CN111615969A - 一种基于plc的温室大棚水肥一体化控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于PLC的温室大棚水肥一体化控制系统，包括PLC控制器、温度控制模块、湿度控制模块以及肥料控制模块；所述温度控制模块包括设置于大棚内并与所述PLC控制器电连接的增温风机、降温风机以及温度采集装置；所述温度采集装置用于采集大棚内的室温并传输至所述PLC控制器，所述PLC控制器根据大棚内的室温控制所增温风机或所述降温风机启动或停止；所述湿度控制模块包括设置于大棚内并与所述PLC控制器电连接的湿度采集装置、增湿装置和除湿机；所述湿度采集装置用于采集环境湿度并传输至所述PLC控制器，所述PLC控制器根据所述环境湿度控制所述增湿装置和除湿机启动或停止；所述肥料控制模块用于混合、搅拌肥料并输送至大棚内的施肥装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于PLC的温室大棚水肥一体化控制系统及其控制方法，属于农业机械和自动化控制技术领域。
背景技术
温室是建立一个为农作物提供良好环境的系统，通过温室的反季 节、隔离外界气候影响的特点来控制干预农作物的生产，提高了农作 物的产量，同时缩短了农作物的生长周期，从而达到农业现代化生产， 解决温饱问题。
温室是为了让农作物避免遭受恶劣的天气、四季的气候变化等影响而建设。通过控制温室内的不同环境因子来为农作物生长提供理想的生长环境。智能温室控制系统基于PLC技术、传感器技术等高新技术，从而能够跨地区、跨季节、跨气候为农作物提供有利的环境，降低农作物在生长中的风险，来实现农作物的生产高效、品质优良、高产量的目标。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于PLC的温室大棚水肥一体化控制系统，能够自动化检测信息功能，解决了人工测量环境因素对温室系统做调整的麻烦，同时可以远程操控配置溶液浓度。
本发明的技术方案如下：
技术方案一：
一种基于PLC的温室大棚水肥一体化控制系统，包括PLC控制器、温度控制模块、湿度控制模块以及肥料控制模块；
所述温度控制模块包括设置于大棚内并与所述PLC控制器电连接的增温风机、降温风机以及温度采集装置；所述温度采集装置用于采集大棚内的室温并传输至所述PLC控制器，所述PLC控制器根据大棚内的室温控制所增温风机或所述降温风机启动或停止；
所述湿度控制模块包括设置于大棚内并与所述PLC控制器电连接的湿度采集装置、增湿装置和除湿机；所述湿度采集装置用于采集环境湿度并传输至所述PLC控制器，所述PLC控制器根据所述环境湿度控制所述增湿装置和除湿机启动或停止；
所述肥料控制模块包括混肥单元、进料单元和送料单元；所述混肥单元包括储液罐和搅拌装置，所述搅拌装置与所述PLC控制器电连接用于搅拌液体；所述进料单元包括输水管、输肥管、输水泵和输肥泵，所述输水管一端与外部水源连通，另一端连通至所述储液罐内，所述输水泵设置在所述输水管上且与所述PLC控制器电连接，所述输肥管一端与储存肥料的肥料罐连通，另一端连通至所述储液罐内，所述输肥泵设置在所述输肥管上且与所述PLC控制器电连接；所述送料单元包括送料泵和送料管，所述送料管一端连通至所述储液罐内，另一端与大棚内用于施肥的施肥装置连通，所述送料泵设置在所述送料管上且与所述PLC控制器电连接。
进一步的，所述温度采集装置包括复数个设置于大棚内不同点的温度传感器，各所述温度传感器均与所述PLC控制器电连接。
进一步的，所述湿度采集装置为插入式土壤湿度传感器，所述插入式土壤湿度传感器插入至大棚内的种植土壤内用于传输土壤湿度信息至所述PLC控制器。
进一步的，所述搅拌装置包括电机和搅拌扇叶，所述电机设置于所述储液罐的侧边，所述电机的输出轴穿入所述储液罐内与所述搅拌扇叶的转轴固定连接，且所述电机与所述PLC控制器电连接。
进一步的，还包括有手动电控柜，所述手动电控柜设置于大棚内，其包括复数个控制开关，各所述控制开关与所述PLC控制器电连接，各所述控制开关通过所述PLC控制器分别控制所述增温风机、降温风机、增湿装置和除湿机启动和停止。
进一步的，还包括有温度报警器和湿度报警器，所述温度报警器和湿度报警器与所述PLC控制器电连接，所述PLC控制器内预设有大棚室内温度和环境湿度的预定数值范围，当大棚室内温度和环境湿度超出预定数值范围时，所述PLC控制器分别控制所述温度报警器和湿度报警器发出报警。
