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1、2014届届 分 类 号: TP 单位代码:10452 毕业论文（设计） 基于基于 PLC 的温室大棚控制的温室大棚控制 姓 名 陈陈良奎良奎 学 号 201009140304 年 级 2010 专 业 电电气工程及其自气工程及其自动动化化 系 （院） 汽汽车车学院学院 指导教师 刘建刘建华华 2014 年 04 月 09 日 临沂大学 2014 届本科毕业论文（设计） 摘 要 温室已成为当今时代反季节作物培育的主要场所，随着科技的发展，温室技术已 日臻成熟。同时，温室技术合理利用农业资源、保护生态环境、提高农产品产量及在 国际市场竞争力的这一特性，深受广大反季节作物培育者的喜爱。如何能使温室
2、实现 全自动化控制，减少人力的参与，已成为温室技术的重要研究课题之一。随着过程控 制技术、自动检测技术、通信技术的发展，将工业上较为成熟的、先进的控制方法和 管理手段引入到农业的生产设施中，实施有效的温室环境控制，已成为现阶段温室技 术的主要研究方向。 本文介绍了温室工作环境的控制原理，讨论了在温室控制中引入 PLC 技术构成分 布式控制系统的方法,详细介绍了系统的特点、组成、硬件设计、实时动态监控系统 及通信问题。分布式的控制结构,使各子系统相对独立,管理与控制功能分开,易于实 现群控化管理,提高了系统的可靠性,且易于扩展。 关键词: : 温室大棚;PLC;集散控制；智能控制 临沂大学 20
3、14 届本科毕业论文（设计） ABSTRACT Greenhouse has become the main place in todays era anti-season crop cultivation. With the development of science and technology, the greenhouse becomes more and more mature. At the same time, greenhouse utilizing agricultural resources, protecting the environment, improving a
4、gricultural production and the characteristics of the competitiveness in the international market, was deeply loved by the majority of anti-season crop breeders. How to make the greenhouse fully automated control and reduce human involvement, has become an important research topic in greenhouse tech
5、nology. With the development of the process control technology, automatic detection technology and the communication technology, advanced control methods and management tools introduced in the industry to agriculture production facilities, the implementation of effective control of the greenhouse en
6、vironment, greenhouse technology has become a main research direction of present greenhouse technology. This paper introduces the control principle of greenhouse environment, discusses the introduction of PLC technology in the greenhouse control system of distributed control system, detailed introdu
7、ces the system composition, characteristics, hardware design, real- time dynamic monitoring system and communication problems. Distributed control structure, make each subsystem are relatively independent and separate management and control function, easy to implement management, the group control,
8、improve the reliability of the system, and easy to extend. Key words: Greenhouse; PLC; distributed control; intelligent control 临沂大学 2014 届本科毕业论文（设计） 目 录 1 1 绪论绪论1 1 1.1 研究背景1 1.2 研究目的及意义1 1.3 课题研究的主要内容2 1.4 控制系统设计的初步方案2 1.5 系统设计的总体方案3 2 2 控制系统的硬件设施控制系统的硬件设施4 4 2.1 传感器系统设计4 2.2 电气控制系统的设计6 2.3 系统主电路设
9、计7 2.4 系统控制电路设计9 3PLC3PLC 控制系统的软件设计控制系统的软件设计1010 3.1 控制系统的程序设计.10 3.2PLC I/O 地址设置 12 3.3 控制程序设计及分析.13 3.4 编程软件实现.18 4 4 模糊控制算法在温室控制系统中的应用模糊控制算法在温室控制系统中的应用1919 4.1 引言.19 4.2 模糊控制系统概述.19 4.3 多变量模糊控制器的设计.20 4.4 输入量采样及模糊量化算法程序设计.21 5 5 总结与展望总结与展望2323 5.1 总结.23 5.2 进一步研究方向.23 参参 考考 文文 献献 2424 致致 谢谢 2525
10、临沂大学 2014 届本科毕业论文（设计） 1 1 绪论 1.1研究背景 随着科技水平的迅速发展，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室 大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。在实际的农业种植中，温室环境与生物 的生长、发育、能量交换等有着密切的关系。现代化农业生产中的重要一环就是对农 业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。作为实现温室生产管理自动化、科学化 的基本保证，环境测控可通过对监测数据的分析，并结合作物生长发育规律，从而控 制环境条件，使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。在实际上生产生活中，温室 大棚在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。我国现代温室技术起步较晚。目前的栽
11、 培设施中，有国家标准的装配式温室大棚仅占设施栽培面积的少部分，大多数的农村 仍采用自行建造的大小棚，只能起到一定的保温作用，根本谈不上对温光水气养分等 环境条件的调控，抗自然环境的能力极差。即使那些数量不多的装配式温室大棚也缺 乏配套的调控设备和仪器，仅仅依靠经验和单因子定性调控，所以，我国设施栽培的 智能化程度非常低。西方发达国家在现代温室测控技术上起步比较早。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，
12、并形成了一 定的标准。 1.2研究目的及意义 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。 日光温室发展到
13、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生产企业效益低下，导致温室产业出现了滑 临沂大学 2014 届本科毕业论文（设计） 2 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
14、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。 1.3课题研究的主要内容 本论文研究的是基于PLC控制技术和MCGS组态技术的温室大棚设计，从整体上分 析和研究了控制系统的电路设计、硬件设计、软件设计，控制对象的模型建立、控制 算法的选择和参数的整定，组态方案的设计，完成了温室大棚智能控制系统设计。 1.4 控制系统设计的初步方案 1.4.11.4.1 温度的控制温度的控制 与其他环境因子比较，温度是设施栽培中相对容易调节的环境因子。室内温度的 调节和控制包括保温、加温和降温3种。 （1）保温 为了提高大棚的保温能力，常采用各种保温覆盖
15、。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。 1.4.21.4.2 湿度的控制湿度的控制 土
16、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：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。 1.4.31.4.3 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
