智能溫室控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)

1、    智能溫室控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)    高尚陳景波摘要：我國計算機在農業(yè)中的發(fā)展應用較為落后，溫室控制系統(tǒng)存在很大的不足，在社會經濟和科學技術不斷發(fā)展的過程中，智能溫室控制控制系統(tǒng)成為未來的主要發(fā)展趨勢。文章主要闡述了智能溫室控制系統(tǒng)多因素變量的控制關系及理論，論述了智能溫室系統(tǒng)總體架構設計，最后總結了智能溫室系統(tǒng)軟件設計，以期開發(fā)出操作簡便、穩(wěn)定可靠的智能溫室控制系統(tǒng)，為相關研究提供參考意見。關鍵詞：智能溫室控制系統(tǒng)；西門子plc；人機交互；軟件設計；總體架構 ：a：tp29 ：1009-2374（2015）04-0013-02 doi：10.13

2、535/ki.11-4406/n.2015.0290農業(yè)作為我國發(fā)展的支柱性產業(yè)，實現農業(yè)現代化生產是我國發(fā)展的重要目標之一，近年來，基于自動化技術及計算機基礎而形成的智能溫室控制系統(tǒng)越來越受到人們的重視，對傳統(tǒng)的溫室進行智能化改造具有非常重要的意義，可以實現農業(yè)的準確管理。本研究中智能溫室控制系統(tǒng)融合了傳感技術、通訊技術、組態(tài)技術等多種技術，在西門子plc人機交互結構模式的基礎上，對室內環(huán)境中的各個因子進行調控，達到溫室控制系統(tǒng)的需求，提高農業(yè)生產的經濟效益。1 智能溫室控制系統(tǒng)多因素變量分析1.1 多變量因素控制關系日照、水分、co2及溫度等因素都會影響溫室環(huán)境，不同因素的影響程度各不相同

3、，但這些因素之間也存在一定的聯(lián)系，在控制溫室環(huán)境的過程中，只要把握好關鍵要素就能有效地達到系統(tǒng)的控制要求。智能溫室控制系統(tǒng)涉及到多種設備及環(huán)境因子，是一個相對復雜的對應關系，在實際控制過程中一定要找準重點決定因素，將其作為切入點，綜合考慮成本投入及控制效益，為作物的生長提供一個良好的溫室環(huán)境。1.2 多變量控制系統(tǒng)理論由于作物生長對溫室環(huán)境的要求沒有明確的限定，因此在研究和開發(fā)智能溫室控制系統(tǒng)時，只需考慮系統(tǒng)的可行性及可控制性即可，傳統(tǒng)以pid控制技術為主的控制系統(tǒng)對參數設定的要求較為嚴格，逐漸被模糊控制所替代，在過程控制中發(fā)揮著重要作用。本文主要采用模糊推理方法對研究智能溫室控制系統(tǒng)進行設計

4、，形成加熱和通風系統(tǒng)，對溫室環(huán)境中的濕度、溫度進行轉化，構建同溫室控制系統(tǒng)對應的數學模型，但由于溫室環(huán)境因子間的互相作用，在系統(tǒng)設計時，應提高對系統(tǒng)魯棒性的重視。2 智能溫室系統(tǒng)總體架構設計為了滿足溫室控制要求，溫室內設置了天窗、灌溉系統(tǒng)、補光系統(tǒng)、濕簾系統(tǒng)、風機及遮陽系統(tǒng)從多方面對環(huán)境進行調節(jié)。參考智能溫室控制系統(tǒng)功能需求，以西門子plc下位機和上位機的人機交互結構模式為基礎，對系統(tǒng)方案進行設計，從而調節(jié)溫室內部的環(huán)境因子。自動控制、遠程手動控制及現場手動控制是構成智能溫室控制系統(tǒng)的主要部分?；谖鏖T子plc結構基礎的控制系統(tǒng)，在操作過程中先對溫室參數數據進行初始化處理，在寄存器中儲存不同環(huán)

5、境因子的限值，搜集實際溫室環(huán)境中的因子，并將這些數據作為plc自動控制程序執(zhí)行及上位機組態(tài)顯示的依據。在plc自動控制狀態(tài)下，控制系統(tǒng)能夠對比分析實際環(huán)境因子與系統(tǒng)中已儲存的各項參數，在plc輸出方式下利用對比結果完成相關的控制操作，改善溫室環(huán)境；在現場手控狀態(tài)下，可以結合實際環(huán)境狀況，運行執(zhí)行機構；而在遠程控制狀態(tài)下，也可以對執(zhí)行機構進行調控，但需要在控制室中進行。2.1 上位機系統(tǒng)設計方案智能溫室控制系統(tǒng)的上位機系統(tǒng)采用的控制方式為西門子和組態(tài)王在pc機上進行連接，其中遠程控制系統(tǒng)界面、報警系統(tǒng)主機操作界面、趨勢曲線顯示畫面、報表系統(tǒng)界面及遠程監(jiān)控畫面共同構成了組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng)。在對溫室內環(huán)

