【正文】 PLC 的特點 ............................ 錯誤 !未定義書簽。 VI PLC 的組成和工作原理 ........................ 錯誤 !未定義書簽。 PLC 的工作原理 ........................ 錯誤 !未定義書簽。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 ............ 錯誤 !未定義書簽。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟 ................ 錯誤 !未定義書簽。 系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù) .............................. 錯誤 !未定義書簽。 系統(tǒng)的工作原理 .............................. 錯誤 !未定義書簽。 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 ............................ 錯誤 !未定義書簽。 系統(tǒng)控制電路設(shè)計 ...................... 錯誤 !未定義書簽。 PLC 型號選擇 .......................... 錯誤 !未定義書簽。 硬件接線圖設(shè)計 ........................ 錯誤 !未定義書簽。 傳感器 ................................ 錯誤 !未定義書簽。 6 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ............................... 錯誤 !未定義書簽。 編程軟件 STEP7 概述 .......................... 錯誤 !未定義書簽。 程序的設(shè)計思路 ........................ 錯誤 !未定義書簽。 控制程序設(shè)計及分析 .................... 錯誤 !未定義書簽。 7 結(jié)論 ............................................. 錯誤 !未定義書簽。 致 謝 ............................................. 錯誤 !未定義書簽。而 智能溫室也稱作自動化溫室，是指配備了由計算機控制的可移動天窗、遮陽系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)、升溫系統(tǒng)、 濕簾窗 /風(fēng)扇降溫系統(tǒng)、噴滴灌系統(tǒng)或滴灌系統(tǒng)、移動苗床等自動化設(shè)施，基于農(nóng)業(yè)溫室環(huán)境的高科技智能溫室。本文主要討論關(guān)于智能溫室控制系統(tǒng)這一部分。自上世紀(jì) 90 年代，我國農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究人 員在吸收了發(fā)達國家的高科技溫室技術(shù)上，加以針對我國農(nóng)業(yè)環(huán)境，傳統(tǒng)日照式溫室的溫度、濕度、日照時長及二氧化碳濃度研發(fā)出了適應(yīng)我國農(nóng)業(yè)環(huán)境的智能溫室控制系統(tǒng)。 美國是最早發(fā)明計算機的國家，也是將計算機應(yīng)用于溫室控制和管理最早、最多的國家之一。環(huán)境控制計算 機主要用來對溫室環(huán)境 (氣象環(huán)境和栽培環(huán)境 )進行監(jiān)測和控制。溫室專家系統(tǒng)的應(yīng)用給種植者帶來了一定的經(jīng)濟效益，提高了決策水平，減輕了技術(shù)管理工作量，同時也為種植帶來了很大方便。目前，荷蘭自動化智能玻璃溫室制造水平處于世界先進水平，擁有玻璃溫室 萬多平方米，占世界 1/4 以上，有 85％ 2 的溫室用戶使用計算機控制溫室環(huán)境。上位機軟件集參數(shù)設(shè)置、信息顯示、控制等功能于一體，同時還能夠很好地完成溫室灌溉和氣候的控制和管理 。遙測技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制局域網(wǎng)已逐漸應(yīng)用于溫室的管理與控制中。另外該網(wǎng)絡(luò)還連接有幾個通訊平臺，用戶可以在遙遠的地方通過形象、直觀的圖形化界面與這種分布式的控制系統(tǒng)對話，就像在現(xiàn)場操作一樣，給人以身臨其境之感。 