【正文】 及硬件部分設(shè)計(jì) 9 環(huán)境調(diào)控系統(tǒng) 在農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的國遼寧職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 6 家，其現(xiàn)代溫室已基本實(shí)現(xiàn)了自動化控制，但這些溫室產(chǎn)品的成本相對較高，如加拿大 ARGUS 公司，每套溫室控制器的價格在十萬元左右；以色列國家農(nóng)業(yè)中心的一片玻璃試驗(yàn)溫室，每間的造價高達(dá)上百萬美元。 蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院與宿遷市日昌升園藝有限公司聯(lián)合建立了“蘇州大學(xué) —— 日昌升智能溫室工程技術(shù)與設(shè)備研究中心”。本文的總體目標(biāo)是設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的溫室控制系統(tǒng)。 （ 4）利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建溫室灌溉系統(tǒng)控制方案模型，從理論和仿真實(shí)驗(yàn)角度驗(yàn)證其合理性。 溫室是具有鮮明使用功能的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性建筑，其主體是建筑工程問題，設(shè)計(jì)建造必須按照建筑相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程進(jìn)行，而主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制作又類同于機(jī)械加工產(chǎn)品。立柱采用雙面熱鍍鋅矩型鋼管 100 60 ，橫梁采用熱鍍鋅復(fù)合式焊接橫梁（熱鍍鋅） 40 40 2mm，水槽采用 厚冷彎熱鍍鋅鋼板，設(shè)有落水管實(shí)施內(nèi)排水。 表 覆蓋材料 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 遼寧職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 8 薄膜 （ 的薄膜大約 ～ 元 /㎡） （ PVC 膜為 %） ， 1～ 3 年需換膜一次 （傳熱系數(shù)為㎡ K） PC板材 79% 10 年 （傳熱系數(shù)㎡ K） （約 70～ 98元 /㎡） 板中空層易進(jìn)水汽，影響采光性能 ，易吸附灰塵，清除困難 單層浮法 玻璃 89% 25 年，抗老化性能好 （ 5mm 的浮法玻璃約 25 元 /㎡） （傳熱系數(shù)為 ㎡ K） 本溫室采用雙層中空玻璃這一新型溫室覆蓋材料，單層玻璃厚度分別為 4mm、5mm，中間空氣層厚度分別為 9mm、 6mm。作物賴以生存的環(huán)境因子是由溫度、濕度、光照、二氧化碳等因素構(gòu)成。圖 。 系統(tǒng)硬件選型是溫室環(huán)境控制的首要步驟與關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可供選擇的設(shè)備型號較多，選擇余地較大，故選型時應(yīng)從溫室控制的實(shí)際情況以及所要求的控制功能、控制方式、資金情況等方面加以慎重考慮。 %RH ③工作電壓： 10～ 28V DC ④輸出信號： 4～ 20mA 環(huán)境調(diào)控系統(tǒng) （ 1）外遮陽系統(tǒng) 我國大部分地區(qū)夏季炎熱，光照充足，應(yīng)在溫室頂部安裝外遮陽系統(tǒng)，利用遮陽網(wǎng)直接把部分太陽能阻擋在室外，可根據(jù)室內(nèi)植物的要求選擇合適的遮陽率，一般選用 50%～ 70%的遮陽率，利用外遮陽系統(tǒng)，可使室內(nèi)溫度降低 3～ 5℃。 圖 減速電機(jī)選用荷蘭 DE GIER 公司的 GW30 型號減速電機(jī)，其轉(zhuǎn)速為 30rpm，并非傳統(tǒng)連續(xù)開窗系統(tǒng)所用的 ，針對上述設(shè)計(jì)的一棟跨度為 ，每跨 3個尖頂，共 2 跨的溫室而言，若配置雙面連續(xù)開窗，按傳統(tǒng)連續(xù)開窗方式需 12 臺減速電 13機(jī)，而采用扭矩分配連續(xù)開窗系統(tǒng)，則只需 2臺荷蘭 DE GIER 公司的減速電機(jī)，大 大降低了開窗機(jī)構(gòu)的建造成本，此外，系統(tǒng)總功率的減少，使用過程更省電。 圖 環(huán)流風(fēng)機(jī)選用青州市三和溫控設(shè)備廠的產(chǎn)品，其中，電機(jī)采用性能卓越的“海爾”三防專用電機(jī)，經(jīng)過“海爾”實(shí)驗(yàn)室 360 小時破環(huán)性試驗(yàn)；外殼采用先進(jìn)的整體集流器設(shè)計(jì)，國際先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)及熱自動保護(hù)系統(tǒng)，輕型鋁板沖壓扇葉，具有大角度，風(fēng)量大，低噪音等特點(diǎn)。 圖 風(fēng)機(jī)濕簾系統(tǒng)原理圖 遼寧職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 13 （ 6）燃油熱風(fēng)機(jī)加熱系統(tǒng) 系統(tǒng)選用北京盛芳園科技有限公司 KR80100 型燃油熱風(fēng)機(jī)，額定發(fā)熱量為 92880kcal/h，經(jīng)測算，能滿足供熱面積在 600 ㎡左右的溫室，其結(jié)構(gòu)如圖 示。