基于PLC的温室大棚内气体环境调控装置的制作方法

本实用新型属于温室大棚环境调控技术领域，具体来说涉及一种基于PLC的温室大棚内气体环境调控装置。

背景技术：

温室大棚内不同位置气体环境存在差异，空气的温度、湿度、二氧化碳浓度都存在梯度，影响到作物的生长，同时，空气的流动速度也会影响到植物的蒸腾、叶温及对CO₂的吸收问题，进而影响到作物的生长。在不采用措施的封闭的棚室内，当气体的流动速度过低，则会影响作物生长。同时，植物栽培生理方面的研究已证实：在3m/s内的低风速时，叶面界面层呈层流状态，相对较高风速有助降低叶面界面层厚度而减少CO₂扩散阻抗。在相对湿度60％以上，光合强度随风速的提高而提高，但在低湿度情况下，如果风速过大而超过一定限度，蒸腾作用过于旺盛、光合强度反而降低。大部分研究结果均认为在温室条件下，气流速度一般以0.3～0.5m/s为宜。这是因为一般温室在强光照下，叶温较高，蒸腾旺盛，风速如果过高，光合强度就会大大降低，所以，设计一种可对大棚内气体环境进行调控的装置很有意义。目前采用轴流风机直接换气，涉及到能耗、安装等问题，在生产上普遍应用的日光温室中并不具备条件。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种性能可靠、具有实时自动监控功能的基于PLC的温室大棚内气体环境调控装置。

本实用新型是通过下述技术方案予以实现的。

一种基于PLC的温室大棚内气体环境调控装置，包括：PLC、风机系统、电加热系统、控制面板、输气系统、触摸屏和至少一组的传感器系统，其中，

所述风机系统包括：风机调速模块、加压风机和多根进气支路，多根所述进气支路的进气口分别与棚室内大气、棚室外大气和气肥发生器气体出口连通，多根所述进气支路的出气口与所述加压风机的进气口连通，且在每一所述进气支路上均安装有一电磁阀，加压风机、风机调速模块和多个所述电磁阀均与所述PLC电连接；所述风机调速模块与所述加压风机电连接，所述PLC通过所述风机调速模块控制所述加压风机的风速；

所述输气系统包括：输气管和多根输气支管，所述输气管和输气支管均固装在温室大棚内的上方，所述加压风机的出气口与所述输气管连通，每根输气支管的出气端形成有端面，在所述输气支管的出气端的端面和/或侧壁上形成有多个喷气孔，以使加压风机加压后该输气系统内的气体从所述喷气孔射流喷出；

所述电加热系统安装在所述输气系统内，所述PLC与所述电加热系统电连接，用于控制该电加热系统对通过所述输气系统的气体进行加热；

每组所述传感器系统包括：风速传感器、光强传感器、二氧化碳浓度传感器、温度传感器和湿度传感器，所述PLC分别与所述风速传感器、光强传感器、二氧化碳浓度传感器、温度传感器和湿度传感器电连接，用于读取相应传感器的数据；

所述触摸屏与所述PLC电连接，用于向所述PLC输入信号并显示所述传感器系统的数据；

所述控制面板与所述PLC电连接，用于控制所述温室大棚内气体环境调控装置、加压风机、电加热系统和多个电磁阀的开启和关闭。

在上述技术方案中，所述电加热系统为电加热线。

在上述技术方案中，所述风机调速模块为变频器，所述变频器与所述PLC的I/O接口模块电连接。

在上述技术方案中，在每根输气支管上沿该输气支管的长度方向安装多组所述传感器系统。

在上述技术方案中，所述控制面板包括：用于依次控制所述温室大棚内气体环境调控装置、加压风机、电加热系统和多个电磁阀开启和关闭的启动开关、停机开关、风机系统启停开关、输气管路电加热启停开关和多个电磁阀启停开关。

在上述技术方案中，所述启动开关、停机开关、风机系统启停开关、输气管路电加热启停开关和多个电磁阀启停开关分别与所述PLC的I/O接口模块电连接。

在上述技术方案中，所述PLC分别通过I/O接口模块与所述传感器系统、电磁阀、加压风机和电加热系统电连接。

在上述技术方案中，所述PLC包括：RS485接口或RS232接口,用于连接远程控制主机以实现远程调控。

在上述技术方案中，还包括：状态指示灯和声光报警器，所述状态指示灯和声光报警器分别与PLC电连接，依次用于显示工作状态和提供声、光报警。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型的温室大棚内气体环境调控装置可调节输气管路的压力和流量，方便控制温室气体的流动速度；

2.在输气管内设置电加热线，为调节温室内气体环境温度提供了条件；

3.加压风机的进气口连接有多根可控进气支路，可以满足二氧化碳气体施肥、温室气体环境内循环、外部气体通风多种工况的需要；

4.本实用新型的温室大棚内气体环境调控装置采用PLC控制，结合传感器系统，协调控制风机系统的调速模块以及电加热系统和不同进气支路，能够实现闭环控制，可以精准调控温室气体环境的温度、湿度、二氧化碳浓度、气体流速等多个参数，有利于作物的生长。

5.本实用新型的温室大棚内气体环境调控装置采用触摸屏显示技术，可以直观地设置和显示各种参数，有效地保证了整个装置的稳定性和安全高效性。

附图说明

图1为本实用新型的基于PLC的温室大棚内气体环境调控装置的电路连接图；

图2为本实用新型的基于PLC的温室大棚内气体环境调控装置的管路连接图。

其中，1为触摸屏，2为传感器系统，3为PLC，4为控制面板，5为风机系统，5-1为风机调速模块，5-2为加压风机，5-3为电磁阀，5-4为进气支路，6为电加热系统，7为输气系统，7-1为输气管，7-2为输气支管。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的基于PLC的温室大棚内气体环境调控装置进行详细说明。

