基于plc控制器的智能温室控制装置及控制方法
【专利摘要】一种基于PLC控制器的智能温室控制装置及控制方法。如何调控温室环境、控制灌溉和施肥，获得植物生长的最佳条件，是亟待解决的问题。一种基于PLC控制器的智能温室控制装置，其组成为：壳体（17），壳体内安装有中控装置（12），中控装置分别连接安装在壳体上的键盘（9）和显示器（11），中控装置连接主控PLC（15），中控装置还连接着基于internet的移动设备的通讯终端（6），主控PLC上分别连接着ZigBee无线终端（13）、执行控制设备模块电路（8）和数据采集传输设备模块电路（16），ZigBee无线终端无线连接于手机（14）。本发明申请应用于基于PLC控制器的智能温室控制装置及控制方法。
【专利说明】
基于PLC控制器的智能温室控制装置及控制方法
[0001 ] 技术领域:
本发明涉及一种自控领域，尤其涉及一种基于PLC控制器的智能温室控制装置及控制方法。
[0002]【背景技术】:
温室是采光建筑，透光率是评价温室透光性能的基本指标，透光率是指透进温室内的光照量与室外光照量的百分比；传统温室透光率受温室透光覆盖材料透光性能和温室骨架阴影率的影响，而且随着不同季节太阳辐射角度的不同，温室的透光率也在随时变化;温室透光率的高低就成为作物生长和选择种植作物品种的直接影响因素;传统温室大棚的保温性能对提高生产效益，降低能耗，也是至关重要的，如何有效地应用网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集成应用，在温室条件下，对单栋温室可利用物联网技术，成为无线传感器网络一个测量控制区，采用不同的传感器节点和具有简单执行机构的节点，如风机、低压电机、阀门等工作电流偏低的执行机构，构成无线网络，来测量温室内基质湿度、成分、PH值、温度以及空气湿度、气压、光照强度、二氧化碳浓度等，再通过模型分析，自动调控温室环境、控制灌溉和施肥作业，从而获得植物生长的最佳条件，是人们亟待解决的问题之一。
[0003]
【发明内容】
:
本发明的目的是提供一种基于PLC控制器的智能温室控制装置及控制方法。
[0004]上述的目的通过以下的技术方案实现:
一种基于PLC控制器的智能温室控制装置，其组成包括:壳体，所述的壳体内安装有中控装置，所述的中控装置分别连接安装在壳体上的键盘和显示器，所述的中控装置连接主控PLC，所述的中控装置还连接着基于internet的移动设备的通讯终端，所述的主控PLC上分别连接着ZigBee无线终端、执行控制设备模块电路和数据采集传输设备模块电路，所述的ZigBee无线终端无线连接于手机。
[0005]所述的PLC控制器的智能温室控制装置，所述的执行控制设备模块电路分别控制遮阳设备、加湿设备、换气设备、保温设备、CO2发生装置、补光设备和水肥设备;所述的数据采集传输设备模块电路分别连接于PH值传感器、土壤湿度传感器、土壤温度传感器、空气湿度传感器、空气温度传感器、CO2浓度传感器和光照度传感器。
[0006]所述的PLC控制器的智能温室控制装置，所述的ZigBee无线终端与安装在装置表面的通讯接口连接，所述的PLC控制器为西门子系列PLC或施耐德系列PLC或三菱电机系列PLC或松下系列PLC或ABB系列PLC或永宏系列PLC或台达系列PLC或和利时系列PLC，所述的PH值传感器为聚四氟电极式PH值传感器，所述的土壤湿度传感器和空气湿度传感器为电解质湿度传感器或半导体陶瓷湿度传感器或有机高分子聚合物湿度传感器，所述的土壤温度传感器和空气温度传感器为基于日电阻或热电偶所研发的温度传感器或集成式温度传感器或数字式温度传感器，所述的CO2浓度传感器为半导体式二氧化碳浓度传感器或催化剂式二氧化碳浓度传感器或热导池式二氧化碳浓度传感器或红外线式二氧化碳浓度传感器或电化学式二氧化碳浓度传感器，所述的光照度传感器为光敏元件式光照度传感器。
[0007]所述的PLC控制器的智能温室控制装置，所述的遮阳设备包括有卷帘机、遮阴网，所述的加湿设备和水肥设备为水肥一体化喷淋、雾化装置，所述的换气设备为换气扇，所述的保温设备包括地热管线和棉被，所述的CO2发生装置为CO2发生器，所述的补光设备为补光灯。
