農(nóng)業(yè)生物環(huán)境檢測(cè)與檢驗(yàn)技術(shù) 第17章 豬舍環(huán)境測(cè)量與控制技術(shù)課件

《農(nóng)業(yè)生物環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)》課程講座電氣信息工程學(xué)院馬長(zhǎng)華——豬舍環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)《農(nóng)業(yè)生物環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)》電氣信息工程學(xué)院——豬舍環(huán)境監(jiān)目錄系統(tǒng)概述1系統(tǒng)設(shè)計(jì)2系統(tǒng)應(yīng)用32目錄系統(tǒng)概述1系統(tǒng)設(shè)計(jì)2系統(tǒng)應(yīng)用32研究概述13研究概述13我國(guó)是一個(gè)養(yǎng)豬大國(guó)，2010年全國(guó)生豬出欄量約為6.67億頭，比2009年增加3%左右。在進(jìn)入21世紀(jì)以后，養(yǎng)豬業(yè)規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化發(fā)展尤其迅速，養(yǎng)豬生產(chǎn)將以適度規(guī)模化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化模式為主體，綜合利用多項(xiàng)現(xiàn)代化技術(shù)來提高養(yǎng)豬業(yè)整體生產(chǎn)水平和效益。我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)發(fā)展迅速，從原來的散養(yǎng)戶模式逐步向集約化養(yǎng)豬業(yè)發(fā)展，逐步成為世界養(yǎng)豬大國(guó)。養(yǎng)豬業(yè)的快速發(fā)展促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的進(jìn)程。4我國(guó)是一個(gè)養(yǎng)豬大國(guó)，2010年全國(guó)生豬出欄量約為6.推動(dòng)豬只養(yǎng)殖業(yè)的信息化，有利于降低生產(chǎn)的成本，提高生產(chǎn)的效率；有利于實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖場(chǎng)控制系統(tǒng)的全面自動(dòng)化及數(shù)字化；有利于養(yǎng)豬場(chǎng)生產(chǎn)的集中管理等。我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)將朝著優(yōu)質(zhì)、高效和安全的目標(biāo)發(fā)展，綜合應(yīng)用信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)已成為我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)方向。5推動(dòng)豬只養(yǎng)殖業(yè)的信息化，有利于降低生產(chǎn)的成本，提高生大規(guī)模精細(xì)化養(yǎng)豬有利于提高經(jīng)濟(jì)效益6大規(guī)模精細(xì)化養(yǎng)豬有利于提高經(jīng)濟(jì)效益6大規(guī)模精細(xì)化養(yǎng)豬有利于提高經(jīng)濟(jì)效益7大規(guī)模精細(xì)化養(yǎng)豬有利于提高經(jīng)濟(jì)效益7在商品豬規(guī)?；B(yǎng)殖過程中，飼養(yǎng)密度大，環(huán)境容易惡化，影響豬的生長(zhǎng)。具體而言影響豬生長(zhǎng)的環(huán)境因素有：溫度、濕度、有毒氣體等。豬屬于恒溫動(dòng)物，體溫在38.7~39.1℃之間。豬在低溫環(huán)境下為了保持體溫而加速熱量消耗，增加采食量。當(dāng)豬高溫環(huán)境時(shí)，外界溫度每增加1℃，日凈增重會(huì)減少3克，而飼料消耗增加60~70克。8在商品豬規(guī)模化養(yǎng)殖過程中，飼養(yǎng)密度大，環(huán)境容易惡化，影響豬舍小氣候中有害氣體主要指二氧化碳、氨氣、硫化氫和甲烷等，來源于豬的呼吸、糞尿與飼料墊草的腐敗分解。會(huì)影響豬的呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致死亡。9豬舍小氣候中有害氣體主要指二氧化碳、氨氣、硫化為了提供舒適的豬舍環(huán)境，保證豬群正常的生長(zhǎng)發(fā)育和生產(chǎn)性能，保證豬的健康和福利，改善豬肉品質(zhì)，節(jié)省人力和能源，提高生產(chǎn)效率，降低豬產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，同時(shí)也便于用戶研究環(huán)境因素對(duì)豬采食及生長(zhǎng)的影響，利用PLC控制技術(shù)設(shè)計(jì)了豬舍環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控子系統(tǒng)，對(duì)豬群舍小氣候進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)與智能化調(diào)節(jié)。方法是通過溫度、濕度、氣體濃度等傳感器實(shí)時(shí)采集豬舍內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，進(jìn)行量化表達(dá)，當(dāng)環(huán)境參數(shù)不符合豬的最佳生長(zhǎng)環(huán)境要求時(shí)，通過控制溫濕度調(diào)節(jié)、光照調(diào)節(jié)和通風(fēng)調(diào)節(jié)等執(zhí)行設(shè)備，將環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)到合理的范圍內(nèi)。10為了提供舒適的豬舍環(huán)境，保證豬群正常的生長(zhǎng)發(fā)育和生產(chǎn)豬舍環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，通過PLC控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)豬舍環(huán)境的溫度、濕度、光照、CO2濃度的實(shí)時(shí)數(shù)字化顯示、自動(dòng)監(jiān)控和記錄，當(dāng)環(huán)境參數(shù)需要調(diào)節(jié)時(shí)，驅(qū)動(dòng)加熱設(shè)備、照明設(shè)備或通風(fēng)設(shè)備等實(shí)現(xiàn)智能調(diào)控，為豬的生長(zhǎng)提供一個(gè)適宜環(huán)境，既節(jié)省人力又節(jié)約能源，降低豬產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，改善豬肉品質(zhì)。11豬舍環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，通過PLC控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)豬舍環(huán)境環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的具體任務(wù)要求（1）以豬舍(育肥舍等)為研究對(duì)象，檢測(cè)與調(diào)控舍內(nèi)溫度、濕度、通風(fēng)、光照和氨氣、硫化氫等有害氣體濃度環(huán)境參數(shù)；（2）引入GPRS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)短信報(bào)警；（3）遠(yuǎn)程控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)豬舍現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備遠(yuǎn)程控制；（4）采用模糊控制技術(shù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度、濕度、通風(fēng)等要素，改善畜禽舍內(nèi)環(huán)境，提高節(jié)能效果。