20 世紀(jì) 90 年代初期，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)氣象研究所和作物花卉研究所，研制開發(fā)了溫室控制與管理系統(tǒng)， 并開發(fā)了基于 Windows 操作系統(tǒng)的控制軟 件； 90 年代中后期，江蘇理工大學(xué)毛罕平等人研制開發(fā)了溫室軟硬件控制系統(tǒng)，能對營養(yǎng)液系統(tǒng)、溫度、光照、 二氧化碳 、施肥等進行綜合控制，是目前國產(chǎn)化溫室計算機控制系統(tǒng)較為典型的研究成果?！熬盼濉逼陂g，國家科技攻關(guān)項目和國家自然科學(xué)基金均首次增設(shè)了工廠化農(nóng)業(yè) (設(shè)施農(nóng)業(yè) )研究項目，并且在項目中加大了計算機應(yīng)用研究的力度，其中“九五”國 家重大科技產(chǎn)業(yè)工程“工廠化高效農(nóng)業(yè)示范工程”中，直接設(shè)置了“智能型連棟塑料溫室結(jié)構(gòu)及調(diào)控設(shè)施的優(yōu)化設(shè)計及實施”的專題。中科院合肥智能機械研究所研制了“農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 — DET 系列軟件”和智能溫室自動控制系統(tǒng)，能夠有效地提高作物產(chǎn)量、縮短生長期、減 少 人工操作的盲目性。河南省農(nóng)科院自動化控制中心研制了“ GCS— I 型智能化溫室自動控制系統(tǒng)”，采用上位機加 PLC 的集散式控制方法，軟件采用智能化模糊算法。 溫室大棚近年來在農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 上 占的比重越來越大，而相對來說，溫室大棚的控制系統(tǒng)也隨著科技的進步不斷 的 發(fā)展進步 、 提升。 溫室大棚智能控制系統(tǒng) 是其 管理的智能化系統(tǒng)，因為 21 世紀(jì)互聯(lián)網(wǎng)和傳感器的快速發(fā)展和普及而逐漸應(yīng)用到蔬菜大棚上。一方面我們需要先向計算機內(nèi)輸入植物生長過程中的最適 合 生長 的 環(huán)境參數(shù)，另一方面在溫室大棚各處合理地安排檢測設(shè)備和傳感設(shè)備，通過實時監(jiān)測相應(yīng)參數(shù)指標(biāo)，并實時傳遞給計算機系統(tǒng)，系統(tǒng)通過比對，檢測到不適宜條件，發(fā)出指令指揮棚內(nèi)的自動系統(tǒng)進行施肥、升溫、加水等正確操作，保持棚內(nèi)環(huán)境，保證系統(tǒng)正常運行，使植物在最適宜情況下生長。 智能控制系統(tǒng)在應(yīng)用上有很大 的 方便和優(yōu)勢。它的基本功能是對環(huán)境的檢測，加上一些傳感器和智能機器的應(yīng)用，加強了人們對于作物生長環(huán)境的深層了解，實現(xiàn)了科學(xué)精準(zhǔn)的控制，而且可以根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)給出相應(yīng)的反饋和操作，反應(yīng)及時，給植物營造出最適應(yīng)的生長環(huán)境，溫室大棚能夠種植出高質(zhì)量、高產(chǎn)量的綠色蔬菜。目前比較常用的是浙江大學(xué)研發(fā)的托普物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，這種系統(tǒng)可以再距離較遠時通過電腦控制棚內(nèi)的操作，一方面 減 少了操作人員的工作量，提高了工作效率，另一方面，可以使得操作人員無論在任何地方都能 監(jiān)察整個大棚的狀況，實現(xiàn)了科技的有利性。 1)科技含量和總體發(fā)展水平較低。從設(shè)施裝備到栽培技術(shù)的生產(chǎn)管理不配套，生產(chǎn)不規(guī)范，難以形成大規(guī)模商品生產(chǎn)。這樣降低了生產(chǎn)管理的效率。我國溫室測控系統(tǒng)的通信主要有485 總線以及 CAN 總線等有線方式。 4)缺少基于農(nóng)業(yè)專家知識的上位機管理系統(tǒng)。 5)設(shè)施水平低，抵御自然災(zāi)害的能力差。但沒有形成國家統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和工廠系列的產(chǎn)品，且應(yīng)用率僅占設(shè)施栽培面積的 10％，而絕大部分由農(nóng)民自行建造的塑料日光溫室也只能起到一定的保溫作用，根本不能實現(xiàn)對溫度、濕度、光照等環(huán)境因子的調(diào)控。生產(chǎn)管理主要靠經(jīng)驗和單因子定性調(diào)控。因此 軟件系統(tǒng)的研制開發(fā)將不斷深入完善，其中以專家系統(tǒng)為主的智能管理系統(tǒng)已取得了不少研究成果，而且應(yīng)用前景非常廣闊。 ：目前，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)己成為當(dāng)前世界最有活力、發(fā)展最快的高科技領(lǐng)域。因此，設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化程度的提高成為可能。 式：分布式系統(tǒng)通?？煞譃樯稀⑾聝蓪?。下層由許多各自獨立的功能單元組成，每個單元只完成一部分工作。 ：所謂綜合環(huán)境調(diào)節(jié)，就是以實現(xiàn)作物的增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)為目標(biāo)，把影響作物生長的多種環(huán)境參數(shù)，如光照、溫度、濕度、 二氧化碳 濃度等，都保持在適宜作物生長的狀態(tài)，并盡可能使用最少量的環(huán)境調(diào)節(jié)裝置，既省時又節(jié)能，還能使勞動者愉快地從事生產(chǎn) 勞動。如作物的生長和發(fā)育并不取決于某一時刻某個特定溫度，而主要取決于在一個時間段中的平均溫度水平。這樣計算機可以根據(jù)室外的氣候，在使用最低能耗、最佳 的 利用溫室中現(xiàn)有設(shè)備的 情況下自由進行調(diào)節(jié)。 ：藍牙技術(shù)是近年發(fā)展起來的新型低成本、短距離的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。便攜式環(huán)境參數(shù)采集器內(nèi)部裝有溫度、濕度、光照等各種傳感器，并嵌入了藍牙芯片，因此，這種參數(shù)采集器具有無線通信功能，可以便捷地放 置在溫室內(nèi)的不同位置。 6 2 研究方案的設(shè)計 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)施栽培中相對容易調(diào)節(jié)控制的環(huán)境因子。溫度調(diào)控要求達到能維持適宜于作物生育的設(shè)定溫度。（ 1）保溫，為了提高大棚的保溫能力，常采用各種保溫覆蓋。（ 2）加溫，我國傳統(tǒng)的單屋面溫室，大多采用爐灶煤火加溫，近年來也有采用鍋爐水暖加溫或地?zé)崴訙氐?。?3）降溫，保護設(shè)施內(nèi)降溫最簡單的途徑是通風(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，必須進行人工降溫。遮光降溫法是一種在室外與溫室屋頂部相距 40cm 處張掛遮光幕，對 溫室降溫很有效。蒸發(fā)冷卻法有濕簾 —— 風(fēng)機降溫法、細霧降溫法、屋頂噴霧法。 5%。常用的濕度調(diào)節(jié)方式是加濕和去濕。水噴霧法采用雙位或多位控制來實現(xiàn)；蒸汽加濕則采用電極加濕器或澆蒸加濕器實現(xiàn)。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)機等。在冬季溫室環(huán)境控制中，默認為溫度控制優(yōu)先的原則，在溫度條件滿足后，再來滿足濕度條件。在夏季降溫加濕的過程中，采用以濕度優(yōu)先的原則。而當(dāng)溫度過高需要啟動蒸發(fā)降溫執(zhí)行機構(gòu)時，必須先檢測室內(nèi)的相對濕度，只有濕度低于某一設(shè)定范圍時，才能啟動蒸發(fā)裝置。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）人工補光；（ 4）遮光。在冬春設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中，為了保溫，設(shè)施經(jīng)常處于密閉狀態(tài)，缺少內(nèi)外氣體交換，二氧化碳濃度變幅較大，中午設(shè)施內(nèi)由于光合作用，二氧化碳濃度下降，接近甚至低于補償點，二氧化碳處于虧缺狀態(tài)應(yīng)當(dāng)及時的補充二氧化碳。 因為溫室中有多種環(huán)境因素，溫室環(huán)境是多因子的、相互影響 性 的、非 線性的、有延時性的 和親合性的 復(fù)雜系統(tǒng)。所以，溫室內(nèi)的環(huán)境都是相互影響的； （ 2） 非線性：溫室內(nèi)的各個環(huán)境因素沒有一個是穩(wěn)定不變的，溫室或多或少還是會受到外界影響。通常改變溫室內(nèi)的某個環(huán)境因素是慢慢擴散的一種現(xiàn)象，例如對溫室內(nèi)加溫，溫度變化就是擴散的過程；對溫室內(nèi)補充二氧化碳，二氧化碳濃度的變化也是擴散過程，這就是溫室環(huán)境的延時性； （ 4） 親合性：溫室系統(tǒng)包含了多種的環(huán)境因素，各因素之間不是相互獨立互不干擾的，各個因素的控制過程是彼此耦合在一起的，當(dāng)我們對其中一個變量 8 進行調(diào)控，會影響其他變量發(fā)生相應(yīng)的改變。