温室大棚中温室自动化控制系统解决方案设计.doc

托普物联网开创智慧农业新时代！温室大棚中温室自动化控制系统解决方案设计温室自动化控制系统简介温室自动控制系统是专门为农业温室、农业环境控制、气象观测开发生产的环境自动控制系统。可测量风向、风速、温度、湿度、光照、气压、雨量、太阳辐射量、太阳紫外线、土壤温湿度等农业环境要素，根据温室植物生长要求，自动控制开窗、卷膜、风机湿帘、生物补光、灌溉施肥等环境控制设备，自动调控温室内环境，达到适宜植物生长的范围，为植物生长提供最佳环境。智能温室自动化控制系统是根据温室大棚内的温湿度、土壤水分、土壤温度等传感器采集到的信息，接到上位计算机上进行显示，报警，查询。监控中心将收到的采样数据以表格形式显示和存储，然后将其与设定的报警值相比较，若实测值超出设定范围，则通过屏幕显示报警或语音报警，并打印记录。系统组网络以及通讯协议（1）系统组网络组成根据工艺运行的需求，我们做如下的网络系统设计：网络采用以太网络设计。每个站作为一个网络节点。这个网络采用性能可靠的工业以太网。可以将办公网络、自动控制网络和视频监控网络无缝结合到该网络环境，实现“多网合一”。 整个系统可承载的数据分成如下的几个部分： 1：工业控制数据 2：采集数据 3：工业标准的MODBUS总线通讯 4：视频语音数据采集和监控（2）组网特点自动化控制系统是开放的控制系统，除了具有良好的网络通讯能力外，还具有与其它控制系统通讯功能和标准的对外通讯接口，以后可以任意扩展控制系统。 整个系统采用多级网络结构，即生产管理网和生产控制网，将过程实时数据、运行操作监视数据信息同非实时信息及共享资源信息分开，分别使用不同的网络。有效地提高了通讯的效率，降低了通讯负荷。（3）采用的通讯协议Modbus协议是应用于自动控制器上的一种通用协议。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。它已经成为一种通用工业标准。现代农业大棚控制系统（1）控制系统概述随着社会经济的发展，设施农业作为农业可持续发展的一个重要途径，已经越来越受到世界各国的重视，而设施农业中问世工程的建设与发展是都市型发展的重要组成部分，是设施农业发展的高级阶段。希望通过改变植物生长的自然环境、创造适合植物最佳的生长条件，避免外界恶劣的气候，达到调节产期，促进生长发育、防治病虫害等目的。 远程大棚监控系统是一种用于家庭、仓库(厂房、花棚和塑料薄膜大棚)内环境温湿度监控及控制的全自动远程智能调节系统。它通过控制加热器及制冷器(通风)对温度进行自动调节，同时通过控制加湿机及除湿机的工作自动调节环境的相对湿度，使环境的温度和湿度达到适宜的范围。（2）大棚环境特点与调控大棚因有塑料薄膜覆盖，形成了相对封闭与露地不同的特殊小气候。进行蔬菜大棚栽培，必须掌握大棚内环境的特点，并采取相应的调控措施，满足蔬菜生长发育的条件，从而获得优质高产。 大棚内环境条件： 1、光照 2、温度： 3、空气湿度 4、棚内空气成分5、土壤湿度和盐分：（3）现代化大棚远程控制工艺本方案使用腾控系列系列高速32位控制器、高性能温度湿度以及氧气传感器、视频设备等硬件通过目前的高速光纤网络建造一个现代化农业用温室大棚环境监控系统。本系统可自动监测调节农作物环境的温湿度、光照、O2浓度、通风、卷帘升降、滴灌控制、门禁、巡更等参数，通过HMI输出帮助种植者作全面细致的数据分析，将数据通过网络和相关的通讯协议传递给上位数据存储和显示区域，实现远程的数据采集。并采取可靠的光纤通讯网络实现远程的设备的操作和相关数据的报警提示等。以及根据目前国家提倡的环保节能的标准对每个大棚都有相关的能源的计量装置，方便了客户对自己所用资源的调配和对运行参数的维护。（4）控制系统的原理温室环境包括非常广泛的内容，但通常所说的温室环境主要指空气与土壤的温湿度、光照、O2浓度等。计算机通过各种传感器接收各类环境因素信息，通过逻辑运算和判断控制相应温室设备运作以调节温室环境。输出和打印设备可帮助种植者作全面细致的数据分析，保存历史数据。（5）控制系统功能1风机控制系统2卷帘控制系统3滴灌控制系统4室内环境数据采集5室内温度湿度控制系统6室内灯光控制系统7单独大棚的能源计量系统8视频监控系统 9语音广播系统远程监控系统（1）系统的原理特点温室测控自动化注重于节省劳动力，提高温室生产的效率和技术水平，实现温度、湿度的测量记录和卷帘、滴灌等设备的自动化控制，实现农机和农艺的有机结合。从而大幅度提高温室生产的技术水平，协助推进设施农业向精品、高端、高效方向发展。（2）系统的功能数据服务器负责数据的实时采集和存储。通讯服务器负责数据的运算和报表等逻辑的输出，操作员站进行控制回路的建立、修改局部控制器中的内部策略的参数 , 设置数据采集参数和报表供操作员对生产过程的控制回路、测量参数进行监测并实现自动记录、报表打印和报警打印；通过以太网通信完成与现场控制层的局部控制器进行通信。通过开放的OPC技术与其他系统连接。