（5）現(xiàn)場(chǎng)控制器采集到的環(huán)境因子信息通過以太網(wǎng)傳至上位機(jī)組態(tài)王，進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示、分析、輸出，實(shí)現(xiàn)生豬養(yǎng)殖監(jiān)控的數(shù)字化管理，提高畜禽養(yǎng)殖的管理水平。12環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的具體任務(wù)要求（1）以豬舍(育肥舍等)為研究2系統(tǒng)設(shè)計(jì)132系統(tǒng)設(shè)計(jì)13環(huán)境調(diào)控水平是決定養(yǎng)豬業(yè)生產(chǎn)水平高低的重要因素之一人工觀察、人工調(diào)節(jié)，占用人力資源多且管理效率低傳統(tǒng)的養(yǎng)豬場(chǎng)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)布線復(fù)雜，無法實(shí)現(xiàn)精確調(diào)控豬舍內(nèi)的小氣候環(huán)境，而且成本較高14環(huán)境調(diào)控水平是決定養(yǎng)豬業(yè)生產(chǎn)水平高低的重要因素之一14需求分析精確采集豬舍各個(gè)豬欄內(nèi)的局部環(huán)境參數(shù)精準(zhǔn)控制豬舍各個(gè)豬欄內(nèi)設(shè)備的運(yùn)作現(xiàn)場(chǎng)控制器能分析存儲(chǔ)養(yǎng)豬場(chǎng)豬舍內(nèi)的環(huán)境信息并控制設(shè)備豬舍視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控并實(shí)現(xiàn)拍照存儲(chǔ)能查詢養(yǎng)豬場(chǎng)環(huán)境參數(shù)歷史數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理人員能隨時(shí)隨地獲取養(yǎng)豬場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息并管理養(yǎng)豬場(chǎng)容易布局安裝，靈活性較高，最大限度地減少布線15需求分析精確采集豬舍各個(gè)豬欄內(nèi)的局部環(huán)境參數(shù)15系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)對(duì)于禽畜舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要包括兩方面：環(huán)境參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。首先，由傳感器將豬舍內(nèi)環(huán)境中待檢測(cè)的信息轉(zhuǎn)化為電量，由EM231模擬量采集模塊進(jìn)行采集，將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字量輸入到PLC，PLC根據(jù)環(huán)境因子控制要求和算法對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備加熱燈、通風(fēng)機(jī)、濕簾、照明燈和移動(dòng)窗等的控制。PLC通過以太網(wǎng)將采集到的數(shù)據(jù)上傳上位機(jī)組態(tài)王監(jiān)控中心，由上位機(jī)進(jìn)行處理、分析、存儲(chǔ)、顯示。16系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)對(duì)于禽畜舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)商品豬精準(zhǔn)養(yǎng)殖與管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖17商品豬精準(zhǔn)養(yǎng)殖與管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖17豬舍環(huán)境控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖18豬舍環(huán)境控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖18圖中豬舍環(huán)境數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)中，以PLC控制器為現(xiàn)場(chǎng)控制器，首先通過環(huán)境監(jiān)因子監(jiān)測(cè)儀表（如溫濕度變送器、光照變送器、氨氣變送器等）采集豬舍內(nèi)各環(huán)境參數(shù)，然后PLC控制器根據(jù)采集到的參數(shù)，結(jié)合豬舍環(huán)境系統(tǒng)的非線性、時(shí)變和大延遲等特點(diǎn)，通過預(yù)先設(shè)置值和智能模糊算法，控制現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如通風(fēng)機(jī)、加熱燈、濕簾等）實(shí)現(xiàn)對(duì)豬舍內(nèi)環(huán)境的智能精確控制。上位機(jī)組態(tài)王監(jiān)控中心主要通過以太網(wǎng)CP243-1模塊，以以太網(wǎng)通訊方式實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)PLC主控制器數(shù)據(jù)采集和發(fā)送命令，達(dá)到對(duì)豬舍環(huán)境的控制。19圖中豬舍環(huán)境數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)中，以PLC控制器根據(jù)對(duì)豬舍環(huán)境參數(shù)采集及控制過程中所需操作的變量的分析，結(jié)合實(shí)際監(jiān)控過程以及經(jīng)濟(jì)因素等方面的影響，選擇德國(guó)西門子公司的S7-200CPU224CN的PLC。CPU224CN有14點(diǎn)數(shù)字量輸入，10點(diǎn)數(shù)字量輸出，可帶7個(gè)擴(kuò)展模塊，具有2個(gè)高速脈沖輸出端和1個(gè)RS-485通信口。環(huán)境參數(shù)模擬量輸入選擇EM231CN擴(kuò)展模塊，該模塊具有4路模擬量輸入點(diǎn)。20根據(jù)對(duì)豬舍環(huán)境參數(shù)采集及控制過程中所需操作的基于組態(tài)王的生豬數(shù)字化環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)可以精確采集溫濕度等環(huán)境參數(shù)，實(shí)現(xiàn)適宜生豬生長(zhǎng)的外部環(huán)境精確控制，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)超過設(shè)定環(huán)境參數(shù)值報(bào)警功能，避免意外情況的發(fā)生?；赗FID的生豬精細(xì)養(yǎng)殖與管理系統(tǒng)平臺(tái)標(biāo)簽?zāi)軌驕?zhǔn)確快速地識(shí)別，體重測(cè)量誤差能控制在±0.2Kg，飼料重測(cè)量誤差在±0.1Kg，環(huán)境參數(shù)能夠?qū)崟r(shí)采集并上傳、顯示，無論是由硬件采集的數(shù)據(jù)還是由用戶錄入的管理數(shù)據(jù)都能正確歸檔。硬件結(jié)構(gòu)及組網(wǎng)合理，數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定，軟件各部分功能可以正常實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行流暢。2121環(huán)境監(jiān)控設(shè)備實(shí)物圖22環(huán)境監(jiān)控設(shè)備實(shí)物圖22豬舍環(huán)境因素對(duì)生豬生長(zhǎng)的影響豬舍內(nèi)的溫度影響生豬的能量需要和采食量，為了保證豬群正常的生長(zhǎng)發(fā)育和生產(chǎn)性能，需要給豬群提供適宜的溫度條件。不同生長(zhǎng)階段的生豬對(duì)溫度有不同的要求，適宜豬生長(zhǎng)發(fā)育的溫度稱為舒適溫度。1.