【正文】 ..................................... 8 系統(tǒng)分析 .............................................. 9 控制系統(tǒng) ............................................. 10 控制系統(tǒng)設計目標 ................................. 10 控制模式 ................................................................................... 10 控制方案 .......................................... 10 .................................. 10 系統(tǒng)的硬件組成 ....................................... 10 系統(tǒng) 的軟件設計 ...................................... 11 溫室控制系統(tǒng) PLC 軟件的設計 ........................ 11 溫度控制 .......................................... 11 濕度控制 .......................................... 12 光照控制 .......................................... 12 控制系統(tǒng)軟件設計 ..................................... 12 溫度采集程序 ......................................... 13 PID 程序設計 ............................................14 系統(tǒng) 的組態(tài)監(jiān)控軟件的設計 ..............................17 和 展望 .............................................. 17 結(jié)論 ................................................ 17 進一步研究方向 ...................................... 17 參考文獻 .................................................. 17 致 謝 .......................................................................................... 20 姜啟洲：基于 PLC的智能溫室控制系統(tǒng)設計 1 溫室產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀 發(fā)達國家溫室產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀 溫室產(chǎn)業(yè)及相關技術在國內(nèi)外的發(fā)展速度很快。如在荷蘭的阿姆斯特丹 RAI 展覽館每年 11 月舉辦一次國際花卉展覽會， 2020 年就有來自世界各國的 477 個廠商展示了各自的產(chǎn)品和實力。荷蘭、日本、以色列、美國、韓國、西班牙、意大利、法國、加拿大等國是設施農(nóng)業(yè)十分發(fā)達的國家，溫室以大型溫室為主。這些高水平大型溫室的環(huán)境控制系統(tǒng)能夠 根據(jù)傳感器采集室溫、葉濕、地濕、室內(nèi)濕度、土壤含水量、溶液濃度、二氧化碳濃度、風速、風向、以及植物作物生長狀態(tài)等有關參數(shù)，結(jié)合作物生長所需最佳條件，有效調(diào)節(jié)有關設備裝置，將室內(nèi)溫、濕、光、水、肥、氣等諸因素綜合協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)。 歐美等國家在 30 年代就相繼建立了人工氣候室。溫室調(diào)控技術至今經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展過程。初期是使用儀表對溫室設施中的光照、溫度等參數(shù)進行測量，再使用手動或電動執(zhí)行機構(gòu)（如幕簾、通風設備等）施行簡單控制，隨著傳感元件、儀表及執(zhí)行器技術的進步，逐步發(fā)展成為對溫度、濕度、光照等幾乎所有室 內(nèi)環(huán)境參數(shù)分別進行自動控制。計算機技術的發(fā)展使環(huán)境參數(shù)的綜合控制成為可能。 70 年代中期，荷蘭、日本、美國、意大利等國家已使用微型計算機控制植物生長環(huán)境。