【文章內(nèi)容簡介】 27 參考文獻 29 遼寧職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 5 第一章緒論 溫室環(huán)境控制是一項綜合性工程，它是當(dāng)代農(nóng)業(yè)生物學(xué)、環(huán)境工程、自動控制、計算機網(wǎng)絡(luò)、管理科學(xué)等多種技術(shù)的綜合應(yīng)用，旨在為作物創(chuàng)造最佳生長條件，避免外界四季變化和惡劣氣候的影響，以達到調(diào)節(jié)產(chǎn)期，促進生長發(fā)育 ，防治病蟲害及提高農(nóng)作物質(zhì)量、產(chǎn)量、產(chǎn)值等目的。 研究開發(fā)并推廣使用性能優(yōu)越、運行可靠的溫室智能控制系統(tǒng)將是溫室生產(chǎn)走向產(chǎn)業(yè)化和效農(nóng)業(yè)化的必由之路，而溫室內(nèi)環(huán)境因子（溫度、濕度、光照度、 CO2 濃度等）的綜合自動控制是實現(xiàn)溫室種植物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的關(guān)鍵。在農(nóng)業(yè)發(fā)達的國遼寧職業(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溫室，每間的造價高達上百萬美元。另外，由于氣候條件不同，地理環(huán)境差異以及種植農(nóng)作物的不 同，在客觀上限制了國外溫室產(chǎn)品在我國的運用。國內(nèi)已有的一些溫室存在技術(shù)水平發(fā)展緩慢，管理體系落后等缺點，不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和溫室自動化控制發(fā)展的要求。因此，研究開發(fā)出適合我國國情、具有獨立知識產(chǎn)權(quán)、高效率、低成本運行的溫室控制系統(tǒng)顯得尤為重要。 蘇州大學(xué)機電工程學(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”。該中心的發(fā)展目標是瞄準 21 世紀高科技設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢，研究并開發(fā)集現(xiàn)代生物科學(xué)技術(shù)、智能控制和工業(yè)化工程技術(shù)為一體的工廠化高效農(nóng)業(yè)技術(shù)與設(shè)備，以此推進我國現(xiàn)代 化農(nóng)業(yè)進程。本課題在上述實際項目背景下，旨在探尋溫室環(huán)境的自動控制方案與實現(xiàn)形式，開發(fā)出適合企業(yè)實際生產(chǎn)需要的溫室環(huán)境自動控制系統(tǒng)力圖以合理有效的控制方案獲得較為精確的控制效果，創(chuàng)造一個良好的人工氣象環(huán)境，以消對作物生長不利的環(huán)境因素來促進作物生長，最終實現(xiàn)學(xué)校科研與企業(yè)生產(chǎn)的有機結(jié)合，并推動我國自主研發(fā)型溫室系統(tǒng)的發(fā)展進程。 論文的內(nèi)容安排 現(xiàn)代化溫室應(yīng)用先進的科學(xué)技術(shù)，采用連續(xù)的生產(chǎn)方式和先進的管理方式，高效、均衡地產(chǎn)出各種農(nóng)作物，它能不受時間、地點和氣候的影響，有效的改善農(nóng)業(yè)生態(tài)、生產(chǎn)條件，促進 農(nóng)業(yè)資源的科學(xué)開發(fā)和合理應(yīng)用，提高勞動生產(chǎn)率和社會經(jīng)濟效益。本文的總體目標是設(shè)計并實現(xiàn)一個數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的溫室控制系統(tǒng)。其工作重點包含以下幾個方面： （ 1）利用模糊控制技術(shù)實現(xiàn)對溫室環(huán)境的智能控制。 （ 2）借鑒目前在工業(yè)控制領(lǐng)域中發(fā)展迅速的現(xiàn)場總線模型，組建由多個溫室組成的溫室群分布式控制系統(tǒng)。 （ 3）運用力控軟件 創(chuàng)建上位機監(jiān)控界面，對溫室環(huán)境實施組態(tài)監(jiān)控。 （ 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，從理論和仿真實驗角度驗證其合理性。 遼寧職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 7 第二章系統(tǒng)總體方案及硬件部分設(shè)計 隨著設(shè)施 農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，溫室的設(shè)計日趨科學(xué)，結(jié)構(gòu)更加合理，內(nèi)部配套設(shè)施更加完善。本文的研究對象是新型的智能化日光溫室，針對溫室栽培生產(chǎn)的特殊性，設(shè)計出基于現(xiàn)場總線思想的分布式溫室智能控制系統(tǒng)，在現(xiàn)階段的技術(shù)條件下很好的滿足溫室環(huán)境控制的需要。本章首先介紹溫室的結(jié)構(gòu)與材料，在此基礎(chǔ)上，提出溫室環(huán)境控制體系的總體設(shè)計方案，并給出設(shè)備選型和硬件電路設(shè)計。 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)計建造必須按照建筑相關(guān)的標準、規(guī)程進行，而主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制作又類同于機械加工產(chǎn)品。溫室是由基礎(chǔ)、主體結(jié)構(gòu)、圍護材料等所形成的相對密閉的實用型建筑，主要起到承載各種荷載、保溫、防雨雪等作用。本小節(jié)介紹的內(nèi)容主要涉及溫室建筑和機械方面的內(nèi)容，并非本文研究重點，但又必不可少，因此作扼要介紹。 （ 1）主體骨架設(shè)計 采用熱鍍鋅鋼骨架，一跨三屋脊結(jié)構(gòu)。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)有落水管實施內(nèi)排水。主體骨架采用鍍鋅螺栓和自攻螺絲連接，溫室覆蓋材料采用專用鋁合金型材固定。 （ 2）覆蓋 材料 目前我國溫室所使用的覆蓋材料大體分為薄膜、 PC 板材、單層浮法玻璃三類。這三類覆蓋材料各自的優(yōu)缺點見表 所述。 表 覆蓋材料 優(yōu)點 缺點 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。中空玻璃具有良好的保溫效果（傳熱系數(shù) ㎡ K），透光率可達 80%，采用專用的鋁條密封，內(nèi)置干燥劑，可防止中空層形成水汽，并具有較好的隔聲效果， 外觀大方，價格與雙層 PC 中空板相當(dāng)，適宜于種植蘭花這一類高檔花卉。 （ 3）性能指標 風(fēng)載 ㎡；吊掛荷載 ㎡；雪載 ㎡；最大排雨量 140mm/h。 作物的生長發(fā)育除決定于其自身的遺傳特性外，環(huán)境因子也是一個重要方面。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。各個環(huán)境因子之間不是孤立，而是相互聯(lián)系、相互制約的，環(huán)境中一個因子變化會引起其他因子不同程度的變化。因此，自然環(huán)境因子對作物的作用是各個環(huán)境因子綜合作用的結(jié)果。溫室是用來 改善植物的生長環(huán)境，避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ψ魑锷L的不利影遼寧職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 9 響，為植物生長創(chuàng)造適宜的條件。圖 。 圖 該系統(tǒng)采用可編程控制器 PLC 作為控制核心。通過傳感器檢測溫室中的環(huán)境參數(shù)，經(jīng)變送轉(zhuǎn)換為標準電流信號（ 4～ 20mA）后送入 S7200 的模擬量輸入模塊 EM231，PLC通過模糊控制算法進行分析處理，輸出開關(guān)量，通過驅(qū)動電路控制風(fēng)機、微霧、遮陽等多種執(zhí)行機構(gòu)。