一、 概述
隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)得到了長足的進步，溫室工程已成為高效農(nóng)業(yè)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(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要手段和措施。它的功能在于以先進的技術(shù)和現(xiàn)代化設(shè)施，人為控制作物生長的環(huán)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(chǎn)值和高效益的生產(chǎn)。
二、功能敘述
溫室環(huán)境包括非常廣泛的內(nèi)容，但通常所說的溫室環(huán)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(huán)境因素信息，通過邏輯運算和判斷控制相應(yīng)溫室設(shè)備運作以調(diào)節(jié)溫室環(huán)境。輸出和打印設(shè)備可幫助種植者作全面細致的數(shù)據(jù)分析，保存歷史數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)主要具備以下幾部分功能：
2.1綜合環(huán)境控制
采用計算機實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)比較分析，四季連續(xù)工況調(diào)控系統(tǒng)。比例調(diào)節(jié)環(huán)境溫度、濕度與通風(fēng)。CO2 發(fā)生裝置按需比例調(diào)節(jié)環(huán)境CO2濃度，夏季室外屋頂噴淋，在保證室內(nèi)光照強度的前提下，組合調(diào)節(jié)環(huán)境溫度與通風(fēng)，達到強制降低環(huán)境溫度的效果。通過計算機對溫室各電動執(zhí)行器進行整體調(diào)節(jié)，自動調(diào)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(tǒng)。根據(jù)作物區(qū)的需要，對水培區(qū)的營養(yǎng)液成分，PH和EC值進行綜合調(diào)控。對基培和土培區(qū)主要是根據(jù)作物生產(chǎn)需要，設(shè)定基質(zhì)、土壤的水勢值，自動調(diào)節(jié)滴灌、噴灌系統(tǒng)的灌溉時間和次數(shù)。
2.3緊急狀態(tài)處理
采用計算機實測環(huán)境參數(shù)、狀態(tài)極限值反饋報警保護系統(tǒng)。根據(jù)作物的各項參數(shù)設(shè)定溫室環(huán)境的極限值和作物生長環(huán)境參數(shù)極限值報警保護系統(tǒng)，提高了整個系統(tǒng)安全性。
2.4信息處理
采用計算機集散控制信息管理系統(tǒng)。信息處理由中心控制計算機完成。主機通過局部數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場控制機相連，實現(xiàn)遠動雙向控制及全系統(tǒng)集中數(shù)據(jù)處理。其功能包括運行實時參數(shù) 執(zhí)行器模擬狀態(tài)顯示，歷史數(shù)據(jù)存儲、檢索，數(shù)據(jù)平均值報表、曲線顯示與打印。
2.5溫室的環(huán)境參數(shù)指標
針對本系統(tǒng)所涉及的兩棟溫室，根據(jù)栽培的作物和所處的環(huán)境，具體參數(shù)如下：
l 葡萄溫室：
a、在冬季休眠期約90多天需保持溫室內(nèi)溫度為5℃。休眠期以后白天需控制溫室內(nèi)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(yīng)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(diào)整。
l 黃瓜、番茄溫室：
a、在苗期需保持溫室內(nèi)溫度在13-15℃，定植后白天上午應(yīng)保持在25-28℃，下午應(yīng)保持在20-25℃，夜間應(yīng)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(yīng)保持在50000勒克斯左右，保證12個小時光照；黃瓜應(yīng)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(diào)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(guān)鍵。
以上參數(shù)在監(jiān)控軟件中進行編寫，環(huán)境參數(shù)超出設(shè)定范圍時進行相應(yīng)調(diào)節(jié)同時產(chǎn)生報警提醒值班人員注意。
三、系統(tǒng)設(shè)計
3.1 系統(tǒng)硬件和軟件選擇
設(shè)計系統(tǒng)的關(guān)鍵是硬件和軟件的穩(wěn)定性，根據(jù)實際的應(yīng)用經(jīng)驗和比較選用以下配置。
硬件配置：研祥工業(yè)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(tǒng)WINDOWS 2000；組態(tài)軟件2.61控制策略網(wǎng)絡(luò)版。
3.2 軟件設(shè)計方案
實現(xiàn)智能化溫室控制的關(guān)鍵在于
1）如何根據(jù)不同的作物或相同作物的不同生長階段設(shè)計不同的控制方案和參數(shù)。
2）實時參數(shù)的檢測和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化。
3.2.1配方管理模塊實現(xiàn)了參數(shù)的批量控制
根據(jù)不同的作物或相同作物的不同生長階段，設(shè)計出不同的配方。軟件提供了簡單方便的組態(tài)和操作功能，將需要修改的參數(shù)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：
3.2.2 實時參數(shù)的檢測
實時參數(shù)的檢測永遠的一線生產(chǎn)最主要的環(huán)節(jié)，及時反應(yīng)當前生產(chǎn)情況，本系統(tǒng)選擇的檢測儀表盡量都是輸出標準信號。針對農(nóng)藝園溫室的應(yīng)用環(huán)境特點是濕度較大，所以在變送器的選型上特別注意能夠防潮濕，在這樣的環(huán)境中分析類變送器如PH計和二氧化碳分析儀等，在檢測部位容易凝結(jié)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，這樣才能作到實時參數(shù)檢測及時準確。
3.2.3 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化
由于技術(shù)中心遠離溫室現(xiàn)場，而技術(shù)人員需要實時監(jiān)控生產(chǎn)參數(shù)，修改最佳的生產(chǎn)參數(shù)，數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化就是必須的。昆侖組態(tài)可以有2種方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化，一是WEB功能；二是遠程數(shù)據(jù)庫功能。WEB功能只能遠程瀏覽而無權(quán)限修改參數(shù)，所以不適用本系統(tǒng)，定義遠程數(shù)據(jù)庫很好的實現(xiàn)了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化。
3.3 軟件實施說明
系統(tǒng)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(fēng)機啟動，使加熱爐產(chǎn)生的熱量在溫室內(nèi)均勻散布，當溫室內(nèi)溫度達到作物適合溫度時，加熱爐風(fēng)機自動停止。濕度控制在50-75%，當溫室內(nèi)濕度超出控制范圍時軸流風(fēng)機啟動，抽出溫室內(nèi)濕度較高的空氣，使?jié)穸认陆怠．敐穸冉祷氐秸７秶鷷r，軸流風(fēng)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(nèi)的光照度達不到設(shè)定指標時，溫室內(nèi)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(shè)定指標時補光燈自動熄滅，以節(jié)約能源。臭氧病害防治機的使用則結(jié)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(fā)生器的操作相對麻煩一些，需到溫室內(nèi)按步驟進行操作，監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)視二氧化碳濃度，當濃度達到有害程度時系統(tǒng)發(fā)出報警，提醒監(jiān)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(shù)的控制指標不同。
四、結(jié)束語
組態(tài)、設(shè)計工作完成后，經(jīng)過模擬和在線測試后，證明該系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能完全達到了原設(shè)計的意圖，滿足了生產(chǎn)的需求。
系統(tǒng)投資少，見效快，運行一年多來穩(wěn)定可靠，實踐證明改造后單產(chǎn)量都提高20%以上。說明利用工業(yè)組態(tài)軟件改造現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，是完全可行的，特別是在華北和東北，溫室種植較多的地區(qū)，是新的思路和理念，具有廣闊的前景。