技术方案二
一种基于PLC的温室大棚水肥一体化控制系统的控制方法，包括以下步骤：
获取环境数据，各所述温度传感器实时获取所在空间的环境温度并传输至所述PLC控制器，所述PLC控制器根据各所述温度传感器获取的环境温度以及预设的计算式求取大棚内温度的平均值；所述插入式土壤湿度传感器实时获取土壤湿度并传输至所述PLC控制器；
自动补偿控制，所述PLC控制器将大棚内温度的平均值和土壤湿度与预设的大棚室内温度和环境湿度的预定数值范围进行对比；当大棚内温度的平均值超出预设的大棚室内温度的数值范围时，所述PLC控制器控制所述增温风机/降温风机启动，提高或降低环境温度，直到大棚内温度的平均值处于预设的大棚室内温度的数值范围内时，所述PLC控制器控制所述增温风机/降温风机停止；当土壤湿度超出预设的环境湿度的预定数值范围，所述PLC控制器控制所述增湿装置/除湿机启动，提高或降低大棚内的环境湿度，直到土壤湿度处于预设的环境湿度的预定数值范围内时，所述PLC控制器控制所述增湿装置/除湿机停止；
混合肥料，所述PLC控制器控制所述输水泵和输肥泵启动，根据预设的水肥比例将肥料和水输入至所述储液罐内；输入完毕后，所述PLC控制器控制所述输水泵和输肥泵停止，并启动所述电机，带动所述搅拌扇叶对水肥混合液进行混合搅拌；搅拌完毕后，所述PLC控制器控制所述电机停止，并启动所述送料泵，将水肥混合液通过送料管输送至施肥装置。
进一步的，还包括手动控制步骤，具体如下：
当大棚内温度的平均值超出预设的大棚室内温度的数值范围时，所述PLC控制器控制所述温度报警器启动，发出报警提示工作人员，工作人员通过控制对应所增温风机或降温风机的所述控制开关调整大棚室内温度，直到大棚内温度的平均值处于预设的大棚室内温度的数值范围内时，所述PLC控制器控制所述温度报警器停止，工作人员停止调整大棚室内温度；
当土壤湿度超出预设的环境湿度的预定数值范围，所述PLC控制器控制所述湿度报警器启动，发出报警提示工作人员，工作人员通过控制对应所述增湿装置或除湿机的所述控制开关调整大棚内的环境湿度，直到土壤湿度处于预设的环境湿度的预定数值范围内时，所述PLC控制器控制所述湿度报警器停止，工作人员停止调整大棚内的环境湿度。
本发明具有如下有益效果：
本发明一种基于PLC的温室大棚水肥一体化控制系统，能够自动化检测大棚内的温湿度信息，解决了人工测量环境因素对温室系统做调整的麻烦，同时PLC控制器可以与远程上位机通信，可以远程操控配置肥料溶液的浓度，具有高度自由性，可根据不同作物不同需要进行修改，适用面广泛。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为肥料控制模块的结构示意图；
图3为温度采集装置的电路原理图；
图4为湿度采集装置的电路原理图。
图中附图标记为：
1、PLC控制器；21、增温风机；22、降温风机；23、温度采集装置；31、湿度采集装置；32、增湿装置；33、除湿机；41、混肥单元；411、储液罐；412电机；42、进料单元；421、输水管；422、输肥管；423、输水泵；424、输肥泵；43、送料单元；431、送料泵；432、送料管；5、外部水源；6、肥料罐；7、手动电控柜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
实施例一
参见图1和图2，一种基于PLC的温室大棚水肥一体化控制系统，包括PLC控制器1（本例中采用台达PLC）、温度控制模块、湿度控制模块以及肥料控制模块；
所述温度控制模块包括设置于大棚内并与所述PLC控制器1电连接的增温风机21、降温风机22以及温度采集装置23；所述温度采集装置23用于采集大棚内的室温并传输至所述PLC控制器1，所述PLC控制器1根据大棚内的室温控制所增温风机21或所述降温风机22启动或停止；
所述湿度控制模块包括设置于大棚内并与所述PLC控制器1电连接的湿度采集装置31、增湿装置32（增湿装置可以由送水管、水泵和多个雾状喷口组成）和除湿机33；所述湿度采集装置31用于采集环境湿度并传输至所述PLC控制器1，所述PLC控制器1根据所述环境湿度控制所述增湿装置32和除湿机33启动或停止；
