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(nóng)業(yè)溫室環(huán)境的高科技智能”溫室。智能溫室的控制一般由信號采集系統(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(nóng)業(yè)技術，它是在普通日光溫室的基礎上，結(jié)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(nóng)業(yè)工程技術人員在吸收發(fā)達國家高科技溫室生產(chǎn)技術的基礎上，對溫室溫度、濕度、C02&度和光照等環(huán)境因子控制技術的研究

2、，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)。4、時延。

3、對于外界所施加的作用，溫室系統(tǒng)并不立即響應，而是經(jīng)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(jīng)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，也沒有必要將各種參數(shù)進行精確控制。2

4、.2 系統(tǒng)總體設計思路2.2.1 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。2.2.2 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：即工作人員不在現(xiàn)場

5、，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2.2.3 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(zhuǎn)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(jīng)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(jīng)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(zhuǎn)化為電壓信號。經(jīng)過運算放大器組成的信號處理電路換成壓平轉(zhuǎn)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)境超過了設定的圍上下限值，PLC就輸

6、出指令，控制接通相應的設備。當溫室環(huán)境條件在設定圍，PLC就輸出指令，切斷設備電源。如圖2-1所示。埔蛆.如阻.科光.卻id假事溫魔，看度”甩度C?<K漱度傳嬴照發(fā).e-.用機.電瞳腳.酒光布.co；林r陶圖2-1系統(tǒng)的工作原理圖2.3 系統(tǒng)總體設計方案2.3.1 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所示控制系統(tǒng)圖2-2豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)組成2.3.2 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(qū)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

7、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(chǎn)生很大的感應電流。會對電路中的電機產(chǎn)生大的危害。系統(tǒng)具體硬件接線圖如圖2.3.2所示。QO.0啟動按鋁Il0RIClp-OHHEj座簾正轉(zhuǎn)rhFh!C普向反轉(zhuǎn)停止螭山加QI2R404n-CZHF遇境傳感累IE2，濕度傳呼器光陰傳感器8漱度傳骷BI10.3IflL410.5Q0.4Q0.5-S.5.機C5件勵犯;COICCMQ0.7圖2.2.2豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)硬件接線圖2.3.3 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(chǎn)的產(chǎn)品，具在生產(chǎn)、調(diào)

8、試、應用、服務等方面都有一套完備的標準，所以產(chǎn)品質(zhì)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。2.3.3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2.2.3a所示設備說明數(shù)量設備說明數(shù)量啟動開關1電源指示燈1停止開關鼓風機1卷簾電機開關1輝溉水泵1co。補氣開關1c小補氣電磁他i1埴風電機開關1卷簾電機1噴灌泵開關1紫外燈1

9、總計6總計6表223aI/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2.2.3b所示輸入輸出招動按鈕SB110.0天密正轉(zhuǎn)Q0.0傳止按鈕卿10,1天前反轉(zhuǎn)Q0.1溫度傳感器10.2卷簾電機正轉(zhuǎn)卿,2濕度傳感器10.3卷簾電機反轉(zhuǎn)00.3光照傳感罌10.4風機系統(tǒng)也4CP濃度傳感器10.5供翱系統(tǒng)Q0.5補光設備00.6CO1卜氣閥Q0.7表223b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維度均為模擬量，所

10、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：主電路春雷電機旗風電機逼用電機停%水裊圖2.4主電路設計圖2.5控制電路原理圖如圖2.5所示：機灌溉水泉52電函同圖2.5控制電路原理圖KV州皿遂爭第三章豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)設計與仿真3.1 豬舍溫濕環(huán)境智能控制系統(tǒng)設計3.1.1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(jié)果輸出，如果比較結(jié)果高于設定值，則控制打開通風窗或風機，比較結(jié)果

11、等于設定結(jié)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PLCa其與設定的光照強度進行比

12、較，再將其比較結(jié)果送到執(zhí)行機構(gòu)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。1、圖3.1.2a主控模塊流程圖溫度控制當系統(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(jié)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

13、時就會關閉供熱系統(tǒng)或通風簾。其工作流程圖如圖2、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(jié)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。具工作流程圖如圖3.1.2c所示圖3.1.2c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