溫度23豬舍環(huán)境因素對(duì)生豬生長(zhǎng)的影響豬舍內(nèi)的溫度影階段體重（kg）最低臨界溫度（℃）最高臨界溫度（℃）新生仔豬0.90-1.8036.037.7哺乳仔豬1.80-5.4530.336.0保育仔豬5.45-20.426.332.0生長(zhǎng)豬20.4-591927.5肥育豬59-10916.224.7豬在不同年齡不同體重階段下的等熱區(qū)當(dāng)溫度在20-28℃之間，豬舍內(nèi)的溫度每下降1℃，生長(zhǎng)育肥豬每天需要增加能量209.2千焦。在12-20℃，每降低1度，每天需要增加能量418.4千焦以上。這意味著每降低1℃每頭豬每天要多消耗15-33克的飼料。24階段體重（kg）最低臨界溫度（℃）最高臨界溫度（℃）新生仔豬2.濕度舍內(nèi)空氣的相對(duì)濕度對(duì)豬的影響，與環(huán)境溫度有密切關(guān)系。無論是幼豬還是成年豬，當(dāng)其處在舒適溫度范圍內(nèi)時(shí)，相對(duì)濕度從45%升到80%或95%時(shí)對(duì)生豬的生產(chǎn)性能基本無影響。生豬的適宜濕度范圍為60%~80%，試驗(yàn)表明，溫度在16~23℃，相對(duì)濕度在65%~85%的環(huán)境下最適合豬只生長(zhǎng)。252.濕度舍內(nèi)空氣的相對(duì)濕度對(duì)豬的影響，與環(huán)境3.有害氣體（1）氨氣氨氣主要來自于糞便的分解氨易溶于水，豬舍中的氨氣常被溶解或吸附在潮濕的地面、墻壁和豬黏膜上。氨氣能刺激黏膜，引起黏膜充血、喉頭水腫、支氣管炎，嚴(yán)重時(shí)引起肺水腫、肺出血。豬舍內(nèi)氨氣濃度不能超過26ppm。如果超過100ppm，豬日增重減少10%，飼料利用率降低18%，氨氣過于超標(biāo)可導(dǎo)致生豬死亡。263.有害氣體（1）氨氣氨氣主要來自于糞便的（2）二氧化碳二氧化碳主要來源是舍內(nèi)豬的呼吸，濃度不能超過1500ppm，否則發(fā)生舍內(nèi)缺氧情況，使豬精神不振，食欲減退，影響增重。（3）硫化氫硫化氫主要由含硫物分解而來，產(chǎn)生自豬舍地面，且比重較大，越接近地面，濃度越大。硫化氫主要刺激黏膜，引起眼結(jié)膜炎、鼻炎、氣管炎，以至肺水腫。豬舍內(nèi)硫化氫濃度不能超過10ppm，超標(biāo)時(shí)，可以直接抑制豬呼吸中樞，使豬窒息而死。27（2）二氧化碳二氧化碳主要來源是舍內(nèi)豬的呼吸現(xiàn)場(chǎng)儀表的選擇現(xiàn)場(chǎng)儀表的選擇原則

（1）根據(jù)養(yǎng)殖場(chǎng)實(shí)際情況，選擇性價(jià)比高的儀表產(chǎn)品。（2）由于豬只適應(yīng)的環(huán)境有一定的變化范圍，不需要選擇精度很高的儀表。（3）根據(jù)舍內(nèi)的各環(huán)境因子參數(shù)實(shí)際值選擇合適量程的儀表，提高檢測(cè)數(shù)值的精確度。（4）根據(jù)舍內(nèi)環(huán)境狀況選擇儀表。（5）舍內(nèi)環(huán)境惡劣，必須選擇可靠性高且易于維護(hù)的儀表。28現(xiàn)場(chǎng)儀表的選擇現(xiàn)場(chǎng)儀表的選擇原則（1）根據(jù)養(yǎng)殖場(chǎng)實(shí)際情況（1）溫濕度傳感器選用JWSL-2型壁掛式溫濕度變送器。溫度量程為0～60℃，精度為±0.5℃。濕度量程為0~100％，精度為±2％，輸出信號(hào)采用兩線制電流輸出型4~20mA的電流信號(hào)。29（1）溫濕度傳感器選用JWSL-2型壁掛式溫（2）光照傳感器選用ZD系列壁掛式照度變送器，其測(cè)量范圍0~10000Lux，測(cè)量精度±7%，輸出信號(hào)采用兩線制電流輸出型4~20mA的電流信號(hào)。30（2）光照傳感器選用ZD系列壁掛式照度變送器（3）氨氣、硫化氫傳感器選用的BMG800系列智能氣體變送器，氨氣測(cè)量范圍0～100ppm，精度為±3％，響應(yīng)時(shí)間為30秒；硫化氫測(cè)量范圍0～100ppm，精度±3％，響應(yīng)時(shí)間為45秒，輸出信號(hào)4~20mA的電流信號(hào)。31（3）氨氣、硫化氫傳感器選用的BMG800系（4）CO2傳感器選用JQAW-4系列壁掛式CO2變送器，測(cè)量范圍為0~2000ppm，精度士40ppm，輸出信號(hào)采用三線制電流輸出型4~20mA。32（4）CO2傳感器選用JQAW-4系列壁掛式C環(huán)境調(diào)控技術(shù)1.通風(fēng)方式設(shè)計(jì)自然通風(fēng)設(shè)計(jì)機(jī)械通風(fēng)設(shè)計(jì)2.加熱與降溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)濕簾降溫系統(tǒng)噴霧降溫系統(tǒng)33環(huán)境調(diào)控技術(shù)1.通風(fēng)方式設(shè)計(jì)自然通風(fēng)設(shè)計(jì)機(jī)械通風(fēng)設(shè)計(jì)2現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器件的選擇（1）風(fēng)機(jī)選用無錫先鋒風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的T40型軸流通風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)具有高效率、低噪音、節(jié)能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、安裝方便等特點(diǎn)，風(fēng)量范圍為0.16~16.21m3/s，全壓為32~476Pa。34現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器件的選擇（1）風(fēng)機(jī)選用無錫先鋒風(fēng)（2）空調(diào)選用美的公司的KFR-61LW/DY-J(E5)大型立式空調(diào)，是對(duì)空氣的濕度、溫度進(jìn)行處理，滿足人們生產(chǎn)、生活需要的設(shè)備。此處空調(diào)主要作為備用機(jī)構(gòu)，當(dāng)PLC發(fā)出警報(bào)，工作人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況使用空調(diào)。35（2）空調(diào)選用美的公司的KFR-61LW/DY-J（3）降溫濕簾選用廣州市益源通風(fēng)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的濕簾降溫系統(tǒng)。它采用波紋紙?zhí)厥馓幚?，具備耐腐蝕，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，使用周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)?？梢员ＷC整個(gè)濕簾墻均勻淋透。因此濕簾降溫是一種高效經(jīng)濟(jì)的降溫方式。36（3）降溫濕簾選用廣州市益源通風(fēng)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的濕（4）紅外加熱燈選用深圳市東龍科技有限公司的2000W的加熱燈。該紅外加熱燈用于豬舍加熱，當(dāng)舍內(nèi)外溫度相差較小時(shí)，啟動(dòng)紅外加熱燈升溫能夠起到節(jié)能的作用。37（4）紅外加熱燈選用深圳市東龍科技有限公司的2000現(xiàn)場(chǎng)儀表的標(biāo)定本系統(tǒng)使用EM231模擬量輸入模塊采集豬舍環(huán)境因子數(shù)據(jù)，該模塊電流輸入量程范圍為0~20mA，對(duì)應(yīng)數(shù)字量量程為0~32000。由于豬舍實(shí)際環(huán)境比較復(fù)雜情況，變送器儀表在使用時(shí)必須先標(biāo)定，使現(xiàn)場(chǎng)控制器采集的環(huán)境因子量更接近實(shí)際值。38現(xiàn)場(chǎng)儀表的標(biāo)定本系統(tǒng)使用EM231模擬量輸根據(jù)儀器儀表可知，采集到的數(shù)字量與實(shí)際物理量轉(zhuǎn)換存在線性關(guān)系：其中k為比例系數(shù)，b為增益，x為EM231模塊采集到的數(shù)字量，y為實(shí)際物理量。傳感器儀表的標(biāo)定的方法有兩種。39根據(jù)儀器儀表可知，采集到的數(shù)字量與實(shí)際物理量本系統(tǒng)使用溫濕度變送器為JWSL-2系列，該變送器溫度量程為0~60℃，對(duì)應(yīng)的電流輸出為4mA~20mA，對(duì)應(yīng)的數(shù)字量量程為6400~32000。由此可知實(shí)際溫度0℃對(duì)應(yīng)數(shù)字量為6400，60℃對(duì)應(yīng)數(shù)字量為32000。