所述肥料控制模块包括混肥单元41、进料单元42和送料单元43；所述混肥单元41包括储液罐411和搅拌装置，所述搅拌装置与所述PLC控制器1电连接用于搅拌液体；所述进料单元42包括输水管421、输肥管422、输水泵423和输肥泵424，所述输水管421一端与外部水源5连通，另一端连通至所述储液罐411内，所述输水泵423设置在所述输水管421上且与所述PLC控制器1电连接，所述输肥管422一端与储存肥料的肥料罐6连通，另一端连通至所述储液罐411内，所述输肥泵424设置在所述输肥管422上且与所述PLC控制器1电连接；所述送料单元43包括送料泵431和送料管432，所述送料管432一端连通至所述储液罐411内，另一端与大棚内用于施肥的施肥装置连通，所述送料泵431设置在所述送料管432上且与所述PLC控制器1电连接。
进一步的，参见图3，所述温度采集装置23包括复数个设置于大棚内不同点的温度传感器，各所述温度传感器均与所述PLC控制器1电连接；PLC控制器通电后开启继电器M1000，调用温度模块中特殊寄存器内存储数值，该储存数值由各温度传感器测量环境中温度传送入温度模块，温度模块将其转换为电压信号并放入前述特殊寄存器内等待调用命令，电压信号区间为-10V～10V，温度传感器采用PT100，当温度值为100℃时PT100电阻值为100Ω，设置电压值为0V，PT100根据温度变化阻值对应变化，阻值每隔0.2ms传送一次进入温度模块PT-E2内，PT-E2将阻值对应转换为电压值后转换为数字量（本控制系统内设置为16位2进制数字）存储在特定寄存器D20内。
进一步的，参见图4，所述湿度采集装置31为插入式土壤湿度传感器，所述插入式土壤湿度传感器插入至大棚内的种植土壤内用于传输土壤湿度信息至所述PLC控制器1；PLC控制器1通电后开启继电器M1000，调用模拟量模块中特殊寄存器内存储数值。该储存数值由湿度传感器传送进入温度模块并保存在寄存器内。所选湿度传感器电流值跟随湿度大小变化区间为-5A～5A。湿度传感器内电流值随着土壤湿度值变化而变化，每0.2ms进行一次传送，模拟量输入模块AD-E2接受电流信号，转换为数字值并存储入寄存器D16中。
进一步的，所述搅拌装置包括电机412和搅拌扇叶（图中未示出），所述电机412设置于所述储液罐411的侧边，所述电机412的输出轴穿入所述储液罐411内与所述搅拌扇叶的转轴固定连接，且所述电机412与所述PLC控制器1电连接。
进一步的，还包括有手动电控柜7，所述手动电控柜7设置于大棚内，其包括复数个控制开关，各所述控制开关与所述PLC控制器1电连接，各所述控制开关通过所述PLC控制器1分别控制所述增温风机21、降温风机22、增湿装置32和除湿机33启动和停止；控制开关包括增温按钮、降温按钮、增湿按钮、降湿按钮，以及用于切换模式的自动模式开启按钮、手动模式开启按钮，以及施肥开关、肥料配比开关、急停按钮等。
进一步的，还包括有温度报警器和湿度报警器，所述温度报警器和湿度报警器与所述PLC控制器1电连接，所述PLC控制器1内预设有大棚室内温度和环境湿度的预定数值范围，当大棚室内温度和环境湿度超出预定数值范围时，所述PLC控制器1分别控制所述温度报警器和湿度报警器发出报警。
实施例二
一种基于PLC的温室大棚水肥一体化控制系统的控制方法，包括以下步骤：
获取环境数据，各所述温度传感器实时获取所在空间的环境温度并传输至所述PLC控制器1，所述PLC控制器1根据各所述温度传感器获取的环境温度以及预设的计算式求取大棚内温度的平均值；所述插入式土壤湿度传感器实时获取土壤湿度并传输至所述PLC控制器1；
自动补偿控制，所述PLC控制器1将大棚内温度的平均值和土壤湿度与预设的大棚室内温度和环境湿度的预定数值范围进行比对；当大棚内温度的平均值超出预设的大棚室内温度的数值范围时，所述PLC控制器1控制所述增温风机21/降温风机22启动，提高或降低环境温度，直到大棚内温度的平均值处于预设的大棚室内温度的数值范围内时，所述PLC控制器1控制所述增温风机21/降温风机22停止；当土壤湿度超出预设的环境湿度的预定数值范围，所述PLC控制器1控制所述增湿装置32/除湿机33启动，提高或降低大棚内的环境湿度，直到土壤湿度处于预设的环境湿度的预定数值范围内时，所述PLC控制器1控制所述增湿装置32/除湿机33停止；例如：设定温度下限值为5℃，温度上限值为25℃，同时设置了温度补偿后的停止值为10℃和20℃，即：当温度低于5℃时开启内部计时器，当内部计时器计数值达到100即温度低于5℃达到10秒时进行自动补偿，补偿机制会在温度达到10℃时停止；同样的，当温度高于25℃而使温度干预装置进行降低时，只有温度下降至20℃才会停止运转。同样的，湿度预设范围为15h～35h（相对湿度），当湿度平均值计算后超出范围如低于15h时，内部计时器启动，计数100即10秒后启动增湿装置，只有湿度上升至20h时，增湿装置才会停止运转。
