【基于plc的大棚温度控制系统设计9300字（论文）】

基于plc的大棚温度控制系统设计目录TOC\o"1-2"\h\u11159基于plc的大棚温度控制系统设计 112074第1章前言： 1238951.1温室环境测控技术的发展趋势 230251.2系统研究方案 3272181.3研究内容和方法 44658第四步是设计温室模型管理系统的硬件和软件 53285第2章智能温室控制算法的研究 5206922.1温室环境的主要特点 523232.2温室系统控制的特性分析 6132702.3基于改进遗传算法的温室系统Ｐ１Ｄ控制 722649第3章温室系统总体方案设计和硬件组成 742683.1温室系统控制对象分析 781113.2温度系统控制模式 9274643.3温室系统控制的方法 1018613.4温室系统总体方案设计 1115588第4章温室系统软件设 12116384.1温室系统PLC控制设计路线 12237804.2温室系统下位机控制需求 12273554.3温室系统下位机的PLC地址 1319740第5章总结 137960第六章参考文献 14摘要:大棚的温度受天气情况、季节、薄膜种类、大棚的方位、大棚的规模等因素的影响。PLC温度控制系统可以在很大程度上实现温度的自动化控制，实现大棚农作物的增产增收，提高经济效益，促进国民经济增长。文章叙述了大棚度控制系统，通过对大棚环境的检测反馈以实现温度的自动化控制。该系统采用PLC控制器处理传感器所采集的信号，使之带动其他大棚设备正常运转，这套系统在实现生产自动化的同时，还促进了社会生产力的提高。关键词:大棚；温度控制系统；PLC第1章前言：智能温室系统是一种高效农业技术，并且是很节约资源的技术，近年来已逐步发展。它基于传统的日光温室，并结合了现代计算机自动控制技术，智能传感器技术和其他高科技的方法。自上世纪以来，我们国家的农业专家吸取了西方国家的高科技温室生产技术的主要土壤。探讨控制温室温度对控制温室温度，湿度，浓度还有光照等环境因素的技术。在我们国家研发了属于我们国家自己的智能化的温室控制系统1.1温室环境测控技术的发展趋势作为一种节约资源的温室智能控制系统，高效农业的技术，主要在计算机的完全控制下，为作物生长创造了高质量，高效率，低消耗的工业生产环境。除了硬件系统，控制算法对于改善测量和控制系统的性能也是必需的。只有采用的控制算法是合理的，温室环境的综合因素才能到达最佳的控制效果，而温室控制系统才能到达智能水平。以下是我国现阶段温室控制理论研究还有工程中经常会用到的一些控制类算法。1.模糊管理算法的模糊控制不用建立受控对象的准确数学模型，而是使用计算机执行人类以自然语言描述的控制动作。它的算法是一起研究和讨论各种环境的参数，再去执行模糊控制。其次，再根据实验结果和经验来总结出模糊控制的规则，并基于模糊结论得到模糊的控制表，以至参数的双向影响处于最理想的状态。模糊控制具有许多好的功能。他不需要事先知道对象的数学模型。它具有速度很快响应，复位和转换所需时间短的好处。它比控件快，并且具有良好的刚性，但是模糊控件的稳定精度不好。2、专家系统作为知识的承载者，具有可靠性，客观性，持久性和易传播，易乘性的特点，这是人类专家无法企及的，因此具有解决问题的能力。在某些领域。重要和不可替代的作用。尤其是对于人类专家，高级专家的人数少得较多，相关知识也很难传播和复制。在这方面，开发专家系统不仅显得非常有必不可少，而且用途非常广泛观点。3、以后应用到他的范围会非常多。神经网络控制神经网络使用黑盒方法来表示参数有限的复杂系统。