【正文】 加保溫覆蓋的層數(shù)，采用隔熱性能好的保溫覆蓋材料，以提高設施的氣密性 。 （ 2）加溫 我國傳統(tǒng)的單屋面溫室，大多采用爐灶煤火加溫，近年來也有采用鍋爐水暖加溫 或地熱水暖加溫的。大型連棟溫室和花卉溫室，則多采用集中供暖方式的水暖加溫，也有部分采用熱水或蒸汽轉換成熱風的采暖方式。 （ 3）降溫 保護設施內降溫最簡單的途徑是通風，但在溫度過高，依靠自然通風不能滿足作物生育要求時，必須進行人工降溫。降溫包括遮光降溫法、屋面流水降溫法、蒸發(fā)冷卻法及強制通風法。遮光降溫法是一種在室外與溫室屋頂部相距 40cm處張掛遮光幕，對溫室降溫很有效。 濕度的控制 土壤濕度要與空氣相對濕度協(xié)調一致才能達到溫室濕度的有效控制，濕度調控范圍一般在 60%RH80%RH，精度為士 5%。濕度的調控影響溫度，要求濕度與溫度的調控需按按一定的程序進行。常用的濕度調節(jié)方式是加濕和去濕。 （ 1）加濕 一般常用的方法是水噴霧法和蒸汽加濕。水噴霧法采用雙位或多位控制來實現(xiàn)；蒸汽加濕則采用電極加濕器或澆蒸加濕器實現(xiàn)。 （ 2）去濕 在溫室中去濕常用以下三種方式：加熱控制法、吸附法 化學除濕器、排濕換氣。在濕度的調節(jié)系統(tǒng)中，溫室內的加濕和去濕則由溫室內的調節(jié)部件完成，這些部件有天窗、側窗、濕簾、風機等。 溫度、濕度之間的耦合 溫度與濕度之間有一定的耦合關系，對一個因子的控制常會帶來另一個因子的 變化。在冬季溫室環(huán)境控制中，默認為溫度控制優(yōu)先的原則，在溫度條件滿足后，再來滿足濕度條件。如溫度過低、濕度過大的情況下，以加溫為主導，只有當溫度上升到一定值后，才能通風降濕，另一方面，溫度提高本身可以使相對濕度降低。在夏季降 3 溫加濕的過程中，采用以濕度優(yōu)先的原則。當濕度過小時，開啟蒸發(fā)降溫加濕裝置。而當溫度過高需要啟動蒸發(fā)降溫執(zhí)行機構時，必須先檢測室內的相對濕度，只有濕度低于某一設定范圍時，才能啟動蒸發(fā)裝置。 二氧化碳濃度調節(jié) 大氣中二氧化碳平均濃度一般為 %，變幅較小。在冬春設施蔬菜生產(chǎn)中， 為了保溫，設施經(jīng)常處于密閉狀態(tài)，缺少內外氣體交換，二氧化碳濃度變幅較大，中午設施內由于光合作用，二氧化碳濃度下降，接近甚至低于補償點，二氧化碳處于虧缺狀態(tài)應當及時的補充二氧化碳。補充二氧化碳的方法很多，常用的主要有三種：（ 1）燃燒法；（ 2）化學反應法（目前在我國的設施栽培中運用較多）；（ 3）施用顆粒有機生物氣肥法。 溫室控制系統(tǒng) 溫室控制系統(tǒng)就是依據(jù)室內外裝設的溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化碳傳感器等采集和觀測的溫室內外的溫度、濕度、二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)信息，通過控制 設備對溫室保溫被、通風窗、噴滴灌等驅動、執(zhí)行機構的控制，對溫室環(huán)境氣候和灌溉施肥進行調節(jié)控制以達到栽培作物生長發(fā)育的需要，為作物生長發(fā)育提供最合 事宜的生態(tài)環(huán)境，以大幅度提高作物的產(chǎn)量和品質。總體結構示意圖如圖 1所示 ： 圖 1 溫室控制系統(tǒng)總體結構示意圖 控制原則 (1)以時間為基準的變溫管理 :根據(jù)一天中時間的變化實行變溫管理 ,根據(jù)作物生長的需要將一天分成四個時間段 ,四個時間段中根據(jù)不同的控溫要求對溫室進行控制。一天中四個時間段中的分段方法用戶可以靈活的更改，而且四個時間段中的溫度設定用戶也可以設 定修改。 （ 2）以種植的作物為基準的變控管理：可能每個階段用戶種植的作物不同，所需 4 的環(huán)境參數(shù)也不同，每個階段的各個參數(shù)都可以依據(jù)作物所需的生長環(huán)境進行靈活的設定。 