混合肥料，所述PLC控制器1控制所述输水泵423和输肥泵424启动，根据作物需要对肥料浓度进行预设后，即可自动配置预设浓度的肥料溶液于储液罐411内，（预设值设为50%）当需要特殊配置时，可以每次注入1%或10%的水或肥料，该方式可以配置任意浓度的肥料，PLC控制器1可以与远程上位机终端通信连接，可以在远程终端上调整肥料浓度；输入完毕后，所述PLC控制器1控制所述输水泵423和输肥泵424停止，并启动所述电机412，带动所述搅拌扇叶对水肥混合液进行混合搅拌；搅拌完毕后，所述PLC控制器1控制所述电机412停止，并启动所述送料泵431，将水肥混合液通过送料管432输送至施肥装置在温室内各个管道出口，进行施肥。
进一步的，还包括手动控制步骤，具体如下：
当大棚内温度的平均值超出预设的大棚室内温度的数值范围时，所述PLC控制器1控制所述温度报警器启动，发出报警提示工作人员，工作人员通过控制对应所增温风机21或降温风机22的所述控制开关调整大棚室内温度，直到大棚内温度的平均值处于预设的大棚室内温度的数值范围内时，所述PLC控制器1控制所述温度报警器停止，工作人员停止调整大棚室内温度；
当土壤湿度超出预设的环境湿度的预定数值范围，所述PLC控制器1控制所述湿度报警器启动，发出报警提示工作人员，工作人员通过控制对应所述增湿装置32或除湿机33的所述控制开关调整大棚内的环境湿度，直到土壤湿度处于预设的环境湿度的预定数值范围内时，所述PLC控制器1控制所述湿度报警器停止，工作人员停止调整大棚内的环境湿度。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于PLC的温室大棚水肥一体化控制系统，其特征在于：包括PLC控制器（1）、温度控制模块、湿度控制模块以及肥料控制模块；
所述温度控制模块包括设置于大棚内并与所述PLC控制器（1）电连接的增温风机（21）、降温风机（22）以及温度采集装置（23）；所述温度采集装置（23）用于采集大棚内的室温并传输至所述PLC控制器（1），所述PLC控制器（1）根据大棚内的室温控制所增温风机（21）或所述降温风机（22）启动或停止；
所述湿度控制模块包括设置于大棚内并与所述PLC控制器（1）电连接的湿度采集装置（31）、增湿装置（32）和除湿机（33）；所述湿度采集装置（31）用于采集环境湿度并传输至所述PLC控制器（1），所述PLC控制器（1）根据所述环境湿度控制所述增湿装置（32）和除湿机（33）启动或停止；
所述肥料控制模块包括混肥单元（41）、进料单元（42）和送料单元（43）；所述混肥单元（41）包括储液罐（411）和搅拌装置，所述搅拌装置与所述PLC控制器（1）电连接用于搅拌液体；所述进料单元（42）包括输水管（421）、输肥管（422）、输水泵（423）和输肥泵（424），所述输水管（421）一端与外部水源（5）连通，另一端连通至所述储液罐（411）内，所述输水泵（423）设置在所述输水管（421）上且与所述PLC控制器（1）电连接，所述输肥管（422）一端与储存肥料的肥料罐（6）连通，另一端连通至所述储液罐（411）内，所述输肥泵（424）设置在所述输肥管（422）上且与所述PLC控制器（1）电连接；所述送料单元（43）包括送料泵（431）和送料管（432），所述送料管（432）一端连通至所述储液罐（411）内，另一端与大棚内用于施肥的施肥装置连通，所述送料泵（431）设置在所述送料管（432）上且与所述PLC控制器（1）电连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于PLC的温室大棚水肥一体化控制系统，其特征在于：所述温度采集装置（23）包括复数个设置于大棚内不同点的温度传感器，各所述温度传感器均与所述PLC控制器（1）电连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于PLC的温室大棚水肥一体化控制系统，其特征在于：所述湿度采集装置（31）为插入式土壤湿度传感器，所述插入式土壤湿度传感器插入至大棚内的种植土壤内用于传输土壤湿度信息至所述PLC控制器（1）。
