温室大棚温湿度控制系统设计.doc

温室大棚温湿度控制系统设计
1 引言
PLC (Programmable Logic Controller)是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输人和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
由PLC控制的温室温度在设施农业方面的应用也越来越重要。原始的温室温度的控制系统是荷兰应用手动控制，后来又发展到机械设备，到20世纪70年代计算机的应用替代了原始的机械设备的控制，使温室控制进人一个新的时期。美国、以色列、日本、荷兰等国均致力于该项技术的研究，并取得了公认的成就。国外的高档温室已达到了工厂化管理的程度，对多种环境因子能够进行集中调控。我与世界上发达国家相比差距较大，表现在设施结构、配套设备、环境调控与栽培、管理技术等方面。高档温室基本上靠进口，价格昂贵。其自动化控制与监控系统更是如此。目前智能温室的发展趋势是采用各种传感器检测温室环境参数，自动调节各个设备的工作状况，从而达到全天气候无人监控条件下的温室正常运行。
受课程时间限制该设计主要对温室大棚内空气湿度和温度进行控制，从而达到根据农作物需求自动调节温湿度的目的。不同农作物生长所需温度及湿度存储在PLC的数据寄存器中，通过温度和湿度传感器检测空气温度湿度经A/D转换模块转换后与寄存器中预存值相比较，根据比较结果再对执行机构做出相应的操作，直至检测到的温湿度值在寄存器中的预存值范围内。
2 系统总体方案及重要参数的调节与控制
系统总体方案设计
根据作物生长所需要的环境模型制定环境设施输出方案是温室环境控制的关键技术。为避免控制方案过于复杂，本设计选择最重要的环境因子温室内空气温度、湿度作为基本的监测和控制项目。
系统以PLC为核心主要由三部分组成:PLC、数据采集单元及执行机构组成。各传感器对温室内温度、湿度参数实时检测，经A/D转换器后送入PLC，完成数据采集; 采集到的数据由PLC处理后对执行器件发出相应命令。系统框图如下图所示。
温室大棚内重要参数的调节与控制
温度的调节与控制
与其他环境因子比较，温度是设施栽培中相对容易调节控制的环境因子。温室内温度的调节和控制包括保温、加温和降温3种。温度调控要求达到能维持适宜于作物生育的设定温度。温度的空间分布均匀，时间变化平缓。（1）保温，为了提高大棚的保温能力，常采用各种保温覆盖。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，本系统采用电炉水暖加温。（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。另一种在室内挂遮光幕，降温效果比挂在室外差；屋面流水降温法采用时须考虑安装成本，清除玻璃表面的水垢污染问题；蒸发冷却法使空气先经过水的蒸发冷却降温后再送入室内，达到降温目的。蒸发冷却法有湿帘——风机降温法、细雾降温法、屋顶喷雾法。本系统采用室外挂遮光幕降温。
湿度的调节与控制
土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，空气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。本系统采用水喷雾法加湿。(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。本系统采用排湿换气法去湿。
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度降低。在夏季降温加湿的