【正文】 值進(jìn)行自動(dòng)控制，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 梯形圖語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單控制當(dāng)PLC處于“離線”工作方式時(shí)，主要通過(guò)EPROM內(nèi)存儲(chǔ)的程序進(jìn)行輸出控制，控制策略比較簡(jiǎn)單。下位機(jī)軟件在GX ，而PLC本身又有多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，如梯形圖語(yǔ)言、指令語(yǔ)句表語(yǔ)言、功能表語(yǔ)言等。其中梯形圖語(yǔ)言沿襲傳統(tǒng)的電氣符號(hào)控制圖，但簡(jiǎn)化了符號(hào)，編程容易且直觀。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)涉及的電氣設(shè)備中:保溫被在早晨打開(kāi)，夜間收攏。室內(nèi)環(huán)流風(fēng)機(jī)定時(shí)打開(kāi)和關(guān)閉(使用濕簾時(shí)禁用)。濕簾風(fēng)機(jī)與濕簾水泵為同時(shí)控制。前后開(kāi)窗互鎖?？刂撇呗?。根據(jù)傳感器采集的存儲(chǔ)在PLC指定數(shù)據(jù)寄存器中的溫度、濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度值以及根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置的各參數(shù)的上下限，決定各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出狀態(tài)。由于各環(huán)境參數(shù)之間的禍合關(guān)系，某一環(huán)控設(shè)備的啟閉會(huì)對(duì)多個(gè)環(huán)境因子產(chǎn)生影響，如打開(kāi)濕簾水泵不僅使溫室內(nèi)的濕度增大，還使溫室內(nèi)的溫度降低。當(dāng)溫室內(nèi)的CO2濃度較低需通風(fēng)換氣時(shí)，也使溫室內(nèi)的溫度降低。需要增溫增濕時(shí)，采用打開(kāi)供熱水泵的方法，一方面溫度增加了，但同時(shí)濕度也降低了，給溫度方面的控制帶來(lái)了負(fù)面影響。針對(duì)這些情況，我們采取了以下相應(yīng)的措施:( l)根據(jù)時(shí)間的不同(晝夜)、環(huán)境因子的重要性不同，設(shè)置不同的優(yōu)先級(jí)，首先考慮優(yōu)先級(jí)高的環(huán)境因子的要求，比如我們?cè)诖瞬捎?級(jí)優(yōu)先級(jí)，即溫度、濕度光照強(qiáng)度CO2濃度。(2)溫度、濕度采用聯(lián)合控制策略，策略如表41。(3)考慮意外情況的影響，如濕度低于濕度下限時(shí)，采用報(bào)警輸出的方式，由人工操作噴灌機(jī)給作物噴灌。(空氣濕度高低反應(yīng)土壤水分的多少)。溫濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度的控制策略如下:光照強(qiáng)度光強(qiáng)上限時(shí)，打開(kāi)遮陽(yáng)幕。光照強(qiáng)度光照下限時(shí)，打開(kāi)補(bǔ)光鈉燈；CO2濃度濃度上限或者CO2濃度濃度下限時(shí)，開(kāi)窗通風(fēng)換氣。表41 溫濕度聯(lián)合控制策略 模糊控制算法實(shí)現(xiàn)的高級(jí)控制PLC與監(jiān)控計(jì)算機(jī)聯(lián)合工作為“在線”工作方式，“在線”工作方式充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)容量大、計(jì)算速度快的優(yōu)點(diǎn)。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，被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型很難建立，為此，采用模糊控制來(lái)解決。1. 模糊控制器結(jié)構(gòu)圖41 模糊控制器結(jié)構(gòu)從控制系統(tǒng)的任務(wù)來(lái)看，控制系統(tǒng)至少由四個(gè)子系統(tǒng)組成，分別是光照、溫度、濕度以及二氧化碳濃度控制。本文選取室內(nèi)溫度和濕度作為主要被控制量，以加熱器、風(fēng)扇、噴淋、天窗和側(cè)窗等執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為控制手段。系統(tǒng)輸入變量為溫度誤差、濕度誤差，輸出變量為調(diào)節(jié)溫度和濕度的控制量，控制設(shè)備為：加熱閥、風(fēng)機(jī)、噴淋閥、天/側(cè)窗。因此，本系統(tǒng)采用兩輸入四輸出結(jié)構(gòu)的模糊控制器，將溫濕度誤差ee2作為控制器輸入，控制器的輸出變量分別用yyyy4 表示，模糊控制器結(jié)構(gòu)如圖41所示。2. 