控制方案 本系統(tǒng)采用自動與手動互相切換控制兩種方式來實現(xiàn)對溫室的控制 ,提高設備運行的可靠性。在運行的時候可以通過按鈕對這兩種控制方式進行切換。 （ 1）手動控制模式 手動控制簡單可靠，有繼電器、接觸器、按鈕、限位開關等電器元件組成。 （ 2）自動控制模式 通過傳感器對環(huán)境因子進行監(jiān)測 ,并對其設定上限和下限值 ,當檢測到某一值超過設定值 ,便發(fā)出 信號自動對驅動設備進行開啟和關閉 ,從而使溫室環(huán)境因子控制在設定的范圍內?？梢源蟠蠊?jié)約勞動力降低勞動者的勞動強度。 2 控制系統(tǒng)的硬件設施 傳感器系統(tǒng)的主要功能是將傳感器采樣得到的模擬信號轉換成溫室現(xiàn)場控制器所需要的信號。溫室環(huán)境參數(shù)的檢測中，傳感器位于作物需要檢測的位置，一般通過雙絞線將檢測的信號傳輸?shù)綔厥铱刂破鲀??？紤]到傳輸距離的問題，本文設計中將系統(tǒng)的輸出電流都控制在 010mA，從而減小傳輸過程中的干擾，保證采樣值的準確性與可靠性。 (1)溫度傳感器 本系統(tǒng)采用比較方便的 AD590溫度傳感器 ,溫度傳感器 AD590是電流輸出型溫度傳感器，以電流輸出量作為溫度指示，其電流溫度靈敏度為 1μA/K 。它的輸出電流精確地正比于絕對溫度，可以作為精確測溫元件。 AD590的輸出電流 I=（ 273+T） uA（ T為攝氏溫度），因此測得電壓 U01=（ 273+T） uA10KΩ= （ 273+T） 10 2V。但由于 AD590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應對電路進行調整。調整的方法為：把 AD590放于冰水混合物中，調整電位器 R1，使 U01=；或者在室溫（ 25 C）的條件下通過調節(jié)電位器 R2，使電壓 U02=，調整電位器 R3，使 U0=。這種調整的方法，可以保證在 0℃ 或 25℃ 附近有較高精度。 具體的測量電路如圖 2所示： 5 圖 2 溫度測量電路 (2)濕度傳感器 電容式濕度傳感器的動態(tài)范圍大，動態(tài)響應快，幾乎沒有零漂，結構簡單，適應性強。電容式濕敏元件，具有最突出的優(yōu)點是長期穩(wěn)定性極強，通過嚴格的工藝制作，制成的儀表和傳感器產(chǎn)品可以達到較高的精度。基于以上原因，本設計選用電容式濕度傳感器 HS1101。 將 HS1101接入 555定時器組成的振蕩器電路中，輸出一定頻率的方波信號。這種方法具有結 構簡單，使用方便，因此被廣泛使用。具體的測量電路如圖 3所示： 圖 3 濕度測量電路 (3)二氧化碳傳感器 在二氧化碳濃度測量上采用響應速度快、測量精度高、技術成熟的紅外二氧化碳氣體傳感器 6004，并配合了一系列有效的補償措施。為了增加系統(tǒng)的通用性、靈活性，本系統(tǒng)硬、軟件都采用了模塊化結構，根據(jù)應用場合不同而選 6 用不同的配置。該系統(tǒng)可廣泛地應用于諸如溫室大棚、蔬菜儲藏以及其它農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科研領域，并且由于系統(tǒng)的靈活性和模塊化，可以方便地滿足其它場合的需要。 電氣控制系統(tǒng)的設計 主控系統(tǒng)由可編程控制器與輸 入輸出設備及驅動 /執(zhí)行機構組成。主控系統(tǒng)結構如圖 4所示 ： 輸入接口C P U輸出接口電 源存 儲 器 圖 4 主控系統(tǒng)結構 PLC 的選擇、安裝及相應要求 （ 1） PLC具有控制能力強、操作靈活方便、可靠性高、適宜長期連續(xù)工作的特點，非常適合高效溫室的控制。 S7系列可編程控制器包括 S7200系列、 S7300系列和 S7400系列。其功能強大，分別應用于小型、中型和大型自動化系統(tǒng)。本控制系統(tǒng)采用德國西門子 S7200 PLC。 