基于LOGO！的溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李卓玥+丁天文+霍耀宏

摘 要：設(shè)計(jì)了一種基于西門子LOGO！控制器，以力控組態(tài)軟件ForceControl V7.0作為上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫室系統(tǒng)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、參數(shù)設(shè)定、歷史數(shù)據(jù)查詢、圖形報(bào)表、實(shí)時(shí)報(bào)警與遠(yuǎn)程控制等功能，滿足了溫室環(huán)境監(jiān)控的需求。

關(guān)鍵詞：LOGO??；生態(tài)農(nóng)業(yè)；立體式農(nóng)業(yè)溫室

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定的發(fā)展，農(nóng)業(yè)發(fā)展也逐步地由原來(lái)的靠天吃飯走上了生態(tài)化的道路，但在大多數(shù)地方，農(nóng)民收入低下的問題日益突出，逐步發(fā)展成為阻礙我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定發(fā)展的擋路石。從我國(guó)80年代初提出把生態(tài)農(nóng)業(yè)作為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的新模式到現(xiàn)在已經(jīng)有30多年了，經(jīng)過這些年的不斷探索和研究，我國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)得到很大的發(fā)展。但是，我國(guó)地域遼闊，各地的自然條件、資源基礎(chǔ)都有很大的差異性，導(dǎo)致我國(guó)溫室發(fā)展的不均衡、溫室的種類繁多、規(guī)模大小不一，一些地區(qū)已發(fā)展到采用高科技，占地上萬(wàn)平方千米的現(xiàn)代化生態(tài)溫室，而一些地區(qū)仍舊采用普通的小型塑料大棚溫室。

1.溫室的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

20世紀(jì)50年代末，現(xiàn)代溫室控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了快速穩(wěn)定的發(fā)展，現(xiàn)代設(shè)施水平逐步提高，一些發(fā)達(dá)國(guó)家正在在實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正向著智能自動(dòng)化控制方向發(fā)展。近幾年，發(fā)達(dá)國(guó)家逐步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化水平高、自動(dòng)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集和集中控制系統(tǒng)等下位機(jī)與計(jì)算機(jī)軟件、各種力控軟件組合起來(lái)的上位機(jī)位一體的集中控制系統(tǒng)。溫室技術(shù)研究的最重要的是復(fù)雜多變環(huán)境的溫室控制研究。主要包括：外界復(fù)雜多變的環(huán)境因素的控制：環(huán)境因素的主要內(nèi)容是溫、濕度的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，灌水量、排水系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，CO2濃度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，NH3等有毒氣體與O2之間的通風(fēng)換氣自動(dòng)調(diào)節(jié)等。

2.系統(tǒng)控制原理

整個(gè)新系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最大亮點(diǎn)是將新能源與現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)相結(jié)合。實(shí)現(xiàn)了能源并網(wǎng)與新能源交替，減少了環(huán)境的破壞資源浪費(fèi)。

2.1 在整個(gè)系統(tǒng)中引入了風(fēng)能與太陽(yáng)能等自然資源

由于在某些地方會(huì)出現(xiàn)斷電的情況，在系統(tǒng)中加入新能源，可以有效地避免這樣的情況，以保證整個(gè)系統(tǒng)始終保持在一個(gè)良好的運(yùn)行狀態(tài)。其次，在新能源方面，可以有效地減少市電等資源的使用，很大程度上節(jié)約了許多資源的浪費(fèi)，也降低了成本，實(shí)現(xiàn)了綠色低碳環(huán)保的社會(huì)理念。

2.2 在整個(gè)系統(tǒng)能夠良性的運(yùn)行的情況下加入了沼氣控制系統(tǒng)

利用動(dòng)物排泄物、植物廢棄物等作為原材料進(jìn)行沼氣發(fā)酵，利用沼氣作為新的資源，用來(lái)發(fā)電照明等一些小型用電器的日常供給和使用。沼渣用來(lái)作為新的肥料來(lái)處理，沼液用來(lái)作為滴灌肥料給植物進(jìn)行滴灌。沼液有很多的殺菌作用，對(duì)植物的生長(zhǎng)也有很好的有益作用。

2.3 清理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，清理系統(tǒng)占有很多比重，如果設(shè)計(jì)不好，會(huì)造成動(dòng)物很容易生病等很多負(fù)面影響，造成不可估量的損失。因此在考慮到溫室棚的特點(diǎn)的情況下，包括動(dòng)物排泄物中產(chǎn)生的一些有害氣體的情況，清理系統(tǒng)采用有害氣體濃度作為清理排泄物的一個(gè)基點(diǎn)，這樣有效地解決了排泄物過多沒有及時(shí)清理或者有害氣體濃度過高造成對(duì)動(dòng)物的生長(zhǎng)的影響。

2.4 LOGO！時(shí)鐘設(shè)置

在光照強(qiáng)度與溫度的數(shù)據(jù)采集與處理的過程中，利用LOGO！中含有實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊，能夠執(zhí)行“設(shè)置時(shí)鐘”命令。時(shí)鐘設(shè)置的操作步驟如下：

