基于PLC的智能温室控制系统的设计
摘要：温室环境系统是一个非线性、时变、滞后复杂大系统，难以建立系统的数学模型，采用常规的控制方法难以获得满意的静、动
态性能。根据温室环境控制的特点，设计了一个基于PLC的智能温室控制系统。
关键谝：PLC；智能控制：温室控制
智能温室系统是近年逐步发展起来的一种资源节约型高
效设施农业技术。本文在吸收发达国家高科技温室生产技术
的基础上，对温室温度、湿度、CO，浓度和光照等环境因子控
制技术进行研究，设计了一种基于PLC的智能温室控制系统。
1智能温室控制算法的研究
1．1温室环境的主要特点
温室环境系统是一个复杂的大系统，建立精确的控制模
型很难实现。由于作物对环境各气候因子的要求并不是特别
的精确，而是一个模糊区间，比如作物对温度的要求，只要温
度在某一时间段在某一区间内，该作物就能很好地生长，因
此，也没有必要将各种参数进行精确控制。温室气候环境作
为计算机控制系统的控制对象，有以下特点：非线性系统、分
布参数系统、时变系统、时延系统、多变量藕合系统。
1．2智能温室控制对象微分方程
智能温室温度微分方程为：
式中，为智能温室的放大系数；为智能温室的时间常数；
为智能温室内外干扰热量换算成送风温度的变化量；为智
能恒温室室内温度。
2系统总体结构与硬件设计
2．1系统总体结构
2．1．1控制系统设计目标
温室控制系统是依据室内外装设的温度传感器、湿度传
感器、光照传感器、CO，传感器、室外气象站等采集或观测的
温室内的室内外的温度、湿度、光照强度、CO，浓度等环境参
数信息，通过控制设备对温室保温被、通风窗、遮阳网、喷滴灌
等驱动／执行机构的控制，对温室环境气候和灌溉施肥进行
调节控制以达到栽培作物生长发育的需要，为作物生长发育
提供最适宜的生态环境，以大幅度提高作物的产量和品质。
2．1．2控制模式
以时间为基准的变温管理。根据一天中时间的变化实行
变温管理，根据作物的生长需要将l天分成4个时间段，4个时
间段中根据不同的控温要求对温室进行控制。1天中4个时间
段的分段方法用户可以灵活的更改，而且4个时间段中的温度
设定值用户也可以设定修改。
不同季节的控制模式不同，只是自动控制系统启动的调
节机构不相同，但不同季节的控制目的是相同的，即将环境参
数调控到设定的参数附近。随着季节的变化，以及随作物生
长阶段的变化，各时间段所需要的温度也是变化的，这时可通
过修改设定温度值来调整温室的温度控制目标。
2．1-3控制方案
本系统采用自动与手动互相切换控制两种方式来实现对
温室的自动控制，提高设备运行的可靠性。在运行时可通过
按钮对这两种控制方式进行切换。手动控制简单可靠，由继
电器、接触器、按钮、限位开关等电气元器件组成。自动控制
模式采用计算机自动控制。通过传感器对环境因子进行监测，
并对其设定上限和下限值，当检测到某一值超过设定值，便发
出信号自动对驱动设备进行开启和关闭，从而使温室环境因
子控制在设定的范围内。其运行成本较低，可大大节约劳动
力，降低劳动者的劳动强度。
2．2系统的硬件组成
为了实现智能温室的环境监控，本设计建立了温室环境
控制参数的长时间在线计算机自动控制系统。实现了温室内
温度、湿度、CO，浓度、光照强度等参数的长期监测。并可根据
智能温室温湿度的需求，对天窗、侧窗、降温湿风扇、风机、湿
帘、内外遮阳网等设备自动控制。采用计算机作为上位机安装
有组态t6．02监控软件，能将数据汇总、显示、记录、自动形成
数据库，并实现了温室调控设备的自动设置与远程监控。为了
确保系统的可靠性，温室设备的控制采用手动／自动切换方
式，即在某些特殊情况下系统可以切换成手动，使用灵活方
便。
3系统的软件设计
3．1温室控制系统PLC软件的设计
根据基本要求和技术要求列出以下几点：(1)防止接点误
动作：可利用自锁电路加以解决；(2)系统自诊断功能：PIG本
身具有此项功能；(3)风机控制：温室设有一组风机，能同时启
动与停止，当温室内的温度超出预定值时，受PLC的控制先是
4个侧窗自动打开，延时5s后风机启动，再延时5s后湿帘水泵
启动，从而使温室的温度降低；(4)侧窗控制：温室中设有4个
侧窗，侧窗受电机控制，通过电机限位的设定来控制侧窗行
程。解决方法类似上一点，但考虑到程序的精炼性，可配合
PGI的中断功能命令加以解决；(5)系统自动／手动控制：可利
用一个开关量作为PLC的输入信号，实现控制程序的转换；
(6)湿帘泵控制；(7)遮阳网控制；(8)CO，补气(控制；(9)补光灯控制；(1O)可扩展性：在PLC中预留一定的存
储空间和端口即可解决。
3．2控制系统软件设计