然而，神经网络方法也有明显的缺点，即它需要大量的历史数据，否则将大大降低外推和推论的可靠性。因此，近年来，有人使用了所谓的。4、取得更好的结果。改进的控制算法。自动控制中使用最早并且使用范围最广的控制方法就是常规工业控制。使用常规控制器，在互联网上设置不容易，很容易复位，抗干扰的能力很差，满足不了现代温室环境参数监控的各种要求。因此，为了使温室控制过程中系统动态调节的质量和控制精度得以提高，通常需要改进常规控制。基本有不完全的差动工业控制，整体分离控制，整体变速控制等。选择更为合理的比例系数，积分系数和微分系数。四点中心差法是用于提高工作调节器的抗干扰能力的。与传统算法相比，它有一些改进。由遗传算法的模糊控制为基础的最优算法。遗传算法是一种自适应的全局最优化概率搜索算法，旨在模拟自然环境中生物的遗传和进化过程。将模糊的控制规则应用于控制，不仅避免了优化过程的过早现象，而且提高了优化控制规则的速度。实验表明，采用优化设计的模糊控制器控制温度，响应速度快，温室温度变化小，有利于作物生长，降低了系统能耗，达到了预期效果。1.2系统研究方案1.根据日光温室，提出以下系统研究方案：2.硬件系统由一台上位机和一台下位机Panasonic型可编程控制器组成，它构成了温室分布式智能系统的技术部分，特别是两级监控系统。上级控制系统主要负责监视智能温室并设置参数。下层是主控制单元，负责收集有关温室参数，系统的逻辑操作以及控制设备的控制的信息。它已经在工业控制中使用了很多年。它是批量生产的产品。它在生产，维护，使用，服务等方面都有一套完整的标准，产品的质量比较稳定，可靠性能高。尽管采用的成本高于单片机，但必须考虑诸如稳定性和维护等综合因素。接收自适应通信，分布式结构，当主机故障时，控制器可以自行实现数据的接收，显示和输出控制。3.编译系统软件温室监控软件监控软件包括上位机监控软件和下位机系统软件。顶视图计算机监控软件培训由Kingview接管。下层计算机系统软件是使用Panasonic工业编程软件开发的。该系统软件不仅可以完成上位机与下位机之间的通讯，还可以满足用户的实时需求该系统软件不仅可以完成可以满足用户的实时需求，并可以监控温室生态数据。只要有可能，您都应该适当使用所有这四个组件，以实现最大的利润，用户友好性，多功能性和适应性。1.3研究内容和方法1.3.1研究内容1.根据花卉生长的过程中环境的变化会影响花卉的生长，选择实时作物环境检测系统和智能温室控制系统。自动检测系统有传感器和变送器，例如温度，湿度，光线和土壤湿度。双向信标角度开合驱动也包括在智能控制系统内，太阳能遮阳格栅，风扇，滴灌和滴灌控制，节能供热，制冷等。2.以检测控制对象为根据，选用工业管理算法来确定温室温度控制系统的数学模型。3.基于研发的温室智能控制系统。4.开发用于温室配置的智能界面。5.检查系统的实际运行情况并分析变频技术的性能测试。1.3.2拟解决的关键问题1、该控制算法用于确定温室温度控制系统的数学模型。2.自动检测和控制内部温度，湿度，光线，co2浓度和在其他环境条件下的技术。3.开发具有完善功能，低成本，可靠性能高还有良好规模的温室自动化系统的软件和硬件系统。4.由变频技术的制冷干燥功能为基础的实现。1.3.3研究方法和技术路线1、拟议的研究方法1）根据工业管理算法定义的参数，计划使用该软件来模拟和测试每个管理系统的数学模型。通过比较和模拟方法选择最佳的抽样计划和管理计划。2）使用的测试方法，完成内部温度，湿度，光线，co2浓度和在其他环境条件下的自动控制测试，并且通过组态软件控制来控制过程。