豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)

1、豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)第一章概述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、濕窗簾/風扇降溫系統(tǒng)、噴滴灌系統(tǒng)或滴灌系統(tǒng)、移動苗床等自動 化設施，基于農業(yè)溫室環(huán)境的咼科技智能”溫室。智能溫室的控制一般由信號米 集系統(tǒng)、中心計算機、控制系統(tǒng)三大部分組成。豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)是近年來逐步發(fā)展起來的一種資源節(jié)約型高效設施農業(yè)技術，它是在普通日光溫室的基礎上，結合現(xiàn)代化計算機自控技術、智 能傳感技術等高科技手段發(fā)展起來的。自上世紀90年代以來，我國農業(yè)工程技術 人員在吸收發(fā)達國家高科技溫室生產技術的基礎上，對溫室溫度、濕度、C02濃度和光照等環(huán)境因子控制技術的

2、研究，研制開發(fā)了我國自己的豬舍溫濕環(huán)境智能 控制系統(tǒng)。第二章系統(tǒng)總體設計2.1溫室環(huán)境特點溫室氣候環(huán)境作為計算機控制系統(tǒng)的控制對象，有以下特點：1、非線性。溫室部的氣候處于熱平衡混沌狀態(tài)。大量隨機的、不確定性因 素使得對其精確建模比較困難。2、分布參數(shù)。由于溫室面積比較大，造成溫室部各個物理量的分布是不均勻的。比如溫度，溫室部各點溫度都不一樣，四周一般都比中間的低，項部和底 部也有一定差別，其值的大小依賴于空間位置和氣流的方向等各種因素，在溫室中的氣候分布是緩慢變化的。3、時變。作物在生長周期的不同階段，其光合作用能力、吸熱散熱能力等 均有所差別。因而，溫室系統(tǒng)是一個參數(shù)隨著時間變化的動態(tài)系統(tǒng)

3、。4、時延。對于外界所施加的作用，溫室系統(tǒng)并不立即響應，而是經過一段 時間的延遲才有反應。比如，在溫室加熱系統(tǒng)中，對系統(tǒng)加熱升溫，熱量傳到溫室的各個部分需要經過很長一段時間的延遲，溫度才會有所提高5、多變量藕合系統(tǒng)。溫室系統(tǒng)是一個多輸入多輸出系統(tǒng)，系統(tǒng)各變量之間 并不是互相獨立，各個子系統(tǒng)的控制回路彼此禍合在一起。 對系統(tǒng)任一目標的控 制，都會影響其它目標的變化。綜上所述，溫室環(huán)境系統(tǒng)是個復雜的大系統(tǒng)，建立精確的控制模型很難實 現(xiàn)。由于作物對環(huán)境各氣候因子的要求并不是特別的精確，而是一個模糊區(qū)間， 比如作物對溫度的要求，只要溫度在某一時間段在某一區(qū)間，該作物就能很好地 生長，因此，也沒有必要將

4、各種參數(shù)進行精確控制。2.2系統(tǒng)總體設計思路系統(tǒng)分析本系統(tǒng)可以模擬基本的生態(tài)環(huán)境因子一溫度、光照、水分、co等，以適應不同的生物生長繁育的需要，它由相關的智能控制單元組成，按照事先設定的程 序，精確測量溫室氣候和土壤參數(shù)，并啟動或關閉不用的電動外圍設備， 程序所 需的參數(shù)通過傳感器采集所得。系統(tǒng)的特點1、預測性：通過對氣候參數(shù)的分析，可以預測控制設備的運行情況，提高 設備的利用率，降低能耗。2、強大的擴展功能：通過控制不同的外圍設備，可以控制環(huán)境及灌溉、施 肥等。3、完善的資料處理功能：通過中央控制軟件，可以不間斷的記錄各種傳感 器的信息以及各種控制設備的動作記錄等。4、遠程監(jiān)控功能：即工作人

