一、 概述
　　
　　隨著(zhù)國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，現代農業(yè)得到了長(cháng)足的進(jìn)步，溫室工程已成為高效農業(yè)的一個(gè)重要組成部分。計算機自動(dòng)控制的智能溫室自問(wèn)世以來(lái)，已成為現代農業(yè)發(fā)展的重要手段和措施。它的功能在于以先進(jìn)的技術(shù)和現代化設施，人為控制作物生長(cháng)的環(huán)境條件，使作物生長(cháng)不受自然氣候的影響，做到常年工廠(chǎng)化，進(jìn)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容，但通常所說(shuō)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(guò)各種傳感器接收各類(lèi)環(huán)境因素信息，通過(guò)邏輯運算和判斷控制相應溫室設備運作以調節溫室環(huán)境。輸出和打印設備可幫助種植者作全面細致的數據分析，保存歷史數據。本系統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(shí)現環(huán)境參數比較分析，四季連續工況調控系統。，比例調節環(huán)境溫度、濕度與通風(fēng)。CO2 發(fā)生裝置按需比例調節環(huán)境CO2濃度，夏季室外屋頂噴淋，在保證室內光照強度的前提下，組合調節環(huán)境溫度與通風(fēng)，達到強制降低環(huán)境溫度的效果。通過(guò)計算機對溫室各電動(dòng)執行器進(jìn)行整體調節，自動(dòng)調控到作物生長(cháng)所需求的溫、濕、光、水、氣等條件，另外通過(guò)臭氧消毒凈化器對溫室進(jìn)行消毒。
　　　　
　　2.2肥水灌溉控制
　　
　　采用計算機肥水灌溉運籌系統。根據作物區的需要，對水培區的營(yíng)養液成分，PH和EC值進(jìn)行綜合調控。對基培和土培區主要是根據作物生產(chǎn)需要，設定基質(zhì)、土壤的水勢值，自動(dòng)調節滴灌、噴灌系統的灌溉時(shí)間和次數。
　　　　
　　2.3緊急狀態(tài)處理

　　采用計算機實(shí)測環(huán)境參數、狀態(tài)極限值反饋報警保護系統。根據作物的各項參數設定溫室環(huán)境的極限值和作物生長(cháng)環(huán)境參數極限值報警保護系統，提高了整個(gè)系統安全性。
　　　　
　　2.4信息處理
　　
　　采用計算機集散控制信息管理系統。信息處理由中心控制計算機完成。主機通過(guò)局部數字通訊網(wǎng)絡(luò )與現場(chǎng)控制機相連，實(shí)現遠動(dòng)雙向控制及全系統集中數據處理。其功能包括運行實(shí)時(shí)參數 執行器模擬狀態(tài)顯示，歷史數據存儲、檢索，數據平均值報表、曲線(xiàn)顯示與打印。
　　
　　2.5溫室的環(huán)境參數指標
　　
　　針對本系統所涉及的兩棟溫室，根據栽培的作物和所處的環(huán)境，具體參數如下：
　　
　　* 葡萄溫室：

　　a、在冬季休眠期約90多天需保持溫室內溫度為5℃。休眠期以后白天需控制溫室內溫度為25-30℃，夜間需控制在15-18℃。

　　b、濕度需保持在50-75%不能超過(guò)95%。

　　c、光照強度應保持在45000-55000勒克斯

　　d、二氧化碳濃度在上午日出后到10點(diǎn)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(shí)進(jìn)行調整。
　　
　　* 黃瓜、番茄溫室：

　　a、在苗期需保持溫室內溫度在13-15℃，定植后白天上午應保持在25-28℃，下午應保持在20-25℃，夜間應保持在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、光照強度番茄應保持在50000勒克斯左右，保證12個(gè)小時(shí)光照；黃瓜應保持在40000勒克斯左右，保證8-10小時(shí)光照。

　　d、二氧化碳濃度在上午日出后到10點(diǎn)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(shí)進(jìn)行調整。

　　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。

　　以上參數在監控軟件中進(jìn)行編寫(xiě)，環(huán)境參數超出設定范圍時(shí)進(jìn)行相應調節同時(shí)產(chǎn)生報警提醒值班人員注意。
　　
　　三、系統設計
　　
　　3.1 系統硬件和軟件選擇
　　
　　設計系統的關(guān)鍵是硬件和軟件的穩定性，根據實(shí)際的應用經(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(mén)子PLC S7-200；

