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房屋建筑工程系統

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開發溫室工程項目管理軟件系統

更新:2019-04-30 09:51    來源:泛普軟件 · zhangyan

   溫室大棚是用于植物生長與農業生產的保護設施,利用溫室大棚的氣候效應與隔離效果進行農業生產,起到旱澇保收、空間隔絕、反季節調控等作用。因此,準確、及時地掌握溫室大棚的環境數據,做到科學適時調控,成為溫室大棚生產中提高產量、品質,抑制各種病害發生的重要環節。但由于我國溫室大棚發展較晚,大多是在參考借鑒國外技術的基礎上自行開發的,在設備配套能力、環境調控技術、機械化與自動化程度、作物栽培與管理等方面的科技含量與技術水平還存在一定差距,難以最大限度地發揮溫室的技術特點,也無法實現溫室生產的經濟效益最大化,致使我國溫室大棚種植面積雖然位居世界第一,但產品產量與質量并不理想。溫室大棚環境控制裝置主要用來對溫室環境(氣象環境和栽培環境)進行監測和控制。以蔬菜溫室大棚為例,溫室內監測項目包括室內氣溫、水溫、土壤溫度、相對空氣濕度、保溫狀況、CO2濃度。室外監測項目包括大氣溫度、太陽輻射強度、風向風速、相對濕度等。溫室環境控制裝置的應用給種植者帶來了一定的經濟效益,提高了決策水平,減輕了技術管理工作量,同時也為種植帶來了極大的方便。

  PLC是一種新型的通用自動控制裝置,它將傳感器技術、繼電器控制技術、計算機技術和通信技術融為一體,具有易于編程、可擴展性強、可靠性高等優點,適宜長期連續工作,非常適合智能溫室大棚的控制要求。

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  一、國內外研究現狀

  西方發達國家如美國、荷蘭、以色列、英國、加拿大、日本等在現代溫室監控技術上起步比較早,都大力發展集約化的溫室產業,溫室內的溫度、濕度、光照度、C02濃度、水、氣、營養液等實現計算機調控。隨著微型計算機日新月異的進步和價格大幅度下降,以及對溫室控制要求的提高,以計算機為核心的溫室綜合環境控制系統,在歐美得到了長足的發展,并邁入網絡化、智能化階段。

  近年來,我國溫室控制技術發展迅速,以及有大量的商業化產品,這些產品可以實現對溫室大棚內的光照度、溫度、濕度、CO2濃度等環境因素進行檢測和控制,并且已經逐步發展到智能化控制階段,但由于價格等方面的原因,普及率并不高,所以開發價格低廉,且肯有較強實用性的智能溫室大棚控制裝置是非常必要的。

  二、智能溫室大棚的環境控制裝置和控制方案

  1.系統硬件結構

  智能溫室大棚的環境控制系統就是依據室內外裝設的溫濕度傳感器、光照傳感器、風速傳感器等采集或觀測的溫室內外的溫度、濕度、光照強度、風速等環境參數信息。通過控制設備對溫室大棚環境進行調節控制以達到栽培作物生長發育的需要,為作物的生長發育提供最適宜的生態環境,以大幅度提高作物的產量和品質。

  2.系統控制方案

  智能溫室大棚的環境控制系統采用自動與手動互相切換控制兩種方式來實現對溫室的自動控制,提高設備運動的可靠性。在運行的時候可以通過按鈕對這兩種控制方式進行切換,用模擬傳感器采集現場的溫濕度、光照度、風速和風向等環境因子數據以及用行程、限位開關檢測控制系統的開關狀態,采集到的數據和狀態送PLC相應的寄存器保存以備利用。

  (1)自動控制模式。采用PLC通過傳感器對環境參數進行檢測,并對其設定上限值和下限值,當檢測到某一值超過設定值,便發出信號自動對驅動設備進行啟動和關閉,從而使溫室大棚的環境參數控制在設定的范圍內。其運行成本較低,可大大節約勞動力,降低勞動者的勞動強度。