S7200系列 PLC是西門子公司生產(chǎn)的一種小型整體式結構可編程序控制器。 S7200系列 PLC廣泛應用于集散自動 化系統(tǒng)，使用范圍覆蓋機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備等自動化控制領域，既可用于繼電器簡單控制的更新?lián)Q代，又可實現(xiàn)復雜的自動化控制。因此 S7200系列具有極高的性能 /價格比。 S7200系列的 PLC有 CPU22 CPU22 CPU22 CPU224XP、 CPU22 CPU226XM等 6種不同型號。其中 CPU226集成 24輸入 /16輸出共 40個數(shù)字量 I/O 點，可連接 7個擴展模塊，最大擴展至 248路數(shù)字量 I/O 點或 35路模擬量 I/O 點，具有 13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間， 6個獨立的 30kHz高速計數(shù)器， 2路獨立的 20kHz高速脈沖輸出，具有 PID控制器，2個 RS485通訊 /編程口，具有 PPI通訊協(xié)議、 MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。此控制系統(tǒng)的 I/O點數(shù)為 14輸入 9輸出，在既能實現(xiàn)該系統(tǒng)控制要求，又能滿足以后發(fā)展的前提下，選用的 S7200系列的 CPU226。 （ 2） PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠程 I/O式以及多臺 PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。 集中式不需要設置驅動遠程 I/O硬件，系統(tǒng)反應快、成本低；遠程 I/O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠程 I/O可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近， 連線短，但需要增設驅動器和遠程 I/O電源；多臺 PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設備分別獨立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型 PLC，但必須附加通訊模塊。 7 （ 3）相應功能要求 一般小型（低檔） PLC具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要開關量控制的設備都可以滿足。 對于以開關量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶 A/D和 D/A轉換單元，具有加減算術運算數(shù)據(jù)傳送功能的增強型低檔 PLC。 對于控制較復雜，要求實現(xiàn) PID運算、閉環(huán)控制、通信互聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復雜程度，可選用中檔或高檔 PLC。但是中、高檔 PLC價格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。 （ 4）響應速度要求 PLC是為工業(yè)自動化設計的通用控制器，不同檔次 PLC的響應速度一般都能滿足其應用范圍內的需要。如果要跨范圍使用 PLC，或者某些功能活信號有特殊的速度要求時，則應該慎重考慮 PLC的響應速度，可選具有高速 I/O處理功能的 PLC，或選用具有快速響應模塊和中斷輸入模塊的 PLC等。 執(zhí)行設施及 電氣控制設計 （ 1） 執(zhí)行機構 溫室的執(zhí)行機構可分為兩大類 :一類是正反轉運行電機，如開窗、拉幕等，這些電機需要正轉、反轉和 停止，必須有限位開關；另一類是開關控制設備，如風機、水泵等。