豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)

1、豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)第一章 概述智能溫室也稱作自動化溫室， 是指配備了由計算機控制的可移動天窗、 遮陽 系統(tǒng)、保溫、濕窗簾 /風(fēng)扇降溫系統(tǒng)、噴滴灌系統(tǒng)或滴灌系統(tǒng)、移動苗床等自動 化設(shè)施，基于農(nóng)業(yè)溫室環(huán)境的高科技 “智能”溫室。 智能溫室的控制一般由信號采 集系統(tǒng)、中心計算機、控制系統(tǒng)三大部分組成。豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)是近年來逐步發(fā)展起來的一種資源節(jié)約型高效 設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)， 它是在普通日光溫室的基礎(chǔ)上， 結(jié)合現(xiàn)代化計算機自控技術(shù)、 智 能傳感技術(shù)等高科技手段發(fā)展起來的。 自上世紀 90年代以來， 我國農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 人員在吸收發(fā)達國家高科技溫室生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對溫室溫度、濕度、C02濃度

2、和光照等環(huán)境因子控制技術(shù)的研究， 研制開發(fā)了我國自己的豬舍溫濕環(huán)境智能 控制系統(tǒng)。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計2.1 溫室環(huán)境特點溫室氣候環(huán)境作為計算機控制系統(tǒng)的控制對象，有以下特點：1、非線性。溫室部的氣候處于熱平衡混沌狀態(tài)。大量隨機的、不確定性因 素使得對其精確建模比較困難。2、分布參數(shù)。由于溫室面積比較大，造成溫室部各個物理量的分布是不均 勻的。比如溫度，溫室部各點溫度都不一樣，四周一般都比中間的低，項部和底 部也有一定差別， 其值的大小依賴于空間位置和氣流的方向等各種因素， 在溫室 中的氣候分布是緩慢變化的。3、時變。作物在生長周期的不同階段，其光合作用能力、吸熱散熱能力等 均有所差別。因而，

3、溫室系統(tǒng)是一個參數(shù)隨著時間變化的動態(tài)系統(tǒng)。4、時延。對于外界所施加的作用，溫室系統(tǒng)并不立即響應(yīng)，而是經(jīng)過一段 時間的延遲才有反應(yīng)。比如，在溫室加熱系統(tǒng)中，對系統(tǒng)加熱升溫，熱量傳到溫室的各個部分需要經(jīng)過很長一段時間的延遲，溫度才會有所提高5、多變量藕合系統(tǒng)。溫室系統(tǒng)是一個多輸入多輸出系統(tǒng)，系統(tǒng)各變量之間 并不是互相獨立， 各個子系統(tǒng)的控制回路彼此禍合在一起。 對系統(tǒng)任一目標(biāo)的控 制，都會影響其它目標(biāo)的變化。綜上所述，溫室環(huán)境系統(tǒng)是個復(fù)雜的大系統(tǒng)，建立精確的控制模型很難實 現(xiàn)。由于作物對環(huán)境各氣候因子的要求并不是特別的精確，而是一個模糊區(qū)間， 比如作物對溫度的要求， 只要溫度在某一時間段在某一區(qū)間

4、， 該作物就能很好地 生長，因此，也沒有必要將各種參數(shù)進行精確控制。2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計思路2.2.1 系統(tǒng)分析本系統(tǒng)可以模擬基本的生態(tài)環(huán)境因子溫度、光照、水分、CO2等，以適應(yīng)不同的生物生長繁育的需要， 它由相關(guān)的智能控制單元組成， 按照事先設(shè)定的程 序，精確測量溫室氣候和土壤參數(shù)， 并啟動或關(guān)閉不用的電動外圍設(shè)備， 程序所 需的參數(shù)通過傳感器采集所得。2.2.2 系統(tǒng)的特點1、預(yù)測性：通過對氣候參數(shù)的分析，可以預(yù)測控制設(shè)備的運行情況，提高 設(shè)備的利用率，降低能耗。2、強大的擴展功能：通過控制不同的外圍設(shè)備，可以控制環(huán)境及灌溉、施 肥等。3、完善的資料處理功能：通過中央控制軟件，可以不間斷的