（3）上位组态软件及其开发我们将根据要求使用3-4套组态软件作为开发平台，开发系统是一个集成的开发环境，可以创建工程画面、分析曲线、报表生成，定义变量、编制动作脚本等，同时可以配置各种系统参数等。我们说的“组态”就在这里完成，运行系统将开发完的系统进行执行，完成计算机监控的过程。开发人员可以在开发环境中完成监控界面的设计、动画连接的定义、数据库的配置等。开发系统可以方便的生成各种复杂生动的画面，可以逼真的反映现场数据。（4）协调运行软件模块我们会根据现场调研及目前行业的运行情况，我们将采用.NET程序开发一套运行模块来实现现代农业大棚远程控制计算需要的参数，将其写入数据库（数据库采用Microsoft SQL Server）中，以备下一步的处理，在每个季节到来的时候我们可以根据我们预先设计的计算方法来提前模拟其运行的情况。以及根据使作物的生长及其所适应的环境条件的前提下。并且该软件可以连系到上位的软件，可以采集其相关的数据。并可以根据其做相应的计算。完成提前计算数据模型。运行策略，实监控，数据计算和采集，三个系统统一工作在一个数据库平台上，形成一个统一的数据库应用，即一个平台三种应用。 开放的现代远程大棚运行软件模块 SQLSEVER 数据计算模块 运行策略控制模块系统硬件配置这款蔬菜大棚综合环境指标监测仪，体积小巧，安装方便，使用方便，精度高，适合在现代化蔬菜大棚内安装使用，可以有效地解决蔬菜大棚内各项环境指标的时时监测，对蔬菜大棚的现代化管理起到至关重要的作用，该设备可以在线式监测，可配合控制设备对环境指标进行调整，也可以独立显示，灵活方便，不失为现代化大棚的首选设备。监测数据：温度 湿度 氧浓度 二氧化碳。如今温室产业面临着这样的现状：一方面，能源、劳动力成本增加；另一方面，人们的环保意识逐渐增强。因此，提高温室花卉生产效率、增加单位面积产量，同时降低能源和水资源消耗，成为温室使用者亟待解决的问题。为此，温室产业需要不断调整自身策略来适应。我们可以看到，现在越来越多的花卉种植者开始利用现有条件不断优化生产过程、建造更加先进的温室、降低资源消耗。尽管这是一个非常复杂的过程，对种植者的温室认知和管理水平提出了更高的要求，但是它促进了自动化的应用与发展。然而，诸如什么是自动化、自动化能够为种植者带来什么好处，许多温室用户似乎一直没有得到明确的答案。目前，专业温室如雨后春笋般建成并投入使用。现代化温室中配备了各种先进设备，一方面使对作物环境的干预变为可能，另一方面，也使得整个管理更加复杂。如果种植者希望最大限度地发挥这些设备的作用，优化温室环境，就需要了解三个方面的知识物理学、植物生理学、温室管理技术。物理学。种植者需要清楚了解影响温室环境的每个单独气候因子，以及不同气候因子之间的关系，包括：光照/辐照、温度、湿度、二氧化碳、空气流动。植物生理学。温室种植的目的在于通过控制环境，优化作物生长过程。因此，需要明确温室环境对作物生长的影响，特别是对植物两个基本生长过程的作用，即光合作用和蒸腾作用。温室管理技术。现代化温室中包含各种环境控制设备，包括加热、通风、湿帘风机、帘幕、喷雾等等。合理操作这些设备和正确处理设备间的相互关系对种植者而言非常重要。掌握了上述方面，生产者就可以发现，为了最终实现优化环境控制，温室自动化不可或缺。什么是温室自动化？温室自动化是一种温室管理工具。种植者根据不同作物的生理需求，利用自动化对温室各种不同设备进行管理。自动化主要体现在三个方面：1.现代化温室控制设备繁多，需要时刻关注、控制和调整，采用人工方法是无法及时做到的。由于对一些非常简单控制的疏忽，诸如没有按时拉开或者关闭帘幕都可能对作物未来的长势造成不可逆转的影响，导致温室减产或者花卉植物品质下降。2.温室气候因子是作物环境的重要组成部分。不同因子之间相互关联：光照会影响温室气温，气温会影响湿度等。不同设备使相应的因子变化，其他因子也将“联动”。自动化系统需要掌握各种设备的功能，根据种植者的设定，做出控制策略，并动用相应设备尽可能满足作物的环境需求。3.为了提供一个稳定的气候环境，自动化系统仅仅掌握温室内各种设备的功能是不够的，还需要考虑各种设备的反应速度。比如，在打开天窗时，温室的降温速度会有多快；提高加热管道温度后，温室需要多少升温时间。自动化系统在了解了设备的反应速度后，能够根据温室内外不间断的气候数据，自动实现尽可能缓慢的调整效果。在提供稳定环境的同时，降低能耗和设备损耗。不同温室自动化基于不同控制水平，用户可选择单一方面作为自己的控制重点，也可以集上述三个方面于一身，真正提供可以称为“温室设备综合控制的艺术”的管理，从而降低不良气候条件影响，为作物提供优化种植环境，同时降低能源与资源的消耗。综上所述，现代化温室为园艺带来新的技术优势，使种植者追求更高环境控制效果的愿望变得可能，但是更高效、高产、更低能耗、更环保的实际要求增加了设备控制的复杂程度。不同控制水平的自动化，能够不同程度地帮助种植者从简单的设备控制，到综合的气候调节，再到持续的环境监控，实现高效增产、低耗环保的生产需要。 将自动化控制系统应用于温室花卉生产已成为众多生产者的选择。