關於北方寒地溫室大棚自動測控系統設計

論文類別:工學論文 > 工業設計論文
論文作者: 高路
上傳時間:2011/10/23 15:50:00

論文網: 摘 要:溫室大棚是北方寒地地區農業生產的重要組成部分,溫室大棚測控系統是實現溫室生產管理自動化、科學化的基本保證。通過對監測數據的分析,結合作物生長規律,控制環境條件,使作物在不適宜生长的反季節中,可獲得比室外生長更優的環境條件,從而使作物達到優質、高產、高效的栽培目的。本文主要針對溫室二氧化碳濃度,設計了以PLC为核心的溫室大棚二氧化碳濃度監控系統,在軟硬件上進行了詳細的設計,實現了二氧化碳濃度的精確測量與準確控制。
關键字:溫室 PLC 二氧化碳 組態
    1 溫室大棚內二氧化碳參數的調節與控制
    大氣中二氧化碳濃度一般為0.03%,在春冬溫室大棚種植蔬菜時,為了保溫,大棚常常處於封閉狀態,缺少內外气態交換,二氧化碳濃度變幅較大。溫室大棚中二氧化碳濃度的日變化一般規律是:在夜間,由於作物的呼吸作用、土壤微生物活動和有機質分解,生成的二氧化碳使大棚內二氧化碳濃度很快增加,可比棚外空氣中二氧化碳濃度高近一倍,但早晨日出後,作物光合作用加強,又大量消耗棚內夜間積存的二氧化碳,使其濃度急劇下降,日出後1小時,二氧化碳濃度下降至300ppm左右,日出後2-3小時後,如不通风換氣,其濃度將繼續下降,甚至降到作物的二氧化碳补償點80-150ppm,这時由於二氧化碳的濃度過低,葉片的光合作用基本停止,因此從日出后半小時到通風換氣這段时間內,二氧化碳最為缺乏,已成為作物生长的重要障礙,在這段時間内,必須用人工增施二氧化碳來補充棚內該氣體的不足,合理应用這一方法才能促使溫室和大棚作物增產,這也是溫室和大棚必須增施二氧化碳氣體的基本原理。
    2 總體方案設計
    本文在設計上采用西門子S7-200PLC為控制核心的溫室大棚二氧化碳濃度測控系統。系統可以獨立完成對溫室大棚內二氧化碳浓度信息的采集、處理和顯示,根據设定的需求控制二氧化碳浓度,在當濃度超限時發出聲光報警,同時發出執行動作。輸入通道為二氧化碳濃度檢測模塊,檢测模塊使用二氧化碳傳感器模塊,得到的模擬信号通過模擬接口傳入PLC变為數字信號。輸出通道為二氧化碳濃度控制執行機構,二氧化碳濃度信號進入PLC,經过軟件處理,PLC輸出給執行機構來控制二氧化碳濃度。执行機構是由一個帶有電磁閥的二氧化碳容器,當PLC發出執行信號,電磁閥就會打開放出二氧化碳氣體,PLC發出关斷信號,電磁閥就會關閉。報警系统采用聲光報警模式,系統在二氧化碳濃度超出系统所設定的上限或者下限時,将會觸發報警電路,提醒工作人員註意。系統本身除有自動控制二氧化碳濃度功能外,也可手工利用電腦来發出指令,命令執行機構發出二氧化碳,實現了雙向控制。系統還可以集成其他溫室環境因子的模塊,如溫度、濕度和光照的控制等,都可以以該系統為基礎進行整合,從而實現溫室大棚的多環境因子共同監控。
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    检測系統的框架圖
    3 硬件設計
    溫室大棚內二氧化碳濃度自動監控系統的硬件電路由西門子S7-200系列的224型PLC加上EM231模擬量輸入模塊、二氧化碳濃度檢測電路、光強檢測電路、二氧化碳執行機構電路、報警電路、顯示電路和電腦構成。二氧化碳濃度传感器采用TGS4160,這種二氧化碳傳感器除了具有體积小、壽命長、選擇性和稳定性好的特點外,還具有耐高濕低溫的特性。其检測模塊使用費加羅(FIGARO)公司提供的AM-4二氧化碳傳感器模塊,得到的模擬信號通过模擬接口傳入PLC变為數字信號。電腦的作用是使用MCGS組態軟件來对系統進行監控,使得用戶在電脑旁就可以對大棚的整個狀況實行監控和控制。 免費論文下載中心 http://www.hi138.com    4 軟件設計
    智能溫室監控系統軟件包括上位機監控軟件和下位機系統軟件。上位機監控軟件的搭建采用組態軟件MCGS6.2,下位機系統軟件則采用西門子公司的STEP7Micro/WIN32編程軟件來實現, 通過上位機和下位機之间的通信連接, 可以滿足用戶對溫室環境数據的實時查詢和監測。在系統設計中, 選用昆侖通態組態軟件MCGS6.2实現系統上位機軟件的搭建,根據控制系統的要求, 該系統主要包括溫室控制工程主界面、溫室參數實時曲線、温室參數歷史曲線、數據瀏覽等主要用戶界面。溫室控制工程界面給出控制系統的總體設備布置圖, 並實時顯示一些重要參數, 可以對现場參數根據控制要求進行調節,以滿足作物生長的需要。温室參數實時曲線和溫室參數歷史曲线分別以曲線的形式显示溫室環境參數和執行機構運行情况, 操作人员可以在曲線上獲取所要查詢的參数信息。數據瀏覽是以數字的形式給出溫室環境参數和執行機構的運行情况。在設計過程中首先在組態環境下建立工程, 然後在用戶窗口中制作工程畫面, 在设備工具箱中選擇所用硬件設備,按照溫室內設備的相應位置進行放置並進行連接。在搭建完成工程畫面後還要進行數據对象的定義和動畫連接, 把相應的靜態圖片和實时數據庫中的數據對象建立連接, 實現动畫效果。曲線的顯示由實時曲線控件和歷史曲線構件來實現, 最後進行設備的連接和通訊, 經調试後投入運行。
    5 結論
    溫室大棚環境自動監控系統是我國現代化設施農業的推廣产品,二氧化碳濃度是作為温室大棚環境中最重要的的因素之一。所以,温室大棚二氧化碳濃度自動监控系統的研發,有著举足輕重的作用。而且,本設計可以作為其他環境因素監控的基礎,可以在本設計的基礎上做進一步的改进,形成功能更加完善的產品,可以推進我國設施農業的步伐。

參考文獻


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