室内湿度自动控制装置的研究论文

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)

自动控制技术是能够在没有人直接参与的情况下，利用附加装置（自动控制装置）使生产过程或生产机械（被控对象）自动地按照某种规律（控制目标）运行，使被控对象的一个或几个物理量（如温度、压力、流量、位移和转速等）或加工工艺按照预定要求变化的技术。它包含了自动控制系统中所有元器件的构造原理和性能，以及控制对象或被控过程的特性等方面的知识；自动控制系统的分析与综合；控制用计算机（能作数字运算和逻辑运算的控制机）的构造原理和实现方法。自动控制技术是当代发展迅速，应用广泛，最引人瞩目的高技术之一；是推动新的技术革命和新的产业革命的核心技术；是自动化领域的重要组成部分。自动控制技术有很强的应用背景，无论是在炼钢、轧钢、化工、石油、电力等工业上，或是造纸、纺织、皮革和食品等工业上；无论是在航空、航海、汽车和铁路运输工业和国防工业上，或是图书资料的管理、实验室技术设备上都得到广泛应用。自动控制技术对导弹和人造地球卫星是非常重要的，对于研究原子能的应用，研究飞机和导弹的空气动力和结构强度也是有用的。没有应用背景的“控制理论”就缺乏生命力。如何巧妙地运用控制的基础理论来解决实际问题是和研究控制理论本身不同的另一种创造性工作。近年来自动控制技术发展迅猛，特别是计算机技术、网络和通信技术发展的突飞猛进，使人们籍助于许多使能技术的进步和一些开发工具的扩大，将人们构思的自动操作得以付诸实现。如网络控制技术、可编程控制器等均属于自动化控制技术中的使能技术。自动控制技术正向着网络化、集成化、分布化、节点节能化的方向发展。自动控制技术领域为广大用户提供的科学数据主要包括自动控制理论和方法、自动控制系统、控制软件技术、自动控制设备、可靠性技术、功能安全技术等6个数据集。自动控制理论与方法数据集：主要包括自动控制的基本理论，其中包含决策分析和博弈、多级递阶和分散控制、稳定性和鲁棒性、决策支持系统、自适应、自学习、自校正等数据。系统的建模与仿真、图像处理与模式识别、智能计算与控制均有大量基础数据。并且提供了自动控制最新理论与方法，其中包含基于网络的控制、对象模型不确定系统和鲁棒性、协调控制相关数据。自动控制系统数据集：主要包括自动控制系统体系结构，技术规范，系统集成及典型系统——分布式控制系统（DCS）、基于现场总线的控制系统（FCS）、可编程自动化系统（PAC）、数据采集和监督控制系统（SCADA）相关数据，在典型系统中我们采集了每个系统的应用实例及一些国际知名厂商的典型产品，为用户提供最新、优质、全面、可靠的技术规范。控制软件技术数据集：包括了常规PID控制和先进控制软件：多变量模型预测控制、专家系统、模糊控制及人工神经网络控制组态软件相关基础数据。详细介绍了制造执行系统MES，包含制造执行系统概述、制造执行系统有关的国际标准、实用的制造执行系统软件等数据。自动控制设备数据集：包括可编程序控制器、嵌入式控制器、工业控制计算机、分布式I/O、变频驱动器以及运动控制和伺服控制设备的体系结构、性能参数、技术参数及工业控制用编程语言，并且提供典型产品的基础数据。可靠性技术数据集：包括可靠性概述、可靠性有关国际标准、故障诊断、可靠性设计数据，为技术人员进行产品设计提供重要参考数据。功能安全技术数据集：包括其基本概念、电气/电子/可编程电子安全以及行业适用的功能安全国际标准及风险评价、安全性设计、网络通信安全等数据。自动控制的原理和方法，自动化单元技术和集成技术及其在各类控制系统中的应用。它以自动控制理论为基础，以电子技术、电力电子技术、传感器技术、计算机技术、网络与通信技术为主要工具，面向工业生产过程自动控制及各行业、各部门的自动化。它具有“控（制）管（理）结合，强（电）弱（电）并重，软（件）硬（件）兼施”鲜明的特点，是理、工、文、管多学科交叉的宽口径工科专业。学生在毕业后能从事自动控制、自动化、信号与数据处理及计算机应用等方面的技术工作。就业领域也非常宽广，包括高科技公司、科研院所、设计单位、大专院校、金融系统、通信系统、税务、外贸、工商、铁道、民航、海关、工矿企业及政府和科技部门等自动控制技术是对设备进行技术改造和推动技术发展的重要手段，在科研、生产乃至家庭生活等各个领域得到了广泛的应用。.在工农业生产和日常生活中，自动控制的例子是很多的。工业生产设备的自动化，可以改善劳动条件，增加产量，提高质量，提高企业的经济效益；军事装备的自动化，可以提高武器的精度、速度和战术技术性能；在许多人们无法接近的场合，自动控制将是解决问题的惟一的技术手段。近年来，随着电子元器件和电路技术的迅速发展，尤其是计算机技术的推广应用，为自动控制技术的发展增添了新的活力。为了普及自动控制知识，满足技术革新和技术改造以及自动控制人员岗位培训的需要本书主要讲述自动控制电路的设计、制作与调试，从基本知识讲起，介绍自动控制系统的基本组成、常用传感器、基本单元电路和终端执行机构等的原理和应用技术。在此基础上，介绍自动控制电路的一般设计思路、分析方法；以及设计自动控制电路时应注意的问题。最后详细讲解温度自动控制、灯光自动控制、时间自动控制、液位自动控制、湿度自动控制等自动监控类电路的特点、原理、识图方法以及实例分析。学习这些典型实例，可以开拓读者的设计思路，从中得到启发，并可作为实际制作时的参考。.自动化控制（automation control ），广义来说，通常是指不需借着人力亲自操作机器或机构，而能利用动物以外的其他装置元件或能源，来达成人类所期盼执行的工作。更狭义地说即是以生化、机电、电脑、通讯、水利、蒸汽等科学知识与应用工具，进行设计来代替人力或减轻人力或简化人类工作程序的机构机制，皆可称之。自动控制是相对人工控制概念而言的。指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。自动控制是工程科学的一个分支。它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。基础的结论是由诺伯特·维纳，鲁道夫·卡尔曼提出的。

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

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]

一种可同时对温度、湿度信号进行测量控制的仪器，并实现液晶数字显示，还可通过按键对温、湿度分别进行上、下限设置和显示，从而使仪表可以根据现场情况，自动启动风扇或加热器，对被测环境的实际温、湿度自动调节。

动作指示通过两常开触点输出，真正使仪表实现了智能化更能适应复杂多变的现场情况，从而达到有效的保护设备的目的。

温湿度控制器主要分为：普通型系列和智能型系列两种。

普通型温湿度控制器：采用进口高分子温湿度传感器，结合稳定的模拟电路及开关电源技术制作而成。

智能型温湿度控制器：以数码管方式显示温湿度值，有加热器、传感器故障指示、变送功能，该仪表集测量、显示、控制及通讯于一体，精度高、测量范围宽，是一种适合于各个行业和领域的温湿度测量控制仪表。

参考资料来源：百度百科-温湿度控制器