【正文】 慮，實(shí)現(xiàn)多維模糊控制器的設(shè)計(jì)，提出能更好解決多維控制器控制規(guī)則的兼容性和冗余性問題的方法。作為設(shè)施農(nóng)業(yè)主體的溫窀技術(shù)近年來在我國得到 了 迅猛發(fā)展，溫窀可創(chuàng)造出適合農(nóng)作物生長的與季節(jié)無關(guān)的人工氣候環(huán)境，實(shí)現(xiàn)作物優(yōu)質(zhì)、高效、低耗的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，從而達(dá)到增產(chǎn)增收目的。它能在線記錄各溫室設(shè)備狀態(tài)變化時(shí)的時(shí)間、當(dāng)前狀態(tài)和位置、當(dāng)前目標(biāo)溫度、室內(nèi)溫度、目標(biāo)濕度和室內(nèi)濕度，并能打印輸出。溫度采集一般是工控現(xiàn)場(chǎng)使用 PLC 作為系統(tǒng)的控制核心，溫度變量 經(jīng)溫度傳感器采集后，送入 PLC 的特殊單元，溫度模塊對(duì)采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，最后轉(zhuǎn)換為 PLC 可讀取數(shù)據(jù)量，通過對(duì) PLC 編程的可讀入的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行單位轉(zhuǎn)換和 D/A 轉(zhuǎn)換。 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)中對(duì)風(fēng)扇、天窗、側(cè)窗、環(huán)流風(fēng)機(jī)、遮陽幕和濕簾泵的控制是通過 PLC 發(fā)出開關(guān)指令， 通過 交流接觸器 控制相關(guān)機(jī)構(gòu)的啟停。 溫度控制 當(dāng)系統(tǒng)開始工作時(shí)，由溫度傳感器將溫室內(nèi)的溫度測(cè)量參數(shù)傳給 PLC，再由 PLC 將其檢測(cè)結(jié)果與事先設(shè)定好的溫度進(jìn)行對(duì)比，如果測(cè)量值等于設(shè)定值則保持原來的溫室溫度；如果測(cè)量值與設(shè)定值不等，在判斷大于還是小于，當(dāng)測(cè)量值大與設(shè)定值，則打開通風(fēng)簾，當(dāng)測(cè)量值小于設(shè)定值時(shí)，則打開供熱系統(tǒng)。 姜啟洲：基于 PLC的智能溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 軟件設(shè)計(jì) 溫室控制系統(tǒng) PLC 軟件 設(shè)計(jì) 按下啟動(dòng)按鈕， PLC 卡是掃描，溫度傳感器將溫室溫度測(cè)量值信號(hào)送到 PLC 中， PLC再將信號(hào)值處理，在于設(shè)定值進(jìn)行比較，最后將得到的結(jié)果輸出，如果比較結(jié)果高于設(shè)定值，則控制打開 通風(fēng)窗或風(fēng)機(jī)，比較結(jié)果等于設(shè)定結(jié)果等于低于設(shè)定值，則打開供熱設(shè)備。自動(dòng)控制模式采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。 控制模式 以時(shí)間為基準(zhǔn)的變溫管理。 ℃。考慮到傳輸距離的問題，本文設(shè)計(jì)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(zhǔn)確性與可靠性。 采用 PLC 為核心控制器， PC 機(jī)與組態(tài)軟件作為監(jiān)控模塊，兩者通過串口進(jìn)行通信來控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件，實(shí)現(xiàn)了過程的智能化、人性化。調(diào)節(jié)方法一般有以下四種： （ 1）改善設(shè)施的透光率； （ 2）應(yīng)用反光幕； （ 3）人工補(bǔ)光； （ 4）遮光。在濕度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，溫室內(nèi)的加濕和去濕則由溫室內(nèi)的調(diào)節(jié)部件完成，這些部件有天窗、側(cè)窗、濕簾、風(fēng)機(jī)等。另一種在室內(nèi)掛遮光幕，降溫效果比掛在室外差；屋面流水降溫法采用時(shí)須考慮安裝成本，清除玻璃表面的水垢污染問題；蒸發(fā)冷卻法使空氣先經(jīng)過水的蒸發(fā)冷卻降溫后再送入室內(nèi)，達(dá)到降溫目的。溫度的空間分布均勻，時(shí)間變化平緩?？勺儎?dòng)的環(huán)境控制系統(tǒng)目前主要側(cè)重于溫度、光照、相對(duì)濕度、 CO2 濃度等方面的研究，在溫室作物產(chǎn)量上已表現(xiàn)出比較滿意的效果。上層主要用作系統(tǒng)管理，其它各種功能如測(cè)量與控制任務(wù)等，主要由下層完成。 溫室環(huán)境控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) ：隨著 計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，溫室計(jì)算機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)的應(yīng)用將由簡(jiǎn)單的以數(shù)據(jù)采集處理和監(jiān)測(cè)為主，逐步轉(zhuǎn)向以知識(shí)處理和應(yīng)用為主?？刂破鲗?duì)比室內(nèi)溫度、濕度的測(cè)量值與設(shè)定值，根據(jù) 溫度、濕度偏高、偏低或者合適得出 9 種組合，每個(gè)組合對(duì)應(yīng)一組熱風(fēng)爐、天窗、噴霧、通風(fēng)機(jī)的組合狀態(tài)。采集量有室內(nèi)溫度、濕度、光照、土壤水份及 C02 濃度?