5、記錄各種傳感 器的信息以及各種控制設(shè)備的動作記錄等。4、遠程監(jiān)控功能：即工作人員不在現(xiàn)場，也可以通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)對溫室 的設(shè)備的參數(shù)進行監(jiān)控和控制。2.2.3 系統(tǒng)的工作原理本系統(tǒng)是利用 PLC把傳感器采集的有關(guān)參數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號， 并把這些數(shù)據(jù) 暫存起來， 與給定值進行比較， 經(jīng)一定的控制算法后， 給出相應(yīng)的控制信號進行 控制。系統(tǒng)還可以經(jīng)過串行通信接口將數(shù)據(jù)傳送至上位機，從未完成數(shù)據(jù)管理、 智能決策、 歷史資料統(tǒng)計分析等更為強大的功能， 閉關(guān)可以對數(shù)據(jù)進行顯示、 編 輯、存儲及打印輸出。傳感器將溫度、濕度等轉(zhuǎn)化為電壓信號。經(jīng)過運算放大器 組成的信號處理電路換成壓平轉(zhuǎn)化器（ V/F）需要的電

6、壓信號。系統(tǒng)工作時， PLC 通過傳感器來測量溫室的相應(yīng)數(shù)據(jù)并于設(shè)定值比較， 如果溫室的環(huán)境超過了設(shè)定 的圍上下限值， PLC就輸出指令，控制接通相應(yīng)的設(shè)備。當(dāng)溫室環(huán)境條件在設(shè)定圖2-1 系統(tǒng)的工作原理圖2.3 系統(tǒng)總體設(shè)計方案2.3.1 系統(tǒng)的組成豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)主要由自動控制系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、遮陽系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、自動噴灌系統(tǒng)等五個部分組成，如圖 2-2 所示圖 2-2 豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)組成2.3.2 系統(tǒng) 的硬件接線圖本系統(tǒng)由上位機 PC機，PLC可編程控制其，各類傳感器， PLC擴展模塊，驅(qū) 動及執(zhí)行部分等組成。因為在設(shè)計中用到電感性負載， 因此電路中設(shè)計了電容和電阻串聯(lián)對

7、電動機 進行保護， 當(dāng)電機啟動或斷開電源的時候由于電動機會突然斷電或試點， 線圈會 產(chǎn)生很大的感應(yīng)電流。會對電路中的電機產(chǎn)生大的危害。系統(tǒng)具體硬件接線圖如圖 2.3.2 所示圖 2.2.2 豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)硬件接線圖2.3.3 PLC 的選擇標(biāo)準(zhǔn)1. PLC機型的選擇：（1）PLC在工業(yè)控制中應(yīng)用多年， 屬于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品， 其在生產(chǎn)、 調(diào)試、 應(yīng)用、服務(wù)等方面都有一套完備的標(biāo)準(zhǔn)，所以產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、可靠性高，但是考 慮到穩(wěn)定性、可維護性等因素，采用 PLC比單片機具有較高的性價比。（2）PLC的選擇主要應(yīng)從 PLC的機型、容量、 I/O 模塊、電源模塊、特殊功 能模塊等方面綜合考慮。

8、PLC機型的選擇基本原則是再滿足功要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性價比。2.3.3 本系統(tǒng) PLC的選擇1、I/O 點數(shù)的估計根據(jù)實際情況對 I/O 點數(shù)進行估計，具體點數(shù)估計如表 2.2.3a 所示表 2.2.3a I/O 點數(shù)的估計2、輸入量與輸出量的 I/O 地址分配 輸入量與輸出量的 I/O 地址分配如表 2.2.3b 所示表2.2.3b 輸入量與輸出量的 I/O 地址分配3、擴展模塊的選擇因為S7-224集成了 14輸入/10 輸出，他最多可以有 7個擴展模塊，有置時鐘， 有更強的模擬量和高速計數(shù)的處理能力。由于溫度、濕度、光照強度、CO2濃度均為模擬量，所以選 EM2

