《園藝設(shè)施學(xué)》課件8第八章

1、第八章：設(shè)施環(huán)境控制設(shè)備 （6學(xué)時(shí)） 采暖、通風(fēng)、降溫、灌溉等工程設(shè)計(jì)，都是以較為不利的環(huán)境條件作為設(shè)計(jì)依據(jù)的，這對(duì)確定各項(xiàng)環(huán)境工程的規(guī)模和設(shè)備的負(fù)荷是必要的。 然而，設(shè)施內(nèi)外的自然環(huán)境條件卻總是在不斷地變化，為創(chuàng)造適宜于各種生物的生態(tài)環(huán)境，就必須隨著外界環(huán)境因素的改變相應(yīng)地變更、調(diào)節(jié)設(shè)施內(nèi)的生態(tài)環(huán)境。 因而，自動(dòng)控制便成為農(nóng)業(yè)生物環(huán)境工程中不可缺少的重要組成部分。 應(yīng)用自動(dòng)控制，不僅能大大減輕勞動(dòng)者的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證高質(zhì)和安全生產(chǎn)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，而更重要的是在現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)生物環(huán)境控制由定性(粗放)到定量(精細(xì))的發(fā)展過(guò)程中，起著人所不及的作用。一、設(shè)施環(huán)境自動(dòng)控制概述(一)自動(dòng)控制的基本概念

2、 所謂控制，就是為了實(shí)現(xiàn)某種目的、愿望和要求，對(duì)所研究的對(duì)象進(jìn)行的必要的操作。 控制分為人工控制和自動(dòng)控制。 利用人工操作的通稱(chēng)為人工控制。 利用控制裝置，自動(dòng)地、有目的地操作(縱)和控制某一(些)設(shè)備或某一(些)過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)某一(些)功能或狀態(tài)就稱(chēng)為自動(dòng)控制。 例如，自動(dòng)化玻璃溫室屋頂保溫幕簾可用人工在日出后拉開(kāi)，日落時(shí)蓋上。若采用光敏器件檢測(cè)光照，通過(guò)相應(yīng)的調(diào)節(jié)器和電動(dòng)裝置，天黑時(shí)將幕簾拉上，天亮后拉去，便實(shí)現(xiàn)了對(duì)幕簾的自動(dòng)控制。 自動(dòng)控制系統(tǒng)就其控制的對(duì)象或控制的具體過(guò)程而言，種類(lèi)繁多，通常按如下標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)：1.按所控制的變量的性質(zhì)分： (1)斷續(xù)控制系統(tǒng)：即由各種具有開(kāi)關(guān)性質(zhì)的元件(簡(jiǎn)

3、稱(chēng)開(kāi)關(guān)元件)組成的斷續(xù)作用的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的輸入和輸出變量均為開(kāi)關(guān)量。 常用的具有“接通”和“斷開(kāi)”兩種狀態(tài)的開(kāi)關(guān)元件有各種電磁繼電器、接觸器、半導(dǎo)體二極管和三極管以及數(shù)字集成電路(芯片)等。 傳統(tǒng)上可分為電器(用各種開(kāi)關(guān)元件組成)控制、順序控制和數(shù)字控制系統(tǒng)。隨著微處理機(jī)的出現(xiàn)和推廣應(yīng)用，順序控制和數(shù)字控制的功能已被微處理機(jī)代替，但其執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍離不開(kāi)由各種繼電器和接觸器構(gòu)成的繼電接觸器控制系統(tǒng)。(2)連續(xù)控制系統(tǒng)：不同于斷續(xù)控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是該系統(tǒng)隨時(shí)隨地檢測(cè)被控對(duì)象的工作狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)被控對(duì)象(也稱(chēng)輸出量和被控量)與要求值具有一定的偏差時(shí)，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。 連續(xù)控制系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)較復(fù)雜

4、，但其控制精度、快速性及可靠性均優(yōu)于斷續(xù)控制系統(tǒng)，因而大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品的品質(zhì)。 2.按控制系統(tǒng)有無(wú)反饋分： 所謂反饋是指將系統(tǒng)的輸出信號(hào)或該系統(tǒng)中某個(gè)環(huán)境的輸出信號(hào)，返送回該系統(tǒng)的輸入端，再與輸入信號(hào)一同作用于該系統(tǒng)本身的過(guò)程?？蓞^(qū)分為開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。(1)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)：沒(méi)有反饋的控制系統(tǒng)稱(chēng)為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。對(duì)于這種系統(tǒng)，給定一個(gè)輸入量，便有一個(gè)相應(yīng)的輸出量。如玻璃溫室屋頂保溫幕啟開(kāi)和關(guān)閉的系統(tǒng)，光敏元件判斷是日出或日落，一旦發(fā)出執(zhí)行命令，便會(huì)一次性地完成幕簾的啟或閉的控制任務(wù)，并不對(duì)控制結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)，這類(lèi)不將控制結(jié)果反送回的控制系統(tǒng)便為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上較簡(jiǎn)單，但