2、本设计是为了获得以下的技术路线：第一步是采集相关信息第二步是建立数学模型第三步是确定最佳控制计划第四步是设计温室模型管理系统的硬件和软件第五步是设计集成的温室管理设备和软件图中显示了配置监视的第六步流程图第2章智能温室控制算法的研究2.1温室环境的主要特点1.作为计算机管理系统的控制对象，温室气候环境具有以下特征：2.非线性系统。温室中的空气处于混乱的热量平衡中。大量随机和不确定因素使其精确建模复杂化。3.分布式参数系统。由于温室占地范围较大，温室内有不同的物理并且分布不均匀。例如温室内部的温度，温室里面的温度是不同的，周围的区域一般都低于中下部，顶部和底部也不同。成本取决于很多各个方面的因素，例如气流的流向和空间的所在位置。温室气候分布正在缓慢变化。4.时变系统。在作物生长过程中的各个阶段，它们的光合作用，吸收热量和散热的量各不相同。因此，温室系统是一个动态系统，其参数会随时间变化。5.延时系统。由于外界的施加会对其造成影响，温室系统并不会马上就做出相应的响应，而只会在一定时间后做出响应。例如，在温室供暖的系统中，系统在进行供暖时，将热量传递到温室里面的各个空间会需要很长时间的延迟，温度过高。6.多变量藕合系统。温室系统是一个需要多输入和多输出的系统‚系统各变量之间并不是互相独立‚各个子系统的控制回路彼此祸合在一起。对系统的任何一个目标进行控制，都会对其他目标的变化造成影响。简而言之，温室环境系统属于大型的并且复杂的系统，要想去建立一个精确无误的控制模型是很难的。因为作物对环境的各种气候因素的要求并不是特别精确的，而是诸如作物温度的条件之类模糊的时间间隔，因为温度在一定时间段内处于一定间隔，作物可能生长良好。因此，各种不需要精确控制各种参数。在温室气候控制因素中，最重要的环境因素就是湿度和温度。传统控件可用于控制温度和湿度。该方法简单易行，但设置参数却比较困难。而且，仅在较小的控制范围内，调整后的参数的组合才具有更好的控制效果。因此，对这些类型的对象的控制，实现控制的效果并不是很理想。近年来提出的模糊控制不需要对设备的状态有准确的了解，而且具有比较好的动态响应性，快速增长的时间和较小的重置的优点。它被广泛应用于生产过程控制和其他领域。2.2温室系统控制的特性分析温室系统可以为植物生长提供所需的最佳自然环境，并在不受外部影响的情况下实现作物的连续生产。研究温室控制方法的基础是分析温室的生态特性。温室是一个复杂的小气候环境。很多不确定因素都会使环境的内部的各种变量受到一定的影响。它的系统设置以及输入和输出信号会同时更改，环境的因素并不是相互孤立的，是互相联系的。因而，它具有非线性，时变，跟踪还有多样性等这些特点。过去，在需要数学模型的建立时，尽管基于上述特征考虑了许多影响温室效应的因素，但它们仅限于温室内部和外部简单的热辐射和热交换，并且几乎从不添加诸如散热和排热的因素。辐射到人体。为此，本论文全面介绍了使用数学模型描述系统时需要考虑的相关因素，以使建模与实际生产情况更加相关。温室系统的数学模型，在分析系统的控制特性的基础上，定性地分析了系统的运行原理，量化了系统的运行，并确定了温室的结构，参数与运行之间的关系。环境控制系统，这是对系统的控制。算法的选择和实现提供了理论上的支持。先前的工作表明，不能完全掌握受控对象的结构和参数，或者难以建立精确的数学模型，而不能轻松，有效地获得系统控制器的结构和参数。因此，PID控制技术是最方便和可用的。PID控制又称PID控制，具有结构简单，强度好，运行稳定，调整方便的特点。