；谝陨系姆N種原因，我國的農(nóng)業(yè)工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國家高科技溫室生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了溫室中溫度、濕度、光照等單因子控制技術(shù)的研究，并逐步推出既適宜我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平又能滿足不同生態(tài)氣候條件要求的溫室控制系統(tǒng)。溫室內(nèi)的各環(huán)境因子大多由計(jì)算機(jī)集中控制，檢測(cè)傳感器也較為齊全，如溫室內(nèi)外的溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度、營養(yǎng)液濃度等，由傳感器的檢測(cè)基本上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)執(zhí)姜啟洲：基于 PLC的智能溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)控制，如無級(jí)調(diào)節(jié)的天窗通風(fēng)系統(tǒng)，濕簾與風(fēng)扇配套的降溫系統(tǒng)，由熱水鍋爐或熱風(fēng)機(jī)組成的加溫系統(tǒng)，可定時(shí)噴灌或滴灌的灌溉系統(tǒng)，二氧化碳施肥系統(tǒng)，以及適用于溫室作業(yè)的農(nóng)業(yè)機(jī)械等。國內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)控制系統(tǒng)和控制算法做了大量的研究。 （ 2）能源消 耗大，以現(xiàn)代溫室為代表的設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)效益低下，導(dǎo)致溫室產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了滑坡的現(xiàn)象?！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(xiàng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)示范工程項(xiàng)目。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。 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。目前，在溫室控制技術(shù)方面，荷蘭、美國、以色列、日本等國較為先進(jìn)。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(shè)施農(nóng)業(yè)十分發(fā)達(dá)的國家，溫室以大型溫室為主。 在工業(yè)領(lǐng)域，隨著自動(dòng)化程度的迅速提高，用戶對(duì)控制系統(tǒng)的過程監(jiān)控要求越來越高，人機(jī)界面的出現(xiàn)正好滿足了用戶這一需求。 可編程控制器 。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使環(huán)境參數(shù)的綜合控制成為可能。日本開發(fā)了育苗移栽、耕耘、施肥移動(dòng)機(jī)器人，可完成多項(xiàng)功能的多功能機(jī)器，能在溫室內(nèi)完 6 成各項(xiàng) 作業(yè)的無人行走車，用于組織培養(yǎng)作用的機(jī)器人，柑橘、葡萄收獲機(jī)器人等。 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(jī)，但同時(shí)，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(yán)重制約我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。 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(jìn)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)。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(shè)施，發(fā)展為日光溫室園藝設(shè)施，進(jìn)而發(fā)展為設(shè)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)?？刂破骶C合調(diào)節(jié)各 個(gè)機(jī)構(gòu)，使系統(tǒng)在運(yùn)行中節(jié)約能源的同時(shí)保證室內(nèi)氣候滿足植物生長需求。特別是二十世紀(jì) 70 年代電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，更使溫室大棚環(huán)境控制技術(shù)產(chǎn)生了革命性的變化。技術(shù)要求過高，要求經(jīng)營者既要懂農(nóng)業(yè)技術(shù)，熟悉英文，還要掌握電腦操作和機(jī)械運(yùn)營和維 護(hù) 。王東升等研究了日光溫室的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。每個(gè)下位機(jī)與上位機(jī)之間用 RS585 通信。例如用歐姆龍系列的 CZOOHS 作為下位機(jī)， COMPAQ計(jì)算機(jī)為上位機(jī)構(gòu)成溫室控制系統(tǒng)。因此，設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化程度的提高成為可能。如作物的生姜啟洲：基于 PLC的智能溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 長和發(fā)育并不取決于某一時(shí)刻某個(gè)特定溫度，而主要取決于在一個(gè)時(shí)間段中的平均溫度水平。 溫室大棚內(nèi)重要參數(shù)的調(diào)節(jié)與控制 溫度的調(diào)節(jié)與控制 與其他環(huán)境因子比較，溫度是設(shè)施栽培中相對(duì)容易調(diào)節(jié)控制的環(huán)境因子。 （ 3）降溫，保護(hù)設(shè)施內(nèi)降溫最簡(jiǎn)單的途徑是通風(fēng)，但在溫度 過高，依靠自然通風(fēng)不能滿足作物生育要求時(shí)，必須進(jìn)行人工降溫。 （ 1）加濕，一般常用的方法是水噴霧法和蒸汽加濕。當(dāng)濕度過小時(shí)，開啟蒸發(fā)降溫加濕裝置。為避免控制方案過于復(fù)雜，本設(shè)計(jì)選擇最重要的環(huán)境因子如溫室內(nèi)空氣溫度、濕度、光照、CO2 濃度作為基本的監(jiān)測(cè)和控制項(xiàng)目 ,針對(duì)日光溫室自身特點(diǎn)，制訂如圖 21 所示的控制系姜啟洲：基于 PLC的智能溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案。其缺點(diǎn)是投資較大 ,一般農(nóng)業(yè)用戶難以接受。 AD590 只需要一個(gè)電源 (+4V～+30V)，即可實(shí)現(xiàn)溫度到電流源的轉(zhuǎn)換，使用方便。各模塊之間功能既相互獨(dú)立又協(xié)調(diào)一致，同時(shí)還提供了多種方式的控制方案，如大型溫室的控制，可采用上下位機(jī)結(jié)合的方式，小型溫室僅采用下位機(jī)單獨(dú)工作方式； （ 2）根據(jù)溫室傳感器系統(tǒng)需求，基于模擬電子技術(shù)和傳感器系 統(tǒng)設(shè)計(jì)理論，設(shè)計(jì)的溫度傳感器系統(tǒng)、濕度傳感器系統(tǒng)以及光照傳感器系統(tǒng)，使系統(tǒng)具有高精度、低成本的特點(diǎn)。 控制方案 本系統(tǒng)采用自動(dòng)與手動(dòng)互相切換控制兩種方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室的自動(dòng)控制，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。并可根據(jù) 智能溫室溫濕度的需求，對(duì)天窗、側(cè)窗、降溫濕風(fēng)扇、風(fēng)機(jī)、濕簾、內(nèi)外遮陽網(wǎng)等設(shè)備自動(dòng)控制。在這個(gè)過程中，如果遮陽簾電機(jī)，不光設(shè)備出現(xiàn)故障則出現(xiàn)聲光警。土壤濕度傳感器，土壤濕度傳感器將測(cè)量結(jié)果送到 PLC 中心后， PLC 將測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行較，如果測(cè)量值等于或大與設(shè)定值，則關(guān)閉噴灌電磁閥；當(dāng)小于設(shè)定值時(shí)。 姜啟洲：基于 PLC的智能溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 如圖 溫度采集程序 如圖 所示是溫度采集程序， AIWO 是溫度模擬量。其主要功能如下： (1)遠(yuǎn)程監(jiān)視 功能。 結(jié)論 本系統(tǒng)是在對(duì)我國溫室控制的現(xiàn)狀以及溫室控制系統(tǒng)存在的問題兩個(gè)方面進(jìn)行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，研究并開發(fā)了適合我國溫室控制的智能溫室控制系統(tǒng)。 得到以下結(jié)論： （ 1）提出了基于上、下位機(jī)溫室控制結(jié)構(gòu)模式。幾個(gè)月以來，孫老師在指導(dǎo)我們做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)那種兢兢業(yè)業(yè)、孜孜不倦、無怨無悔的精神給我們留下了深刻的印象，使我們學(xué)到了很多書 本上學(xué)不到的知識(shí)，使我們明白了很多書本上學(xué)不到的道理。 （ 3）采用單片機(jī) +PLC+PC 機(jī)組成的溫室綜合控制 系統(tǒng)，用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，可降低成本、節(jié)約空間， PLC 編程靈活， PC 機(jī)存儲(chǔ)空間大，因此，具有相當(dāng)高的性價(jià)比； （ 4）提出模糊智能控制方案，采用兩輸入 四輸出結(jié)構(gòu)的模糊控制器，符合溫室環(huán)境是一個(gè)非線性、分布參數(shù)、時(shí)變、大時(shí)延、多變量藕合的復(fù)雜對(duì)象的實(shí)際； （ 5）采用先進(jìn)的 MCGS 組態(tài)軟件，可自動(dòng)檢測(cè)并記憶全年任意時(shí)間的環(huán)境溫度地溫及濕度值，還可根據(jù)需要，預(yù)先設(shè)定自動(dòng)記錄各種數(shù)據(jù)的時(shí)間周期；采用可視化編程，提高了編程效益。它是借助溫室及其配套裝置來調(diào)節(jié)和控制作物生產(chǎn)環(huán)境條件的新農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，是農(nóng)業(yè)擺脫自然制約的有效手段。 (2)溫室 設(shè)備運(yùn)行記錄 功能。 ADDR 是對(duì)其標(biāo)定。如圖 光照控制 系統(tǒng)啟動(dòng)，光照傳感開始工作，將溫室內(nèi)的光照強(qiáng)度測(cè)量值參數(shù)傳給 PLC，由 PLC 將測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，判斷測(cè)量值是否等于設(shè)定值，如果等于，則保持室內(nèi)光照強(qiáng)度；如果測(cè)量值與設(shè)定值不等，在判斷大于還是小于，當(dāng)測(cè)量值大與設(shè)定值，則關(guān)閉遮陽簾，當(dāng)小于設(shè)定值時(shí)，則打開補(bǔ)光設(shè)備。解決方法類似上一點(diǎn)，但考慮到程序的精煉性，可配合 PGI 的中斷功能命令加以解決； (5)系統(tǒng)自動(dòng)／手動(dòng)控制：可利用一個(gè) 開關(guān)量 作為 PLC 的 輸入信號(hào) ，實(shí)現(xiàn)控 制程序的轉(zhuǎn)換；(6)濕簾泵控制； (7)遮陽網(wǎng)控制； (8)補(bǔ)氣 控制；