  (2)手動控制模式。手動控制簡單可靠,由繼電器、接觸器、按鈕、限位開關等電氣元器件組成。

  根據廣西南寧市的歷史氣象數據和氣候特點,分析溫室的控制對象及其影響因素。由傳感器?集的存儲在PLC指定數據寄存器中的溫度、濕度、光照強度、風速和風向值以及根據生產經驗設置的各參數的上下限,決定各輸出機構的輸出狀態。由于各環境參數的耦合關系,某一環控設備的啟閉會對多個環境因子產生影響針對這些情況,?取以下相應的措施:①根據時間的不同(季節)、環境參數的重要性不同,設置不同的優先級。在冬季溫室環境控制系統中,默認為溫度控制優先的原則,在溫度條件滿足后,再來滿足濕度條件。如溫度過低、濕度過大的情況下,以加溫為主導,只有當溫度上升到一定值后,才能通風降濕,另一方面,溫度提高本身可以使相對濕度降低。在夏季降溫加濕的過程中,采用以濕度優先的原則。當濕度過小時,開啟濕簾風機加濕裝置。②溫度、濕度?用聯合控制策略。③考慮意外情況的影響,如濕度低于濕度下限時,?用報警輸出的方式由人工操作濕簾設備。光照強度大于光強上限時,打開內外遮陽網。

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  三、系統的軟件設計

  1.軟件的設計要求和主要功能

  根據基本要求和技術要求列出以下幾點:①防止接點誤動作,利用自鎖電路可防止接點誤動作。②系統自診斷功能,PLC本身具有此項功能。③風機控制。溫室內的風機,能同時啟動與停止,當溫室內的溫度超出預定值時,受PLC的控制先是天窗自動打開,延時5秒后風機啟動,再延時5秒后濕簾泵啟動,從而溫室的溫度降低。④天窗控制,溫室中設有4個天窗,天窗受電機控制,通過電機限位的設定來控制天窗的行程。⑤系統自動/手動控制,可利用一個開關量作為PLC的輸入信號,實現控制程序的轉換。⑥濕簾泵控制。⑦遮陽網控制。⑧可擴展性,在PLC中預留一定的存儲空間和端口。

  2.控制系統軟件設計

  系統中對風扇、天窗、側窗、環流風機、遮陽幕和濕簾泵的控制是通過PLC發出開關指令,通過交流接觸器控制相關機構的啟停。由于PLC檢測系統具有較高的靈敏度,能夠把溫室內的擾動快速反應出來,同時由于溫室較大的傳遞滯后,執行機構動作頻繁,從而影響使用壽命。為此,在程序中加有時間可調的延時模塊,使用時可根據具體情況調整延時,使控制效果達到最佳。系統流程圖如圖2所示。利用FPWINGR軟件采用梯形圖語言編寫系統的程序,以溫度控制為例。   3.系統的組態監控軟件的設計

  組態軟件是可以從可編程控制器以及各種數據采集卡等設備中實時采集數據,然后發出控制命令并監控系統運行是否正常的一種軟件包。本系統中的監控界面采用的是組態王kingview6.55,通過與PLC進行通信,用于遠距離溫室監控,溫室環境數據的不間斷連續收集、整理、統計、制圖以及溫室設備運行狀態的在線記錄。其主要功能如下:

  (1)遠程監視功能。它可以通過通訊線遠程監視多座溫室的當前狀態,包括戶外溫度、光照強度、風速、風向、雨雪信號、室內溫度、室內濕度、控制器溫度、獨立通風窗的位置和開關狀態、內外遮陽簾的位置和開關狀態以及風扇、濕簾、微霧、加熱器、環流風扇、補光燈、水暖三通閥的狀態和多種形式的報警監視。

  (2)數據統計功能。它可以統計任意時刻的戶外溫度、光照強度、風速、室內溫度、室內濕度、C02濃度等全月、全周、全日的和本時段的最大值、最小值和平均值。

  (3)溫室設備運行記錄功能。它能在線記錄各溫室設備狀態變化時的時間、當前狀態和位置、當前目標溫度、室內溫度、目標濕度和室內濕度,并能打一印輸出。

  (4)遠程設定功能,可以通過通訊線遠程修改可編程控制器的全部設定參數。

  (5)生成曲線圖功能,它能以平面圖或者立體圖的方式同時繪制任意時刻的戶外溫度、光照強度、風速、目標溫度、室內溫度、目標濕度、室內濕度、CO2濃度等全年、全月、全周、全日的變化曲線并打印輸出。

  溫室大棚環境控制系統是一個復雜的系統工程,本研究選擇了溫度、濕度、太陽能總輻射和風速影響等對溫室環境系統進行調控,實現了對溫室溫度、濕度、光照度、風速等參數實時采集、人機交互模塊、執行機構控制模塊,可實現曲線圖或報表形式顯示歷史溫室環境參數。各模塊采用結構化設計,具有良好的擴展性和穩定性。PLC工作性能穩定,能夠長時間檢測傳感器信號并記錄數據,可以根據需要設置傳感器信號?集頻率,并將數據存入數據庫中,能有效提高溫室大棚的生產效率和經濟效益,具有較好的實用價值

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