实际上，在农业控制领域，PID控制系统已成为一种方便有效的控制方法，在满足作物所需的生长条件（例如温度）方面发挥着重要作用。但是，在过去的农业领域中，PID控制主要使用传统的参数设定，其控制效果不理想。在以下小节中，本文根据温室控制特性改进了PID安装方法。2.3基于改进遗传算法的温室系统Ｐ１Ｄ控制通过以上各章的分析，温室是一类第一级系统，具有比例环和延迟环。P1D调节器连接到串行前向通道，以发挥串行校正的作用。温室P1D控制参数参数是控制系统设计的核心。合理选择P1D参数决定了管理系统的速度，准确性和稳定性。PD参数是根据受控过程中的系统特性参数定义的。如今，在温室中设置PID控制参数通常主要使用经验方法，例如ZN方法。的确，常规温室PID控制参数的设置方法简单方便，但往往要依靠经验，时间长，容易受到冲击，克服困难，不能及时改变产量。实时输出，不理想。为了满足实时控制的要求，提高系统的性能，提出了温室的PID控制，并在遗传算法的基础上进行了改进。第3章温室系统总体方案设计和硬件组成在对前一章温室控制原理进行分析的基础上，给出了智能温室的完整设置。为了使总体规划和设备设计更符合农业生产的要求，在设计之前必须考虑控制设施和推进力的管理策略和方法。3.1温室系统控制对象分析为了研究温室微环境的控制，有必要了解温室微环境的机理。农业大棚智能温室控制系统要实现的主要功能是：实时接收温室中土壤的湿度、空气的温度、空气的湿度、CO2浓度及光照度等环境参数[2]，并将这些参数与适宜农作物生长的环境参数区间值进行比较判断，然后发出控制指令使相应的电气设备启动或停止，进行相应的环境参数调整，实现温室环境参数智能控制，使农作物始终在最适宜的环境中生长。1.温度环境分析作物生长生存的主要前提就是温度。其水平直接影响体内生命酶的活性，这在生命的各种化学反应的顺利发展中是至关重要的一步。对作物生长的最大影响是“三茎温度”，即最低温度，最高温度和最佳温度。在最佳温度条件下，农作物生长最快。当超过最低和最高温度时，它会缓慢上升，甚至危及生命。植物对不同物候节点的“三个基点温度”有不同的要求。通常，生长期的茎温高于休眠期的茎温，这促进了植物光合作用和呼吸的协调，从而减少了植物的生长。有机物的分解和有机物合成的改进。温度变化对植物的影响也反映在昼夜温差之间。昼夜温度的周期性变化促进了植物的出芽和开花，并在一定程度上促进了收获果实的产量和质量。通常，应将物候和昼夜因素添加到温室设计中，以使温室控制更加详细和有效。2.湿度环境分析无论是哪种植物，都需要水作为生活活动的溶剂，植物的摄水量都取决于大棚温室内的湿度。如果湿度太高，则会损害植物的呼吸作用和蒸腾，影响水和养分的吸收，其生长发育会减慢，很容易导致缺氧甚至死亡；即使湿度很低，植物细胞也会释放水分以使身体健康。缺水会导致叶子萎缩。作物所需的水在生长时期的不同阶段都会有很大的不同。在皮疹阶段，大量的水被用来氧化和分散有机物。总的来说，农作物需要不断补充水分以满足不断增长的需求。在苗期，植物的根系非常不发达，需要高湿度以防止干旱收获后，应在管理期间和管理期间节省一些水分，以使植物无法通过呼吸快速吸收有机物，也不能因缺水而变干。，这不会促进销售。设计温室时，请考虑湿度因子配置在作物加工和发育阶段的过程。3.光环境分析植物光合作用的光源是太阳辐射，太阳辐射的强度和光谱对作物的生长具有至关重要的作用。光照条件随地理因素（例如海拔高度，坡度方向等）而变化。至于这种温室的设计，一年四季中夏季的光照强度要大大高于冬季。夏季长，夜晚短，冬季短。晚上很长。