算法的實(shí)現(xiàn)在上位機(jī)中對(duì)模糊控制表進(jìn)行優(yōu)化，然后將其下傳至下位機(jī)，下位機(jī)將傳感器檢測(cè)到的溫度與設(shè)定值比較，計(jì)算出當(dāng)前誤差和誤差變化率，查模糊控制表得相應(yīng)的控制量，根據(jù)該控制量的大小來(lái)確定控制設(shè)備加熱閥、風(fēng)機(jī)、噴淋閥、天/側(cè)窗的工作狀態(tài)。算法實(shí)現(xiàn)主要分以下幾個(gè)步驟：第一步：計(jì)算誤差。從上位機(jī)系統(tǒng)的專(zhuān)家數(shù)據(jù)表中取出溫濕度的專(zhuān)家數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定值，讀入由下位機(jī)系統(tǒng)結(jié)合傳感器系統(tǒng)得到的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，并計(jì)算溫濕度誤差。第二步：模糊化。通過(guò)傳感器及信號(hào)處理后得到的誤差是精確值，那么，必須將其模糊化變成模糊控制器所能接受的模糊量，同時(shí)把語(yǔ)言變量的語(yǔ)言值化為某適當(dāng)論域上模糊子集。依據(jù)溫室環(huán)境的實(shí)際情況和操作經(jīng)驗(yàn)，選取誤差（ee2）、控制量（yyyy4）的基本論域?yàn)椋篬5，5]。進(jìn)行線性化尺度變換和離散化后，得到其模糊論域分別為：X、Y∈{6，5，4，3，2，1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6}。并選取相應(yīng)的模糊子集如下：A={PL，PM，PS，PO，NO，NS，NM，NL}； C={PL，PM，PS，O，NS，NM，NL}。式中：PL，PM，PS，PO，NO，NS，NM，NL分別為正大，正中，正小，正零，負(fù)零，負(fù)小，負(fù)中，負(fù)大。第三步：建立模糊控制規(guī)則。根據(jù)溫室環(huán)境控制過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)可以得出對(duì)應(yīng)控制量的一系列語(yǔ)言規(guī)則，分別建立兩輸入單輸出（E1, E2, Y1）、（E1, E2, Y2）、（E1, E2, Y3）、（E1, E2, Y4）的模糊規(guī)則，這樣總共得到25條模糊規(guī)則，如控制規(guī)則1: If E1=NB and E2=NB Then Y1=PB and Y2=PB and Y3=NB and Y4=NB。控制規(guī)則1的意義如下: 當(dāng)系統(tǒng)給定溫濕度值與實(shí)測(cè)溫濕度值的誤差都為負(fù)大(NB)時(shí)，輸出控制量Y1應(yīng)為正大(PB)、Y2為正大(PB)、Y3為負(fù)大(NB)、Y4為負(fù)大(NB)，以減小負(fù)偏差，使實(shí)際溫濕度趨近于給定值。第四步：應(yīng)用模糊推理合成規(guī)則，計(jì)算出相應(yīng)的模糊控制量，建立模糊控制查詢(xún)表，將此表存于計(jì)算機(jī)中，編制一個(gè)查找查詢(xún)表的子程序。系統(tǒng)將根據(jù)實(shí)際輸入量的模糊值E1和E2通過(guò)查詢(xún)表得到實(shí)際控制量YYYY4，解模糊后，加到系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入端去控制其工作。 上位機(jī)系統(tǒng)軟件上位機(jī)程序北京昆侖自動(dòng)化軟件科技有限公司的組態(tài)軟件MCGS開(kāi)發(fā)溫室環(huán)境參數(shù)監(jiān)控平臺(tái)，采用面向?qū)ο罂梢暬Z(yǔ)言Visual Basic 。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)是windows實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用程序之間通訊的一種手段。MCGS支持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換，能夠和其他支持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換的應(yīng)用程序方便地交換數(shù)據(jù)。通過(guò)DDE，工程人員可以利用PC機(jī)豐富的軟件資源來(lái)擴(kuò)充MCGS的功能，比如利用VSIUALBASIC開(kāi)發(fā)服務(wù)程序。圖42 下位機(jī)與VB應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)溫室環(huán)境參數(shù)監(jiān)控平臺(tái)作為與用戶直接對(duì)話的窗口，既要實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室的實(shí)時(shí)控制，同時(shí)還要向用戶提供一系列生產(chǎn)管理幫助，因此其主要功能有:①畫(huà)面監(jiān)控。