Tesis de graduación sobre sistema inteligente de control de invernaderos basado en PLC
Diseño de un sistema inteligente de control de invernaderos basado en PLC
Resumen: El sistema ambiental de invernadero es un gran sistema complejo, no lineal, variable en el tiempo y rezagado. Es difícil establecer un modelo matemático. Convencional Es difícil obtener un rendimiento estático y dinámico satisfactorio con este método de control. De acuerdo con las características del control ambiental del invernadero, se diseña un sistema inteligente de control de invernadero basado en PLC.
Palabras clave: PLC; control inteligente: control de invernaderos
El sistema de invernadero inteligente es una tecnología agrícola de instalaciones de alta eficiencia y ahorro de recursos que se ha ido desarrollando gradualmente en los últimos años. Sobre la base de la absorción de la tecnología de producción de invernaderos de alta tecnología de los países desarrollados, este artículo estudia la tecnología de control de factores ambientales como la temperatura, la humedad, el CO, la concentración y la luz del invernadero, y diseña un PLC A. -sistema inteligente de control de invernaderos.
1 Investigación sobre el algoritmo inteligente de control de invernaderos
1.1 Principales características del entorno de invernadero
El sistema ambiental de invernadero es un sistema grande y complejo y se debe establecer un control preciso Los modelos
son difíciles de implementar. Dado que los requisitos de los cultivos para diversos factores climáticos en el medio ambiente no son particularmente precisos, sino un rango difuso, como los requisitos de los cultivos para la temperatura, siempre que la temperatura esté dentro de un cierto período de tiempo, dentro de un cierto intervalo, la El cultivo puede crecer bien, por lo que no es necesario controlar con precisión varios parámetros. Como objeto de control del sistema de control por computadora, el entorno climático del invernadero tiene las siguientes características: sistema no lineal, sistema de parámetros distribuidos, sistema variable en el tiempo, sistema de retardo de tiempo y sistema combinado de acoplamiento multivariable.
1.2 Ecuación diferencial del objeto de control de invernadero inteligente
La ecuación diferencial de temperatura del invernadero inteligente es:
En la fórmula, es el coeficiente de amplificación del invernadero inteligente; es la constante de tiempo;
es la cantidad de cambio en la temperatura del aire de suministro convertida a partir del calor de interferencia dentro y fuera del invernadero inteligente; es la temperatura interior del invernadero inteligente
.
2 Estructura general del sistema y diseño de hardware
2.1 Estructura general del sistema
2.1.1 Objetivos del diseño del sistema de control
El sistema de control del invernadero se basa en los sensores de temperatura interior y exterior, sensores de humedad, sensores de luz, CO, sensores, estaciones meteorológicas exteriores, etc. recopilados u observados
Utiliza temperatura externa, humedad, intensidad de luz, CO, concentración y otra información de parámetros ambientales para impulsar edredones aislantes de invernaderos, ventanas de ventilación, redes para sombrillas, riego por aspersión, etc.
a través de equipos de control/control de la agencia ejecutiva, ajustar y controlar el clima ambiental del invernadero y el riego y fertilización. para satisfacer las necesidades de crecimiento y desarrollo de los cultivos y proporcionar el entorno ecológico más adecuado para el crecimiento y desarrollo de los cultivos
Para mejorar significativamente el rendimiento y la calidad de los cultivos.
2.1.2 Modo de control
Gestión del cambio de temperatura en función del tiempo. Implementar un manejo de temperatura variable según los cambios de hora del día. Dividir un día en cuatro períodos de tiempo según las necesidades de crecimiento de los cultivos. Los cuatro períodos de tiempo tienen diferentes requisitos de control de temperatura.
Control del invernadero. Los usuarios pueden cambiar de manera flexible el método de segmentación de los cuatro períodos de tiempo
en un día, y el usuario también puede configurar y modificar la configuración de temperatura en los cuatro períodos de tiempo
.
Los modos de control en diferentes estaciones son diferentes, pero el mecanismo de ajuste para iniciar el sistema de control automático es diferente.