系统中对风扇、天窗、侧窗、环流风机、遮阳幕和湿帘泵的
控制是通过PLC发出开关指令，通过交流接触器控制相关机
构的启停。由于PLC检测系统具有较高的灵敏度，能够把温
室内的扰动快速反应出来，同时由于温室较大的传递滞后，执
行机构动作频繁，从而影响使用寿命。为此，在程序中加有时
间可调的延时模块，使用时可根据具体情况调整延时，使控制
效果达到最佳。
3．3系统的组态监控软件的设计
组态软件是可从可编程控制器以及各种数据采集卡等设
备中实时采集数据，然后发出控制命令并监控系统运行是否正
常的一种软件包。其主要功能如下：
(1)远程监视功能。它可以通过通讯线远程监视多座温
室的当前状态，包摇‘户外温度、光照强度、风速、风向、雨雪信
号、室内温度、室内湿度、控制器温度、三组独立通风窗的位置
和开关状态、内外遮阳幕的位置和开关状态以及一级二级风
扇、湿帘、微雾、加热器、环流风扇、补光灯、C0，补气阀、水暖
三通阀的状态和多种形式的报警监视，还能监视各灌溉阀的
照强度、风速、室内温度、室内湿度、CO，浓度、水暖温度等全
月的、全周的、全日的和本时段的最大值、最小值和平均值。
(3)温室设备运行记录功能。它能在线记录各温室设备
状态变化时的时间、当前状态和位置、当前目标温度、室内温
度、目标湿度和室内湿度，并能打印输出。
(4)远程设定功能。可以通过通讯线远程修改可编程控
制器的全部设定参数。
(5)生成曲线图功能。它能以平面图或立体图的方式同
时绘制任意时刻的户外温度、光照强度、风速、目标温度、室内
温度、目标湿度、室内湿度、CO，浓度、水暖温度等全年的、全
月的、全周的、全日的变化曲线并打印输出。
4结语
本文通过分析温室执行机构的相应动作对环境因子的影
响，将可编程控制技术、变频技术、组态监控技术和传感器技
术应用于温室控制系统的设计，开发了基于PLC的智能温室
控制系统。圜
状态
(2)数据统计功能。它可以统计任意时刻的户外温度、光[2]
。
它可以统计任意时刻的户外温度、光
14O
[参考文献】
邓璐娟，张侃谕，龚幼民．智能控制技术在农业工程中的应
用．现代化农业，2003(12)：1～3
申茂向等．荷兰设施农业的考察与中国工厂化农业建设的思
考．农业工程学报，2000，16(5)
一、应用概述
在信息化程度越来越高的今天，担当信息处理与交换重任的机房是整个信息网络工程的
数据传输中心、数据处理中心和数据交换中心。为保证机房设备正常运行及工作人员有一个
良好的工作环境，对机房温湿度的监测是必不可少的，合理正常的温湿度环境是机房设备正
常运行的重要保障。
计算机机房场地的要求主要依据国家标准《GB2887—89计算场地技术条件》、
《GB9361—88计算场地安全要求》和《GB50174—93电子计算机机房设计规范》。随着计算
机技术的不断发展和计算机系统的广泛使用，机房环境必须满足计算机设备对温度、湿度等
技术要求。
机房的温度和湿度作为计算机设备正常运行的必要条件，我们必须在机房的合理位置安
装温湿度传感器，以实现对温度、湿度进行24小时实时监测，并能在中控室的监测主机上实
时显示各个位置的温湿度测量值。一旦数值出现超出预设温湿度上下限，在监测主机上可以
通过改变相应位置数值颜色来报警。为在总体上监视整个机房的温度，湿度状况，可在新风
机的进风口和主空调机的回风口，分别安装温湿度变送器来检测温度和湿度。
温湿度监测除用于机房监测外，还可以广泛应用于如生物制药、无菌室、洁净厂房、电
信银行、图书馆、档案馆、文物馆、智能楼宇等各行各业需要温湿监测的场所和领域。
二、应用方案特点
☆ 采用高性能温湿度变送器，准确度和稳定性能高。
☆ 采用数字信号传输，布线方便，信号传输距离远。
☆ 开放式通讯规约，系统扩展方便。
☆ 组态软件界面，系统稳定性有保障。
☆ 软件功能丰富、实用，方便维护及功能升级。
三、系统硬件配置
1、上位机硬件要求：
① Microsoft Windows 2000（中文版）或Windows XP操作系统（中文版）。
② IBM PC及其兼容机，奔腾500MH以上CPU，64 M以上内存。
③ 10G以上硬盘，200M以上自由硬盘空间。
④ SVGA显卡PCI或AGP显卡，16M以上显存
2、现场硬件配置:
① RS485/232转换模块
② JCJ100N数字式温湿度变送器
③ 交直流电源转换器220VAC/12VDC 2A 或现场提供12DC/2A直流电源
四、系统结构
①系统采用COM1串口接RS485/232转换器实现数据的采集。
②系统通讯方式：RS485/232，二线制Data+,Data-，波特率：9600BPS
