于設(shè)定濕度時，投入加濕裝置。加濕裝置一般為微噴灌系統(tǒng)，即將噴頭倒掛在溫室骨架上，以噴灑水流狀澆灌作物的灌溉系統(tǒng)。微噴灌易于自動

93、控制，噴灑出來的水與空氣接觸面積大，能實時的提高溫室內(nèi)的濕度，本設(shè)計選擇噴淋系統(tǒng)。</p><p>　　降低空氣濕度的主要方法有：通風(fēng)換氣、合理澆水、地膜覆蓋、升溫降濕、采用吸濕性良好的保溫幕材料、自然吸濕。大棚降濕度的方法和溫度的方法相似主要是采用自然換氣降濕和人工降濕。本設(shè)計采用人工降濕，人工降濕可由控制系統(tǒng)控制風(fēng)機來實現(xiàn)。具體風(fēng)機參數(shù)如下：</p><p>　　表8 WSL—12.

94、5E型風(fēng)機技術(shù)參數(shù) </p><p>　　Table 8 The technical parameters of WSL—12. 5E fans</p><p>　　3.5.2 濕度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p>　　在溫度條件適宜的情況下再考慮濕度。6: 00：00至8: 59：59這一時間段內(nèi)，所需的濕度最低限度75%,只要濕度小于75%,就進行噴淋，噴

95、淋的時間另外計算；若濕度</p><p>　　高于95%時，此時不開啟抽風(fēng)機進行通風(fēng)，以保證CO2的最大利用，應(yīng)進行升溫，升溫應(yīng)以濕度降至95%下時立即停止。</p><p>　　9：00：00至16: 59：59時間段內(nèi)，所需的濕度最低限度75%,只要濕度低于75%以下就進行噴淋，若濕度超過95%時，此時應(yīng)立即通風(fēng)，將濕空氣排出。</p><p>　　17：00

96、：00至5: 59：59這一時間段內(nèi)，所需濕度控制在90%以下，當(dāng)濕度不超過95%以上時不動作，若濕度超過95%時，此時應(yīng)先進行通風(fēng)，將室內(nèi)的高濕空氣排到室外，然后再進行溫度的控制；在溫度達到所設(shè)定的值時，再 來比較濕度，如此反復(fù)進行。圖12為循環(huán)風(fēng)機運行的部分梯形圖。</p><p>　　圖12 循環(huán)風(fēng)機部分梯形圖</p><p>　　Fig 12 Ladder diagrams o

97、f cycling fans</p><p>　　3.6 光照度控制</p><p>　　3.6.1 補光與遮光的元器件選擇</p><p>　　溫室主要靠自然采光，因此要采取措施提高溫室的采光性能，一方面可以采用透光性能高的覆蓋材料，如使用大塊玻璃覆蓋，并減少骨架遮光等；另一方面可以采取人工光源進行補光。補光的光源有白熾燈、熒光燈、高壓鈉燈等。高壓鈉燈發(fā)光效率

98、高(例如SON-T Argo型發(fā)光效率達到1301m/W，比普通鈉燈高10%的光輸出量)，可以加快作物的生長，但是它對小面積的溫室而言，成本太高，本次設(shè)計擬采用低強度補</p><p>　　光，補光照明器具為普通的白熾燈和熒光燈即可，目的只是縮短黑暗時間來改變作物發(fā)育速度。</p><p>　　在溫室內(nèi)溫度高于設(shè)定值時，并且室外光照強度大于一定值以上時，需要開啟遮陽系統(tǒng)，主要有折疊式遮陽網(wǎng)

99、和反射型遮陽網(wǎng)兩種形式。遮陽網(wǎng)一般采用黑紗網(wǎng)、無紡布或者鋁箔，夏季可以遮蔽過多的陽光，減少溫室內(nèi)部熱量的 積聚；冬季能有效防止溫室內(nèi)部熱量通過輻射或熱交換形式外溢，起到調(diào)節(jié)保溫的作用。夏季溫度高，降溫難度大，因此本次設(shè)計擬采用黑色外遮陽網(wǎng)與反光幕內(nèi)遮陽網(wǎng)結(jié)合的方式已達到設(shè)計要求。</p><p>　　3.6.2 光照度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p>　　僅考慮9: 00：00至17

100、: 59：59這一時間段內(nèi)，晴天時若室外溫度高于30OC (14：00：00至17: 59：59時室外溫度高于20OC，并且溫室內(nèi)光照強度大于10000LUX以上時關(guān)閉遮陽網(wǎng)；其余情況遮陽網(wǎng)不動作。</p><p>　　由于室內(nèi)光照可能會受到短時云層遮蓋或骨架陰影等因素的影響，溫室光照控制不能以傳感器測得的瞬時值作為控制的依據(jù)，一般以一段時間內(nèi)的平均值或最高值作</p><p>　　為控制

101、依據(jù)。圖13所示為遮陽網(wǎng)運行的部份梯形圖。</p><p>　　圖13 遮陽網(wǎng)運行的部分梯形圖</p><p>　　Fig 13 Ladder diagrams of sunshade nets</p><p>　　3.7 C02濃度控制</p><p>　　3.7.1 增加C02的元器件選擇</p><p>

102、　　室內(nèi)C02濃度比作物的適宜濃度要低的多，為提高作物的光能利用率，應(yīng)人為的控制室內(nèi)C02濃度，主要有增施C02和通風(fēng)換氣兩個措施。C02來源有燃料燃燒、稀酸的反應(yīng)、液態(tài)和固態(tài)C02氣化等。本次設(shè)計擬采用的C02發(fā)生器為EHT—IE型二氧化碳?xì)夥拾l(fā)生器，原理是利用加熱農(nóng)用碳酸氫銨，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成氨氣和水，并釋放出二氧化碳，使保護地二氧化碳達到適宜的濃度。</p><p>　　NH4HC03NH3+C02+H20

103、 公式 </p><p>　　所產(chǎn)生的二氧化碳供保護地水果、蔬菜吸收利用，殘留物的主要成分是氨水，可收集后作追肥用；一次施用，同時給作物補充了碳、氮二種營養(yǎng)元素。</p><p>　　3.7.2 C02濃度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p>　　中午和晚上不對C02濃度進行控制，主要在上午進行。只設(shè)定C02濃度

104、的下限值，對上限值不進行限制。將早上的時間分為兩段，6: 00：00至8: 59：59這一時間段內(nèi)，若C02濃度低至一定的濃度水平時，X003開啟，投入C02 增施設(shè)備，同時要啟動循環(huán)風(fēng)機，使室內(nèi)空氣產(chǎn)生流動，避免形成靜止空氣層，確保通風(fēng)換氣設(shè)備關(guān)閉。而在9: 00：00至13: 59：59這一時間段內(nèi)，若C02濃度還是低于設(shè)定的濃度值時，開啟通風(fēng)換氣，確保C02增施設(shè)備關(guān)閉。圖14所示為釋放C02的梯形圖。</p>&l

105、t;p>　　圖14 釋放C02的梯形圖</p><p>　　Fig 14 Ladder diagrams of C02 releasing</p><p>　　需要強調(diào)的是，上述介紹的溫濕度、光照和C02濃度的變化規(guī)律和調(diào)控是同步的，相互之間有密切的聯(lián)系，所以在實際的操作中，不能忽略任何一個環(huán)境因子的協(xié)同作用,應(yīng)對所有的因素進行綜合考慮,一個因子的變化會引發(fā)連鎖反應(yīng)。根據(jù)傳感器采