（1）根據(jù)傳感器儀表輸出量程進(jìn)行標(biāo)定40本系統(tǒng)使用溫濕度變送器為JWSL-2系列，該（2）根據(jù)豬舍現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際溫度進(jìn)行標(biāo)定根據(jù)養(yǎng)豬場(chǎng)養(yǎng)殖經(jīng)驗(yàn)豬舍溫度應(yīng)控制在16℃~26℃。本標(biāo)定方法為測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)十組數(shù)據(jù)x13290136801381614281145251487415313153851589016194y16.417.618.019.520.321.222.123.024.625.5將數(shù)據(jù)分別代入公式求出k1，k2，k3，k4，…，k9，k10和b1，b2，b3，b4，…，b9，b10，然后對(duì)k，b求平均值。41（2）根據(jù)豬舍現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際溫度進(jìn)行標(biāo)定根據(jù)養(yǎng)豬場(chǎng)根據(jù)豬舍現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際溫度標(biāo)定根據(jù)傳感器儀表輸出量程標(biāo)定豬舍現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較差與理想狀態(tài)相差甚遠(yuǎn)，因此第二種標(biāo)定方法更切合實(shí)際。本系統(tǒng)均采用第二種標(biāo)定方法，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行標(biāo)定。根據(jù)標(biāo)定的得到的線性關(guān)系，在PLC中編寫相應(yīng)的子程序。（理想狀態(tài)下的標(biāo)定，不考慮實(shí)際環(huán)境）（考慮實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素，用實(shí)際的測(cè)量值來標(biāo)定）42根據(jù)豬舍現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際溫度標(biāo)定根據(jù)傳感器儀表輸出量程標(biāo)定畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)生豬環(huán)境系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的非線性、時(shí)變、大延遲的系統(tǒng)，很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，即使用經(jīng)典控制理論還是用現(xiàn)代控制理論都很難取得好的控制效果。而根據(jù)模糊控制的特點(diǎn)，它不需要建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，且系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，適合于非線性、時(shí)變或滯后系統(tǒng)的控制。對(duì)生豬舍內(nèi)環(huán)境系統(tǒng)采用模糊控制是非常合適的。

算法設(shè)計(jì)43畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)生豬環(huán)境系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的非線性、時(shí)變模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心，存放的是由規(guī)則導(dǎo)出的模糊控制算法，一般由計(jì)算機(jī)程序或硬件實(shí)現(xiàn)。模糊控制器結(jié)構(gòu)圖44模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心，畜禽養(yǎng)殖舍的控制系統(tǒng)是一個(gè)多輸入多輸出的系統(tǒng)，生豬的生長(zhǎng)環(huán)境中要控制的因子很多，如溫度、濕度、光照強(qiáng)度、風(fēng)速、有害氣體濃度等，而且彼此相互關(guān)聯(lián)，所以單一對(duì)某個(gè)參數(shù)進(jìn)行控制都不能達(dá)到很好的效果。由于溫度、濕度對(duì)生豬的生長(zhǎng)來說是最重要的環(huán)境因子，本文設(shè)計(jì)一個(gè)二輸入三輸出的模糊控制器，對(duì)其進(jìn)行模糊控制。45畜禽養(yǎng)殖舍的控制系統(tǒng)是一個(gè)多輸入多輸出的系統(tǒng)，生豬的豬舍溫濕度模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在實(shí)際應(yīng)用過程中通過查詢模糊控制表，就可以由當(dāng)前時(shí)刻輸入變量的量化值(不是模糊集)，便直接求出輸出變量的量化值，從而達(dá)到環(huán)境控制系統(tǒng)快速實(shí)時(shí)控制。46豬舍溫濕度模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在實(shí)際應(yīng)用過程中通過查e2e1-4-3-2-101234-4-3-2-101234000022222000022222000022233000023344000033344111233344111233355222333456222345566通風(fēng)機(jī)通風(fēng)時(shí)間模糊控制表風(fēng)機(jī)開啟一次時(shí)間最長(zhǎng)為15分鐘47e1-4-3-2-10e1e2-4-3-2-101234-4-3-2-101234433210000332210000321110000311110000311100000311110000311110000311110000321110000加熱設(shè)備加熱時(shí)間的模糊控制表一次加熱的時(shí)間最長(zhǎng)為12分鐘48e1-4-3-2-1濕簾設(shè)備開啟時(shí)間的模糊控制表e1e2-4-3-2-101234-4-3-2-101234333333334

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000000000濕簾系統(tǒng)開啟時(shí)間最長(zhǎng)為10分鐘49濕簾設(shè)備開啟時(shí)間的模糊控制表e1-4PLC模糊控制器的實(shí)現(xiàn)方法PLC程序采取循環(huán)掃描的執(zhí)行方式，為滿足環(huán)境控制系統(tǒng)的的實(shí)時(shí)性要求，因此在具體設(shè)計(jì)時(shí)，將離線建立的模糊控制查詢表按照一定規(guī)律存放在PLC控制器內(nèi)存寄存器中。舍內(nèi)環(huán)境實(shí)時(shí)控制時(shí)，PLC只須對(duì)采樣得到的環(huán)境因子精確量進(jìn)行量化，得到其相應(yīng)的模糊化論域元素，再通過查表方式獲得輸出控制量的量化值，最后再將此輸出控制量量化值乘以比例因子即可得到最終的精確控制量。50PLC模糊控制器的實(shí)現(xiàn)方法PLC程序采取生豬舍內(nèi)環(huán)境因子數(shù)據(jù)采集及模糊控制程序流程圖51生豬舍內(nèi)環(huán)境因子數(shù)據(jù)采集及模糊控制程序流程圖51組態(tài)王與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境控制系統(tǒng)的通信現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境控制系統(tǒng)使用CP243-1通訊模塊，與S7-200可編程控制器一起使用。該通訊模塊可以將S7-200系統(tǒng)連接到工業(yè)以太網(wǎng)中，并通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，對(duì)S7-200進(jìn)行組態(tài)和編程。組態(tài)王與現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)將以以太網(wǎng)方式通訊。