本設計中包括的環(huán)境調控系統(tǒng)有 :外遮陽幕系統(tǒng)、保溫被系統(tǒng)、鈉燈補光系統(tǒng)、前后窗自然通風系統(tǒng)、濕簾水泵系統(tǒng)、環(huán)流風機系統(tǒng)、熱水采暖系統(tǒng)、噴灌系統(tǒng)。 噴灌系統(tǒng)是一個相對獨立的系統(tǒng)，是溫室自動控制系統(tǒng)的一個重要組成部分，從安全角度考慮設計為灌溉提醒從而實現(xiàn)自動噴灌。 為了保證執(zhí)行機構的安全，各執(zhí)行部件的限位開關的常閉接點都連接在電機電路中，用常開接點作為下位機的輸入信號，達到雙保險的目的。 （ 2）電氣控制設計 圖 5 溫室控制子系統(tǒng)組成 計 接觸器位于主回路中，以實現(xiàn)三相電機的啟動、停止與換向以及單相電機的啟動、 8 停止。 圖 6 電氣主回路 系統(tǒng)硬件主電路如圖 6所示，其中天窗電機、側窗電機、遮陽幕電機除功率有所不同之外，都配有限位開關，需通過電機正轉、反轉和停止來完成響應結構的開啟與閉合，因此它們的工作主電路相似。環(huán)流電機、熱風機、濕簾風機、微霧加濕器、補光燈則屬于開 /關設備。 QK為刀開關，用于控制整個主電路的啟停； QFO為總分斷器， QF1— QF8為分斷路器， FU1為熔斷器，分別對主線路與各個分線路實施短路和過載保護； 9 FR1— FR8為熱繼 電器，對電機起端詳和過載保護的作用。 KM1— KM13為交流接觸器的主觸頭，用其實現(xiàn)電機的正反轉、停止以及風機等開 /關設備的起?？刂啤? （ 1）電氣控制柜設計 電氣控制柜是由多個開關設備和相應的控制、測量、信號等元件，以及所有內部的電氣和機械連接部件構成的一個組合體?？刂乒裆吓溆惺謩?/自動的切換開關，手動功能用于系統(tǒng)中部分設備出現(xiàn)故障或設備維護檢修時使用，正常情況下，切換至自動狀態(tài)，由 PLC實施控制。其中按鈕部分用于手動控制下控制各執(zhí)行機構的運行狀態(tài)，而指示燈部分則顯示各執(zhí)行機構的實際運 行狀態(tài)。 （ 2）正反轉設備控制電路 天窗、前側窗、后側窗和外遮陽這些執(zhí)行機構均屬于正反轉設備，其控制電路相似，現(xiàn)以天窗為例，做以下介紹。 圖 7 天窗控制電路原理圖 天窗控制電路原理圖如圖 7所示， K1為手動 /自動的切換開關。在手動狀態(tài)下， SBSB2分別為開窗、關窗按鈕， SB3為天窗停止按鈕。按下按鈕 SB1，交流接觸器 KM1的線圈得電，指示燈 L1亮，同時 KM1的常開觸點閉合，起自鎖作用，此時電機正轉，天窗打開，當天窗開啟到最大位置后觸碰天窗限位開關 SQ1，其常閉觸點斷開， KM1的線圈失電，電機停止轉動； 同理當按下按鈕 SB2，天窗關閉，到關閉的最大位置后，電機停轉；按下按鈕 SB3， KM1或 KM2的線圈失電，天窗停止動作，用于急停操作。接觸器 KM KM2的互鎖可防止兩個接觸器同時得電吸合。在自動狀態(tài)下，由 PLC控制器實現(xiàn)控制，中間接觸器 KM15的線圈得電時，其常開觸點閉合，天窗開啟；中間接觸器 KM16的線圈得電時，其常開觸點閉合，天窗閉合。 （ 3）開 /關設備設備控制電路 10 熱風機、環(huán)流風機、濕簾風機、濕簾水泵、微霧加濕器均屬于開 /關設備，其控制電路相似，現(xiàn)以熱風機為例，做以下介紹。 圖 8 熱風機控制電路原 理圖 熱風機控制電路原理圖如圖 8所示， K1為手動 /自動的切換開關。在手動狀態(tài)下，SB13為啟動按鈕， SB14為停止按鈕。按下按鈕 SB13，交流接觸器 KM9的線圈得電，指示燈 L9亮，同時 KM9的常開觸點閉合，起自鎖作用，此時熱電機運轉；按下按鈕 SB14， KM9的線圈失電，熱電機停止工作。在自動狀態(tài)下，由 PLC