5、難以較高的精度完成控制任務(wù)。 (2)閉環(huán)控制系統(tǒng)：具有反饋的控制系統(tǒng)稱(chēng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，借助反饋將輸出量與期望值相比較，產(chǎn)生使輸出量與期望值相一致的修正動(dòng)作。 如溫室自動(dòng)供暖系統(tǒng)，要通過(guò)溫度敏感元件檢測(cè)出室內(nèi)的實(shí)際溫度值，并與期望的溫度值相比較，得出溫度偏差信號(hào)，借助于相應(yīng)的調(diào)節(jié)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)加溫裝置，使室內(nèi)溫度改變，而后再進(jìn)行新一輪的檢測(cè)和調(diào)節(jié)，從而保證室內(nèi)溫度在規(guī)定的期望的范圍內(nèi)，這種系統(tǒng)就是閉環(huán)控制系統(tǒng)，一般習(xí)慣上出稱(chēng)作自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 由此可知，各種連續(xù)控制系統(tǒng)都是(屬于)閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)對(duì)控制作用存在直接影響，有較強(qiáng)的抑制或減弱干擾的能力，但是若反饋

6、不當(dāng)，將會(huì)使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，因此存在著必須判定系統(tǒng)是否穩(wěn)定的問(wèn)題。3.按控制系統(tǒng)輸出變化規(guī)律分：(1)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)：在這種系統(tǒng)中，當(dāng)輸入為常值，或?yàn)殡S時(shí)間緩慢變化值時(shí)，能保證在干擾下也能使輸出自動(dòng)保持恒定的予期值。自然，這種系統(tǒng)是屬于連續(xù)閉環(huán)控制系統(tǒng)范疇。(2)伺服系統(tǒng)：又稱(chēng)隨動(dòng)系統(tǒng)或跟蹤系統(tǒng)，也屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，輸入在廣泛范圍內(nèi)隨時(shí)間而變化，能保證輸出以一定精度跟隨著輸入的變化而變化。通常其輸出多為機(jī)械位移，速度和加速度等機(jī)械量。(3)程序控制系統(tǒng)：在這種系統(tǒng)中，輸入是按事先確定的程序變化的，其變化規(guī)律是已知的時(shí)間函數(shù)，系統(tǒng)能保證輸出準(zhǔn)確地自動(dòng)按事先確定的規(guī)律變化。這種控制系統(tǒng)

7、可以是開(kāi)環(huán)的，也可以是閉環(huán)的。(二)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成 它是由起調(diào)節(jié)作用的全套自動(dòng)化儀表(器)裝置(調(diào)節(jié)裝置)和被調(diào)節(jié)與控制的設(shè)備(或各種參數(shù)，即調(diào)節(jié)對(duì)象)構(gòu)成。 如室內(nèi)感溫元(器)件、調(diào)節(jié)器、各種控制件(如閥門(mén))、散熱器、溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)組合在一起就是一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置須由傳感器，調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器三部分構(gòu)成。 傳感器好比人的眼、耳，是由具有一定物理特性的敏感元件，如熱敏電阻，濕敏電阻及相應(yīng)的測(cè)量變換電路等組成，它能夠檢測(cè)各種非電的環(huán)境參數(shù)，并轉(zhuǎn)換成某一單一函數(shù)的特定信號(hào)(電量、氣壓或機(jī)械位移等)，送至調(diào)節(jié)器。當(dāng)敏感元件發(fā)出的信號(hào)與調(diào)節(jié)器所要求的信號(hào)不相符合時(shí)，尚需通過(guò)“變送器”將信號(hào)