52組態(tài)王與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境控制系統(tǒng)的通信現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境控制系統(tǒng)使用3系統(tǒng)應(yīng)用533系統(tǒng)應(yīng)用53實(shí)驗(yàn)以生豬育肥飼養(yǎng)基地的一欄10頭商品豬及所處豬舍環(huán)境為主要實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在豬自由采食條件下全天監(jiān)測(cè)每只豬的進(jìn)食行為及體重變化，對(duì)豬舍環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)及調(diào)控，對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行試用。實(shí)驗(yàn)期從2012年4月1日到2012年4月15日，為期15天。系統(tǒng)以江蘇省鎮(zhèn)江?，斈翗I(yè)有限公司的生豬培育基地為依托，開展了系統(tǒng)評(píng)估實(shí)驗(yàn)。54實(shí)驗(yàn)以生豬育肥飼養(yǎng)基地的一欄10頭商品豬及所處豬舍環(huán)55555656商品豬精細(xì)養(yǎng)殖與數(shù)字化技術(shù)管理平臺(tái)57商品豬精細(xì)養(yǎng)殖與數(shù)字化技術(shù)管理平臺(tái)57豬舍環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)58豬舍環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)58數(shù)據(jù)庫(kù)中環(huán)境參數(shù)截圖59數(shù)據(jù)庫(kù)中環(huán)境參數(shù)截圖59系統(tǒng)整體達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，運(yùn)行平穩(wěn)實(shí)時(shí)性較好，滿足實(shí)際運(yùn)行的需要。60系統(tǒng)整體達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，運(yùn)行平穩(wěn)實(shí)時(shí)性較好，滿足實(shí)際運(yùn)講座結(jié)束61講座結(jié)束61《農(nóng)業(yè)生物環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)》課程講座電氣信息工程學(xué)院馬長(zhǎng)華——豬舍環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)《農(nóng)業(yè)生物環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)》電氣信息工程學(xué)院——豬舍環(huán)境監(jiān)目錄系統(tǒng)概述1系統(tǒng)設(shè)計(jì)2系統(tǒng)應(yīng)用363目錄系統(tǒng)概述1系統(tǒng)設(shè)計(jì)2系統(tǒng)應(yīng)用32研究概述164研究概述13我國(guó)是一個(gè)養(yǎng)豬大國(guó)，2010年全國(guó)生豬出欄量約為6.67億頭，比2009年增加3%左右。在進(jìn)入21世紀(jì)以后，養(yǎng)豬業(yè)規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化發(fā)展尤其迅速，養(yǎng)豬生產(chǎn)將以適度規(guī)?；⒁?guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化模式為主體，綜合利用多項(xiàng)現(xiàn)代化技術(shù)來提高養(yǎng)豬業(yè)整體生產(chǎn)水平和效益。我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)發(fā)展迅速，從原來的散養(yǎng)戶模式逐步向集約化養(yǎng)豬業(yè)發(fā)展，逐步成為世界養(yǎng)豬大國(guó)。養(yǎng)豬業(yè)的快速發(fā)展促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的進(jìn)程。65我國(guó)是一個(gè)養(yǎng)豬大國(guó)，2010年全國(guó)生豬出欄量約為6.推動(dòng)豬只養(yǎng)殖業(yè)的信息化，有利于降低生產(chǎn)的成本，提高生產(chǎn)的效率；有利于實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖場(chǎng)控制系統(tǒng)的全面自動(dòng)化及數(shù)字化；有利于養(yǎng)豬場(chǎng)生產(chǎn)的集中管理等。我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)將朝著優(yōu)質(zhì)、高效和安全的目標(biāo)發(fā)展，綜合應(yīng)用信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)已成為我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)方向。66推動(dòng)豬只養(yǎng)殖業(yè)的信息化，有利于降低生產(chǎn)的成本，提高生大規(guī)模精細(xì)化養(yǎng)豬有利于提高經(jīng)濟(jì)效益67大規(guī)模精細(xì)化養(yǎng)豬有利于提高經(jīng)濟(jì)效益6大規(guī)模精細(xì)化養(yǎng)豬有利于提高經(jīng)濟(jì)效益68大規(guī)模精細(xì)化養(yǎng)豬有利于提高經(jīng)濟(jì)效益7在商品豬規(guī)?；B(yǎng)殖過程中，飼養(yǎng)密度大，環(huán)境容易惡化，影響豬的生長(zhǎng)。具體而言影響豬生長(zhǎng)的環(huán)境因素有：溫度、濕度、有毒氣體等。豬屬于恒溫動(dòng)物，體溫在38.7~39.1℃之間。豬在低溫環(huán)境下為了保持體溫而加速熱量消耗，增加采食量。當(dāng)豬高溫環(huán)境時(shí)，外界溫度每增加1℃，日凈增重會(huì)減少3克，而飼料消耗增加60~70克。69在商品豬規(guī)?；B(yǎng)殖過程中，飼養(yǎng)密度大，環(huán)境容易惡化，影響豬舍小氣候中有害氣體主要指二氧化碳、氨氣、硫化氫和甲烷等，來源于豬的呼吸、糞尿與飼料墊草的腐敗分解。會(huì)影響豬的呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致死亡。70豬舍小氣候中有害氣體主要指二氧化碳、氨氣、硫化為了提供舒適的豬舍環(huán)境，保證豬群正常的生長(zhǎng)發(fā)育和生產(chǎn)性能，保證豬的健康和福利，改善豬肉品質(zhì)，節(jié)省人力和能源，提高生產(chǎn)效率，降低豬產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，同時(shí)也便于用戶研究環(huán)境因素對(duì)豬采食及生長(zhǎng)的影響，利用PLC控制技術(shù)設(shè)計(jì)了豬舍環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控子系統(tǒng)，對(duì)豬群舍小氣候進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)與智能化調(diào)節(jié)。方法是通過溫度、濕度、氣體濃度等傳感器實(shí)時(shí)采集豬舍內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，進(jìn)行量化表達(dá)，當(dāng)環(huán)境參數(shù)不符合豬的最佳生長(zhǎng)環(huán)境要求時(shí)，通過控制溫濕度調(diào)節(jié)、光照調(diào)節(jié)和通風(fēng)調(diào)節(jié)等執(zhí)行設(shè)備，將環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)到合理的范圍內(nèi)。