温室大棚自动控制系统设计开题报告.doc

电信学院毕业设计（论文）开题报告姓 名马海祥专业自动化 班级自动化（2）班学 号08220221指导教师王志文题目类型G题 目温室大棚自动控制系统的设计一、选题背景及依据（简述题目的技术背景和设计依据，说明选题目的、意义，列出主要参考文献）1.温室控制技术发展的背景：随着农业现代化的发展，设施园艺工程因其涉及学科广、科技含量高、与人民生活关系密切，己越来越受到世界各国的重视。这也为我国大型现代化温室的发展提供了极好的机遇，并产生巨大的推动作用。我国的现代化温室是在引进与自我开发并进的过程中发展起来的。温室大棚是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的理想场所。实现温室大棚环境智能控制的目的是主动地调节温度、湿度、光照和二氧化碳气体浓度等环境因素，以满足作物最佳生长环境的要求。其中，温度是最重要的环境因数。目前，我国绝大多数温室大棚设备都比较简陋，温室大棚环境仍然靠人工根据经验来管理。环境因素的自动调节和控制的研究正处于起步阶段，已严重影响了设施农业的大力发展。特别是北方地区因其纬度高，寒冷季节长，四季温差和昼夜温差较大，不利于作物生长，目前应用于温室大棚的温度检测系统大多采用传统的温度检测。这种温度采集系统需要在温室大棚内布置大量的测温电缆，才能把现场传感器的信号送到采集卡上，安装和拆卸繁杂，成本也高。同时线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗，测量误差也比较大，不利于控制者根据温度变化及时做出决定。在这样的形式下，开发一种实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的测控系统就很有必要。2.国内外温室控制技术发展概况 温室是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所。它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物。温室生产以达到调节产期，促进生长发育，防治病虫害及提高质量、产量等为目的。而温室设施的关键技术是环境控制，该技术的最终目标是提高控制与作业精度。随着农业现代化的发展，设施园艺工程因其涉及学科广、科技含量高、与人民生活关系密切，己越来越受到世界各国的重视。这也为我国大型现代化温室的发展提供了极好的机遇，并产生巨大的推动作用。我国的现代化温室是在引进与自我开发并进的过程中发展起来的。国外对温室环境控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。目前，一些经济发达的国家和地区已经研制并实现计算机自动控制的现代化高科技温室，并且形成了令人惊羡的植物土厂。而我国的温室系统属于半开放系统，温室内环境控制水平比较低，仍靠人工根据经验来管理。而且，国内的控制系统主要用于单因子控制，因而设施现代化水平低，对温室环境的调控能力差，产品的质量和产量难以得到保证。正是这些塑料大棚和日光温室对于解决城乡人民的蔬菜供应发挥着主力军的作用。从国内外温室控制技术的发展状况来看，温室环境控制技术大致经历三个发展阶段: （1） 手动控制 （2） 自动控制 （3） 智能化控制3.温室控制系统研制与开发的意义温室是植物栽培生产中必不可少的设施之一，温度是影响植物生长发育最重要的因子之一。它的作用是用来改变植物的生长环境 ,避免外界四季变化和恶劣气候对作物生长的不利影响 ,为植物生长创造适宜的良好条件。温室一般以采光和覆盖材料作为主要结构材料 ,它可以在冬季或其他不适宜植物露地生长的季节栽培植物 ,从而达到对农作物调节产期、促进生长发育、防治病虫害及提高产量的目的。温室环境指的是作物在地面上的生长空间 ,它是由光照、温度、湿度、二氧化碳浓度等因素构成的。温室控制主要是控制温室内的温度、湿度、通风与光照。虽然有些温室也安装有各种加热、加湿、通风和降温的设备 ,但其主要操作大多仍是由人工来完成的当温室面积较大或数量较多时 ,操作人员的劳动强度很大 ,而且也无法达到对温湿度的准确控制。本文介绍一种基于PLC和数字式温湿度传感器的温室控制系统。该系统实现了室内温湿度的自动测量和调节 ,大大降低了操作人员的劳动强度，采用喷灌系统作为改变温室湿度环境的方法节约了水资源。充分利用太阳能节约了能源。4.参考文献1 郑萍,潘世永. 一种高性价比的PLC与上位机的通信实现J电子技术应用, 2001,(04) .2 金钰. 工业控制计算机在自动化温室控制中的应用J工业控制计算机, 2000,(01) . 3 卢秋红,张国伟,颜国正. 动态数据交换在工业自动控制组态系统中的应用J工业仪表与自动化装置, 2001,(06) .4 孙兵. 工业PC与PLC结合的在线自动检测系统实现J制造业自动化, 2000,(06) .5 贾宏宇,施仁. 大型通用工控软件设计研究J信息与控制, 2001,(01) .6 李道霖 电气控制与plc原理及应用（西门子系列）7 工业以太网8 大温室温湿度远程监控系统 9 蔡晓东. PLC在草坪喷灌控制系统中的应用J. 