4.根据权利要求1所述的一种基于PLC的温室大棚水肥一体化控制系统，其特征在于：所述搅拌装置包括电机（412）和搅拌扇叶，所述电机（412）设置于所述储液罐（411）的侧边，所述电机（412）的输出轴穿入所述储液罐（411）内与所述搅拌扇叶的转轴固定连接，且所述电机（412）与所述PLC控制器（1）电连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于PLC的温室大棚水肥一体化控制系统，其特征在于：还包括有手动电控柜（7），所述手动电控柜（7）设置于大棚内，其包括复数个控制开关，各所述控制开关与所述PLC控制器（1）电连接，各所述控制开关通过所述PLC控制器（1）分别控制所述增温风机（21）、降温风机（22）、增湿装置（32）和除湿机（33）启动和停止。
6.根据权利要求1所述的一种基于PLC的温室大棚水肥一体化控制系统，其特征在于：还包括有温度报警器和湿度报警器，所述温度报警器和湿度报警器与所述PLC控制器（1）电连接，所述PLC控制器（1）内预设有大棚室内温度和环境湿度的预定数值范围，当大棚室内温度和环境湿度超出预定数值范围时，所述PLC控制器（1）分别控制所述温度报警器和湿度报警器发出报警。
7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的一种基于PLC的温室大棚水肥一体化控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取环境数据，各所述温度传感器实时获取所在空间的环境温度并传输至所述PLC控制器（1），所述PLC控制器（1）根据各所述温度传感器获取的环境温度以及预设的计算式求取大棚内温度的平均值；所述插入式土壤湿度传感器实时获取土壤湿度并传输至所述PLC控制器（1）；
自动补偿控制，所述PLC控制器（1）将大棚内温度的平均值和土壤湿度与预设的大棚室内温度和环境湿度的预定数值范围进行对比；当大棚内温度的平均值超出预设的大棚室内温度的数值范围时，所述PLC控制器（1）控制所述增温风机（21）/降温风机（22）启动，提高或降低环境温度，直到大棚内温度的平均值处于预设的大棚室内温度的数值范围内时，所述PLC控制器（1）控制所述增温风机（21）/降温风机（22）停止；当土壤湿度超出预设的环境湿度的预定数值范围，所述PLC控制器（1）控制所述增湿装置（32）/除湿机（33）启动，提高或降低大棚内的环境湿度，直到土壤湿度处于预设的环境湿度的预定数值范围内时，所述PLC控制器（1）控制所述增湿装置（32）/除湿机（33）停止；
混合肥料，所述PLC控制器（1）控制所述输水泵（423）和输肥泵（424）启动，根据预设的水肥比例将肥料和水输入至所述储液罐（411）内；输入完毕后，所述PLC控制器（1）控制所述输水泵（423）和输肥泵（424）停止，并启动所述电机（412），带动所述搅拌扇叶对水肥混合液进行混合搅拌；搅拌完毕后，所述PLC控制器（1）控制所述电机（412）停止，并启动所述送料泵（431），将水肥混合液通过送料管（432）输送至施肥装置。
8.根据权利要求7所述的一种基于PLC的温室大棚水肥一体化控制系统的控制方法，其特征在于，还包括手动控制步骤，具体如下：
当大棚内温度的平均值超出预设的大棚室内温度的数值范围时，所述PLC控制器（1）控制所述温度报警器（81）启动，发出报警提示工作人员，工作人员通过控制对应所增温风机（21）或降温风机（22）的所述控制开关调整大棚室内温度，直到大棚内温度的平均值处于预设的大棚室内温度的数值范围内时，所述PLC控制器（1）控制所述温度报警器（81）停止，工作人员停止调整大棚室内温度；
当土壤湿度超出预设的环境湿度的预定数值范围，所述PLC控制器（1）控制所述湿度报警器（82）启动，发出报警提示工作人员，工作人员通过控制对应所述增湿装置（32）或除湿机（33）的所述控制开关调整大棚内的环境湿度，直到土壤湿度处于预设的环境湿度的预定数值范围内时，所述PLC控制器（1）控制所述湿度报警器（82）停止，工作人员停止调整大棚内的环境湿度。
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