（1）進(jìn)入“主菜單”或者“參數(shù)賦值”菜單，通過▼或▲鍵選擇“設(shè)置”，按OK鍵。

（2）進(jìn)入“設(shè)置”菜單，選擇“時(shí)鐘”，按OK鍵。

（3）進(jìn)入“時(shí)鐘”菜單，通過▼或▲鍵選擇“設(shè)置時(shí)鐘”，按OK鍵。

（4）通過▼或▲鍵設(shè)置新的時(shí)間和日期，通過左右鍵移動(dòng)光標(biāo)，設(shè)置完畢，按OK鍵。

同時(shí)，由于地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的影響，絕大多數(shù)地區(qū)的日照時(shí)間不均勻，為了更好的工作，有必要對(duì)夏令時(shí)鐘和冬令時(shí)鐘進(jìn)行轉(zhuǎn)換，若啟用歐洲（EU）夏令時(shí)鐘和冬令時(shí)鐘轉(zhuǎn)換，LOGO！控制器可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換歐洲夏令時(shí)鐘和冬令時(shí)鐘。夏令時(shí)鐘和冬令時(shí)鐘的操作步驟如下：

（1）進(jìn)入“主菜單”或“參數(shù)賦值菜單”，通過▼或▲鍵設(shè)置“選擇”，按OK鍵。

（2）進(jìn)入“設(shè)置”菜單，選擇“時(shí)鐘”，按OK鍵。

（3）進(jìn)入“時(shí)鐘”菜單，通過▼或▲鍵選擇“冬/夏令時(shí)”，按OK鍵。

（4）進(jìn)入“冬/夏令時(shí)轉(zhuǎn)換”菜單，通過▼或▲鍵選擇“EU”，按OK鍵。

（5）通過▼或▲選擇“開”或“關(guān)”。設(shè)定完畢，按OK鍵。

通過時(shí)鐘設(shè)置與夏/冬令時(shí)鐘的轉(zhuǎn)換，這樣可以自動(dòng)地根據(jù)季節(jié)的不同自動(dòng)轉(zhuǎn)換設(shè)定值，減少了人為的去修改的次數(shù)，也可以根據(jù)白天與晚上的氣溫等很多條件的不同來(lái)自行調(diào)節(jié)設(shè)定值范圍。

3.自動(dòng)控制方案設(shè)計(jì)

在LOGO！控制的過程中，還需設(shè)置手動(dòng)、自動(dòng)、這兩個(gè)功能按鈕。而在對(duì)系統(tǒng)控制中，可能出現(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況，所以需要對(duì)其分配一定的報(bào)警輸出。假如當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定范圍的上限時(shí)，延時(shí)2s后如果控制系統(tǒng)沒有做出相應(yīng)的信號(hào)動(dòng)作，這時(shí)報(bào)警鈴聲響起，先切換到手動(dòng)控制并且應(yīng)及時(shí)的檢查處理控制系統(tǒng)。以保證整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠性。通過對(duì)被控系統(tǒng)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)部件的具體分析，了解到系統(tǒng)被控系統(tǒng)輸入與輸出點(diǎn)數(shù)的具體要求見表1。

4.系統(tǒng)說明與展望

本系統(tǒng)是基于LOGO！立體式溫室生態(tài)農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)，通過LOGO！與傳感器等相應(yīng)的通信模塊之間的信息傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

在現(xiàn)代化時(shí)代，社會(huì)發(fā)展需要，人力資源難以替代的情況下，自動(dòng)化控制系統(tǒng)就顯得尤為重要。節(jié)約人力，提高生產(chǎn)效率與自動(dòng)化程度，有效地降低風(fēng)險(xiǎn)與投入。對(duì)環(huán)境的污染很大程度地降低了，實(shí)現(xiàn)了可循環(huán)的發(fā)展。從當(dāng)前來(lái)看，這不僅在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面是一項(xiàng)新的突破，打破傳統(tǒng)的種植方式，創(chuàng)造了更大的經(jīng)濟(jì)效益，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，技術(shù)的突破，帶領(lǐng)了新的行業(yè)的發(fā)展，注入了新的動(dòng)力與發(fā)展機(jī)會(huì)，帶領(lǐng)農(nóng)業(yè)發(fā)展向更加智能化、生態(tài)化，更加環(huán)保健康的方向發(fā)展。

在農(nóng)業(yè)大國(guó)，利用新的種植模式，可以克服很多環(huán)境問題，促進(jìn)農(nóng)業(yè)智能化的發(fā)展，不論是在現(xiàn)在還是未來(lái)，溫室控制將會(huì)逐步地替代現(xiàn)在的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，溫室的智能化也將逐步地慢慢提升。多重模式的發(fā)展必會(huì)成為發(fā)展趨勢(shì)，節(jié)約資源的同時(shí)，帶來(lái)了更多的經(jīng)濟(jì)效益，給農(nóng)民創(chuàng)造了更多的收益。

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