5、員不在現(xiàn)場，也可以通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)對溫室 的設備的參數(shù)進行監(jiān)控和控制。223系統(tǒng)的工作原理本系統(tǒng)是利用PLC把傳感器采集的有關參數(shù)轉化為數(shù)字信號，并把這些數(shù)據(jù) 暫存起來，與給定值進行比較，經一定的控制算法后，給出相應的控制信號進行 控制。系統(tǒng)還可以經過串行通信接口將數(shù)據(jù)傳送至上位機，從未完成數(shù)據(jù)管理、 智能決策、歷史資料統(tǒng)計分析等更為強大的功能，閉關可以對數(shù)據(jù)進行顯示、編 輯、存儲及打印輸出。傳感器將溫度、濕度等轉化為電壓信號。經過運算放大器 組成的信號處理電路換成壓平轉化器（V/F ）需要的電壓信號。系統(tǒng)工作時，PLC 通過傳感器來測量溫室的相應數(shù)據(jù)并于設定值比較，如果溫室的環(huán)境超過了設定

6、的圍上下限值，PLC就輸出指令，控制接通相應的設備。當溫室環(huán)境條件在設定圖2-1系統(tǒng)的工作原理圖2.3系統(tǒng)總體設計方案系統(tǒng)的組成豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)主要由自動控制系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、遮陽系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、自動噴灌系統(tǒng)等五個部分組成，如圖2-2所示控制聚統(tǒng)圖2-2豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)組成系統(tǒng)的硬件接線圖本系統(tǒng)由上位機PC機，PLC可編程控制其，各類傳感器，PLC擴展模塊，驅 動及執(zhí)行部分等組成。因為在設計中用到電感性負載，因此電路中設計了電容和電阻串聯(lián)對電動機進行保護，當電機啟動或斷開電源的時候由于電動機會突然斷電或試點，線圈會產生很大的感應電流。會對電路中的電機產生大的危害。系統(tǒng)具體硬件接線

7、圖如圖所示GNDQO. 0啟動按粕Il 0萍止啊LU浪L±JQI 2m2ID. 3QO. 4Id 4QO. 510.5R1 C1IH Hi岡卷帝正轉 rhFh!|百備脊反轉R4 04fLJ L_岡通幾機砒;COICCMQ0. 7圖222豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)硬件接線圖233 PLC的選擇標準1.PLC機型的選擇：（1）PLC在工業(yè)控制中應用多年，屬于大批量生產的產品，其在生產、調試、 應用、服務等方面都有一套完備的標準，所以產品質量穩(wěn)定、可靠性高，但是考 慮到穩(wěn)定性、可維護性等因素，采用 PLC比單片機具有較高的性價比。（2） PLC的選擇主要應從PLC的機型、容量、I/O模塊、電

8、源模塊、特殊功 能模塊等方面綜合考慮。PLC機型的選擇基本原則是再滿足功要求及保證可靠、維護方便的前提下， 力爭最佳的性價比。233本系統(tǒng)PLC的選擇1、I/O點數(shù)的估計根據(jù)實際情況對I/O點數(shù)進行估計，具體點數(shù)估計如表 所示設備說明數(shù)址設備說明心動開關1屯源把示燈1停止開關1鼓風機1卷簾電機開關1爍漑水泵1co補氣開關1血補氣電磁伯1圾風電機開關1卷簾電機1噴灌泵開關1紫外燈1總計6總計6表2.2.3a I/O 點數(shù)的估計2、輸入量與輸出量的I/O地址分配輸入量與輸出量的I/O地址分配如表所示輸入輸出啟動按aisBi10. Q天窗正轉Q0.0停止按ffiSBS10, 1天窗反轉Q0. 1溫度

