基于PLC的溫度環(huán)境控制系統(tǒng)總體設(shè)計

靳娜

（鹽城生物工程高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校）

摘要：我國作為農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在國民經(jīng)濟中有著舉足輕重的地位。近些年來，我國溫室產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，隨著溫室種植技術(shù)的不斷推廣和普及，中小農(nóng)戶溫室種植越來越多，但由于我國設(shè)施農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化應(yīng)用技術(shù)普及較為緩慢。本文對溫室環(huán)境系統(tǒng)特點和控制進行了分析與研究，以PLC為控制核心提出了溫度環(huán)境控制系統(tǒng)的總體設(shè)計思路，為相關(guān)工業(yè)設(shè)計提供了理論參考。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù)；溫控系統(tǒng)；智能控制

一、引言

我國的溫室自動控制相關(guān)系統(tǒng)化研究起步較晚，設(shè)施農(nóng)業(yè)面積占世界設(shè)施農(nóng)業(yè)的70%，人均面積為268m2，僅次于西方農(nóng)業(yè)大國。我國設(shè)施農(nóng)業(yè)經(jīng)改革開放以來大量投入人力物流及相關(guān)政策導(dǎo)向，于80年代末期，90年代初才進入設(shè)施農(nóng)業(yè)高速發(fā)展時期，結(jié)合我國國情及特點規(guī)?；图s化是主要的發(fā)展方向。

二、環(huán)境控制系統(tǒng)設(shè)計

1、目標設(shè)計

控制目標設(shè)計是溫室環(huán)境控制系統(tǒng)設(shè)計首先要解決的問題，控制目標將直接決定控制系統(tǒng)針對的服務(wù)群體、推廣應(yīng)用應(yīng)用成本，是后續(xù)控制措施、控制方案、控制系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計的根本，起著綱領(lǐng)性的作用。

結(jié)合當?shù)貙嶋H情況以楊凌農(nóng)業(yè)示范區(qū)小型農(nóng)戶的需求特點本系統(tǒng)的設(shè)計需求為控制系統(tǒng)精度高、控制功能靈活、可擴展性強、人機界面友好、簡單可靠的一種溫室控制系統(tǒng)。本文研究一款一般設(shè)施農(nóng)業(yè)種植戶、中小農(nóng)業(yè)企業(yè)用得起的溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，在選擇溫室環(huán)境控制對象時，主要根據(jù)實際情況，適可而止。利用PLC技術(shù)實現(xiàn)邏輯控制、組態(tài)觸摸屏實現(xiàn)人機交互界面、高精度傳感器及通用電氣設(shè)備，實現(xiàn)溫室環(huán)境參數(shù)的閉環(huán)控制。

2、措施設(shè)計

控制措施是實現(xiàn)控制目標的具體手段，為了實現(xiàn)溫室大棚內(nèi)土壤濕度、空氣溫度、空氣濕度、光照度等環(huán)境參數(shù)的智能調(diào)控的控制目標，設(shè)計技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理的控制措施至關(guān)重要。具體措施設(shè)計如下：

（1）土壤濕度控制措施

采用滴灌+噴灌方式實現(xiàn)。具體到溫室大棚中，如果有作物分區(qū)種植，可根據(jù)作物生長具體需求分別采用滴灌或噴灌方式。分作物（分片區(qū)）分別采用滴灌或噴灌，正好可以發(fā)揮PLC輸入輸出易于擴展、程序方便修改的優(yōu)勢。

