基于PLC的模糊-PI空調(diào)室溫控制研究

摘 要：隨著人們生活水平的提高，在溫室中生長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，作物生長的環(huán)境可以改善，季節(jié)性的變化和惡劣的氣候不會讓他們的食用行發(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控制基礎上的模糊-PI溫室大棚的系統(tǒng)設計方案，以便在溫室大棚中檢測各種各樣的指標，研究由溫度傳感器，二氧化碳的傳感器集中器，光照傳感器，在測量值送到PLC，在PLC中與控制點匹配，發(fā)送一個給定驅動的外圍設備的驅動器，模糊控制將專家知識和經(jīng)驗運用語言變量表述，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，達到大棚自動化，智能控制。該項目的優(yōu)勢是成本低、資源節(jié)約和利潤最大化。

關鍵詞：溫室大棚；PLC；傳感器；智能控制

一、系統(tǒng)總設計方案

（一）系統(tǒng)的設計任務。本文研究的是溫室大棚基于PLC技術上的應用，從整體上對溫室大棚控制系統(tǒng)的電路設計、硬件設計、軟件設計等方面。本次的研究內(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，溫室大棚的通風扇、冷/熱風機、遮陽簾、加熱器、二氧化碳添加器等硬件設施通過PLC控制系統(tǒng)控制，對溫室大棚中的環(huán)境因子進行調(diào)控，進而實現(xiàn)對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，需要一個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，然后將測量結果傳送到PLC，用PLC進行處理，然后向可控制溫室的運行設備發(fā)布命令環(huán)境因素。

控制系統(tǒng)有兩種模式，一是考慮到實際生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全，即自動和被動。自動模式根據(jù)PLC的不同周期性地被控制，手動模式是為了在緊急情況下能夠穩(wěn)定地啟動設備而使用手動操作。將傳感器對相關數(shù)據(jù)和設置進行比較，然后通過軟件程序執(zhí)行相關命令。該系統(tǒng)設計的優(yōu)點是低廉，資源節(jié)約和最大優(yōu)點。

二、大棚溫室系統(tǒng)硬件方案設計

PLC控制系統(tǒng)的設計可分為硬件設計和軟件設計。本章介紹主機電路設計，大棚溫室電器控制系統(tǒng)各部分控制電路設計，傳感器選型，PLC選型與PLC外設在內(nèi)的溫室控制系統(tǒng)硬件設計計劃。

大棚溫室控制系統(tǒng)的主要電路顯示在圖1中。通風平底鍋和涼棚的周轉爐差不多。要完成工作，需要啟動、停止、前進和后進馬達。不同的是，通風愛好者的馬達和車棚。電力不一樣，雪馬達有開關，冷氣/溫風扇、暖氣、光源及CO2發(fā)生器都是開關，工作原理幾乎相同。

從圖上可以看出，刀的開關是QK，而且可以控制整個電路的開始和停止。熱傳導是FR1-FR5，它可以起到保護超負荷的作用。保險絲是FU1-FU7，每季度提供一段及超負荷保護功能；接觸器的主要接點是KM1-KM9，它可以實現(xiàn)馬達的起始與停止，轉正與反轉彎及開關的起始與停止控制。

三、大棚溫室控制系統(tǒng)軟件方案設計

（一）STEP7-Micro/Win軟件簡介。STEP7-Micro/WIN32編程軟件是Sie-mens為S7-200系列編程控制器而設計和開發(fā)的基于Windows基礎的應用軟件，強大而強大，可以用來開發(fā)用戶程序，并實時監(jiān)控用戶程序的運行狀態(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、語句表和功能塊圖編程。2.可以進行符號編程，通過符號表分配符號和絕對地址，即對編程元件定義符號名稱，增加程序的可讀性，并可打印輸出。3.支持三角函數(shù)，開方，對數(shù)運算功能。4.具有易于使用的組態(tài)向導。5.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中的程序進行比較。

（二）大棚溫室控制系統(tǒng)程序設計思路

控制系統(tǒng)提供手動和自動兩種工作模式，自動模式處于正常工作狀態(tài)，手動模式用于處理意外情況。在自動啟動模式下，PLC啟動時用于檢測溫室溫度、光亮、二氧化碳濃度和溫室控制系統(tǒng)配置值等環(huán)境因素的傳感器測量值較高，而傳感器感知的溫度比設定值要高，PLC就會發(fā)出控制冷卻器開放及換氣盤前方旋轉（溫室空氣向外排放）的相應命令。測定的值如果低于設置值，就會打開暖氣和熱鍋加熱溫室。（把空氣引入溫室）當溫室里的光線低于設置值時，系統(tǒng)就會開著陰影并且亮著燈。當溫室里的光線高于設置值時，系統(tǒng)將關閉陰影。如果溫室的二氧化碳濃度低于設定值，系統(tǒng)就會打開二氧化碳調(diào)節(jié)閥門。如果您在溫室測量的值與設置值相同，請關閉相關設備，并在溫室中保持環(huán)境參數(shù)。

溫室里的每一種作物對自然環(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)的價格為準。植物對大棚溫室內(nèi)的溫度要求大多數(shù)在25-30℃，本系統(tǒng)取值28℃；光照強度單位為lx，本系統(tǒng)取光照強度為30000lx；夏季在陽光直接照射下，光照強度可達6萬～10萬lx，沒有太陽的室外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，而植物生長需求則為1000-1500ppm，因此本系統(tǒng)取二氧化碳濃度臨界值為1000ppm。

參考文獻：

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[2]范薇薇．基于無線傳感器網(wǎng)絡的溫室控制系統(tǒng)研究[D]．沈陽工業(yè)大學，2010

[3]宋永飛．基于PLC和組態(tài)思想的智能溫室控制系統(tǒng)[J]．工業(yè)控制計算機，2009（01）

作者簡介：王志軍（1980—），男，漢族，籍貫：錦州，學歷：本科，職稱或職務：助理工程師，研究方向：電氣、機械、自動化控制。