基于现场总线的温室分布式自动控制系统研究

摘要

设施温室是一种配备有温室环境控制系统的资源集约型高效农业生产方式，它在调控温室内小气候环境以适应作物生长发育要求的同时，不仅实现了作物的反季节生产，还提高了作物的质量以及作物生产的效率。近年来随着传感器技术、计算机技术、网络技术、智能控制技术以及生物技术等高新技术和手段的飞速发展，带来了温室环境控制方面的一场革命。温室环境控制系统正在不断吸收相关领域新的理论和方法，结合温室作物种植的特点，不断创新，逐步完善。 近年来，一些农林科研单位相继引进设施温室，以进行育苗栽培或科学实验。本论文课题依托于黑龙江省森林植物园四栋日光温室的建造与自动控制系统的设计项目。针对当前温室环境控制相关技术遇到的机遇与挑战并存的现状，作者旨在达到温室控制系统的低成本经济性以及实用性要求，以期推进温室的产业化、智能化步伐。 本论文首先介绍了国内外温室环境控制系统的研究发展状况，总结了温室环境控制系统的发展趋势，分析了现有温室环境控制系统存在的不足。温室环境控制的目的是把各被控变量(温室环境因子)，如光照、温度、湿度、CO2浓度等，维持在作物生长发育要求的范围内，所以本论文还分析了各环境因子对作物生长发育的影响以及各环境因子之间的相互耦合关系。其次根据工控领域发展迅速的现场总线模型提出了AFCS(AgriculturalFieldBusControlSystem)参考模型，并由此得出分布式温室控制系统的物理模型，然后在上下位机结构形式的基础上对温室控制系统进行了软硬件设计。一个完整的温室控制系统除了包括温室环境控制系统外，还应该包括喷灌控制系统，本论文对温室喷灌系统作了详细的设计说明。最后利用工控领域优秀的控制软件组态王(KingView6.5)编写了温室模拟运行软件，利用该软件可以对温室进行参数设置，报表、曲线查询，报警提示等。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1国内外温室控制系统的研究及发展趋势

1.1.1国外温室控制系统研究发展状况

1.1.2我国温室控制系统研究发展状况

1.1.3温室控制系统的发展趋势

1.2课题研究的内容、目的及意义

1.3本章小结

2温室环境因子及其耦合关系

2.1温室环境因子

2.1.1光照

2.1.2温度

2.1.3水分环境

2.1.4 CO2浓度

2.2各环境因子间的耦合关系

2.3本章小结

3温室分布式控制系统集成模型

3.1分布式控制系统的发展背景

3.2分布式控制系统在温室工程中的优点

3.3温室分布式控制系统集成模型的提出

3.3.1 OSI模型

3.3.2现场总线模型

3.3.3分布式控制在设施温室中的应用

3.3.4温室分布式控制系统物理模型

3.4本章小结

4温室控制系统的硬件配置与电气控制设计

4.1测量系统和环境调控系统

4.1.1传感器的选择

4.1.2环境调控系统

4.2上下位机监控控制设备的选型

4.2.1上位PC机

4.2.2下位机PLC选型

4.3系统其它硬件

4.4电气控制设计

4.4.1电气控制接线原理图

4.4.2电气控制柜

4.5本章小结

5控制系统自动化的软件实现

5.1梯形图语言实现的简单控制

5.1.1控制策略

5.1.2 PLC存储器分配

5.2模糊控制算法实现的高级控制

5.2.1模糊控制系统及模糊控制器的基本组成

5.2.2实现温室环境因子模糊控制的方法

5.2.3 MATLAB仿真

5.2.4VB编程实现的自动控制子程序

5.3本章小结

6自动喷灌系统的设计

6.1国外自走式喷灌机介绍

6.2喷灌系统功能要求

6.3自行走喷灌机的结构设计

6.3.1电机的选择

6.3.2轴的设计

6.3.3带传动设计

6.3.4喷灌机的改进部分

6.4喷灌控制系统设计

6.4.1喷灌机工作流程

6.4.2喷灌控制系统硬件配置

6.4.3 PLC存储器分配

6.4.4 PLC实现的步进电机速度控制

6.4.5触摸屏GT01人机界面设计

6.5本章小结

7温室模拟运行人机界面

7.1组态王KingView简介

7.2组态王通信设置

7.2.1 I/O设备管理

7.2.2组态王变量定义

7.2.3组态王与VB通信

7.3模拟运行软件

7.3.1模拟运行软件整体介绍

7.3.2模拟运行软件功能

7.4本章小结

结论

参考文献

附录A(控制系统硬件实物图)

附录B(温室环境控制系统PLC程序)

附录C(温室喷灌系统PLC程序)

攻读学位期间发表的学术论文

致谢