（2）空氣溫度控制措施

采用通風(fēng)+加溫方式實現(xiàn)。即溫度高時采用通風(fēng)方式降溫，溫度低時啟動加溫設(shè)備加溫。

在溫室建設(shè)中根據(jù)大棚規(guī)模面積、作物經(jīng)濟型選擇合適設(shè)備。

（3）空氣濕度控制措施

采用通風(fēng)+噴灌方式實現(xiàn)。即濕度高時采用風(fēng)機通風(fēng)方式排濕，濕度低時利用噴灌設(shè)備噴霧增濕。

（4）光照度控制措施

采用紅、藍兩色LED補光燈帶實現(xiàn)。燈帶紅藍光配比根據(jù)作物需要現(xiàn)場選配并安裝敷設(shè)。

3、溫室控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)要實現(xiàn)的控制功能，設(shè)計的控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示?？刂葡到y(tǒng)包括空氣溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器、光照度傳感器、PLC可編程控制器、模擬量處理模塊、觸摸屏、植物保溫?zé)?、植物補光燈、噴灌泵及設(shè)備、滴灌泵及設(shè)備等。其中空氣溫濕度、土壤濕度、光照度等傳感器為系統(tǒng)提供溫室環(huán)境參數(shù)信息；MCGS觸摸屏做為人機操作界面，實現(xiàn)參數(shù)的調(diào)整和監(jiān)控；三菱可編程控制器（PLC）是整個控制系統(tǒng)的核心；控制系統(tǒng)中有5個被控設(shè)備：植物保溫?zé)簟ED植物補光燈、通風(fēng)風(fēng)扇、噴灌泵、滴灌泵。

基于PLC的溫室環(huán)境控制系統(tǒng)具有自動補光、自動滴灌、自動噴灌、自動保溫、自動通風(fēng)五大功能。系統(tǒng)有手動和自動兩種運行模式，在手動模式下，可手動撥動開關(guān)實現(xiàn)補光、滴灌、噴灌、保溫、通風(fēng)的功能；在自動模式下，系統(tǒng)可由PLC控制，根據(jù)事先設(shè)定好的溫度、濕度、光照條件要求實現(xiàn)自動補光、自動滴灌、自動噴灌、自動保溫、自動通風(fēng)的功能。

該系統(tǒng)由空氣溫濕度傳感器、土壤溫濕度傳感器、光照度傳感器、PLC可編程控制器、模擬量處理模塊、觸摸屏、植物保溫?zé)?、LED植物補光燈、通風(fēng)風(fēng)扇、噴灌設(shè)備、滴灌設(shè)備等組成。植物保溫?zé)粲糜谔岣邷厥噎h(huán)境的溫度，當溫室內(nèi)的溫度低于設(shè)定值時會自動開啟，從而提高溫室的溫度；LED植物補光燈可在夜晚為溫室農(nóng)作物增加光照時間，加快其生長速度；通風(fēng)風(fēng)扇在溫室環(huán)境溫度超限或濕度超限時開啟，可起到降低溫度、濕度的作用；噴灌設(shè)備在空氣濕度低于下限時開啟，可增加空氣濕度；滴灌設(shè)備在土壤濕度低于下限時開啟，可增加土壤濕度。

系統(tǒng)中使用的空氣溫濕度傳感器用于檢測溫室環(huán)境的空氣溫度、空氣濕度；土壤溫濕度傳感器用于檢測溫室環(huán)境的土壤溫度、土壤濕度；光照度傳感器用于采集溫室環(huán)境中的光照度信息。系統(tǒng)的控制核心是FX2N-32MR三菱可編程控制器PLC，用于處理從傳感器采集的溫室環(huán)境內(nèi)的溫度、濕度、光照度信號，完成相應(yīng)的運算和處理；MCGS觸摸屏是人機交互界面，不僅可將控制系統(tǒng)的如溫度、濕度、光照度等各種的信息顯示在觸摸屏上，還可以由用戶自由設(shè)定溫室環(huán)境的空氣溫度上下限、空氣濕度上下限、土壤溫度上下限、土壤濕度上下限等環(huán)境參數(shù)。

三、結(jié)束語

本文主要介紹了溫室環(huán)境控制系統(tǒng)的控制目標、控制措施、控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計過程，并分析了控制系統(tǒng)應(yīng)該具備的功能。控制目標是實現(xiàn)溫室大棚內(nèi)土壤濕度、空氣溫度、空氣濕度、光照度等四個溫室環(huán)境參數(shù)的智能調(diào)控，實現(xiàn)這四個環(huán)境參數(shù)智能調(diào)控的措施是滴灌、噴灌、通風(fēng)、加熱和補光等五項。

參考文獻

[1]高職富.溫室環(huán)境控制技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].中國市場，2007：76-77.

[2]李偉.國內(nèi)外溫室監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展及趨勢[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2010（10）：74 -79.

[3]譚靜芳，劉成勛.淺談溫室自動控制技術(shù)的發(fā)展概況[J].農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)，2005，31（5）：21-23.