通常溫室控制中我們往往采取區(qū)間化控制，例如某作物只要求環(huán)境溫度控制在一定的區(qū)間內(nèi)就能良好的生長，我們在設(shè)計溫室控制系統(tǒng)時只要保證溫室內(nèi)部溫度調(diào)控在某一區(qū)間即可，完全沒必要對溫度或其他環(huán)境因素進行精準(zhǔn)控制。如果想通過改變農(nóng)作物的遺傳特性達到促進農(nóng)作物生長發(fā)育的目的需要大量的人力財力投入，而且會形成轉(zhuǎn)基因食品；其二是農(nóng)作物所在的生長環(huán)境，智能溫室內(nèi)部就是 一個小生態(tài)，在目前的科學(xué)技術(shù)幫助下，完全通過調(diào)控智能溫室內(nèi)的環(huán)境因子的方式有效的提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。每種農(nóng)作物對溫度都有其獨特的要求，擁有最適宜溫度以及最高最低溫度。因此，對溫室內(nèi)的環(huán)境溫度進行范圍內(nèi)的調(diào)控可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，較為常見的溫控設(shè)備包括加熱設(shè)備和通風(fēng)風(fēng)機，同時在溫室中通 過安裝溫度傳感器獲取溫室內(nèi)溫度，將采集的數(shù)值與農(nóng)作物最適宜溫度對比，執(zhí)行相應(yīng)升降溫操作，啟動相應(yīng)控制設(shè)備。針對 溫室 中所種植不同類別的作物的不同特性，溫室控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)控制溫室保持相應(yīng)的濕度環(huán)境，保證當(dāng)前農(nóng)作物快速健康生長。因此，在溫室環(huán)境控制中要綜合的考 慮這兩個因素之間的耦合性。陽光是作物光合作用非常重要的條件，同時它又是控制農(nóng)作物光周期的因素。如果光照不足或光照強度過強，都會極大的影響農(nóng)作物正常的光合作用，還會減退葉片的同化作用，造成植株脆弱，引發(fā)病蟲害，導(dǎo)致落花落果，產(chǎn)量低，質(zhì)量差等問題。當(dāng)溫室內(nèi)光照強度不能滿足農(nóng)作物生長需求時，需要補光燈進行補光。一定量的提高二氧化碳濃度可以讓農(nóng)作物的物候期提前，提高農(nóng)作物體內(nèi)有機物含量。同時二氧化碳的充足還能保證作物幼苗期的質(zhì)量，促進 其快速生長，抑制或減輕疾病的發(fā)生。當(dāng)水分含量太少時，植物根系吸收的水分不充足，而植物的蒸騰作用又使植物失去大量水分，從而導(dǎo)致植物失水萎蔫。當(dāng)含水量過多時，土壤 縫隙 中空氣所占的比例就很小，導(dǎo)致植物根系有氧呼吸大大減弱，植物根系被迫轉(zhuǎn)向無氧呼吸。嚴(yán)重時同樣致使植物枯萎死亡。隨著生產(chǎn)規(guī)模的逐步擴大，繼電器控制系統(tǒng)已越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代 化 工業(yè)生產(chǎn)的要求。繼電器控制系統(tǒng)體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度慢、適應(yīng)性差。這種新型的工控裝置，以其體積小、可變性好、可靠性高、使用壽命長、簡單易懂、操作維護方便等一系列優(yōu)點，很快就在美國的許多行業(yè)里得到推廣應(yīng)用，也受到了世界上許多國家的高度重視。 1973 年，西歐國家也研制出他們的第 1 臺 PLC。在這一時期， PLC 雖然采用了計算機的設(shè)計思想，但實際上 PLC 只能完成順序控制，僅有邏輯運算等簡單功能，所以人們 11 將它稱為可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller）簡稱為 PLC。在軟件方面，除了保持原有的邏緝運算、計時、計數(shù)等功能以外，還 增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通信、自診斷等功能。為此，美國電氣制造協(xié)會將可編程序邏輯控制器，正式命名為編程序控制器（ Programmable Controller），簡稱 PC。 1985 年，國際電工委員會 (IEC)對 PLC 作出如下定義： 可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴充其功能的原則設(shè)計。 PLC 它是按照成熟而有效的繼電器控制概念和設(shè)計思想，利用不斷發(fā)展的新技術(shù)、新電子器件