另外，由于禁忌的质量，到达地面的光谱通常由可见光主导。由于温室的上述自然条件，季节不同，温室受到的太阳辐射也不同，这也改变了植物的生理作用。例如，植物的光合作用通常与光强度密切相关。随着光强度的增加，光合作用的速率增加，但是在达到光强度的点后，光的强度增加并且光合作用的速率没有增加，因此不能继续有机物的最佳积累。该光谱还会影响到植物组织的发育和果实的品质。在设计温室时，除了分析上述温室的光照环境外，还应考虑控制光照效应的季节性变化。4.气体环境分析二氧化碳的主要作用反映在光合作用的原料中，二氧化碳的浓度类似于光，并具有补偿点。在补偿点以下，CO2浓度的升高将显着提高光合作用的速率。当发生饱和时，CO2浓度的增加将不再增加光合作用，而是随着时间的推移而减少。植物中所含的二氧化碳浓度过高将导致叶孔关闭，呼吸减弱，甚至中毒也会导致虚弱。因此，无论控制状态和方案如何，都应将CO2浓度跟其他因素一起定义为首要因素。通过对上述温室小气候环境因素的分析，得出了适合我国地理条件的农作物生产过程的特征，为进一步研究控制制度和策略铺平了道路。3.2温度系统控制模式根据上一节中的温室控制设施分析，种植好作物不仅需要根据作物的生长和变化手动或自动调整温室，而且温室还可以根据实际和区域性在宏观层面整合各种因素。特性：给出了法规的参考。因此，在该系统的设计中添加了四种类型的控制模式方案。（1）工艺模式应根据植物生长所需要的因素来确定温室控制系统的控制要求，并应充分考虑温室生产技术。现金种植的主要技术过程包括播种，加速，栽培，苗圃和栽培，包装和存储等。植物在不同过程中所需的温度，湿度和光与二氧化碳和其他条件不同。例如，发芽通常需要低光照，恒定温度和恒定湿度（相对湿度为95％到100％），农作物收割后需要将大棚内温度控制在4到5°C，相对湿度接近100％。，一年四季都保持不变。依据农作物不同加工时段的要求，开发出四种栽培的模式，并首先为每种模式指定了环境参数作为系统的推荐值。在各种模式下，用户还可以根据特定区域性调整相应的设置。（2）季节模式江苏属亚热带季风气候，降雨充足。年降水量1200毫米。四个季节脱颖而出。年平均温度15.4°C。年最高极端温度39.7°C，最低-13.1°C。雨季，雨季，夏季炎热干燥阴凉；冬季寒冷干燥。此外，该地区春季和秋季短，冬季和夏季长，冬季和夏季之间存在明显的温差。考虑到江苏的区域气候和温室植物的特点，冬季要在低温下连续供热，有必要使用电锅炉将温度控制在5-25°C，并在夜间关闭隔热屏，应使用在夏天。定制窗帘湿帘系统和侧窗装置。季节性模式可以由工作人员直接选择，或者可以根据作物生长要求灵活地更改每个季节性模式中的参数值。（3）白昼模式温室作物日活动已经改变，需要适当的样本来分别解决环境因素。该系统采用白天和夜晚两种正常的温室模式，操作员可以根据实际农作物的白天和夜晚的实际生产需求来调整系统控制设置，以使温室在指定的框架内自动运行。（4）手动（自动）模式该系统具有手动和自动控制模式。通过在这两者之间进行切换，可以实时控制系统并进行手动预控制，这不仅提高了系统的自动化水平和效率，而且还加强了人员对系统的监督和管理。该模式可以通过监视室中的主机进行远程控制。3.3温室系统控制的方法3.3.1温度控制方法当温度低于设定温度时，温度传感器会检测当前的大气温度。PLC根据程序运行，并通过一系列电磁阀命令输出点运行电锅炉。通过水加热循环进行加热和加热。水流入温室的所有部分；热网接触器同时工作，热网关闭并预热。