9、31模塊作為模擬量輸入模塊。2.4 系統(tǒng)主電路的設(shè)計如圖2.4 所示：圖2.4 主電路設(shè)計圖2.5 控制電路原理圖如圖2.5 所示：圖2.5 控制電路原理圖第三章 豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真3.1 豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)設(shè)計3.1.1它的功能強大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時也可實時監(jiān)控用戶程序 的執(zhí)行狀態(tài)。3.1.2 程序設(shè)計按下啟動按鈕， PLC 卡是掃描，溫度傳感器將溫室溫度測量值信號送到PLC中，PLC再將信號值處理，在于設(shè)定值進行比較，最后將得到的結(jié)果輸出，如果 比較結(jié)果高于設(shè)定值， 則控制打開通風(fēng)窗或風(fēng)機， 比較結(jié)果等于設(shè)定結(jié)果等于低 于設(shè)定值，則打開供熱設(shè)備。假設(shè)風(fēng)

10、機，供熱設(shè)備，傳感器出現(xiàn)故障的時候就發(fā) 出聲光報警?？諝鉂穸葌鞲衅鲗z測的溫室是瀆職送到 PLC中， PLC將檢測值與 設(shè)定值進行比較， 如果空氣溫度高與設(shè)定值， 則控制打開窗子且打開風(fēng)機進行去 濕，如果測量值等于設(shè)定值，則關(guān)閉窗子和風(fēng)機；如果測量值低于主設(shè)定值，則 發(fā)出指令控制打開空氣濕度電磁閥， 對空氣進行噴霧。 土壤濕度傳感器檢測的值 首先送到 PLC中，有 PLC 將其與設(shè)定值相比較，如果測量值高與設(shè)定值，則由 PLC發(fā)出控制關(guān)閉控制土壤濕度的電磁閥； 如果電磁閥發(fā)生故障則會發(fā)出聲光警 報。光照傳感器將溫室的光照強度測量值送到 PLC中，由 PLC將其與設(shè)定的光照 強度進行比較， 再將

11、其比較結(jié)果送到執(zhí)行機構(gòu)中去， 對其進行動作， 如果測量值 高于設(shè)定值則控制關(guān)閉不光設(shè)備， 同時拉上遮陽簾； 如果則兩只等于設(shè)定值， 則 關(guān)閉不光設(shè)備； 如果測量值地與設(shè)定值， 那么則發(fā)出指令打開補光設(shè)備， 同時打 開遮陽簾。在這個過程中，如果遮陽簾電機， 不光設(shè)備出現(xiàn)故障則出現(xiàn)聲光警報。圖 3.1.2a 主控模塊流程圖1、 溫度控制當(dāng)系統(tǒng)開始工作時，由溫度傳感器將溫室的溫度測量參數(shù)傳給 PLC，再由 PLC 將其檢測結(jié)果與事先設(shè)定好的溫度進行對比， 如果測量值等于設(shè)定值則保持 原來的溫室溫度；如果測量值與設(shè)定值不等，在判斷大于還是小于，當(dāng)測量 值大與設(shè)定值，則打開通風(fēng)簾，當(dāng)測量值小于設(shè)定值時，

12、則打開供熱系統(tǒng)。 當(dāng)測量溫度達到設(shè)定值時就會關(guān)閉供熱系統(tǒng)或通風(fēng)簾。其工作流程圖如圖3.1.2b 所示系統(tǒng)開始工作，濕度傳感器考試對環(huán)境濕度進行檢測。土壤濕度傳感器， 土壤濕度傳感器將測量結(jié)果送到 PLC中心后，PLC將測量值與設(shè)定值進行較， 如果測量值等于或大與設(shè)定值，則關(guān)閉噴灌電磁閥；當(dāng)小于設(shè)定值時。則打開噴灌電磁閥。其工作流程圖如圖 3.1.2c 所示圖 3.1.2c 濕控子模塊流程圖3、 光照控制 系統(tǒng)啟動，光照傳感開始工作，將溫室的光照強度測量值參數(shù)傳給PLC，由PLC 將測量值與設(shè)定值進行比較，判斷測量值是否等于設(shè)定值，如果等于， 則保持室光照強度；如果測量值與設(shè)定值不等，在判斷大于還是小于，當(dāng)測 量值大與設(shè)定值，則關(guān)閉遮陽簾，當(dāng)小于設(shè)定值時，則打開補光設(shè)備。其工 作流程圖如圖 3.1.2d 所示圖 3.1.2d 光控子模塊流程圖4、 CO