　　軟件配置：系統WINDOWS 2000；組態(tài)軟件三維公司力控2.61控制策略網(wǎng)絡(luò )版。
　　
　　3.2 軟件設計方案
　　
　　實(shí)現智能化溫室控制的關(guān)鍵在于1）如何根據不同的作物或相同作物的不同生長(cháng)階段設計不同的控制方案和參數。2）時(shí)實(shí)參數的檢測和數據網(wǎng)絡(luò )化。
　　
　　3.2.1 力控的配方管理模塊實(shí)現了參數的批量控制
　　
　　根據不同的作物或相同作物的不同生長(cháng)階段，設計出不同的配方。力控軟件提供了簡(jiǎn)單方便的組態(tài)和操作功能，將需要修改的參數首先定義為變量，這樣，操作人員可以通過(guò)操作畫(huà)面，進(jìn)行方便修改。
　　
　　詳細表達式如下：

圖1 詳細表達式　

　　3.2.2 時(shí)實(shí)參數的檢測
　　
　　時(shí)實(shí)參數的檢測永遠的一線(xiàn)生產(chǎn)最主要的環(huán)節，及時(shí)反應當前生產(chǎn)情況，本系統選擇的檢測儀表盡量都是輸出標準信號。針對農藝園溫室的應用環(huán)境特點(diǎn)是濕度較大，所以在邊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(lèi)邊送器如PH計和二氧化碳分析儀等，在檢測部位容易凝結水珠，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，這樣才能作到時(shí)實(shí)參數檢測及時(shí)準確。
　　
　　3.2.3 數據網(wǎng)絡(luò )化
　　
　　由于技術(shù)中心遠離溫室現場(chǎng)，而技術(shù)人員需要時(shí)實(shí)監控生產(chǎn)參數，修改最佳的生產(chǎn)參數，數據的網(wǎng)絡(luò )化就是必須的。力控可以有2種方式實(shí)現數據網(wǎng)絡(luò )化，一是WEB功能；二是遠程數據庫功能。WEB功能只能遠程瀏覽而無(wú)權限修改參數，所以不適用本系統，定義遠程數據庫很好的實(shí)現了數據網(wǎng)絡(luò )化。
　　　　
　　3.3 軟件實(shí)施說(shuō)明

　　系統主要對溫度、濕度、光照等指標進(jìn)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(shí)加熱爐的風(fēng)機啟動(dòng)，使加熱爐產(chǎn)生的熱量在溫室內均勻散布，當溫室內溫度達到作物適合溫度時(shí)，加熱爐風(fēng)機自動(dòng)停止。濕度控制在50-75%，當溫室內濕度超出控制范圍時(shí)軸流風(fēng)機啟動(dòng)，抽出溫室內濕度較高的空氣，使濕度下降。當濕度降回到正常范圍時(shí)，軸流風(fēng)機自動(dòng)停止工作。溫室的光照度控制在45000-55000勒克斯，當溫室內的光照度達不到設定指標時(shí)，溫室內的補光燈自動(dòng)打開(kāi)進(jìn)行人工補光。當溫室的光照度水平達到設定指標時(shí)補光燈自動(dòng)熄滅，以節約能源。臭氧病害防治機的使用則結合作物的具體情況來(lái)選擇性的進(jìn)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，需到溫室內按步驟進(jìn)行操作，監控系統可監視二氧化碳濃度，當濃度達到有害程度時(shí)系統發(fā)出報警，提醒監視人員注意。黃瓜、番茄溫室的控制方案與之類(lèi)似，主要差別在各參數的控制指標不同。

圖2 系統流程圖

　　四、結束語(yǔ)
　　
　　組態(tài)、設計工作完成后，經(jīng)過(guò)模擬和在線(xiàn)測試后，證明該系統所實(shí)現的功能完全達到了原設計的意圖，滿(mǎn)足了生產(chǎn)的需求。

　　系統投資少，見(jiàn)效快，運行一年多來(lái)穩定可靠，實(shí)踐證明改造后單產(chǎn)量都提高20%以上。說(shuō)明利用工業(yè)組態(tài)軟件改造現代農業(yè)，是完全可行的，特別是在華北和東北，溫室種植教多的地區，是新的思路和理念，具有廣闊的前景。