CN202904310U - 用于日光温室卷闭帘及防风固膜的智能控制系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种用于日光温室卷闭帘及防风固膜的智能控制系统。其特点是：包括安装在温室内的至少1个温度传感器和安装在温室外的至少1个风向风速传感器，该所有传感器均通过数据采集模块与人机交互触摸屏连接，该人机交互触摸屏通过编程控制器与电动卷帘机或卷膜器连接，从而根据采集到的信息和预设程序控制电动卷帘机或卷膜器的开、闭。本实用新型专门针对日光温室规模化生产中，卷闭帘日常管理不科学及大风天气引起的棚膜损坏等问题，旨在利用数学模型科学控制日光温室群体的卷闭帘最优时间，以及利用室外风速目标值自动下放保温被防风固膜，实现日光温室卷闭帘早晚的分组控制和白天的固膜控制。

Description

用于日光温室卷闭帘及防风固膜的智能控制系统
技术领域
本实用新型涉及一种用于日光温室卷闭帘及防风固膜的智能控制系统。
背景技术
日光温室是中国北方特有的设施结构类型，这种三面环墙、一面采光的园艺设施可以在寒冷的北方，利用太阳能在冬季不加温的情况下进行反季节生产，实现了北方蔬菜、瓜果的淡季供应，创造了较高的经济效益和社会效益。在日光温室生产上，为实现保温效果，夜间采光面(前屋面)要用外覆盖材料(通常采用蒲苫，现在逐渐被保温被取代)覆盖，白天日出后人工将保温被卷起采光，傍晚日落前下放保温。这种传统的管理方式依靠人工操作，不但费工、费时，劳动强度大，而且卷闭帘时间完全凭经验，因此难以做到科学管理。
近几年，日光温室外覆盖材料的卷放逐步由卷帘机实现，虽节省了时间，但还需专人逐个温室操作，覆盖材料的开闭时间仍有很大随意性，难以做到根据作物品种、日出时间的早晚及室内温度进行动态管理；温室的通风降温和灌溉也需实现自动化；另外，在北方广大地区，大风日数较多，白天由于温室棚膜风口敞开，大风掀开、撕破棚膜，造成较大经济损失，急需防风固膜的智能控制系统实现对大风天气的规避。目前，我国日光温室虽然发展迅速，且种植模式也向规模化方向发展，但日光温室环境条件不稳定、灾害性天气规避能力差、自动化程度低与日光温室经济效益的矛盾也日益突出。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于日光温室卷闭帘及防风固膜的智能控制系统，其结构简单、成本低、能够对日光温室每日早晚的卷闭帘进行智能化控制，也可对薄膜风口的开闭实现智能控制，同时实现发生大风天气时保温被下落2/3，达到防风固膜的功能。
一种用于日光温室卷闭帘及防风固膜的智能控制系统，其特别之处在于：包括安装在温室内的至少1个温度传感器和安装在温室外的至少1个风向风速传感器，该所有传感器均通过数据采集模块与人机交互触摸屏连接，该人机交互触摸屏通过编程控制器与电动卷帘机或卷膜器连接，从而根据采集到的信息和预设程序控制电动卷帘机或卷膜器的开、闭。
其中人机交互触摸屏采用具有人机界面的工控机。
其中还包括安装在温室内的至少1个湿度传感器和安装在温室外的至少1个光照强度传感器。
其中编程控制器采用PLC。
本实用新型专门针对日光温室规模化生产中，卷闭帘日常管理不科学及大风天气引起的棚膜损坏等问题，旨在利用数学模型科学控制日光温室群体的卷闭帘最优时间，以及利用室外风速目标值自动下放保温被防风固膜，实现日光温室卷闭帘早晚的分组控制和白天的固膜控制。该控制系统结构简单、成本低，对温室群卷闭帘进行智能化整体控制、无人化操作，提高劳动生产率，并充分合理利用了当地光照资源为作物创造优越的环境空间，为大风等灾害性天气的规避创造了条件。本实用新型适用于日光温室蔬菜、果树和育苗生产过程中的环境调控，同时实现防风固膜效果。控制日光温室数量越多，平均成本越低。
附图说明
附图1为本实用新型的逻辑原理框图；
附图2为本实用新型的控制流程图；
附图3为本实用新型的控制流程图。
具体实施方式
本实用新型是用于日光温室卷闭帘及防风固膜的智能控制系统，可以将每个温棚当成独立的单元，通过编程控制器以秒为单位对温棚的各环境指标进行数字量化。并在每个控制柜上的人机交互触摸屏加以显示，方便人为设定和读取。编程控制器完成必要的数据收集及现场设备的运行动作，人机交互触摸屏完成必要逻辑处理并将指令下发给编程控制器。人机交互触摸屏里存储了一套温棚运行调控“数学模型”，该“数学模型”具有人为可调控性，“数学模型”一旦人为设定，控制系统就可以依据温度及日出日落时间等环境因素的变化进行自动卷帘(控制卷帘机使保温被收放)、闭膜(控制卷膜器使风口开闭)等操作，从而实现作物在良好的温室环境下生长。
整体控制系统由温度传感器、湿度传感器、风向风速传感器、光照强度传感器、人机交互触摸屏、编程控制器及辅助元器件组成。各种传感器均采用4-20MA电流输出。编程控制器的控制程序是自主开发，可以将4-20MA的电流转换成特定的人为可识别的数值加以显示，并且可以自动控制现场的卷帘机和卷膜器等电器设备。