[0008]所述的PLC控制器的智能温室控制装置的控制方法，所述的系统由以下两部分组成:自动控制模式、手动控制模式，所述的控制方法为:(一)自动控制模式:(I)由数据采集系统将数据采集并传输至PLC，经过PLC运算处理核对模型对执行元件进行命令，执行元件进行动作对温室内环境进行影响；(2)由温度传感器将温室内部空气、土壤温度及室外空气温度采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令，执行元件保温设备、换气设备进行动作对温室内环境进行影响，由温度传感器继续将温室内空气、土壤温度及室外空气温度采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令。直至温室内部快速稳定达到植物生长所需环境温度；(3 )由湿度传感器将温室内部空气、土壤湿度采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令，执行元件水肥装置、加湿设备、及通风设备进行动作对温室内环境进行影响，由温度传感器继续将温室内空气、土壤湿度采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令。直至温室内部快速稳定达到植物生长所需环境湿度；(4)由二氧化碳传浓度传感器将温室内二氧化碳数据采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令，执行元件二氧化碳发生器、通风设备进行动作对温室内环境进行影响，由二氧化碳浓度传感器继续将温室内二氧化碳数据采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令。直至温室内部快速稳定达到植物生长所需环境二氧化碳浓度；(5)由光照度传感器将温室内光照强度数据采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令，执行元件补光设备、遮阳设备进行动作对温室内环境进行影响，由光照度传感器继续将温室内光照强度数据采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令，直至温室内部快速稳定达到植物生长所需环境光照强度；(6)由土壤PH值传感器将温室内土壤PH值数据采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令，执行元件水肥装置进行动作对温室内环境进行影响，由光照度传感器继续将温室内土壤PH值数据采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令。直至温室内部快速稳定达到植物生长所需环境土壤PH值；(二)手动控制模式:由数据采集系统将数据采集并传输至PLC，经过PLC运算处理将数据传输至中控装置人机界面并进行储存后显示给用户，由用户手动通过键盘对中控装置人机界面进行操作，中控装置人机界面将用户所下达命令传输至PLC由PLC对执行元件进行控制。
[0009]本发明的有益效果: 1.本发明的控制装置，基于自动化技术和物联网技术，通过生长环境所需的传感器进行采集，实时对农业生产现场的温度、湿度、光照等参数及作物生长中的状况信息，进行有效的控制和管理。
[0010]本发明的控制装置，将采集出的参数和信息转化为数字信号后，通过网络传输手段传输到网络平台进行数据显示，利用网络发布到农业专家智能系统，农业专家通过数据分析进行定时、定量、定位计算处理，及时精确地遥控指定农业设备自动开启或者关闭(如远程控制节能增氧、节水浇灌、卷帘开关等)，实现自动化、智能化的农业生产过程。
[0011]本发明的控制装置，以PLC为控制中心，通过温度传感器、光照传感器、二氧化碳浓度传感器采集温室中环境因子的有关参数，经变送转换为标准电流信号(4?20mA)后，经由PLC的模拟量输入模块EM235送入PLC控制器，PLC再通过PID控制算法将采集的参数与已设定的值进行分析处理，输出开关量，对执行机构进行控制;在此系统中还可以通过串口的形式与PC机相连，从而实现实时数据的管理与存储。
[0012]本发明的控制装置，以PLC为控制中心，采用传感器对温室温度、光照、二氧化碳浓度等环境因素进行测量，并将结果送到PLC中；由PLC对结果进行处理，然后调控各设备对环境因子进行补偿。