從 80 年代開始，根據(jù)不同作物、不同生長階段及外界環(huán)境變化對溫室環(huán)境進行綜合調(diào)節(jié)控制的技術得到了快速的發(fā)展。目前，在溫室控制技術方面，荷蘭、美國、以色列、日本等國較為先進。由于借鑒了工業(yè)、航空航天等領域的先進成果，技術水平不斷提高，它能根據(jù)作物生長的最佳生長條件，調(diào)節(jié)溫室氣候使之一年四季滿足植物生長需要，不受氣候和土壤條件的影響，在有限的土地上周年地生產(chǎn)蔬菜和 鮮花。除了對溫室進行監(jiān)控外，計算機優(yōu)化環(huán)境參數(shù)、節(jié)能、節(jié)水及設施裝備的可靠性等很多方面都取得了很好的技術成果，并推出了許多新產(chǎn)品。美國開發(fā)的冬天保溫用的雙層充氣膜、高壓霧化降溫加濕系統(tǒng)以及夏季降溫用的濕簾降溫系統(tǒng)處于世界領先水平；韓國的換氣、灌水、二氧化碳濃度控制等設施比較先進；荷蘭的頂面涂層隔熱、加熱系統(tǒng)、人工補光等方面有較高的水平；以色列的灌溉系統(tǒng)比較先進，室內(nèi)設施齊全。日本、韓國開發(fā)了瓜類、茄果類蔬菜嫁接機器人。日本開發(fā)了育苗移栽、耕耘、施肥移動機器人，可完成多項功能的多功能機器，能在溫室內(nèi)完 6 成各項 作業(yè)的無人行走車，用于組織培養(yǎng)作用的機器人，柑橘、葡萄收獲機器人等。資源相對貧瘠的荷蘭溫室生產(chǎn)最值得研究。 國土面積不大的荷蘭已經(jīng)成為世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的典范。 1999 年一年四季全天候生產(chǎn)的大型溫室有 萬 hm2，其中 90%為玻璃溫室。國外現(xiàn)代溫室單位面積的產(chǎn)量高經(jīng)濟效益高，荷蘭溫室番茄年產(chǎn)量達到 60kg/m2， 5000hm2 用于種植花卉，花卉產(chǎn)業(yè)每天向世界鮮花市場上出口 1700 萬支鮮花和 170 萬盆盆花，鮮花出口占全世界鮮花市場的 60%以上，年收入高達 110 億美元，占全國農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的 35%，經(jīng)濟效益高，成為歐洲 的“菜籃子”，“花籃子”。荷蘭大量投資與溫室相關的基礎研究。建立“蔬菜工廠”、“花卉工廠”、“苗 江蘇農(nóng)林職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 2 木工廠”等用于研究和示范，成為溫室業(yè)的堅實科研后盾。重視作物生理、產(chǎn)量、品質(zhì)與環(huán)境因子之間的定量關系等方面研究，因而設施內(nèi)綜合環(huán)境控制系統(tǒng)智能化水平高，設施種植技術實現(xiàn)了規(guī)范化和標準化。 國內(nèi)溫室產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及存在的問題 改革開放以來，我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)取得了可喜的成績，但同時，我國農(nóng)業(yè)發(fā)展中存在的問題也越來越凸現(xiàn)出來，如果這些問題得不到解決，將成為嚴重制約我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。首先是我國人口 眾多。其次是資源短缺。第三是我國農(nóng)產(chǎn)品成本高，科技含量低，無法形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。要解決這些問題，根本在于實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向以優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)為目的的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化。農(nóng)業(yè)環(huán)境綜合控制作為農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)的手段，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標志，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，以溫室為代表的設施農(nóng)業(yè)將成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展主要方向之一，成為 21 世紀最有活力的農(nóng)業(yè)新產(chǎn)業(yè)。 