基于plc的智能温室计算机集散系统研制

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1、燕山大学学生创业项目申报书项目名称：基于PLC的智能温室计算机集散系统研制所属单位：燕山大学机械学院项目负责人：郝琪年限：1年燕山大学科技园二○○九年十二月制-9-一、项目的目的及意义随着经济发展，设施农业作为农业可持续发展的一个重要途径已越来越受到世界各国的重视，温室生产通过科学管理，能最大限度的提高土地产出率，资源利用率和劳动生产率，产生最佳经济效益和社会效益，是一种完全有别于传统农业的生产模式。现代化的温室都配备有智能化的环境控制系统，用来调控温室内相对封闭的小环境，以适应作物的生长发育，使作物生产达到优质、高产

2、、高效的目的。然而，由于我国设施农业起步相对较晚，目前所使用的温室控制系统多为国外产品，国内用户难以适应界面操作，这样就要求操作和维修人员具有较高的专业素质，同时也会造成系统功能使用上的浪费，不利于设施农业的推广。另外，由于各国气候有较大差异，按照外国气候设计的控制系统不一定适合我国温室的控制要求，而且其核心技术又对我们进行封锁，其价格更是令人难以接受。自主研制的以可编程控制器为核心的温室温度控制系统，由于其采用了灵活的编程方式，具有适应恶劣环境，简单易懂，操作方便，维修简单，可靠性高等优点，已经在设施农业中得到广泛应

3、用，利于高效农业的发展。由于温室系统是一个多变量、多耦合、非线性、大滞后的复杂动态系统，很难建立精确的数学模型。因此，温室的控制采用遗传优化模糊的控制方法。利用模糊控制器本身的解耦特点，在控制器结构上实现解耦。由于模糊规则的获取和控制参数的调整都没有系统的方法，主要依靠控制专家的经验和设计者的反复试验。随着系统复杂度的提高，直观经验越来越难以获得，而且往往表达不清楚，难以直接利用，因此用遗传算法对其进行优化，这样就使得温室控制系统能不断根据实际情况来自动修正控制算法，从而真正达到智能控制的目的。为此，本研究采用一种基于

4、遗传算法优化模糊控制器的智能控制方案控制温室的环境参数。目前国内外市场以PLC为核心的温度控制系统很多，具有方案灵活、运行稳定、操作简单、易于维护和升级，且应用面广的优点。同时，模块化的设计可以有选择的灵活的添加控制器，以满足不同地区不同用户的需求，这就大大提升了系统的实用性，降低了开发和使用成本。另外，该控制器还可用于工业上的加热炉、热处理炉、反应炉等多种类似温度控制场所，且不受恶劣的工作环境影响；在生活中的应用也比较广泛，如热水器，智能室温，智能冷库等。该控制系统稍作变通就有广阔的应用空间。-9-因此，本次研究具有

5、很深远的科学意义和极为广阔的应用前景。二、本项目国内外技术发展概况温室作为设施农业的重要组成部分，在世界各地得到长足发展。70年代初、中期，较为进的电子温室自控系统，存在一定的问题：可靠性差、控制功能不强以及控制参数少等缺点。80年代，以计算机为核心的温室综合环境控制系统，在欧美和日本获得快速的发展，并迈入网络化智能化阶段。我国对温室控制系统的研究比较晚，到80年代，才有对人工气候室进行的微机控制，我国的温室控制系统科研水平跟国外仍有较大差距，表现为：没有温室结构的国家标准；缺乏与我国国情相适应的温室优化控制软件和控制

6、系统。目前国内外主要有以下几种温室控制方案：1．基于单片机的温室控制方案2．基于工控机的温室控制方案优点：硬件成本低。缺点：因温室控制器批量不大。一是元器件采购质量难以保障；二是线路板小批量定做，质量难以保证；三是手工焊接质量不稳；四是没有老化实验；五是硬件设计不一定为最优方案。由此造成系统控制器稳定性差、故障率高，时常会出现原因不明的故障。仅仅是一个单片机控制器尚可运行，如果实现分布式控制，其稳定性将会出现问题。另外，此方案控制器与其他系统兼容性差、开放性不强。此方案多采用工控板卡，优点是：因生产板卡的公司一般是波峰

7、焊接板卡是批量定做，所以硬件稳定性要比单片机好。上位机软可采用组态软件，编程较方便。缺点：第一，因温室控制采集参数多，如温度、湿度、光照度、风速、风向、雨雪、雨量、浓度等。传感器信号参数各异，有电流、电压、开关量、脉冲等。需要采用不同的输入板卡，因此成本较高。第二，板卡插在工控机上，一旦计算机发生故障，则温室控制不能实现。第三，采集速度慢所有的采集、显示、计算、控制逻辑关系、输出控制等都在计算机上完成，上位机负担重。第四，不能实现分布式控制。总之，不管是成本还是功能，工控机方案都不是温室控制的首选。3．基于PLC的温室

8、控制方案-9-优点：第一，稳定性高。PLC在工业控制中已应用多年，属大批量生产产品。PLC产品在生产、调试、应用、服务等方面都有一套完备的标准，所以产品质量稳定。由此保证了温室控制器的硬件稳定性，从而具有控制准确、运行可靠的特点。第二，丰富的I/O口。本系统需要13个输入口和9个输出口。PLC自带的口线可满足需要。第三，易于组网和