6、境進行控制的過程中，借助遠程監(jiān)控界面，用戶能夠在監(jiān)控室內掌握多種設備的運行狀況，根據需要采取相應的停止或啟動措施，并在遠程控制系統(tǒng)主機圖像界面下實現對系統(tǒng)的自動或手動切換功能，發(fā)揮遠程控制的作用。在報警系統(tǒng)的實時監(jiān)控下，可以提醒用戶對超過參數設置值的一些環(huán)境因子進行調節(jié)，保證各項環(huán)境因子保持在合理范圍。此外，利用歷史數據輸出表、日報表及實時報表，可以更加清楚地了解溫室環(huán)境在過去或當前時刻的各項數據信息，為分析和決策提供數據參考，有利于達到溫室環(huán)境控制方案的最優(yōu)化。2.2 下位機系統(tǒng)設計方案西門子plc控制器、傳感器、執(zhí)行機構是構成下位機系統(tǒng)的主要元件，智能溫室中的下位機系統(tǒng)能夠同上位機pc相脫

7、離，也可以同上位機進行聯(lián)機工作。在聯(lián)機工作狀態(tài)下，利用西門子plc總線能夠將下位機信號傳送至上位機，在讀取這些信號后將控制功能同監(jiān)視功能綜合起來，進行遠程控制操作，可以使下位機發(fā)揮更大的作用；而在單獨工作狀態(tài)下，西門子plc通過對不同功能模塊及輸入端的信號掃描，對比實際環(huán)境中各項環(huán)境因子同標準參數的差距，由執(zhí)行機構進一步做出相應的調整。3 智能溫室系統(tǒng)軟件設計3.1 溫室系統(tǒng)上位機軟件設計溫室系統(tǒng)上位機的控制和監(jiān)視系統(tǒng)包括組態(tài)王、pc機，一方面保證了系統(tǒng)具備數據查詢/處理、環(huán)境參數儲存、參數控制、數據/曲線顯示、通訊及系統(tǒng)控制等功能；另一方面也符合上位機的控制條件。登錄、遠程控制、歷史曲線、報

8、警系統(tǒng)、實時曲線、日報表和退出等操作按鈕共同構成了智能溫室控制系統(tǒng)的主設計畫面，能夠便于用戶更加清楚、直觀地進行操作。運行智能控制系統(tǒng)的過程中，登錄系統(tǒng)進入控制界面后，可以根據實際需求按下相關操作按鈕，對溫室環(huán)境因子進行操作或查看，為了進一步方便管理，還能夠對按鈕功能權限進行劃分，由特定的工作人員進入相應的操作界面。3.2 溫室系統(tǒng)下位機軟件設計智能溫室系統(tǒng)下位機軟件可以針對日照、水分、co2及溫度等因素進行實際值同參數值的對比分析，根據分析結果設計針對性的操作方案。在實現智能溫室控制條件的過程中，西門子plc控制系統(tǒng)程序能夠切換自動或手動控制，處于自動控制下的系統(tǒng)程序將實際采集數據為根本，對

9、比參數設定值來執(zhí)行自動化操作，而手動控制下，外界環(huán)境因素不會對系統(tǒng)操作產生干擾，只結合需求進行手動化操作。以需求為標準，可以將智能溫室控制系統(tǒng)程序劃分為執(zhí)行機構輸出控制程序、環(huán)境因素判斷程序、溫度參數采集程序及數據初始化程序等多項程序，這些程序共同構建了功能齊全、性能穩(wěn)定、操作簡便的智能溫室控制系統(tǒng)。4 結語我國對溫室控制系統(tǒng)的研究相對落后，而智能溫室控制系統(tǒng)的研發(fā)對我國農業(yè)生產方式的集約化和高效化發(fā)展有著非常重要的意義。基于溫室環(huán)境多變量控制關系及系統(tǒng)理論，在西門子plc下位機和上位機的人機交互模式下，能夠有效地彌補傳統(tǒng)溫室控制系統(tǒng)的不足，實現了環(huán)境因素采集、判斷分析、數據初始化及控制輸出的自動化，完善了數據記錄、遠程控制和環(huán)境因素控制等功能，達到溫室控制系統(tǒng)的需求。參考文獻1 李善軍，張衍林，艾平，翟紅.溫室環(huán)境自動控制技術研究應用現狀及發(fā)展趨勢j.農業(yè)工程技術（溫室園藝），2008，（2）.2 高建平，趙龍慶.溫室計算機控制與管理技術的發(fā)展概況及在我國的應用前景j.計算機與農業(yè)（綜合版），2003，