本实用新型的控制系统的主要功能：
(1)根据日出、日落时间、室内温度，三项参数自动实现卷闭帘。
(2)根据温度、卷帘机状态、两项参数实现自动卷闭膜操作。
(3)根据风速大小及持续时间、自动闭帘闭膜，防止大风事故产生。
(4)可人为设定在固定的时间点上开闭帘或膜。
系统自动调控的“数学模型”：可以通过本实用新型的温室控制系统将“数学模型”应用于生产实践，实现日光温室环境调控现代化。该“数学模型”根据日出日落时间、温度、风速等多项参数自动对温棚的帘(控制保温被)、膜(控制薄膜风口)等设备进行调控，从而更科学的确保了农作物的生长环境。当然也可根据当地气象条件和作物需要自行设定该“数学模型”。还可以参考公开号CN201289596、申请号CN200820128808、名称为《用于日光温室群体卷闭帘的智能控制系统》的专利内容，或者公开号CN101806924、申请号CN201010127402、名称为《设施果树环境监测及扣棚升温时间预警装置》的专利内容。
本实用新型系统主要的核心部件是编程控制器和人机交互触摸屏。编程控制器内有软件程序，该程序可以控制8路电器设备并检测设备运行状态。程序可以不间断监测8路传感器数据，做到实时监测。程序本身采用了自主研制的数据通讯规则和算法。人机交互触摸屏采用了国际通用的wince操作系统，并在系统上进行2次开发，将自主研究的“数学模型”完整的实现在了wince系统之上。提供了良好的人机交互界面，方便农业生产的使用。
下面结合附图来对本实用新型作进一步详细的说明：
如图1所示，本实用新型包括安装在温室内的至少1个温度传感器和至少1个风向风速传感器，温度传感器的数量以及安装位置可以根据温室形状、大小、测量精度等自行调整，通常1个园区只需1套风向风速传感器。所有传感器均与数据采集模块连接，该数据采集模块与人机交互触摸屏连接，人机交互触摸屏具体可采用带有人机界面的工控机，人机交互触摸屏通过PLC与电动卷帘机、卷膜机电连接从而根据采集到的信息和预设程序控制其开、闭。
本实用新型可根据不同纬度下每天日出日落时间、天气晴阴状况及日光温室内温度等要素建立的数学模型，智能化控制日光温室群(1组、8组、16组、24组、32组)卷闭帘时间，同时根据风速设定值，实现发生大风天气时自动下放保温被保护棚膜功能，还可通过添加灌溉等自动控制设备，多功能地实现日光温室的环境控制。
卷闭帘时间采用智能控制柜中PLC的数学模型发出指令控制日光温室群卷帘机的卷闭帘。模型自动计算每天的日出、日落时间，并根据当日室内温度，控制电动卷帘机的最佳卷闭帘时间；根据设定室外风速，决定白天出现大风天气时保温被的下放固膜。
根据试验研究结果，决定日光温室群卷帘和闭帘的环境因素较多，但主要有两大因素，即每天日出日落的早晚和日光温室内的温度，其中室内实时气温可通过温度传感器采集，日出日落的早晚通过编程计算任何经纬度下日出及日落时间来实现。图1中“每天的日出与日落时间±M小时”是指根据当地实际情况，实际的卷帘和闭帘时间是在日出日落时间计算结果基础上延迟和提前M小时，“所测实时室温≥或≤N℃”是指根据不同种植作物对室温的要求，当室温≥N℃时满足卷帘的要求之一，当室温≤N℃时满足闭帘的要求之一，只有当“每天的日出与日落时间±M小时”与“所测实时室温≥或≤N℃”同时满足时，系统方可执行“温室群开始卷帘/闭帘”命令。在白天保温被在卷起状态下，当2分钟平均风速风速大于6m/s时，系统执行“闭帘”命令。当智能系统出现故障时，可退出或关闭智能系统，进入“温室群手动卷帘/闭帘”环节。
本实用新型通过一组风向风速和温度传感器对日光温室内空气温度和室外风向风速进行不间断的实时监测，由数据采集系统的数据采集模块接收前端传感器的数据信号，再由人机交互触摸屏分析这些数据判，判断是否执行开闭帘等工作。PLC中的开关量模块可以给电动卷帘机以“启动或停止”信号，从而执行开闭帘等工作，而上位的人机交互触摸屏及软件主要功能是实现人机交互触摸屏对“数据采集系统”和“电动控制系统”的集中控制及分析。

Claims (4)

1.一种用于日光温室卷闭帘及防风固膜的智能控制系统，其特征在于：包括安装在温室内的至少1个温度传感器和安装在温室外的至少1个风向风速传感器，该所有传感器均通过数据采集模块与人机交互触摸屏连接，该人机交互触摸屏通过编程控制器与电动卷帘机或卷膜器连接，从而根据采集到的信息和预设程序控制电动卷帘机或卷膜器的开、闭。
2.如权利要求1所述的一种用于日光温室卷闭帘及防风固膜的智能控制系统，其特征在于：其中人机交互触摸屏采用具有人机界面的工控机。
3.如权利要求1或2所述的一种用于日光温室卷闭帘及防风固膜的智能控制系统，其特征在于：其中还包括安装在温室内的至少1个湿度传感器和安装在温室外的至少1个光照强度传感器。
4.如权利要求1或2所述的一种用于日光温室卷闭帘及防风固膜的智能控制系统，其特征在于：其中编程控制器采用PLC。
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