71為了提供舒適的豬舍環(huán)境，保證豬群正常的生長(zhǎng)發(fā)育和生產(chǎn)豬舍環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，通過PLC控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)豬舍環(huán)境的溫度、濕度、光照、CO2濃度的實(shí)時(shí)數(shù)字化顯示、自動(dòng)監(jiān)控和記錄，當(dāng)環(huán)境參數(shù)需要調(diào)節(jié)時(shí)，驅(qū)動(dòng)加熱設(shè)備、照明設(shè)備或通風(fēng)設(shè)備等實(shí)現(xiàn)智能調(diào)控，為豬的生長(zhǎng)提供一個(gè)適宜環(huán)境，既節(jié)省人力又節(jié)約能源，降低豬產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，改善豬肉品質(zhì)。72豬舍環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，通過PLC控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)豬舍環(huán)境環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的具體任務(wù)要求（1）以豬舍(育肥舍等)為研究對(duì)象，檢測(cè)與調(diào)控舍內(nèi)溫度、濕度、通風(fēng)、光照和氨氣、硫化氫等有害氣體濃度環(huán)境參數(shù)；（2）引入GPRS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)短信報(bào)警；（3）遠(yuǎn)程控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)豬舍現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備遠(yuǎn)程控制；（4）采用模糊控制技術(shù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度、濕度、通風(fēng)等要素，改善畜禽舍內(nèi)環(huán)境，提高節(jié)能效果。（5）現(xiàn)場(chǎng)控制器采集到的環(huán)境因子信息通過以太網(wǎng)傳至上位機(jī)組態(tài)王，進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示、分析、輸出，實(shí)現(xiàn)生豬養(yǎng)殖監(jiān)控的數(shù)字化管理，提高畜禽養(yǎng)殖的管理水平。73環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的具體任務(wù)要求（1）以豬舍(育肥舍等)為研究2系統(tǒng)設(shè)計(jì)742系統(tǒng)設(shè)計(jì)13環(huán)境調(diào)控水平是決定養(yǎng)豬業(yè)生產(chǎn)水平高低的重要因素之一人工觀察、人工調(diào)節(jié)，占用人力資源多且管理效率低傳統(tǒng)的養(yǎng)豬場(chǎng)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)布線復(fù)雜，無法實(shí)現(xiàn)精確調(diào)控豬舍內(nèi)的小氣候環(huán)境，而且成本較高75環(huán)境調(diào)控水平是決定養(yǎng)豬業(yè)生產(chǎn)水平高低的重要因素之一14需求分析精確采集豬舍各個(gè)豬欄內(nèi)的局部環(huán)境參數(shù)精準(zhǔn)控制豬舍各個(gè)豬欄內(nèi)設(shè)備的運(yùn)作現(xiàn)場(chǎng)控制器能分析存儲(chǔ)養(yǎng)豬場(chǎng)豬舍內(nèi)的環(huán)境信息并控制設(shè)備豬舍視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控并實(shí)現(xiàn)拍照存儲(chǔ)能查詢養(yǎng)豬場(chǎng)環(huán)境參數(shù)歷史數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理人員能隨時(shí)隨地獲取養(yǎng)豬場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息并管理養(yǎng)豬場(chǎng)容易布局安裝，靈活性較高，最大限度地減少布線76需求分析精確采集豬舍各個(gè)豬欄內(nèi)的局部環(huán)境參數(shù)15系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)對(duì)于禽畜舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要包括兩方面：環(huán)境參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。首先，由傳感器將豬舍內(nèi)環(huán)境中待檢測(cè)的信息轉(zhuǎn)化為電量，由EM231模擬量采集模塊進(jìn)行采集，將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字量輸入到PLC，PLC根據(jù)環(huán)境因子控制要求和算法對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備加熱燈、通風(fēng)機(jī)、濕簾、照明燈和移動(dòng)窗等的控制。PLC通過以太網(wǎng)將采集到的數(shù)據(jù)上傳上位機(jī)組態(tài)王監(jiān)控中心，由上位機(jī)進(jìn)行處理、分析、存儲(chǔ)、顯示。77系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)對(duì)于禽畜舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)商品豬精準(zhǔn)養(yǎng)殖與管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖78商品豬精準(zhǔn)養(yǎng)殖與管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖17豬舍環(huán)境控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖79豬舍環(huán)境控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖18圖中豬舍環(huán)境數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)中，以PLC控制器為現(xiàn)場(chǎng)控制器，首先通過環(huán)境監(jiān)因子監(jiān)測(cè)儀表（如溫濕度變送器、光照變送器、氨氣變送器等）采集豬舍內(nèi)各環(huán)境參數(shù)，然后PLC控制器根據(jù)采集到的參數(shù)，結(jié)合豬舍環(huán)境系統(tǒng)的非線性、時(shí)變和大延遲等特點(diǎn)，通過預(yù)先設(shè)置值和智能模糊算法，控制現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如通風(fēng)機(jī)、加熱燈、濕簾等）實(shí)現(xiàn)對(duì)豬舍內(nèi)環(huán)境的智能精確控制。上位機(jī)組態(tài)王監(jiān)控中心主要通過以太網(wǎng)CP243-1模塊，以以太網(wǎng)通訊方式實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)PLC主控制器數(shù)據(jù)采集和發(fā)送命令，達(dá)到對(duì)豬舍環(huán)境的控制。80圖中豬舍環(huán)境數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)中，以PLC控制器根據(jù)對(duì)豬舍環(huán)境參數(shù)采集及控制過程中所需操作的變量的分析，結(jié)合實(shí)際監(jiān)控過程以及經(jīng)濟(jì)因素等方面的影響，選擇德國(guó)西門子公司的S7-200CPU224CN的PLC。