【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 27 參考文獻(xiàn) 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(xiàng)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(dòng)控制、計(jì)算機(jī)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(zhǎng)條件，避免外界四季變化和惡劣氣候的影響，以達(dá)到調(diào)節(jié)產(chǎn)期，促進(jìn)生長(zhǎng)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(yùn)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(dòng)控制是實(shí)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(dá)的國(guó)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(dòng)化控制，但這些溫室產(chǎn)品的成本相對(duì)較高，如加拿大 ARGUS 公司，每套溫室控制器的價(jià)格在十萬元左右；以色列國(guó)家農(nóng)業(yè)中心的一片玻璃試驗(yàn)溫室，每間的造價(jià)高達(dá)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(guó)外溫室產(chǎn)品在我國(guó)的運(yùn)用。國(guó)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(diǎn)，不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和溫室自動(dòng)化控制發(fā)展的要求。因此，研究開發(fā)出適合我國(guó)國(guó)情、具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)、高效率、低成本運(yùn)行的溫室控制系統(tǒng)顯得尤為重要。 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”。該中心的發(fā)展目標(biāo)是瞄準(zhǔn) 21 世紀(jì)高科技設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，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(jìn)我國(guó)現(xiàn)代 化農(nóng)業(yè)進(jìn)程。本課題在上述實(shí)際項(xiàng)目背景下，旨在探尋溫室環(huán)境的自動(dòng)控制方案與實(shí)現(xiàn)形式，開發(fā)出適合企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)需要的溫室環(huán)境自動(dòng)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(gè)良好的人工氣象環(huán)境，以消對(duì)作物生長(zhǎng)不利的環(huán)境因素來促進(jìn)作物生長(zhǎng)，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)校科研與企業(yè)生產(chǎn)的有機(jī)結(jié)合，并推動(dòng)我國(guó)自主研發(fā)型溫室系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)程。 論文的內(nèi)容安排 現(xiàn)代化溫室應(yīng)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，采用連續(xù)的生產(chǎn)方式和先進(jìn)的管理方式，高效、均衡地產(chǎn)出各種農(nóng)作物，它能不受時(shí)間、地點(diǎn)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(jìn) 農(nóng)業(yè)資源的科學(xué)開發(fā)和合理應(yīng)用，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。本文的總體目標(biāo)是設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)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(diǎn)包含以下幾個(gè)方面： （ 1）利用模糊控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(chǎng)總線模型，組建由多個(gè)溫室組成的溫室群分布式控制系統(tǒng)。 （ 3）運(yùn)用力控軟件 創(chuàng)建上位機(jī)監(jiān)控界面，對(duì)溫室環(huán)境實(shí)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(shí)驗(yàn)角度驗(yàn)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(jì) 隨著設(shè)施 農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，溫室的設(shè)計(jì)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(duì)象是新型的智能化日光溫室，針對(duì)溫室栽培生產(chǎn)的特殊性，設(shè)計(jì)出基于現(xiàn)場(chǎng)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(jì)方案，并給出設(shè)備選型和硬件電路設(shè)計(jì)。 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。溫室是由基礎(chǔ)、主體結(jié)構(gòu)、圍護(hù)材料等所形成的相對(duì)密閉的實(shí)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(jī)械方面的內(nèi)容，并非本文研究重點(diǎn)，但又必不可少，因此作扼要介紹。 （ 1）主體骨架設(shè)計(jì) 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(shí)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(guó)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(diǎn)見表 所述。 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。中空玻璃具有良好的保溫效果（傳熱系數(shù) ㎡ K），透光率可達(dá) 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(jià)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(biāo) 風(fēng)載 ㎡；吊掛荷載 ㎡；雪載 ㎡；最大排雨量 140mm/h。 作物的生長(zhǎng)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(gè)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(gè)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(gè)因子變化會(huì)引起其他因子不同程度的變化。因此，自然環(huán)境因子對(duì)作物的作用是各個(gè)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(zhǎng)環(huán)境，避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ψ魑锷L(zhǎng)的不利影遼寧職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 9 響，為植物生長(zhǎng)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(cè)溫室中的環(huán)境參數(shù)，經(jīng)變送轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)（ 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(jìn)行分析處理，輸出開關(guān)量，通過驅(qū)動(dòng)電路控制風(fēng)機(jī)、微霧、遮陽等多種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。多個(gè)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(chǎng)總線模型組建多個(gè) 溫室的分布式控制系統(tǒng)，并與上位機(jī)通訊實(shí)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(shí)時(shí)曲線、報(bào)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(hào)較多，選擇余地較大，故選型時(shí)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。 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(hào)為 HMD40 的產(chǎn)品，該款傳感器具有測(cè)量精度高，易于安裝、響應(yīng)速度快，對(duì)環(huán)境要求較低等特點(diǎn)，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(shí)物圖 該傳感器的主要性能指標(biāo)如下： ① 溫度檢測(cè)范圍： 10～ 60℃；測(cè)量精度：177。 %℃ ②濕度檢測(cè)范圍： 0～ 100%RH；測(cè)量精度：177。 %RH ③工作電壓： 10～ 28V DC ④輸出信號(hào)： 4～ 20mA 環(huán)境調(diào)控系統(tǒng) （ 1）外遮陽系統(tǒng) 我國(guó)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(jī) 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(jī)處于整個(gè)溫室的中心，電機(jī)的輸出軸中心線與拉幕梁下表面之間的距離約200mm，驅(qū)動(dòng)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(jì)除包含傳統(tǒng)連續(xù)開窗系統(tǒng)所需的減速電機(jī)、齒輪齒條、軸承座、驅(qū)動(dòng)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(jī)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(dòng)齒輪齒條實(shí)現(xiàn)天窗的開閉。 圖 減速電機(jī)選用荷蘭 DE GIER 公司的 GW30 型號(hào)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(duì)上述設(shè)計(jì)的一棟跨度為 ，每跨 3個(gè)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(tái)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(tái)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。 （ 3）側(cè)窗電機(jī) 采用碧斯凱公司 WJN 系列減速電機(jī)，該電機(jī)采用國(guó)際流行的電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)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(jī)運(yùn)行更可靠、更安全，此外還具有轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩大、運(yùn)行噪音低等特點(diǎn)。 （ 4）環(huán)流風(fēng)機(jī) 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(jī)，當(dāng)風(fēng)機(jī)開啟時(shí)，室內(nèi)的空氣將在其作用下形成有序的流動(dòng)，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(jī)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(duì)種植密度大、密閉要求高的溫室非常適用。 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(shí)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(guó)際先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)及熱自動(dòng)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)。 （ 5）風(fēng)機(jī)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(jī)