9、傳感器m2卷簾電機正轉00. 2濕度傳感器10. 3卷簾電機反轉g 3光照傳感器10.4風機系統(tǒng)g4Cd濃度傳感蠱10. 5供熱系統(tǒng)g 5補光設備Q0.6CCh補氣閥Q0.7表輸入量與輸出量的I/O地址分配3、擴展模塊的選擇因為S7-224集成了 14輸入/10輸出，他最多可以有7個擴展模塊，有置時鐘， 有更強的模擬量和高速計數(shù)的處理能力。由于溫度、濕度、光照強度、CO濃度均為模擬量，所以選EM23模塊作為模擬量輸入模塊。2.4系統(tǒng)主電路的設計如圖2.4所示：圖2.4主電路設計圖2.5控制電路原理圖如圖2.5所示：卷帝機卅 皿N圖2.5控制電路原理圖KV第三章 豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)設計與仿

10、真3.1 豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)設計它的功能強大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時也可實時監(jiān)控用戶程序 的執(zhí)行狀態(tài)。3.1.2 程序設計按下啟動按鈕， PLC 卡是掃描，溫度傳感器將溫室溫度測量值信號送到 PLC 中，PLC再將信號值處理，在于設定值進行比較，最后將得到的結果輸出，如果 比較結果高于設定值， 則控制打開通風窗或風機， 比較結果等于設定結果等于低 于設定值，則打開供熱設備。假設風機，供熱設備，傳感器出現(xiàn)故障的時候就發(fā) 出聲光報警?？諝鉂穸葌鞲衅鲗z測的溫室是瀆職送到 PLC中，PLC將檢測值與 設定值進行比較， 如果空氣溫度高與設定值， 則控制打開窗子且打開風機進行去 濕，如果

11、測量值等于設定值，則關閉窗子和風機；如果測量值低于主設定值，則 發(fā)出指令控制打開空氣濕度電磁閥， 對空氣進行噴霧。 土壤濕度傳感器檢測的值 首先送到PLC中，有PLC將其與設定值相比較，如果測量值高與設定值，則由 PLC發(fā)出控制關閉控制土壤濕度的電磁閥； 如果電磁閥發(fā)生故障則會發(fā)出聲光警 報。光照傳感器將溫室的光照強度測量值送到 PLC中，由PLC將其與設定的光照 強度進行比較， 再將其比較結果送到執(zhí)行機構中去， 對其進行動作， 如果測量值 高于設定值則控制關閉不光設備， 同時拉上遮陽簾； 如果則兩只等于設定值， 則 關閉不光設備； 如果測量值地與設定值， 那么則發(fā)出指令打開補光設備， 同時打

12、 開遮陽簾。在這個過程中， 如果遮陽簾電機， 不光設備出現(xiàn)故障則出現(xiàn)聲光警報。圖主控模塊流程圖1、溫度控制當系統(tǒng)開始工作時，由溫度傳感器將溫室的溫度測量參數(shù)傳給 PLC再由PLC 將其檢測結果與事先設定好的溫度進行對比，如果測量值等于設定值則保持 原來的溫室溫度；如果測量值與設定值不等，在判斷大于還是小于，當測量 值大與設定值，則打開通風簾，當測量值小于設定值時，則打開供熱系統(tǒng)。當測量溫度達到設定值時就會關閉供熱系統(tǒng)或通風簾。其工作流程圖如圖所示系統(tǒng)開始工作，濕度傳感器考試對環(huán)境濕度進行檢測。土壤濕度傳感器， 土壤濕度傳感器將測量結果送到 PLC中心后，PLC將測量值與設定值進行較, 如果測量值等于或大與設定值，則關閉噴灌電磁閥；當小于設定值時。則打開噴灌電磁閥。其工作流程圖如圖所示圖濕控子模塊流程圖3、光照控制系統(tǒng)啟動，光照傳感開始工作，將溫室的光照強度測量值參數(shù)傳給PLC,由PLC將測量值與設定值進行比較，判斷測量值是否等于設定值，如果等于， 則保持室光照強度；如果測量值與設定值不等，在判斷大于還是小于，當測 量值大與設定值，則關閉遮陽簾，當小于設定值時，則打開補光設備。其工 作流程圖如