CPU224CN有14點(diǎn)數(shù)字量輸入，10點(diǎn)數(shù)字量輸出，可帶7個(gè)擴(kuò)展模塊，具有2個(gè)高速脈沖輸出端和1個(gè)RS-485通信口。環(huán)境參數(shù)模擬量輸入選擇EM231CN擴(kuò)展模塊，該模塊具有4路模擬量輸入點(diǎn)。81根據(jù)對(duì)豬舍環(huán)境參數(shù)采集及控制過程中所需操作的基于組態(tài)王的生豬數(shù)字化環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)可以精確采集溫濕度等環(huán)境參數(shù)，實(shí)現(xiàn)適宜生豬生長(zhǎng)的外部環(huán)境精確控制，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)超過設(shè)定環(huán)境參數(shù)值報(bào)警功能，避免意外情況的發(fā)生。基于RFID的生豬精細(xì)養(yǎng)殖與管理系統(tǒng)平臺(tái)標(biāo)簽?zāi)軌驕?zhǔn)確快速地識(shí)別，體重測(cè)量誤差能控制在±0.2Kg，飼料重測(cè)量誤差在±0.1Kg，環(huán)境參數(shù)能夠?qū)崟r(shí)采集并上傳、顯示，無論是由硬件采集的數(shù)據(jù)還是由用戶錄入的管理數(shù)據(jù)都能正確歸檔。硬件結(jié)構(gòu)及組網(wǎng)合理，數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定，軟件各部分功能可以正常實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行流暢。8221環(huán)境監(jiān)控設(shè)備實(shí)物圖83環(huán)境監(jiān)控設(shè)備實(shí)物圖22豬舍環(huán)境因素對(duì)生豬生長(zhǎng)的影響豬舍內(nèi)的溫度影響生豬的能量需要和采食量，為了保證豬群正常的生長(zhǎng)發(fā)育和生產(chǎn)性能，需要給豬群提供適宜的溫度條件。不同生長(zhǎng)階段的生豬對(duì)溫度有不同的要求，適宜豬生長(zhǎng)發(fā)育的溫度稱為舒適溫度。1.溫度84豬舍環(huán)境因素對(duì)生豬生長(zhǎng)的影響豬舍內(nèi)的溫度影階段體重（kg）最低臨界溫度（℃）最高臨界溫度（℃）新生仔豬0.90-1.8036.037.7哺乳仔豬1.80-5.4530.336.0保育仔豬5.45-20.426.332.0生長(zhǎng)豬20.4-591927.5肥育豬59-10916.224.7豬在不同年齡不同體重階段下的等熱區(qū)當(dāng)溫度在20-28℃之間，豬舍內(nèi)的溫度每下降1℃，生長(zhǎng)育肥豬每天需要增加能量209.2千焦。在12-20℃，每降低1度，每天需要增加能量418.4千焦以上。這意味著每降低1℃每頭豬每天要多消耗15-33克的飼料。85階段體重（kg）最低臨界溫度（℃）最高臨界溫度（℃）新生仔豬2.濕度舍內(nèi)空氣的相對(duì)濕度對(duì)豬的影響，與環(huán)境溫度有密切關(guān)系。無論是幼豬還是成年豬，當(dāng)其處在舒適溫度范圍內(nèi)時(shí)，相對(duì)濕度從45%升到80%或95%時(shí)對(duì)生豬的生產(chǎn)性能基本無影響。生豬的適宜濕度范圍為60%~80%，試驗(yàn)表明，溫度在16~23℃，相對(duì)濕度在65%~85%的環(huán)境下最適合豬只生長(zhǎng)。862.濕度舍內(nèi)空氣的相對(duì)濕度對(duì)豬的影響，與環(huán)境3.有害氣體（1）氨氣氨氣主要來自于糞便的分解氨易溶于水，豬舍中的氨氣常被溶解或吸附在潮濕的地面、墻壁和豬黏膜上。氨氣能刺激黏膜，引起黏膜充血、喉頭水腫、支氣管炎，嚴(yán)重時(shí)引起肺水腫、肺出血。豬舍內(nèi)氨氣濃度不能超過26ppm。如果超過100ppm，豬日增重減少10%，飼料利用率降低18%，氨氣過于超標(biāo)可導(dǎo)致生豬死亡。873.有害氣體（1）氨氣氨氣主要來自于糞便的（2）二氧化碳二氧化碳主要來源是舍內(nèi)豬的呼吸，濃度不能超過1500ppm，否則發(fā)生舍內(nèi)缺氧情況，使豬精神不振，食欲減退，影響增重。（3）硫化氫硫化氫主要由含硫物分解而來，產(chǎn)生自豬舍地面，且比重較大，越接近地面，濃度越大。硫化氫主要刺激黏膜，引起眼結(jié)膜炎、鼻炎、氣管炎，以至肺水腫。豬舍內(nèi)硫化氫濃度不能超過10ppm，超標(biāo)時(shí)，可以直接抑制豬呼吸中樞，使豬窒息而死。88（2）二氧化碳二氧化碳主要來源是舍內(nèi)豬的呼吸現(xiàn)場(chǎng)儀表的選擇現(xiàn)場(chǎng)儀表的選擇原則

（1）根據(jù)養(yǎng)殖場(chǎng)實(shí)際情況，選擇性價(jià)比高的儀表產(chǎn)品。（2）由于豬只適應(yīng)的環(huán)境有一定的變化范圍，不需要選擇精度很高的儀表。（3）根據(jù)舍內(nèi)的各環(huán)境因子參數(shù)實(shí)際值選擇合適量程的儀表，提高檢測(cè)數(shù)值的精確度。（4）根據(jù)舍內(nèi)環(huán)境狀況選擇儀表。（5）舍內(nèi)環(huán)境惡劣，必須選擇可靠性高且易于維護(hù)的儀表。89現(xiàn)場(chǎng)儀表的選擇現(xiàn)場(chǎng)儀表的選擇原則（1）根據(jù)養(yǎng)殖場(chǎng)實(shí)際情況（1）溫濕度傳感器選用JWSL-2型壁掛式溫濕度變送器。溫度量程為0～60℃，精度為±0.5℃。濕度量程為0~100％，精度為±2％，輸出信號(hào)采用兩線制電流輸出型4~20mA的電流信號(hào)。90（1）溫濕度傳感器選用JWSL-2型壁掛式溫（2）光照傳感器選用ZD系列壁掛式照度變送器，其測(cè)量范圍0~10000Lux，測(cè)量精度±7%，輸出信號(hào)采用兩線制電流輸出型4~20mA的電流信號(hào)。91（2）光照傳感器選用ZD系列壁掛式照度變送器（3）氨氣、硫化氫傳感器選用的BMG800系列智能氣體變送器，氨氣測(cè)量范圍0～100ppm，精度為±3％，響應(yīng)時(shí)間為30秒；硫化氫測(cè)量范圍0～100ppm，精度±3％，響應(yīng)時(shí)間為45秒，輸出信號(hào)4~20mA的電流信號(hào)。92（3）氨氣、硫化氫傳感器選用的BMG800系（4）CO2傳感器選用JQAW-4系列壁掛式CO2變送器，測(cè)量范圍為0~2000ppm，精度士40ppm，輸出信號(hào)采用三線制電流輸出型4~20mA。93（4）CO2傳感器選用JQAW-4系列壁掛式C環(huán)境調(diào)控技術(shù)1.通風(fēng)方式設(shè)計(jì)自然通風(fēng)設(shè)計(jì)機(jī)械通風(fēng)設(shè)計(jì)2.加熱與降溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)濕簾降溫系統(tǒng)噴霧降溫系統(tǒng)94環(huán)境調(diào)控技術(shù)1.通風(fēng)方式設(shè)計(jì)自然通風(fēng)設(shè)計(jì)機(jī)械通風(fēng)設(shè)計(jì)2現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器件的選擇（1）風(fēng)機(jī)選用無錫先鋒風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的T40型軸流通風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)具有高效率、低噪音、節(jié)能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、安裝方便等特點(diǎn)，風(fēng)量范圍為0.16~16.21m3/s，全壓為32~476Pa。95現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器件的選擇（1）風(fēng)機(jī)選用無錫先鋒風(fēng)（2）空調(diào)選用美的公司的KFR-61LW/DY-J(E5)大型立式空調(diào)，是對(duì)空氣的濕度、溫度進(jìn)行處理，滿足人們生產(chǎn)、生活需要的設(shè)備。此處空調(diào)主要作為備用機(jī)構(gòu)，當(dāng)PLC發(fā)出警報(bào)，工作人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況使用空調(diào)。