基于PLC的智能温室远程监控系统的研究

摘要

作为一个农业大国，我国的农业生产产值在国民经济占有重要的地位。近几年，我国温室产业发展的十分迅速，伴随着温室的种植技术的普及，中小型的温室发展最为迅速。温室作物生长状态的好坏与温室内的环境因子息息相关，只有确保了作物生长在适宜的环境下，才能保证作物良好的生长，产量达到人们的预期。与目前大型温室的控制系统不同的是，本文针对的是现代化小型温室系统设计一种基于PLC的温室环境监控系统，能够实时远程监控温室的环境变量，系统会根据传感器采集的数据自动调控执行设备，实现环境变量的调节。该系统具有安装简单、成本低、稳定、扩展性好等特点。
　　该系统的设计方案是以PLC为核心，高精度的数字式传感器来实现对温室空气温湿度、土壤湿度、光照度、二氧化碳浓度等参数实时采集和控制。本系统为使用组态王软件做了人机交互界面，方便用户操作系统，通过组态画面就可以显示下位机传来的参数、执行部件状态、故障报警等信息，同时也提供查询实时数据、历史数据、报表等功能。下位机为西门子S7-200PLC，与各种传感器、电源和执行部件相连，处理传感器采集来的数据，并且做出相应的控制决策。为了实现远距离对温室的实时监控与数据的查询，本文使用了远程模块GPIS DTU GM-10。
　　该系统在实验室模拟，稳定之后投入扬州大学农学院温室试验田运行。在运行过程中，本系统满足农作物的生长要求，对温室内的环境因子的控制达到良好的效果。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 国内外温室环境监控装置发展状况

1．2．1 国外温室环境监控装置发展状况

1．2．2 国内温室环境监控装置发展状况

1．2．3 温室环境控制系统的发展趋势

1．3 论文的结构和主要研究内容

1．3．1 论文的结构

1．3．2 研究的内容

1．3．3 拟解决的关键问题

1．3．4 系统研究线路线

1．4 本课题研究的目的与意义

1．5 本章小结

第二章 温室系统控制方案的确定

2．1 温室环境的特点

2．2 温室控制理论

2．3 系统设计目标

2．4 控制器的确定

2．5 系统的整体方案

2．6 本章小结

第三章 温室温度控制算法的研究与优化

3．1 温室温度控制的数学模型

3．1．1 温室控制对象微分方程的分析

3．1．2 温室具体参数的测量和放大系数(K)的估算

3．2 夏季降温PID控制仿真

3．3 冬季升温控制方案

3．3．1 加热水箱大滞后系统数学模型建立

3．3．2 模糊控制器的设计

3．3．3 参数的确定和隶属函数的选定

3．3．4 控制规则的确定

3．3．5 解模糊算法和模糊PID参数自整定

3．3．6 控制方法的仿真搭建

3．3．7 仿真结果分析

3．4 本章小结

4．1 硬件系统的搭建

4．1．1 温度控制系统的搭建

4．1．2 湿度控制系统的搭建

4．1．3 CO2补给系统的搭建

4．1．4 补光系统的搭建

4．2 PLC选型及其配置

4．3 传感器和执行设备的选型

4．4 温室执行机构的总体结构设计

4．5 本章小结

第五章 温室系统的软件系统设计

5．1 控制系统PLC软件设计

5．1．1 编程环境

5．1．2 编程步骤和注意事项

5．1．3 编程电缆与通讯设置

5．1．4 PLC与远程模块GM10的通讯设置

5．2 上位机系统的设计

5．2．1 上位机功能要求

5．2．2 组态王与数据库通信

5．3 组态王与下位机通信

5．4 监控系统设计

5．4．1 监控画面设计

5．4．2 权限管理设计

5．4．3 系统内的命令语言

5．5 组态软件与MATLAB的OPC协议通信

5．5．1 OPC协议简介

5．5．2 MATLAB与组态王混合编程

5．5．3 基于OPC协议的数据交换

5．5．4 温度控制系统测试

5．6 PLC采用查表的方式实现模糊控制

5．7 本章小结

第六章 温室系统实验验证与调试结果

6．1 分析干扰源与抗干扰措施

6．2 系统测试与验证

6．2．1 传感器的重新校准

6．2．2 系统内部功能测试

6．2．3 故障报警

6．2．4 数据的处理分析

6．2．5 系统远程功能的测试

6．3 本章小结

7．1 论文的总结

7．2 展望

参考文献

致谢

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