温州职业技术学院学报, 2004,(02) 10柳青, 杨红. PLC在产品自动检验系统中的应用J. 湖南工业职业技术学院学报, 2003,(01) 11 温室环境调控自动化系统设计 The Automation of Greenhouse Environment Control 作者:吴洪涛, 期刊 森林工程FOREST ENGINEERING 2006年 第02期12 V.J.Vandoren. The Evolution of PLC-Based Loop Control .Control Engineering. 1995,4211, 42(11) :57-62 . 13 MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION. FX Series Programmable Controllers Programming Manual .2000, . 14 karl H,Michael T. Programming Industrial Automation System .Benlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2001, .二、主要设计（研究）内容、设计（研究）思想、解决的关键问题、拟采用的技术方案及工作流程1.研究内容：温室的作用是用来改变植物的生长环境 ,避免外界四季变化和恶劣气候对作物生长的不利影响 ,为植物生长创造适宜的良好条件。温室一般以采光和覆盖材料作为主要结构材料 ,它可以在冬季或其他不适宜植物露地生长的季节栽培植物 ,从而达到对农作物调节产期、促进生长发育、防治病虫害及提高产量的目的。温室环境指的是作物在地面上的生长空间 ,它是由光照、温度、湿度、二氧化碳浓度等因素构成的。温室控制主要是控制温室内的温度、湿度、通风与光照。灌溉系统采用电磁阀控制的喷灌系统的方式，节约了水源，温度调节主要有遮阴帘风机的动作来解决。2.研究目标和关键问题：.基于S7-200系列小型PLC设计出智能控制系统控制流程以及控制电路并实现设计要求的基本功能。.SIEMENS S7-200系列小型PLC的CPU选型。.I/O地址的分配，以及确定有多少个输入点及其有多少个输出点。.设定温室大棚内的参数的上限值及下限值；把传感器测定的温室大棚信号输入到PLC，与设定的参数值进行比较，控制电机和电磁阀的启闭来调节温室大棚内的参数，从而使温室环境因子控制在设定的范围内，有利于植物的生长。.温室大棚智能控制系统流程主/控制电路图的设计及选型。3.控制系统拟采取的总体方案温室大棚自动控制系统是利用PLC对温室大棚内的温度、湿度、通风与光照以及二氧化碳等参数的变化做出相应的控制。本设计针对且前国内对温室自动控制水平的要求及自动控制系统的需求情况，采用中央控制计算机与PLC智能控制器的主从式体系结构，实时多任务操作系统，研制了这一套智能型温室控制系统。温室自动控制系统应是一种具有良好控制精度、较好的动态品质和良好稳定性的系统。按照系统的控制目的，温室控制系统主要由气候监控系统和营养液控制系统构成气候监控系统对影响作物生长的外界环境因素进行实时、动态的测量与分析，包括温度、湿度、CO2含量、光照、风速的检测等，通过控制天窗的开、关的角度和遮阳帘的开合、通风、喷淋等措施达到最佳控制状态，来实现对作物各个生长时期施肥的最佳配比。图1.温室自动控制系统硬件结构图（1）温度传感器温室内的温度调节和控制包括保温、加温和降温。温度的调节和控制是通过温度传感器来检测温室内的温度参数，传感器检测的信号转化成数字信号送入到PLC，通过与PLC内部设定的参数进行比较后转化为电信号来控制遮阴帘，改变温室内的温度，是温室内温度保持在设定的范围内。（2）湿度传感器湿度传感器包括空气湿度和土壤湿度两类传感器。根据温室大棚最低和最高湿度的要求，预先设定两个控制点，一个控制点使电路接通，提高湿度，另一个使电路断开，室内湿度不再增加。从而温室内保持湿度在设定的范围值内。（3）光照传感器光照传感器是利用光敏电阻的光电效应进行工作的。在黑暗的环境下光敏电阻的阻值很大，导电性降低，受光线折射后，电阻值降低，导电性增强。（4）二氧化碳传感器检测二氧化碳含量的方法有导电率法和红外线二氧化碳检测仪测试法等。根据氢氧化钠溶液与二氧化碳反应时其导电率会发生变化的原理进行测量。溶液的导电率通过电极测量的信号经放大、模数转换可输入PLC处理后调控二氧化碳浓度。三、毕业设计（论文）工作进度安排步骤设 计（论文） 内 容周数第1步查阅资料1第2步总体方案论证与设计2第3步各元器件选型3第4步各模块组织4第5步硬件部分电路初步设计5第6步硬件部分电路设计6第7步设计软件流程总体框图7第8步主程序设计8第9步数据采集部分软件设计9第10步程序控制部分软件设计10第11步软件调试11第12步书写毕业设计说明书12第13步整理毕业设计说明书13指 导教 师意 见指导教师签字_ 年 月 日