如附图1～2所示，包括：PLC3、风机系统5、电加热系统6、控制面板4、输气系统7、触摸屏1和至少一组的传感器系统2(为了清楚表示本实用新型的结构，图1中仅示出1组传感器系统2)，其中，

风机系统5包括：风机调速模块5-1、加压风机5-2和3根进气支路5-4，加压风机采用常规交流220V供电或380V供电风机。3根进气支路5-4的进气口分别与棚室内大气、棚室外大气和气肥发生器的气体出口(图中未示出)连通，3根进气支路5-4的出气口与加压风机5-2的进气口连通(如图2所示)，且在每一进气支路5-4上均安装有一电磁阀5-3，加压风机5-2、风机调速模块5-1和3个电磁阀5-3分别通过PLC3的I/O接口模块与该PLC电连接，实现对进气支路5-4的通断控制。风机调速模块5-1与加压风机5-2电连接，PLC3通过风机调速模块5-1控制加压风机5-2的风速。其中，风机调速模块5-1为变频器，变频器与PLC3的I/O接口模块电连接后，由PLC实现对变频器状态的监控，进而控制风机系统的风量。

输气系统7包括：输气管7-1和由该输气管7-1分叉形成的4根输气支管7-2(如图2所示)，输气管7-1和输气支管7-2均固装在温室大棚内的上方，输气管7-1和输气支管7-2均采用阻燃材料，例如采用PVC阻燃电工线管或者薄壁铝管。加压风机5-2的出气口与输气管7-1的一端口连通，每根输气支管7-2的出气端形成有端面，在输气支管7-2的出气端的端面和/或侧壁上形成有多个喷气孔(图中未示出)，以使加压风机5-2加压后该输气系统7内的气体以一定的速度从喷气孔射流喷出。

电加热系统6安装在输气系统7内，电加热系统6为电加热线。PLC3通过I/O接口模块与电加热系统6电连接，用于控制该电加热系统6对通过输气系统7的气体进行加热，而且，由PLC实现对各电加热线的加热功率的控制。

加压风机高速旋转后，加压风机的进气口形成负压，在加压风机的出气口输出带压气体，当3根进气支路上的电磁阀开启时，可通过输气支管喷射出带压的二氧化碳气体，能够弥补气肥发生器出口气体压力不足的缺陷。通过调节加压风机的转速和电加热系统6的加热功率，可调节温室内气体的流动速度、二氧化碳浓度、温度分布和湿度分布等。

PLC3通过I/O接口模块与传感器系统2电连接。每组传感器系统2包括：用来监测喷孔附近气体环境的风速传感器、光强传感器、二氧化碳浓度传感器、温度传感器和湿度传感器(图中未示出)，风速传感器、光强传感器、二氧化碳浓度传感器、温度传感器和湿度传感器分别通过变送器调节成0-10V电压信号或4-20mA的电流信号后连接到PLC3的输入端口上，PLC读取相应传感器的数据；为提高监测精度，在每根输气支管7-2上沿该输气支管7-2的长度方向可安装多组传感器系统2。

PLC3通过点对点的方式与触摸屏1电连接，用于向PLC3输入信号并显示传感器系统2的数据。向PLC3输入信号为通过触摸屏进行参数设置，具体参数如目标出口风速、目标气体环境湿度、目标气体环境温度、目标气体环境二氧化碳浓度、气体环境湿度报警阈值、气体环境温度报警阈值和气体环境二氧化碳浓度报警阈值。显示传感器系统2的数据为实时显示基于PLC的温室大棚内气体环境调控装置的工作状态，工作状态包括风机转速、出口风速、气体环境湿度、气体环境温度、气体环境二氧化碳浓度以及各电磁阀通断状态。

PLC3通过I/O接口模块与控制面板4电连接，用于控制温室大棚内气体环境调控装置、加压风机5-2、电加热系统6和3个电磁阀5-3的开启和关闭。控制面板4包括：用于依次控制温室大棚内气体环境调控装置、加压风机5-2、电加热系统6和3个电磁阀5-3开启和关闭的启动开关、停机开关(启动开关和停机开关用于控制温室大棚内气体环境调控装置)、风机系统启停开关、输气管路电加热启停开关(即电加热系统开关)和3个电磁阀启停开关，3个电磁阀启停开关分别相当于外部进气起停开关、棚内循环起停开关和气肥发生器起停开关。启动开关、停机开关、风机系统启停开关、输气管路电加热启停开关和3个电磁阀启停开关分别连接到PLC3的I/O接口模块的输入端口上，实现设备的简易手动控制。

PLC3还包括：RS485接口或RS232接口,用于连接远程控制机以实现远程调控。

本实用新型的基于PLC的温室大棚内气体环境调控装置还可包括：状态指示灯和声光报警器，状态指示灯和声光报警器分别与PLC3电连接，依次用于显示工作状态和提供声、光报警。

本实用新型的工作过程如下：在系统上电启动后，自动控制模式下，在触摸屏设置温室内二氧化碳浓度、温度、湿度、风速的目标区间，PLC控制器通过传感器检测温室内的对应参数，通过内置控制算法自动控制各进气支路电磁阀的通断、电加热系统的功率以及风机调速模块的状态，实现温室内气体环境的自动调控。手动模式下，可通过控制面板手动控制进气支路上电磁阀的通断、电加热系统的功率以及风机调速模块的状态，实现温室内气体环境的手动调控。

以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。