基于PLC的模糊-PI空調(diào)室溫控制研究

摘 要：隨著人們生活水平的提高，在溫室中生長(zhǎng)的反季蔬菜成為人們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見(jiàn)的食物，在溫室大棚中，作物生長(zhǎng)的環(huán)境可以改善，季節(jié)性的變化和惡劣的氣候不會(huì)讓他們的食用行發(fā)生改變，創(chuàng)造有利于種植作物的環(huán)境。作為高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要組成部分，溫室是我們必須去研究的方向。

本文介紹了在PLC控制基礎(chǔ)上的模糊-PI溫室大棚的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，以便在溫室大棚中檢測(cè)各種各樣的指標(biāo)，研究由溫度傳感器，二氧化碳的傳感器集中器，光照傳感器，在測(cè)量值送到PLC，在PLC中與控制點(diǎn)匹配，發(fā)送一個(gè)給定驅(qū)動(dòng)的外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)器，模糊控制將專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用語(yǔ)言變量表述，再利用模糊邏輯等理論形成規(guī)則，歸納成為控制算法，維數(shù)越高控制效果越好，調(diào)控大棚周圍參數(shù)的溫控器，達(dá)到大棚自動(dòng)化，智能控制。該項(xiàng)目的優(yōu)勢(shì)是成本低、資源節(jié)約和利潤(rùn)最大化。

關(guān)鍵詞：溫室大棚；PLC；傳感器；智能控制

一、系統(tǒng)總設(shè)計(jì)方案

（一）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)。本文研究的是溫室大棚基于PLC技術(shù)上的應(yīng)用，從整體上對(duì)溫室大棚控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等方面。本次的研究?jī)?nèi)容為溫室大棚PLC控制系統(tǒng)，以可編程控制器PLC為核心，溫室大棚中的溫度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)可以通過(guò)溫度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器來(lái)檢測(cè)，溫室大棚的通風(fēng)扇、冷/熱風(fēng)機(jī)、遮陽(yáng)簾、加熱器、二氧化碳添加器等硬件設(shè)施通過(guò)PLC控制系統(tǒng)控制，對(duì)溫室大棚中的環(huán)境因子進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室大棚智能化控制。

（二）系統(tǒng)的控制方案。要完成上述任務(wù)，需要一個(gè)完整的溫室控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)將PLC作為控制核心使用，用傳感器感知溫室的各種環(huán)境因素，然后將測(cè)量結(jié)果傳送到PLC，用PLC進(jìn)行處理，然后向可控制溫室的運(yùn)行設(shè)備發(fā)布命令環(huán)境因素。

控制系統(tǒng)有兩種模式，一是考慮到實(shí)際生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全，即自動(dòng)和被動(dòng)。自動(dòng)模式根據(jù)PLC的不同周期性地被控制，手動(dòng)模式是為了在緊急情況下能夠穩(wěn)定地啟動(dòng)設(shè)備而使用手動(dòng)操作。將傳感器對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)和設(shè)置進(jìn)行比較，然后通過(guò)軟件程序執(zhí)行相關(guān)命令。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是低廉，資源節(jié)約和最大優(yōu)點(diǎn)。

二、大棚溫室系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)

PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。本章介紹主機(jī)電路設(shè)計(jì)，大棚溫室電器控制系統(tǒng)各部分控制電路設(shè)計(jì)，傳感器選型，PLC選型與PLC外設(shè)在內(nèi)的溫室控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)計(jì)劃。

大棚溫室控制系統(tǒng)的主要電路顯示在圖1中。通風(fēng)平底鍋和涼棚的周轉(zhuǎn)爐差不多。要完成工作，需要啟動(dòng)、停止、前進(jìn)和后進(jìn)馬達(dá)。不同的是，通風(fēng)愛(ài)好者的馬達(dá)和車棚。電力不一樣，雪馬達(dá)有開關(guān)，冷氣/溫風(fēng)扇、暖氣、光源及CO2發(fā)生器都是開關(guān)，工作原理幾乎相同。

從圖上可以看出，刀的開關(guān)是QK，而且可以控制整個(gè)電路的開始和停止。熱傳導(dǎo)是FR1-FR5，它可以起到保護(hù)超負(fù)荷的作用。保險(xiǎn)絲是FU1-FU7，每季度提供一段及超負(fù)荷保護(hù)功能；接觸器的主要接點(diǎn)是KM1-KM9，它可以實(shí)現(xiàn)馬達(dá)的起始與停止，轉(zhuǎn)正與反轉(zhuǎn)彎及開關(guān)的起始與停止控制。