96（2）空調(diào)選用美的公司的KFR-61LW/DY-J（3）降溫濕簾選用廣州市益源通風(fēng)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的濕簾降溫系統(tǒng)。它采用波紋紙?zhí)厥馓幚?，具備耐腐蝕，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，使用周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。可以保證整個(gè)濕簾墻均勻淋透。因此濕簾降溫是一種高效經(jīng)濟(jì)的降溫方式。97（3）降溫濕簾選用廣州市益源通風(fēng)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的濕（4）紅外加熱燈選用深圳市東龍科技有限公司的2000W的加熱燈。該紅外加熱燈用于豬舍加熱，當(dāng)舍內(nèi)外溫度相差較小時(shí)，啟動(dòng)紅外加熱燈升溫能夠起到節(jié)能的作用。98（4）紅外加熱燈選用深圳市東龍科技有限公司的2000現(xiàn)場(chǎng)儀表的標(biāo)定本系統(tǒng)使用EM231模擬量輸入模塊采集豬舍環(huán)境因子數(shù)據(jù)，該模塊電流輸入量程范圍為0~20mA，對(duì)應(yīng)數(shù)字量量程為0~32000。由于豬舍實(shí)際環(huán)境比較復(fù)雜情況，變送器儀表在使用時(shí)必須先標(biāo)定，使現(xiàn)場(chǎng)控制器采集的環(huán)境因子量更接近實(shí)際值。99現(xiàn)場(chǎng)儀表的標(biāo)定本系統(tǒng)使用EM231模擬量輸根據(jù)儀器儀表可知，采集到的數(shù)字量與實(shí)際物理量轉(zhuǎn)換存在線性關(guān)系：其中k為比例系數(shù)，b為增益，x為EM231模塊采集到的數(shù)字量，y為實(shí)際物理量。傳感器儀表的標(biāo)定的方法有兩種。100根據(jù)儀器儀表可知，采集到的數(shù)字量與實(shí)際物理量本系統(tǒng)使用溫濕度變送器為JWSL-2系列，該變送器溫度量程為0~60℃，對(duì)應(yīng)的電流輸出為4mA~20mA，對(duì)應(yīng)的數(shù)字量量程為6400~32000。由此可知實(shí)際溫度0℃對(duì)應(yīng)數(shù)字量為6400，60℃對(duì)應(yīng)數(shù)字量為32000。（1）根據(jù)傳感器儀表輸出量程進(jìn)行標(biāo)定101本系統(tǒng)使用溫濕度變送器為JWSL-2系列，該（2）根據(jù)豬舍現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際溫度進(jìn)行標(biāo)定根據(jù)養(yǎng)豬場(chǎng)養(yǎng)殖經(jīng)驗(yàn)豬舍溫度應(yīng)控制在16℃~26℃。本標(biāo)定方法為測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)十組數(shù)據(jù)x13290136801381614281145251487415313153851589016194y16.417.618.019.520.321.222.123.024.625.5將數(shù)據(jù)分別代入公式求出k1，k2，k3，k4，…，k9，k10和b1，b2，b3，b4，…，b9，b10，然后對(duì)k，b求平均值。102（2）根據(jù)豬舍現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際溫度進(jìn)行標(biāo)定根據(jù)養(yǎng)豬場(chǎng)根據(jù)豬舍現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際溫度標(biāo)定根據(jù)傳感器儀表輸出量程標(biāo)定豬舍現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較差與理想狀態(tài)相差甚遠(yuǎn)，因此第二種標(biāo)定方法更切合實(shí)際。本系統(tǒng)均采用第二種標(biāo)定方法，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行標(biāo)定。根據(jù)標(biāo)定的得到的線性關(guān)系，在PLC中編寫相應(yīng)的子程序。（理想狀態(tài)下的標(biāo)定，不考慮實(shí)際環(huán)境）（考慮實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素，用實(shí)際的測(cè)量值來標(biāo)定）103根據(jù)豬舍現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際溫度標(biāo)定根據(jù)傳感器儀表輸出量程標(biāo)定畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)生豬環(huán)境系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的非線性、時(shí)變、大延遲的系統(tǒng)，很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，即使用經(jīng)典控制理論還是用現(xiàn)代控制理論都很難取得好的控制效果。而根據(jù)模糊控制的特點(diǎn)，它不需要建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，且系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，適合于非線性、時(shí)變或滯后系統(tǒng)的控制。對(duì)生豬舍內(nèi)環(huán)境系統(tǒng)采用模糊控制是非常合適的。

算法設(shè)計(jì)104畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)生豬環(huán)境系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的非線性、時(shí)變模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心，存放的是由規(guī)則導(dǎo)出的模糊控制算法，一般由計(jì)算機(jī)程序或硬件實(shí)現(xiàn)。模糊控制器結(jié)構(gòu)圖105模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心，畜禽養(yǎng)殖舍的控制系統(tǒng)是一個(gè)多輸入多輸出的系統(tǒng)，生豬的生長(zhǎng)環(huán)境中要控制的因子很多，如溫度、濕度、光照強(qiáng)度、風(fēng)速、有害氣體濃度等，而且彼此相互關(guān)聯(lián)，所以單一對(duì)某個(gè)參數(shù)進(jìn)行控制都不能達(dá)到很好的效果。由于溫度、濕度對(duì)生豬的生長(zhǎng)來說是最重要的環(huán)境因子，本文設(shè)計(jì)一個(gè)二輸入三輸出的模糊控制器，對(duì)其進(jìn)行模糊控制。106畜禽養(yǎng)殖舍的控制系統(tǒng)是一個(gè)多輸入多輸出的系統(tǒng)，生豬的豬舍溫濕度模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在實(shí)際應(yīng)用過程中通過查詢模糊控制表，就可以由當(dāng)前時(shí)刻輸入變量的量化值(不是模糊集)，便直接求出輸出變量的量化值，從而達(dá)到環(huán)境控制系統(tǒng)快速實(shí)時(shí)控制。107豬舍溫濕度模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在實(shí)際應(yīng)用過程中通過查e2e1-4-3-2-101234-4-3-2-101234000022222000022222000022233000023344000033344111233344111233355222333456222345566通風(fēng)機(jī)通風(fēng)時(shí)間模糊控制表風(fēng)機(jī)開啟一次時(shí)間最長(zhǎng)為15分鐘108e1-4-3-2-10e1e2-4-3-2-101234-4-3-2-101234433210000332210000321110000311