Pero los propósitos de control en diferentes estaciones son los mismos, es decir, Parámetros ambientales
El control numérico se ajusta cerca de los parámetros establecidos. Con el cambio de estaciones y los cambios en las etapas de crecimiento de los cultivos, la temperatura requerida en cada período de tiempo también cambia. En este momento, el valor de temperatura establecido se puede modificar
para ajustar el objetivo de control de temperatura del. invernadero.
2.1-3 Plan de control
Este sistema adopta métodos de control de conmutación automática y manual para realizar el control automático del invernadero
y mejorar la confiabilidad operativa del equipo.
Los dos métodos de control se pueden cambiar mediante el botón
durante el tiempo de ejecución. El control manual es simple y confiable y consta de relés, contactores, botones, interruptores de límite y otros componentes eléctricos. Control automático
El modo adopta control automático por computadora. Supervise los factores ambientales a través de sensores y establezca valores límite superior e inferior para ellos. Cuando se detecte que un determinado valor excede el valor establecido, se enviará una señal. para accionar automáticamente el equipo para abrir y cerrar, de modo que los factores ambientales del invernadero se controlen dentro del rango establecido. Su costo operativo es bajo, lo que puede ahorrar mucho trabajo y reducir la intensidad laboral de los trabajadores.
2.2 Composición del hardware del sistema
Para realizar el monitoreo ambiental del invernadero inteligente, este diseño establece un parámetro de control automático por computadora en línea a largo plazo para el ambiente del invernadero
sistema de control. Se realizó un seguimiento a largo plazo de la temperatura, la humedad, el CO, la concentración, la intensidad de la luz y otros parámetros en el invernadero. También puede controlar automáticamente tragaluces, ventanas laterales, ventiladores de refrigeración, ventiladores, cortinas húmedas, redes parasol internas y externas y otros equipos de acuerdo con los requisitos de temperatura y humedad del invernadero inteligente. Se utiliza una computadora como computadora host para la instalación
Existe un software de monitoreo de configuración t6.02, que puede resumir, mostrar, registrar y formar automáticamente una base de datos
de datos, y realiza el control automático de equipos de control de invernaderos. Configuración y seguimiento remoto. Para
garantizar la confiabilidad del sistema, el control del equipo del invernadero adopta un método de conmutación manual/automático
Es decir, en algunas circunstancias especiales, el sistema se puede cambiar a manual, utilizando un método flexible
Relájate.
3 Diseño del software del sistema
3.1 Diseño del software PLC del sistema de control de invernadero
Los siguientes puntos se enumeran de acuerdo con los requisitos básicos y técnicos: (1) Prevenir mal funcionamiento del contacto: se puede solucionar utilizando un circuito de autobloqueo (2) Función de autodiagnóstico del sistema: el propio PIG tiene esta función (3) Control del ventilador: el invernadero está equipado con un conjunto de ventiladores que pueden arrancar y detenerse; al mismo tiempo, cuando la temperatura en el invernadero excede el valor predeterminado, las cuatro ventanas laterales se abrirán automáticamente bajo el control del PLC. El ventilador arranca después de 5 segundos y la bomba de agua de cortina húmeda arranca después de otro retraso de 5 segundos. , reduciendo así la temperatura del invernadero; (4) Control de la ventana lateral: hay 4 ventanas en el invernadero.
Ventana lateral, la ventana lateral está controlada por el motor y el recorrido de la ventana lateral está controlado. configurando el límite del motor.