三、大棚溫室控制系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì)

（一）STEP7-Micro/Win軟件簡(jiǎn)介。STEP7-Micro/WIN32編程軟件是Sie-mens為S7-200系列編程控制器而設(shè)計(jì)和開發(fā)的基于Windows基礎(chǔ)的應(yīng)用軟件，強(qiáng)大而強(qiáng)大，可以用來(lái)開發(fā)用戶程序，并實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的運(yùn)行狀態(tài)。STEP7-Micro/WIN的基本界面在圖2中顯示。

編程軟件的具體功能如下：

1.可以用梯形圖、語(yǔ)句表和功能塊圖編程。2.可以進(jìn)行符號(hào)編程，通過(guò)符號(hào)表分配符號(hào)和絕對(duì)地址，即對(duì)編程元件定義符號(hào)名稱，增加程序的可讀性，并可打印輸出。3.支持三角函數(shù)，開方，對(duì)數(shù)運(yùn)算功能。4.具有易于使用的組態(tài)向?qū)А?.可用于CPU硬件配置。6.可以將STEP7-Micro/WIN正在處理的程序與所連接的PLC中的程序進(jìn)行比較。

（二）大棚溫室控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)思路

控制系統(tǒng)提供手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式，自動(dòng)模式處于正常工作狀態(tài)，手動(dòng)模式用于處理意外情況。在自動(dòng)啟動(dòng)模式下，PLC啟動(dòng)時(shí)用于檢測(cè)溫室溫度、光亮、二氧化碳濃度和溫室控制系統(tǒng)配置值等環(huán)境因素的傳感器測(cè)量值較高，而傳感器感知的溫度比設(shè)定值要高，PLC就會(huì)發(fā)出控制冷卻器開放及換氣盤前方旋轉(zhuǎn)（溫室空氣向外排放）的相應(yīng)命令。測(cè)定的值如果低于設(shè)置值，就會(huì)打開暖氣和熱鍋加熱溫室。（把空氣引入溫室）當(dāng)溫室里的光線低于設(shè)置值時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)開著陰影并且亮著燈。當(dāng)溫室里的光線高于設(shè)置值時(shí)，系統(tǒng)將關(guān)閉陰影。如果溫室的二氧化碳濃度低于設(shè)定值，系統(tǒng)就會(huì)打開二氧化碳調(diào)節(jié)閥門。如果您在溫室測(cè)量的值與設(shè)置值相同，請(qǐng)關(guān)閉相關(guān)設(shè)備，并在溫室中保持環(huán)境參數(shù)。

溫室里的每一種作物對(duì)自然環(huán)境的要求都不一樣，為了研究上的便利，該系統(tǒng)以范圍內(nèi)的價(jià)格為準(zhǔn)。植物對(duì)大棚溫室內(nèi)的溫度要求大多數(shù)在25-30℃，本系統(tǒng)取值28℃；光照強(qiáng)度單位為lx，本系統(tǒng)取光照強(qiáng)度為30000lx；夏季在陽(yáng)光直接照射下，光照強(qiáng)度可達(dá)6萬(wàn)～10萬(wàn)lx，沒(méi)有太陽(yáng)的室外0.1萬(wàn)～1萬(wàn)lx，夏天明朗的室內(nèi)100～550lx，夜間滿月下為0.2lx。二氧化碳濃度單位為ppm，空氣中含量為300-400ppm，而植物生長(zhǎng)需求則為1000-1500ppm，因此本系統(tǒng)取二氧化碳濃度臨界值為1000ppm。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐘鈴．PLC在昆明地區(qū)連棟玻璃溫室溫濕度控制中的應(yīng)用研究[D]．昆明理工大學(xué)，2010

[2]范薇薇．基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室控制系統(tǒng)研究[D]．沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，2010

[3]宋永飛．基于PLC和組態(tài)思想的智能溫室控制系統(tǒng)[J]．工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2009（01）

作者簡(jiǎn)介：王志軍（1980—），男，漢族，籍貫：錦州，學(xué)歷：本科，職稱或職務(wù)：助理工程師，研究方向：電氣、機(jī)械、自動(dòng)化控制。