今日頭條
官方微信
官方抖音
案例頻道
一、 概述
隨著國民經濟的迅速發展，現代農業得到了長足的進步，溫室工程已成為高效農業的一個重要組成部分。計算機自動控制的智能溫室自問世以來，已成為現代農業發展的重要手段和措施。它的功能在于以先進的技術和現代化設施，人為控制作物生長的環境條件，使作物生長不受自然氣候的影響，做到常年工廠化，進行高效率，高產值和高效益的生產。
二、功能敘述
溫室環境包括非常廣泛的內容，但通常所說的溫室環境主要指空氣與土壤的溫濕度、光照、CO2濃度等。計算機通過各種傳感器接收各類環境因素信息，通過邏輯運算和判斷控制相應溫室設備運作以調節溫室環境。輸出和打印設備可幫助種植者作全面細致的數據分析，保存歷史數據。本系統主要具備以下幾部分功能：
2.1綜合環境控制
采用計算機實現環境參數比較分析，四季連續工況調控系統。，比例調節環境溫度、濕度與通風。CO2 發生裝置按需比例調節環境CO2濃度，夏季室外屋頂噴淋，在保證室內光照強度的前提下，組合調節環境溫度與通風，達到強制降低環境溫度的效果。通過計算機對溫室各電動執行器進行整體調節，自動調控到作物生長所需求的溫、濕、光、水、氣等條件，另外通過臭氧消毒凈化器對溫室進行消毒。
2.2肥水灌溉控制
采用計算機肥水灌溉運籌系統。根據作物區的需要，對水培區的營養液成分，PH和EC值進行綜合調控。對基培和土培區主要是根據作物生產需要，設定基質、土壤的水勢值，自動調節滴灌、噴灌系統的灌溉時間和次數。
2.3緊急狀態處理
采用計算機實測環境參數、狀態極限值反饋報警保護系統。根據作物的各項參數設定溫室環境的極限值和作物生長環境參數極限值報警保護系統，提高了整個系統安全性。
2.4信息處理
采用計算機集散控制信息管理系統。信息處理由中心控制計算機完成。主機通過局部數字通訊網絡與現場控制機相連，實現遠動雙向控制及全系統集中數據處理。其功能包括運行實時參數 執行器模擬狀態顯示，歷史數據存儲、檢索，數據平均值報表、曲線顯示與打印。
2.5溫室的環境參數指標
針對本系統所涉及的兩棟溫室，根據栽培的作物和所處的環境，具體參數如下：
* 葡萄溫室：
a、在冬季休眠期約90多天需保持溫室內溫度為5℃。休眠期以后白天需控制溫室內溫度為25-30℃，夜間需控制在15-18℃。
b、濕度需保持在50-75%不能超過95%。
c、光照強度應保持在45000-55000勒克斯
d、二氧化碳濃度在上午日出后到10點左右保持在1000PPM左右。
e、PH值保持在7-7.5。
f、EC值離子總濃度保持在1‰-2‰，隨時進行調整。
* 黃瓜、番茄溫室：
a、在苗期需保持溫室內溫度在13-15℃，定植后白天上午應保持在25-28℃，下午應保持在20-25℃，夜間應保持在15-18℃。
b、濕度黃瓜在白天保持在70-75%，夜間保持在85-90%；番茄白天保持在65-75%，夜間保持在75-85%。
c、光照強度番茄應保持在50000勒克斯左右，保證12個小時光照；黃瓜應保持在40000勒克斯左右，保證8-10小時光照。
d、二氧化碳濃度在上午日出后到10點左右保持在1000PPM左右。
e、PH值保持在6.5-7.5。
f、EC值離子總濃度保持在1‰-2‰，隨時進行調整。
黃瓜和番茄在冬季早春即11月中旬至下年2月上旬期間比較關鍵。
以上參數在監控軟件中進行編寫，環境參數超出設定范圍時進行相應調節同時產生報警提醒值班人員注意。
三、系統設計
3.1 系統硬件和軟件選擇
設計系統的關鍵是硬件和軟件的穩定性，根據實際的應用經驗和比較選用以下配置。
硬件配置：研祥工業計算機P4 2.0G/256M/40G/20英寸彩顯；西門子PLC S7-200；
軟件配置：系統WINDOWS 2000；組態軟件三維公司力控2.61控制策略網絡版。
3.2 軟件設計方案
實現智能化溫室控制的關鍵在于1）如何根據不同的作物或相同作物的不同生長階段設計不同的控制方案和參數。2）時實參數的檢測和數據網絡化。
3.2.1 力控的配方管理模塊實現了參數的批量控制
根據不同的作物或相同作物的不同生長階段，設計出不同的配方。力控軟件提供了簡單方便的組態和操作功能，將需要修改的參數首先定義為變量，這樣，操作人員可以通過操作畫面，進行方便修改。
詳細表達式如下：
圖1 詳細表達式
3.2.2 時實參數的檢測
時實參數的檢測永遠的一線生產最主要的環節，及時反應當前生產情況，本系統選擇的檢測儀表盡量都是輸出標準信號。針對農藝園溫室的應用環境特點是濕度較大，所以在邊送器的選型上特別注意能夠防潮濕，在這樣的環境中分析類邊送器如PH計和二氧化碳分析儀等，在檢測部位容易凝結水珠，所以維護的頻率要相對提高，一般需要4天左右就維護一次，這樣才能作到時實參數檢測及時準確。
3.2.3 數據網絡化
由于技術中心遠離溫室現場，而技術人員需要時實監控生產參數，修改最佳的生產參數，數據的網絡化就是必須的。力控可以有2種方式實現數據網絡化，一是WEB功能；二是遠程數據庫功能。WEB功能只能遠程瀏覽而無權限修改參數，所以不適用本系統，定義遠程數據庫很好的實現了數據網絡化。
3.3 軟件實施說明
系統主要對溫度、濕度、光照等指標進行控制。以葡萄溫室為例，休眠期溫室的溫度保持在5℃，休眠期后白天控制在25-30℃，夜間控制在15-18℃，當溫度超出控制范圍時加熱爐的風機啟動，使加熱爐產生的熱量在溫室內均勻散布，當溫室內溫度達到作物適合溫度時，加熱爐風機自動停止。濕度控制在50-75%，當溫室內濕度超出控制范圍時軸流風機啟動，抽出溫室內濕度較高的空氣，使濕度下降。當濕度降回到正常范圍時，軸流風機自動停止工作。溫室的光照度控制在45000-55000勒克斯，當溫室內的光照度達不到設定指標時，溫室內的補光燈自動打開進行人工補光。當溫室的光照度水平達到設定指標時補光燈自動熄滅，以節約能源。臭氧病害防治機的使用則結合作物的具體情況來選擇性的進行定期或不定期消毒滅菌。二氧化碳發生器的操作相對麻煩一些，需到溫室內按步驟進行操作，監控系統可監視二氧化碳濃度，當濃度達到有害程度時系統發出報警，提醒監視人員注意。黃瓜、番茄溫室的控制方案與之類似，主要差別在各參數的控制指標不同。
圖2 系統流程圖
四、結束語
組態、設計工作完成后，經過模擬和在線測試后，證明該系統所實現的功能完全達到了原設計的意圖，滿足了生產的需求。
系統投資少，見效快，運行一年多來穩定可靠，實踐證明改造后單產量都提高20%以上。說明利用工業組態軟件改造現代農業，是完全可行的，特別是在華北和東北，溫室種植教多的地區，是新的思路和理念，具有廣闊的前景。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號