[0013]本发明的控制装置，考虑到实际生产生活中的安全性与可靠性，装置系统设有手动、自动两种工作模式，自动方式是指周期性地进行PLC控制的方式;而手动方式则是指在出现应急情况等一些突发事件时，通过手动操作控制执行器件的工作。
[0014]本发明的控制装置，用户可以通过设备窗口界面对设备的启停、开关、调节进行控制，根据不同的操作动作显示不同的执行动画，这样用户可以直接的了解设备的工作状态，达到控制设备的效果。
[0015]本发明的控制装置，用户窗口是用户进入系统后在主窗口页面下选择的子窗口，用户可以在用户窗口中看到完整的大棚页面动画显示，可以根据自己的需要显示和操作现场设备，也可以在当前页面中进入其他子页面。
[0016]本发明的控制装置，其实时数据库主要针对的是模拟量显示，如空气温湿度、土壤温湿度、CO2浓度、光照度等。用户可以清晰的看到所控制的参数，当参数高于报警值时，页面具有报警功能。
[0017]本发明的控制装置，所述的各类传感器全部采用:传输电流信号4_20ma，支持RS485通信方式及无线通信方式，支持Modbus通讯协议的控制传感器。
[0018]【附图说明】:
附图1是本发明的结构示意图。
[0019]附图2是本发明的PLC原理电路示意图。
[0020]附图3是本发明的485原理电路不意图。
[0021]附图4是本发明的信号滤波电路示意图。
[0022]附图5是本发明的数据采集电路示意图。
[0023]图中:1一遮阳设备；2 —加湿设备；3 —换气设备；4 一通讯接口；5 —保温设备;6 —移动设备；7 — C02发生装置;8 —执行控制设备；9 一键盘；10 —补光设备；11一显不器；12 —中控装置；13 — ZigBee无线终端；14 一手机；15 —主控PLC; 16 —数据采集传输设备；17 —壳体；18 —遮阳设备；19 一遮阳设备;20 —遮阳设备;21 —遮阳设备;22 —遮阳设备;23 —遮阳设备;24 —遮阳设备;25 —遮阳设备；
【具体实施方式】:
实施例1:
一种基于PLC控制器的智能温室控制装置，其组成包括:壳体17，所述的壳体内安装有中控装置12，所述的中控装置分别连接安装在壳体上的键盘9和显示器11，所述的中控装置连接主控PLC15，所述的中控装置还连接着基于internet的移动设备的通讯终端6，所述的主控PLC上分别连接着ZigBee无线终端13、执行控制设备模块电路8和数据采集传输设备模块电路16，所述的ZigBee无线终端无线连接于手机14。
[0024]实施例2:
根据实施例1所述的PLC控制器的智能温室控制装置，所述的执行控制设备模块电路分别控制遮阳设备1、加湿设备2、换气设备3、保温设备5、C02发生装置7、补光设备10和水肥设备25;所述的数据采集传输设备模块电路分别连接于PH值传感器18、土壤湿度传感器19、土壤温度传感器20、空气湿度传感器21、空气温度传感器22、CO2浓度传感器23和光照度传感器24。
[0025]实施例3:
根据实施例2所述的PLC控制器的智能温室控制装置，所述的基于internet的移动设备的通讯终端与安装在装置表面的通讯接口 4连接，所述的PLC控制器为西门子系列PLC或施耐德系列PLC或三菱电机系列PLC或松下系列PLC或ABB系列PLC或永宏系列PLC或台达系列PLC或和利时系列PLC，所述的PH值传感器为聚四氟电极式PH值传感器，所述的土壤湿度传感器和空气湿度传感器为电解质湿度传感器或半导体陶瓷湿度传感器或有机高分子聚合物湿度传感器，所述的土壤温度传感器和空气温度传感器为基于日电阻或热电偶所研发的温度传感器或集成式温度传感器或数字式温度传感器，所述的CO2浓度传感器为半导体式二氧化碳浓度传感器或催化剂式二氧化碳浓度传感器或热导池式二氧化碳浓度传感器或红外线式二氧化碳浓度传感器或电化学式二氧化碳浓度传感器，所述的光照度传感器为光敏元件式光照度传感器。
[0026]实施例4:
根据实施例2所述的PLC控制器的智能温室控制装置，所述的遮阳设备包括有卷帘机、遮阴网，所述的加湿设备和水肥设备为水肥一体化喷淋、雾化装置，所述的换气设备为换气扇，所述的保温设备包括地热管线和棉被，所述的CO2发生装置为CO2发生器，所述的补光设备为补光灯。
[0027]实施例5:
一种利用实施例1至4所述的PLC控制器的智能温室控制装置的控制方法，所述的系统由以下两部分组成:自动控制模式、手动控制模式，所述的控制方法为:(一)自动控制模式:
(I)由数据采集系统将数据采集并传输至PLC，经过PLC运算处理核对模型对执行元件进行命令，执行元件进行动作对温室内环境进行影响；(2)由温度传感器将温室内部空气、土壤温度及室外空气温度采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令，执行元件保温设备、换气设备进行动作对温室内环境进行影响，由温度传感器继续将温室内空气、土壤温度及室外空气温度采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令。直至温室内部快速稳定达到植物生长所需环境温度；(3 )由湿度传感器将温室内部空气、土壤湿度采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令，执行元件水肥装置、加湿设备、及通风设备进行动作对温室内环境进行影响，由温度传感器继续将温室内空气、土壤湿度采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令。直至温室内部快速稳定达到植物生长所需环境湿度；(4)由二氧化碳传浓度传感器将温室内二氧化碳数据采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令，执行元件二氧化碳发生器、通风设备进行动作对温室内环境进行影响，由二氧化碳浓度传感器继续将温室内二氧化碳数据采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令。直至温室内部快速稳定达到植物生长所需环境二氧化碳浓度；(5)由光照度传感器将温室内光照强度数据采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令，执行元件补光设备、遮阳设备进行动作对温室内环境进行影响，由光照度传感器继续将温室内光照强度数据采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令，直至温室内部快速稳定达到植物生长所需环境光照强度；(6 )由土壤PH值传感器将温室内土壤PH值数据采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令，执行元件水肥装置进行动作对温室内环境进行影响，由光照度传感器继续将温室内土壤PH值数据采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令。直至温室内部快速稳定达到植物生长所需环境土壤PH值；(二)手动控制模式:由数据采集系统将数据采集并传输至PLC，经过PLC运算处理将数据传输至中控装置人机界面并进行储存后显示给用户，由用户手动通过键盘对中控装置人机界面进行操作，中控装置人机界面将用户所下达命令传输至PLC由PLC对执行元件进行控制。
【主权项】
1.一种基于PLC控制器的智能温室控制装置，其组成包括:壳体，其特征是:所述的壳体内安装有中控装置，所述的中控装置分别连接安装在壳体上的键盘和显示器，所述的中控装置连接主控PLC，所述的中控装置还连接着基于internet的移动设备的通讯终端，所述的主控PLC上分别连接着ZigBee无线终端、执行控制设备模块电路和数据采集传输设备模块电路，所述的ZigBee无线终端无线连接于手机。2.根据权利要求1所述的PLC控制器的智能温室控制装置，其特征是:所述的执行控制设备模块电路分别控制遮阳设备、加湿设备、换气设备、保温设备、CO2发生装置、补光设备和水肥设备;所述的数据采集传输设备模块电路分别连接于PH值传感器、土壤湿度传感器、土壤温度传感器、空气湿度传感器、空气温度传感器、CO2浓度传感器和光照度传感器。3.