通過(guò)溫室內(nèi)三維動(dòng)態(tài)畫(huà)面及二維平面畫(huà)面的演示，用戶可在控制室內(nèi)掌握溫室的實(shí)際生產(chǎn)情況。②系統(tǒng)設(shè)置。用戶可方便對(duì)溫室生產(chǎn)狀況及控制器的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行更改。③報(bào)表查詢(xún)。提供實(shí)時(shí)報(bào)表查詢(xún)，歷史報(bào)表查詢(xún)和日?qǐng)?bào)、周報(bào)的統(tǒng)計(jì)報(bào)表。④報(bào)警。提供實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警。⑤趨勢(shì)曲線。提供實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線。⑥系統(tǒng)菜單。提供系統(tǒng)運(yùn)行，用戶管理方面的設(shè)置。⑦數(shù)據(jù)查詢(xún)。查詢(xún)實(shí)時(shí)及理論環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)。⑧幫助。提供系統(tǒng)使用說(shuō)明文件。系統(tǒng)工作過(guò)程如下:上位機(jī)每經(jīng)過(guò)一定時(shí)間就向下位機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，啟動(dòng)下位機(jī)及其被控機(jī)構(gòu)，同時(shí)準(zhǔn)備接收下位機(jī)發(fā)送來(lái)的信號(hào)和數(shù)據(jù)。被啟動(dòng)的下位機(jī)，一方面啟動(dòng)各種傳感器來(lái)測(cè)量溫室環(huán)境，將采集到的信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路換成相應(yīng)的數(shù)字量后，送入下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、判斷分析并進(jìn)行保存，另一方面把上次采集到的數(shù)據(jù)向上位機(jī)發(fā)送，同時(shí)根據(jù)上位機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)以達(dá)到溫室作物所需的環(huán)境。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，PC機(jī)便把接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理，并與最優(yōu)環(huán)境參數(shù)設(shè)定值進(jìn)行比較得出偏差，按模糊控制理論進(jìn)行運(yùn)算，經(jīng)補(bǔ)償后把結(jié)果送入下位機(jī)得出控制信號(hào)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。如此不斷循環(huán)，以保證溫室作物所需的生長(zhǎng)環(huán)境。第五章 結(jié)論與展望 結(jié)論本系統(tǒng)是在對(duì)我國(guó)溫室控制的現(xiàn)狀以及溫室控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題兩個(gè)方面進(jìn)行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，研究并開(kāi)發(fā)了適合我國(guó)溫室控制的智能溫室控制系統(tǒng)。歸納起來(lái)，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。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)。（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?xún)r(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。 進(jìn)一步研究方向（1）考慮到溫室遠(yuǎn)程控制，系統(tǒng)應(yīng)擴(kuò)展無(wú)線功能模塊和GSM短消息功能模塊，解決溫室布線困難的問(wèn)題；（2）從系統(tǒng)控制決策生成出發(fā)，根據(jù)溫室控制類(lèi)型的不同，進(jìn)行系統(tǒng)專(zhuān)家智能庫(kù)的開(kāi)發(fā)；（3）系統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備需要完善，傳感器系統(tǒng)的測(cè)量精度需要校準(zhǔn)；（4）模糊控制算法的優(yōu)化，對(duì)溫室多個(gè)環(huán)境因子進(jìn)行綜合考慮，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(wèn)題的方