20 世紀 50 年代末，我國在華北地區(qū)曾建造過屋脊式大型玻璃溫室，到 60 年代初，在東北地區(qū)建成 1hm2 的大型玻璃溫室。由于國內(nèi)設施農(nóng)業(yè)技術比國外落后，必然走一條引進、消化、吸收、創(chuàng)新的路子。 19791987 年，從保加利亞、荷蘭、羅馬尼亞、美國、日本、意大利等六國，引進現(xiàn)代溫室 24 座，共 ,分別建造在北京、黑龍江、廣東、江蘇、上海、新疆等六省市區(qū)，其中 60%用于蔬菜生產(chǎn)， 40%用于花卉生產(chǎn)。這次較大規(guī)模姜啟洲：基于 PLC的智能溫室控制系統(tǒng)設計 3 的引進溫室，各地都重視了溫室本身，但卻忽視了對我國氣候的實用性和配套的栽培技術，在運動中存在著冬季能耗高、夏季降溫困難等問題，經(jīng)濟效益普遍不佳。 90 年代中期開始，我國現(xiàn)代溫室快速發(fā)展?！熬盼濉逼陂g，國家科技部將工廠化高效農(nóng)業(yè)示范工程列為國家重大科技產(chǎn)業(yè)工程 ，這是唯一的一項農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)示范工程項目。由此，又一個大規(guī)模引進國外大型現(xiàn)代溫室，至 1998 年，共引進溫室 ,引進的國家有荷蘭、法國、以色列、西班牙、美國、日本、韓國以及我國的臺灣地區(qū)，基本涵蓋了現(xiàn)代溫室發(fā)達的國家和地區(qū)； 引進和建設的地點，北起黑龍江，南至海南島，東起上海，西至新疆，包括了全國所有的省、市、自治區(qū)；引進溫室的主要類型包括單屋脊和雙屋脊的大型連棟玻璃溫室，拱圓形、鋸齒形、雙層充氣和雙層結(jié)構(gòu)的塑料膜溫室，以及聚碳酸酯板溫室等，代表了現(xiàn)代溫室的所有類型；引進溫室的配套設備包括遮陽、通 風、降溫、加溫、保濕、自動控制和計算機管理，以及栽培床、活動苗床、噴滴灌和自走噴灌、自走式采摘車、自動化穴盤育苗、水培設備等等，也基本包括了所有先進的配套設備。這次打規(guī)模的引進溫室，特別是北京、上海幾個示范園區(qū)，在引進溫室至溫室園藝成套設施硬件的同時，還引進了配套品種、栽培技術、專家系統(tǒng)等軟件成套技術，以及國外相關專家現(xiàn)場指導。 目前，我國是設施園藝栽培面積最大的國家。 80 年代中后期，隨著高效節(jié)能日光溫室生產(chǎn)技術在東北地區(qū)試驗成功，就迅速在我國北方發(fā)展起來，各級政府把其作為帶領農(nóng)民江蘇農(nóng)林職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 4 致富奔小康、培育農(nóng)村新 的經(jīng)濟增長點的重點措施，各級農(nóng)業(yè)科研機構(gòu)也投入了大量的人力、物力進行節(jié)能日光溫室建造及生產(chǎn)技術的專項研究，并取得了重大進展。日光溫室發(fā)展到今天，已由生產(chǎn)各種反季節(jié)蔬菜的生產(chǎn)設施，發(fā)展為日光溫室園藝設施，進而發(fā)展為設施農(nóng)業(yè)，已成為種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和水產(chǎn)業(yè)全面發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，全國節(jié)能日光溫室面積到 2020 年底已到達 760 萬畝。 隨著我國現(xiàn)代溫室產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，在溫室產(chǎn)業(yè)的運營中暴露出了一些問題 : （ 1）現(xiàn)代溫室管理和種植的人才缺乏，溫室種植技術落后，造成了現(xiàn)代溫室的功能和優(yōu)勢不能充分發(fā)揮。 （ 2）能源消 耗大，以現(xiàn)代溫室為代表的設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)效益低下，導致溫室產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了滑坡的現(xiàn)象。 （ 3）不同地域的氣候環(huán)境制約了進口大型溫室適用性，溫室不能周年運行。 （ 4）計算機控制水平低。目前國內(nèi)溫室計算機控制系統(tǒng)與國際選進技術存在很大差距，商用控制系統(tǒng)不能滿足高效節(jié)能有效控制溫室機構(gòu)運行的要求。 現(xiàn)代溫室中常見的能自動控制的調(diào)控機構(gòu)有 :頂部通風窗、側(cè)面通風窗、外遮陽簾幕、內(nèi)遮陽簾幕、軸流通風機、降溫濕簾、人工補光燈、二氧化碳施肥器、加熱設備、噴霧系統(tǒng)及熏蒸設備。控制器綜合調(diào)節(jié)各 個機構(gòu)，使系統(tǒng)在運行中節(jié)約能源的同時保證室內(nèi)氣候滿足植物生長需求。使用的控制器可以有很多選擇