根据权利要求2所述的PLC控制器的智能温室控制装置，其特征是:所述的ZigBee无线终端与安装在装置表面的通讯接口连接，所述的PLC控制器为西门子系列PLC或施耐德系列PLC或三菱电机系列PLC或松下系列PLC或ABB系列PLC或永宏系列PLC或台达系列PLC或和利时系列PLC，所述的PH值传感器为聚四氟电极式PH值传感器，所述的土壤湿度传感器和空气湿度传感器为电解质湿度传感器或半导体陶瓷湿度传感器或有机高分子聚合物湿度传感器，所述的土壤温度传感器和空气温度传感器为基于日电阻或热电偶所研发的温度传感器或集成式温度传感器或数字式温度传感器，所述的CO2浓度传感器为半导体式二氧化碳浓度传感器或催化剂式二氧化碳浓度传感器或热导池式二氧化碳浓度传感器或红外线式二氧化碳浓度传感器或电化学式二氧化碳浓度传感器，所述的光照度传感器为光敏元件式光照度传感器。4.根据权利要求2所述的PLC控制器的智能温室控制装置，其特征是:所述的遮阳设备包括有卷帘机、遮阴网，所述的加湿设备和水肥设备为水肥一体化喷淋、雾化装置，所述的换气设备为换气扇，所述的保温设备包括地热管线和棉被，所述的CO2发生装置为CO2发生器，所述的补光设备为补光灯。5.—种利用权利要求1至4所述的PLC控制器的智能温室控制装置的控制方法，其特征是:所述的系统由以下两部分组成:自动控制模式、手动控制模式，所述的控制方法为:(一)自动控制模式:(I)由数据采集系统将数据采集并传输至PLC，经过PLC运算处理核对模型对执行元件进行命令，执行元件进行动作对温室内环境进行影响；(2)由温度传感器将温室内部空气、土壤温度及室外空气温度采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令，执行元件保温设备、换气设备进行动作对温室内环境进行影响，由温度传感器继续将温室内空气、土壤温度及室外空气温度采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令;直至温室内部快速稳定达到植物生长所需环境温度；(3)由湿度传感器将温室内部空气、土壤湿度采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令，执行元件水肥装置、加湿设备、及通风设备进行动作对温室内环境进行影响，由温度传感器继续将温室内空气、土壤湿度采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令;直至温室内部快速稳定达到植物生长所需环境湿度；(4)由二氧化碳传浓度传感器将温室内二氧化碳数据采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令，执行元件二氧化碳发生器、通风设备进行动作对温室内环境进行影响，由二氧化碳浓度传感器继续将温室内二氧化碳数据采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令;直至温室内部快速稳定达到植物生长所需环境二氧化碳浓度；(5)由光照度传感器将温室内光照强度数据采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令，执行元件补光设备、遮阳设备进行动作对温室内环境进行影响，由光照度传感器继续将温室内光照强度数据采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令，直至温室内部快速稳定达到植物生长所需环境光照强度；(6)由土壤PH值传感器将温室内土壤PH值数据采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令，执行元件水肥装置进行动作对温室内环境进行影响，由光照度传感器继续将温室内土壤PH值数据采集并传输至PLC，经PLC运算处理将数据进行数字建模与给定专家模拟环境进行类比优化得出对件的最佳控制方案，对执行元件进行命令;直至温室内部快速稳定达到植物生长所需环境土壤PH值；(二)手动控制模式:由数据采集系统将数据采集并传输至PLC，经过PLC运算处理将数据传输至中控装置人机界面并进行储存后显示给用户，由用户手动通过键盘对中控装置人机界面进行操作，中控装置人机界面将用户所下达命令传输至PLC由PLC对执行元件进行控制。
【文档编号】G05D27/02GK105867496SQ201610456155
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】林力鑫
【申请人】哈尔滨探微科技有限公司