多個溫室共同構(gòu)成溫室群，借鑒 DCS 的分層控制結(jié)構(gòu)形式，采用現(xiàn)場總線模型組建多個 溫室的分布式控制系統(tǒng)，并與上位機通訊實施監(jiān)控，通過MCGS 組態(tài)完成數(shù)據(jù)管理、智能決策、歷史 /實時曲線、報警等功能。 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。 傳感器的選擇 本文的溫 /濕度傳感變送器采用芬蘭維薩拉公司型號為 HMD40 的產(chǎn)品，該款傳感器具有測量精度高，易于安裝、響應(yīng)速度快，對環(huán)境要求較低等特點，其外觀如圖。 遼寧職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 10 圖 HMD40型溫 /濕度傳感變送器實物圖 該傳感器的主要性能指標如下： ① 溫度檢測范圍： 10～ 60℃；測量精度：177。 %℃ ②濕度檢測范圍： 0～ 100%RH；測量精度：177。 %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℃。 遼寧職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 11 電機 圖 本文選用北京碧斯凱公司的鋼索拉幕遮陽系統(tǒng)，其安裝結(jié)構(gòu)如圖 所示。其中減速電機處于整個溫室的中心，電機的輸出軸中心線與拉幕梁下表面之間的距離約200mm，驅(qū)動線之間的間距≤ 3000mm，換向輪則布置在溫室的兩端。 （ 2）扭矩分配連續(xù)開窗系統(tǒng) 系統(tǒng)的設(shè)計除包含傳統(tǒng)連續(xù)開窗系統(tǒng)所需的減速電機、齒輪齒條、軸承座、驅(qū)動軸外，還增加了蝸輪減速箱、扭矩分配器等部件，系統(tǒng)原理如圖 所示，蝸輪減速箱及扭矩分配器，將減 速電機輸出的扭矩通過扭矩分配器均勻分配至每排窗戶的蝸輪減速箱上，蝸輪減速箱再帶動齒輪齒條實現(xiàn)天窗的開閉。 圖 減速電機選用荷蘭 DE GIER 公司的 GW30 型號減速電機，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，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，大 大降低了開窗機構(gòu)的建造成本，此外，系統(tǒng)總功率的減少，使用過程更省電。 （ 3）側(cè)窗電機 采用碧斯凱公司 WJN 系列減速電機，該電機采用國際流行的電動機與減速機一體化的結(jié)構(gòu)，限位開關(guān)與配電控制結(jié)合具有工作和急停等功能，使得電機運行更可靠、更安全，此外還具有轉(zhuǎn)動扭矩大、運行噪音低等特點。 （ 4）環(huán)流風(fēng)機 常用的環(huán)流通風(fēng)是在溫室內(nèi)以一定規(guī)則布置一定數(shù)量的環(huán)流風(fēng)機，當(dāng)風(fēng)機開啟時，室內(nèi)的空氣將在其作用下形成有序的流動，保證室內(nèi)氣候的均勻和穩(wěn)定，并起到遼寧職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 12 通風(fēng)降溫的作用。在綜合考慮種植作物種類、室內(nèi)循環(huán)通風(fēng)量等因素后，采用如圖，將風(fēng)機排成兩列，均勻懸掛在溫室中間走道兩側(cè)的骨架上，這種布置形式通風(fēng)效率高，對種植密度大、密閉要求高的溫室非常適用。 圖 環(huán)流風(fēng)機選用青州市三和溫控設(shè)備廠的產(chǎn)品，其中，電機采用性能卓越的“海爾”三防專用電機，經(jīng)過“海爾”實驗室 360 小時破環(huán)性試驗；外殼采用先進的整體集流器設(shè)計，國際先進的節(jié)能技術(shù)及熱自動保護系統(tǒng)，輕型鋁板沖壓扇葉，具有大角度，風(fēng)量大，低噪音等特點。 （ 5）風(fēng)機濕簾系統(tǒng) 系統(tǒng)選用青州市三和溫控設(shè)備廠產(chǎn)品，該系統(tǒng)由紙質(zhì)多孔濕簾、風(fēng)機