基于PLC的温室智能灌溉控制系统研究.doc

基于PLC的温室智能灌溉控制系统研究 摘要 水资源的匮乏是当今世界面临的重大问题之一，已引起了世界各国的广泛关注。农业生产是我国第一用水大户，水资源的紧缺凸显出节水农业的重要意义。温室作为农业生产中重要的一部分，在农业节水中扮演着越来越重要的角色。我国温室大棚绝大多数采用传统的沟畦灌，水的利用率只有40%，温室灌溉设备和系统较发达国家落后，引进的设备价格昂贵品种较少，满足不了农业生产发展的需要。正是在这样的背景下，从我国温室灌溉系统和设备现状出发，展开了温室灌溉控制系统的研究。 本文从影响作物生长的湿度环境入手，分析确定了温室灌溉决策因子，通过对比分析，选用滴灌方式进行温室灌溉，在此基础上，提出以PLC作为现场控制器，设计了一套用于温室灌溉的控制系统。 文章对整体方案进行了设计构思，提出以PLC作为下位机的分布式控制系统。之后对控制系统的硬件部分进行了设计，选用了三菱公司FX2N系列PLC，以及专用的A/D转换模块，并对传感器进行了选择。 根据温室灌溉环境的特点，将模糊控制理论引入到灌溉控制系统中，温室土壤具有时滞性、非线性和纯滞后性等特点，而模糊控制的鲁棒性强可以满足系统的要求。根据长期操作者的灌溉经验和农业部门对灌溉实践的总结，参照一些成功的温室灌溉实例，编制了模糊控制规则，设计了模糊控制器。 模糊控制器就以PLC为载体，通过PLC程序的编制，使模糊控制得以很好的实现。根据滴灌水运动规律，本文制定了一套灌溉控制策略，依据策略进行PLC程序的编制，实现了温室灌溉控制系统的自动闭环控制。并用组态软件设计了上位机人机界面，实现了系统的监控、报警、数据采集、实时和历史信息的查询、手动和自动开关的转换的功能。 通过模拟实验验证，说明了程序和上位机界面的可行性，并用MATLAB软件进行仿真验证，说明模糊控制器在灌溉控制中的优越性。 系统达到总体设计要求，为温室灌溉控制的研究开发提供了一种思路方法。 关键词：温室灌溉；土壤湿度；控制策略；PLC；模糊控制； 第一章 绪论 本章论述了选题背景、课题研究现状和选题意义，介绍了现代温室灌溉控制技术的发展动态及现状，温室灌溉控制系统的发展趋势。通过比较分析，得出连栋玻璃温室的特点，在此基础上论证了论文研究的目的及意义，并阐明了本论文的主要研究工作及内容。 1.1 研究背景 随着农业现代化的发展及农村种植结构的调整，传统的农业设施和管理模式已经不能满足社会高速发展的需要，而不受外界环境限制的温室农业大有取而代之之势。节能、高产、高效，现代温室农业生产者的。温室设施的也的趋势， 温室许多种，：玻璃温室、塑料薄膜温室硬质塑料聚酯板温室；，可以分为生产温室、庭院温室实验温室、观光展览温室、餐饮温室（生态餐厅）；建筑形式可以分为塑料大棚、日光温室、单栋温室和连栋温室，等等。每一种温室都有它的特点，例如塑料薄膜温室，覆盖材料成本较低，承重结构和安装要求简单，但保温性和保湿性较差，容易燃烧；硬质塑料或聚酯板温室的常用材料有聚碳酸酯（PC板）、聚氯乙烯（PVC板）等，这些材料质量轻、强度高、透光率好、使用时间长，但投资费用较高；玻璃温室，安装所需的配件和密封材料价格较高，相比之下，总成本较前两种类型要高。在选用温室类型的时候，要综合各方面因素，比如成本、当地气候特点及用途等，结合温室类型特点，选择合适种类。 温室的结构类型，本地区气候条件。日光温室日光温室成本低，能耗低，透光好，取材方便，经济效益好，所以在我国北方地区得到了广泛的推广应用，近十几年来发展很快，至今仍势头不减。而我国南方地区也形成了以塑料薄膜温室为主体的园艺设施。与北方地区相比，我国南方地区的光热资源更为丰富，在寒冷的冬季这一特点更为明显，使得温室的运营成本更为低廉。其中华南型连栋塑料温室华南型单栋塑料温室属于华南地区温室的。 图 1.1常见的几种温室结构示意图 我国西南地区纬度较低，海陆位置更靠近夏季风源地，为亚热带季风气候，夏季高温多雨，冬季温和湿润，降水量和光热均多于华北地区。以云南省为例，云南气候一山分四季，十里不同天。夏季，近些年，伴随着国家科技示范园区建设而推广的大型连栋温室逐渐增多。常见的连栋温室类型有文洛(Venlo型温室、圆拱形连栋温室三角形大屋面连栋温室、锯齿形和温室不等坡屋面温室、折线形屋面温室、哥特式尖顶屋面温室、平屋面温室等。从覆盖材料上说有玻璃温室、双层充气温室、双层结构的塑料膜温室、聚碳酸酯板 （PC板）温室等。在国内，三角形屋面和文洛型温室应用较多，且大多是在华北、华东、东南、东北地区的一些示范工程。国内温室环境控制研究，。温室是一个相对封闭的生产环境，各个环境因子之间相互影响，若对多个因子同时控制，难以建立精确的数学模型，必须在大量实验和数据分析的基础上，才能得出其规律；若对单一因子进行控制，要考虑其他因素的影响