阐述现代农业对精准环境控制的需求,说明大棚种植作为设施农业的重要组成部分,其温湿度控制对作物生长、产量和品质的关键影响,进而引出基于 PLC 进行自动控制研究的必要性和重要性。
介绍国内外在农业温室环境控制领域的发展历程与成果,对比分析现有技术的优缺点,指出基于 PLC 控制的大棚温湿度自动控制系统在可靠性、成本效益等方面的优势与潜力。
概括本文围绕大棚温湿度自动控制系统设计所开展的研究工作,包括控制方案确定、硬件选型与设计、软件编程、人机界面开发及调试等关键环节,并简要介绍各章节的主要内容与逻辑关系。
详细介绍大棚的结构、材料、保温性能等,分析作物生长周期内不同阶段对温湿度的动态需求变化规律,探讨影响大棚内温湿度的主要因素及其相互作用机制。
阐述大棚内用于调节温湿度的各类机电设备(如通风机、遮阳网、加湿器、循环风机、土壤湿度传感器等)的原理、运行方式及其与控制系统之间的接口关系,说明其与电气控制系统如何协调配合,以实现对温湿度的精准调节。
明确系统对温湿度的控制精度、控制范围、响应速度等具体指标要求,综合考虑被控对象的复杂性和控制要求,确定采用 PLC 作为核心控制器的控制方案,阐述该方案在可靠性、灵活性、可扩展性等方面的优势。
选择合适的温湿度传感器,分析其测量原理、精度、响应速度、安装位置与方式等,确保能够准确获取大棚内不同区域的实时温湿度数据,同时选择其他输入设备(如光照传感器、土壤湿度传感器、CO₂ 传感器等)及其选型依据。
根据系统的控制规模、控制要求以及现场环境条件,对比分析不同品牌和型号 PLC 的特点,选择最适合本项目应用的 PLC 机型,确定 PLC 所需的 I/O 点数和存储容量,合理配置 I/O 模块。
依据系统功能和控制逻辑,为每个输入设备(传感器)和输出设备(执行器)分配唯一的 PLC I/O 地址,确保信号传输的准确性和可追溯性,绘制 PLC 的 I/O 点与输入输出设备的连接图或对应关系表。
设计信号采集与预处理电路、执行器驱动电路、抗干扰措施,绘制系统主电路原理图和控制电路原理图,将主电路和控制电路进行有机整合,形成完整的系统电气原理图。
绘制系统主流程图和各功能模块流程图,描述各模块内部的工作流程、数据处理过程和逻辑判断条件,确保程序设计的条理性和可读性。
编写初始化程序、温湿度采集与处理程序、控制算法程序、设备控制程序、保护和连锁程序,对控制算法的参数进行在线整定和优化,提高系统的控制性能。
搭建模拟调试环境,对程序进行逐步调试,检查程序的语法错误、逻辑错误和运行结果是否符合预期,对发现的问题及时进行修改和优化。
确定人机界面(HMI)应具备的基本功能,如实时数据显示、系统运行状态监测、参数设置与修改、历史数据查询与记录、控制操作界面等,满足用户对系统监控和操作的便捷性要求。
设计直观、友好、易于操作的人机界面,按照功能模块对界面进行合理布局,设计主界面、各个子功能界面以及界面之间的切换逻辑和导航方式。
配置 HMI 设备与 PLC 之间的通信参数,编写 HMI 与 PLC 之间的数据映射关系和通信程序,实现人机界面与 PLC 内部数据的实时交互。
对硬件系统进行全面的检查和调试,检查电源系统是否正常供电,各电气连接点是否牢固可靠,无短路、断路现象,对输入输出设备进行功能测试。
将经过模拟调试后的 PLC 程序下载到实际的 PLC 控制器中,结合现场调试环境,对程序进行进一步的调试和优化,通过 HMI 界面发送各种控制指令,观察 PLC 的输出信号和执行器的动作响应是否符合预期控制逻辑。
在硬件调试和软件调试的基础上,进行整个大棚温湿度自动控制系统联调,模拟大棚的实际运行环境和各种工况条件,对系统的控制功能、控制精度、响应速度、稳定性等进行全面测试和评估。
在系统联调优化完成后,进行一定时间的运行测试,记录系统的运行数据和各项性能指标,通过对比分析实际运行数据与设计指标的偏差,评估系统的控制效果和可靠性。
对本论文所设计的基于 PLC 的大棚温湿度自动控制系统进行全面的总结,归纳系统的主要功能、技术特点和创新点,阐述该系统在大棚农业生产中的实际应用价值和意义。
客观分析本研究中存在的不足之处,如系统在控制算法的优化方面可能还有进一步提升的空间、硬件设备的抗干扰能力在某些极端环境下可能不够强、人机界面的功能还可以更加丰富和完善等。
对基于 PLC 的大棚温湿度自动控制系统未来的发展趋势和应用前景进行展望,提出一些具有前瞻性的研究方向和改进思路,如结合物联网技术实现大棚的远程监控和智能化管理。