La solución es similar al punto anterior, pero considerando la simplicidad del programa, se puede resolver usando el comando de función de interrupción de PGI (5) Control automático/manual del sistema: disponible Se utiliza un valor de conmutación como señal de entrada; el PLC para realizar la conversión del programa de control;
(6) Control de bomba de cortina húmeda (7) Control de red de sombra (8) CO, suministro de aire (control; (9) Control de luz de llenado; (1O) Escalabilidad: Esto se puede solucionar reservando una determinada cantidad de espacio de almacenamiento y puertos en el PLC
3.2 Diseño del software del sistema de control
El control de ventiladores, lucernarios, laterales. ventanas, ventiladores de circulación, parasoles y bombas de cortina húmeda en el sistema
es emitir instrucciones de conmutación a través de PLC y controlar máquinas relacionadas a través de contactores de CA
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El arranque y la parada de la estructura Debido a que el sistema de detección PLC tiene alta sensibilidad, puede reaccionar rápidamente a las perturbaciones en el invernadero. Al mismo tiempo, debido al gran retraso de transmisión en el invernadero, la ejecución
El mecanismo en movimiento se mueve con frecuencia. , lo que afecta la vida útil. Por lo tanto, se agrega un módulo de retardo de tiempo ajustable al programa. El retardo se puede ajustar de acuerdo con la situación específica durante el uso, para que el control
El efecto sea el mejor.
3.3 Diseño de software de monitoreo de configuración del sistema
El software de configuración se puede obtener de controladores programables y de varios datos. Un paquete de software que recopila datos en tiempo real de dispositivos como tarjetas de adquisición. , luego emite comandos de control y monitorea si el sistema está funcionando normalmente. Sus funciones principales son las siguientes:
(1)Función de monitoreo remoto.
Puede monitorear de forma remota el estado actual de múltiples invernaderos a través de líneas de comunicación, incluida la temperatura exterior, la intensidad de la luz, la velocidad del viento, la dirección del viento, la señal de lluvia y nieve, la temperatura interior, la humedad interior, la temperatura del controlador y la posición
y el estado del interruptor de tres conjuntos de ventanas de ventilación independientes, la posición y el estado del interruptor de las sombrillas internas y externas, así como de los ventiladores primarios y secundarios
ventiladores y cortinas húmedas, nebulizador, calentador, ventilador de circulación, luz de relleno , C0, válvula de suministro de aire, calentamiento de agua
El estado de la válvula de tres vías y varias formas de monitoreo de alarma, y también puede monitorear el estado de cada válvula de riego
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Los valores máximo, mínimo y máximo para todo el mes, toda la semana, todo el día y este período, como la intensidad de la luz solar, la velocidad del viento, la temperatura interior, la humedad interior, CO, la concentración, la temperatura de calentamiento del agua, etc.
valor medio.
(3) Función de grabación del funcionamiento del equipo de invernadero. Puede registrar en línea la hora, el estado actual y la ubicación de cada cambio de estado del equipo del invernadero, la temperatura objetivo actual, la temperatura interior
grado, la humedad objetivo y la humedad interior, y puede imprimir .
(4)Función de configuración remota. Todos los parámetros de configuración del controlador programable se pueden modificar de forma remota a través de líneas de comunicación.
(5) Generar función de gráfico de curva. Puede dibujar simultáneamente la temperatura exterior, la intensidad de la luz, la velocidad del viento, la temperatura objetivo, la temperatura interior, la humedad objetivo, la humedad interior y el CO en cualquier momento en una vista en planta o en una vista tridimensional, la concentración, la temperatura de calentamiento del agua y otros años. curvas de cambio redondas, de mes completo, de semana completa y de día completo e impresión.
4 Conclusión
Este artículo analiza el impacto de las acciones correspondientes de los actuadores de invernadero en los factores ambientales
y combina tecnología de control programable, tecnología de conversión de frecuencia y configuración. Se aplicaron tecnologías de monitoreo y sensores al diseño de sistemas de control de invernaderos y se desarrolló un sistema de control de invernaderos inteligente basado en PLC.圜
Estado
(2) Función de estadísticas de datos. Puede contar la temperatura y la luz exterior en cualquier momento[2]
Puede contar la temperatura y la luz exterior en cualquier momento
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[Referencias
p>Deng Lujuan, Zhang Kanyu, Gong Youmin. Aplicación de la tecnología de control inteligente en ingeniería agrícola
. Agricultura moderna, 2003(12): 1～3
Shen Maoxiang et al. Una investigación sobre la agricultura industrial en los Países Bajos y reflexiones sobre la construcción de la agricultura industrial en China
. Revista de Ingeniería Agrícola, 2000, 16(5)