当温度高于设定温度值时，当前大气温度检测温度传感器，根据PLC程序，命令出口点动作，根据电磁阀的动作做一个湿帘，湿帘通过水循环系统；同时，风扇继电器和开窗系统接触器被激活，遮阳帘和侧窗打开。3.3.2光照控制策略和方法当照度值低于设定照度值时，照度传感器会检测环境光的当前强度，PLC会依据程序命令输出点起作用，从而激活继电系统光，并注入补光。上。当光线大于照度的设定值时，光线传感器会检测环境光线的当前强度，PLC会根据程序指示输出点起作用，从而作用于遮光屏系统接触器和阴影屏幕打开。3.4温室系统总体方案设计根据室内放置的室温，光线，湿度，碳传感器和变送器收集的数据，通过温室主控制器PLC对系统进行处理，然后将PLC与系统和执行装置设置的参数进行比较被激活。RS485通过DCS总线通过总线连接到各种温室，并与计算机开销进行通信以交换信息，从而使用户可以防止温室环境受到人机交互的影响。在总体结构上，根据主题背景和区域特征计算并选择主控制计算机，检查原件和执行器的设计。第4章温室系统软件设4.1温室系统PLC控制设计路线在完成了该系统温室设备的设计和设备选型后，根据管理系统的规模，采用PLC控制指令系统和编程方法完成了农业自动化控制任务。但是，一旦无法确定可控对象和可控执行器来独立编译PLC软件，则与电子系统原理图的协作就变得更加必要。4.2温室系统下位机控制需求在温室控制系统中，PLC主要负责购买和处理传感器数据，并根据控制算法的要求进行操作。根据系统操作和设备要求，对下位机设置以下要求：（1）根据智能算法即改进遗传算法获得的参数，进行温度控制系统PID（2）它可以实现湿帘水泵，洒水灌溉系统，二氧化碳添加系统，电锅炉系统和通风风扇等的作用；（3）变频器和PLC可以完成闭环反馈控制。使用湿帘风扇时，改变风扇速度可能会影响冷却风量，从而控制冷却强度；（4）通过输入特定信号可以实现不同的模式，特别是手动和自动模式。4.3温室系统下位机的PLC地址依据本系统ＰＬＣ控制系统架构，对Ｓ７－２００输入、输出地址分配。第5章总结为了解决自动化，自治程度低，经济成本高和与国内实际生产不兼容的难题，本文根据课题的实际需求，建立了以PLC为基础的智能控制系统和成套设备。工程学主要执行以下几个方面：（1）针对温室的关键环境因素建立了温度控制模型，并定义了控制方法。基于温室热平衡方程，采用泰勒公式重建温度控制系统管理模型，该模型增加了对太阳辐射和室内设备及人员的影响。控制工程理论传递函数用于描述整个系统，而控​​制系统的PID校正方法则用于控制温室的精确反馈。一种改进的遗传算法在温度和室温控制系统的PID参数中使用，以实时调整PID参数，从而解决了耗时且人工指定参数不准确的问题。（2）对温度管理系统提出的新控制模型进行了温室温度场和风速场的数字仿真。首先，使用ICEM程序确定温室流体的计算水平；然后使用FLUENT模拟太阳辐射作用下的通风和制冷过程以及S2S模型，并分析日光，设备和操作员，风速，温度分布和气流组织对温室外壁和室内的影响。。基于以上分析，对温度和室温控制条件进行了评估，并给出了进一步的改进计划，为将来的设备系统的初步设计和安装提供了指导。（3）结束温室控制系统的整体技术设计。温室管理系统，以PLC为主要控制计算机，以PC为顶级计算机，满足了该主题的控制要求，拥有很高的自动化水平跟经济水平。剖析小气候温室环境跟原理的各种环境因素，并提出适当的控制方式，使控制过程更有条理和方便，并支持园艺为进一步的设备选择和设计提供依据。根据温室的本质背景，生产的条件还有地理特性，策划出了合理的温室硬件，包含了控制器，检测组件和执行器，以满足国情和温室设备实