③工作电压：220VAC±10%，或12VDC±10% 2A
④系统结构图如下
五、系统配置说明
1、JCJ100N数字温湿度变送器
JCJ100N数字温湿度传感器采样卡具有十位双通道逐次逼近式A/D转换器，标准RS-232或
485通信接口。本品采用递推平均数字软件滤波与硬件电路滤波相结合的滤波方法，使外界对
采样的干扰尽可能降到最低，全量程精度高、稳定性能强、一致性好、响应速度快。JCJ100N
通过标准485串行接口可与计算机组成多点温湿度测量系统（最多可连接32台数字温湿度变送
器）。
主要参数说明：
☆ 工作电压：12V～24VDC
☆ 测温范围：0～50℃ -20～60℃ -40～80℃，其它注明。
☆ 准 确 度：优于±0.5℃(0～50℃)
☆ 测湿范围：0～100%RH
☆ 准 确 度：±3%RH（20%～90%RH，23℃）；±2%RH（20%～90%RH，23℃）
☆ 信号输出：标准RS485接口
☆ 地址设定：内置拨码开关，可设32个地址位（十六进制00～1F）
2、组态软件说明
九纯健科技温湿度监测软件以最新世纪星7.10标准版组态软件软件为运行平台，这为软件长
期稳定的运行提供了保证，是一款功能丰富、性能稳定的温湿度监测软件。软件主要功能如
下：
即装即用：软件安装方便，直接点击“Setup.exe”运行完成安装，无需其它设置，即可
使用，真正的即装即用。
多种界面：具有实时数显、实时曲线、历史曲线、数据报表、组态报表等多种数据显示方
式。
组态灵活：画面、文字及曲线根据测量需要，灵活组态，画面具体生动。
数据存储：数据自动存储、数据导出（另存）Excel。
数据打印：支持报表打印、历史曲线打印及在Excel里打印。
数据查询：通过输入查询时间，即可查询所需被测点对应时间内的数据记录和曲线记录。
监测报警：当监测数值达到报警条件时，以改变相应数据颜色方式发出警报。
稳定准确：软件运行稳定，抗干扰能力强，数据采集准确度高，满足高标准数据监测要
求。
传统养殖的产量已经不满足现在的需求，新型的养殖方式是提高产量的必经之路，而且孵化器则是现代化禽类养殖设备中的重要设备之一。
在孵化器孵化蛋的时候，温度和湿度是两个重要的因素。这里以鸡蛋孵化为例，鸡蛋刚孵化时，蛋内充满了各种液体包括水分。在孵化过程中，鸡蛋会通过蛋壳的孔慢慢失去一些水分。鸡蛋损失的水分取决于外部湿度。当鸡蛋失去一些水分时，鸡蛋内部会形成一个气囊，气囊会决定小鸡孵化的品质，如果气囊太小，小鸡会在穿过蛋壳时窒息淹死;如果气囊太大，则会导致小鸡孵化出来的体积太小，如果气囊的大小合适，那么孵化的成功率会达到最大。
孵化器的湿度范围，在孵化期刚开始湿度在50%RH左右，在三周后，湿度大概到60-75%RH，最后出售期，湿度大概是25%RH。根据温湿度传感器的检测数据，对鸡舍进行的温湿度控制，选择开关除湿器、增温设备等。
温湿度传感器
1、张会新，龚进，樊姣荣，等． 分布式数字无线测温系统[J]． 化工自动化及仪表，2011，38 ( 12) : 1493 ～ 1495． ．中国知网[引用日期2017-12-20]
2、 赵科,李常贤,张彤.基于STM32的无线温湿度控制器[J].化工自动化及仪表,2015,42(06):629-633. ．中国知网[引用日期2017-12-20]
温湿度控制器主要由传感器、控制器、加热器三部分组成，其工作原理如下：传感器检测箱内温湿度信息，并传递到控制器由控制器分析处理：当箱内的温度、湿度达到或超过预先设定的值时，控制器中的继电器触点闭合，加热器接通电源开始工作，对箱内进行加热或鼓风等;一段时间后，箱内温度或湿度远离设定值，控制器中的继电器触点断开，加热或鼓风停止。
随着工业的发展，对现场温湿度控制的要求越来越高，传统的模拟开关控制已经很难满足生产要求，因此设计更加可靠、智能的无线温湿度控制器将具有较高的经济效益和实用价值。无线温湿度控制器是一种集温湿度信号采集、数据存储、无线收发、控制及通信等功能于一体的新型控制器 。
对于有害及危险等人类难以或无法到达的工作现场，通过设计无线温湿度控制器对生产现场的温湿度进行采集、控制和记录，可达到可靠生产、提高产品质量的目的。
另外，由于工业现场空间较大，温湿度又是非线性、纯滞后和大惯性的被控量，因此采用从机分布控制与主机集中控制相结合的方式进行现场温湿度控制，即通过多点从机进行温湿度采集和控制，采用无线模块将信息传送到中心主机，中心主机通过无线通信向各从机传送给定值和控制参数，主机可进行监控。
参考资料来源：百度百科-温湿度控制器