燃燒器采用世界品牌意大利 RIELLO 公司的產(chǎn)品，燃燒效率高達(dá) 98～ 100%，環(huán)保節(jié)能設(shè)有火焰探測裝置，燃燒安全可靠。一臺 FCB3 微霧加濕器的加濕量為 60～ 300kg/h，可滿足加濕面積在 600 ㎡左右溫室的需要。 KM1～ KM13為交流接觸器的主觸頭，用 其實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、停止以及風(fēng)機(jī)等開 /關(guān)設(shè)備的啟停遼寧職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 15 控制。 （ 2）正反轉(zhuǎn)設(shè)備控制電路 17 天窗、前側(cè)窗、后側(cè)窗和外遮 陽這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)均屬于正反轉(zhuǎn)設(shè)備，其控制電路相 似，現(xiàn)以天窗為例，做以下介紹。接觸器 KM KM2 的互鎖可防止兩個接觸器同時得電吸合。 圖 熱風(fēng)機(jī)控制電路原理圖如圖 所示， K1 為手動 /自動的切換開關(guān)。熱風(fēng)機(jī) 等開 /關(guān)設(shè)備的啟停同樣由硬件、算法和程序共同決定，在下面章節(jié)中將作詳細(xì)介紹。 PLC 的輸出觸點(diǎn)負(fù)載能力偏低，如果直接帶20 動風(fēng)機(jī)等負(fù)載，輸出觸點(diǎn)容易損壞，故采用交流接觸器作為驅(qū)動元件，間接控制電機(jī)的啟停及正反轉(zhuǎn)。圖 給出了溫、濕度傳感變送器與 EM231 的接口電路。 本章的主要內(nèi)容是根據(jù)模糊理論，研究該控制系統(tǒng)中的核心部分 —— 模糊控制器的設(shè)計(jì)方法，在完成模糊控制器的整套設(shè)計(jì)后還必須通過相應(yīng)工控設(shè)備完成算法實(shí)現(xiàn)，基于 SIMATIC S7200 PLC，應(yīng)用 STEP 7 軟件實(shí)現(xiàn)模糊控制的程序編寫。 1974 年，英國倫敦大學(xué)的教授 成功地將模糊控制運(yùn)用于鍋爐與蒸汽發(fā)動機(jī)上，這一開拓性的工作標(biāo)志著模糊控制應(yīng)用階段的誕生，并繼而得到大規(guī)模發(fā) 展。 （ 2）模糊控制中的知識表示、控制規(guī)則和合成推理是基于專家知識或熟練操作人員的成功經(jīng)驗(yàn)，并可以通過學(xué)習(xí)不斷更新，是一種易于控制、易于掌握的較理想非線性控制器，也是一種語言控制器。 模糊控制器的組成 圖 圖 為模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)框圖，如圖可知，其主要由四部分組成： （ 1）模糊化：模糊控制器的輸入必須通過模糊化才能用于控制輸出，因此，這一部分實(shí)際上是模糊控制器的輸入接口，其主要作用是將真實(shí)的輸入量利用量化因子進(jìn)行尺度變換，用論域中的元素來表示輸入量，然后將此論域元素轉(zhuǎn)換到模糊集合中，作為模糊推理的輸入。 （ 3）模糊推理：在模糊控制器中，根據(jù)輸入的模糊量，由模糊規(guī)則中所定義的蘊(yùn)含關(guān)系，經(jīng)過合成運(yùn)算來得到模糊輸出量。影響作物生長發(fā)育的環(huán)境因子中以溫度最為敏感，因此對溫室環(huán)境控制的研究也是最先從溫度控制開始的。夏季外界氣溫較高時，為防止溫室內(nèi)溫度過高，應(yīng)盡量減少溫室得熱量，增加散熱量，本文采用的通風(fēng)、遮陽、風(fēng)機(jī)濕簾降溫等都是常見的降溫方式；冬季室外氣溫較低，為保持室溫，應(yīng)盡量減少失熱量，增加得熱量，采用保溫節(jié)能措施甚至啟動采暖設(shè)備就可維持正常的溫室溫度，保證作物正常生長。增加分級檔數(shù)，可提高穩(wěn)態(tài)精度，但同時也將擴(kuò)大模糊關(guān)系矩陣 R的維數(shù)，增加控制表的容量，這對提高控制穩(wěn)定性和快速性是不利的。 圖 PLC實(shí)現(xiàn)模糊控制總體流程圖 下面給出流程圖中主要部分的程序設(shè)計(jì)思想和梯形圖程序?，F(xiàn)以溫度為例，因?yàn)?4～ 20mA 線性對應(yīng) 10～60℃，可得如下曲線方程 (36) ???????????????????? (36) 其中， Y表示溫度， X表示電流。 以種植蝴蝶蘭為例，溫度設(shè)定值 T0 =18℃，濕度設(shè)定值 H0 =70%RH，通過上述計(jì)算方法得各自對應(yīng)的內(nèi)部數(shù)值分別為 166 24320，將其分別存放于存儲單元 VWVW6中，然后進(jìn)行求誤差的運(yùn)算?，F(xiàn)將整個系統(tǒng)的工作情況做如下總結(jié)： 1．通過對溫室結(jié)構(gòu)、室內(nèi)作物的生長特性及影響作物生長的環(huán)境因子的研究，實(shí)現(xiàn)了對溫室小氣候中主要環(huán)境因子的測 量與控制。 5．對溫室灌溉系統(tǒng)采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，著重從理論層面驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的有效性。也可自行開發(fā)上位機(jī)監(jiān)控軟件，使其更具個性化