8、進(jìn)行相應(yīng)的變換。變送器通常由電路或氣路構(gòu)成。 調(diào)節(jié)器好比人的大腦，是調(diào)節(jié)裝置的核心部件。它將傳感器送來(lái)的信號(hào)值與要求的值相比，檢出偏差，再按照已經(jīng)確定的運(yùn)算規(guī)律算出結(jié)果，并將結(jié)果用特定的信號(hào)(電量、電氣接點(diǎn)的通、斷、氣壓等)送給執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)予定的控制和調(diào)節(jié)。 執(zhí)行器好比人的手腳，它是一些動(dòng)力部件(電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)等)，它接收調(diào)節(jié)器發(fā)送來(lái)的特定信號(hào)，去改變調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(如電磁閥門(mén)、窗扇等)的位移，自動(dòng)地維持某一參數(shù)恒定。(三)自動(dòng)調(diào)節(jié)的基本規(guī)律及對(duì)調(diào)節(jié)過(guò)程的影響 任何調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)過(guò)程的優(yōu)劣(主要以快速性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性來(lái)衡量)，是取決于調(diào)節(jié)對(duì)象和調(diào)節(jié)器的特性。 一般說(shuō)來(lái)，調(diào)節(jié)對(duì)象的特性是難以人為地加

9、以改變的，因此，要想獲得滿意的調(diào)節(jié)過(guò)程，就應(yīng)當(dāng)根據(jù)對(duì)象的調(diào)節(jié)要求，選擇(或設(shè)計(jì)和制作)出具有一定的合適的調(diào)節(jié)規(guī)律的調(diào)節(jié)器。 所謂調(diào)節(jié)規(guī)律是就指調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的關(guān)系隨時(shí)間而變化的規(guī)律。1.雙位調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)器只有全開(kāi)和全關(guān)兩個(gè)固定位置的調(diào)節(jié)動(dòng)作。如溫室雙位調(diào)節(jié)的采暖加熱裝置，當(dāng)室溫降到一定程度時(shí)，波紋管(熱敏元件)收縮并帶動(dòng)繼電器觸點(diǎn)閉合，將電磁熱水閥全開(kāi)，熱水進(jìn)入，使溫室升溫；當(dāng)溫室溫度上升到某一值時(shí)，波紋管也跟著熱脹使繼電器觸點(diǎn)打開(kāi)，電磁熱水閥自動(dòng)關(guān)閉，熱水停止供給。這種電磁閥在調(diào)節(jié)過(guò)程中只有全開(kāi)和全關(guān)兩個(gè)極端位置的調(diào)節(jié)，稱(chēng)作雙位調(diào)節(jié)。 雙位調(diào)節(jié)系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)環(huán)境工程中應(yīng)用極為普遍。

10、一般凡是有上、下限觸點(diǎn)的檢測(cè)裝置，如帶電氣觸點(diǎn)的溫度計(jì)，土壤水分張力計(jì)，雙金屬片式溫度計(jì)等都可以做成雙位調(diào)節(jié)式。 由于物質(zhì)、能量和信息的傳輸總要需要一定的時(shí)間，物質(zhì)流、能量流和信息流在到達(dá)某一部位時(shí)要經(jīng)過(guò)一些中間介質(zhì)等，從而使被調(diào)參數(shù)并不能立即跟著調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用產(chǎn)生變化，總要遲后一段時(shí)間才開(kāi)始，這就是所謂的調(diào)節(jié)對(duì)象的延遲。由于對(duì)象存在著調(diào)節(jié)延遲，所以，雙位調(diào)節(jié)的被調(diào)參數(shù)的波動(dòng)范圍都不可避免地要超出調(diào)節(jié)器的控制范圍。同時(shí)，由于延遲的存在，在延遲的這段時(shí)間內(nèi)，調(diào)節(jié)器將無(wú)法影響被調(diào)參數(shù)，致使被調(diào)參數(shù)自由變化，從而產(chǎn)生和加大調(diào)節(jié)偏差，延長(zhǎng)達(dá)到平衡的時(shí)間，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)品質(zhì)。 2.比例調(diào)節(jié)(

11、P調(diào)節(jié)) 當(dāng)水箱水位降低時(shí)，浮球下降并通過(guò)一機(jī)械杠桿系統(tǒng)將進(jìn)水閥上移，促進(jìn)水量增大；當(dāng)用水量減少使水箱液面上升時(shí)，浮球上升借杠桿作用將進(jìn)水閥下移，減少進(jìn)水量，直至水箱面達(dá)某一高度時(shí)，將進(jìn)水閥關(guān)死，不再向水箱供水。這里浮球是一個(gè)敏感元件，杠桿是一個(gè)調(diào)節(jié)器，進(jìn)水閥是被調(diào)對(duì)象，水箱液面高度為調(diào)節(jié)參數(shù)。 進(jìn)水閥的閥桿位移(調(diào)節(jié)器輸出量)與水箱液面的變化差e(調(diào)節(jié)器的輸入量)成正比。當(dāng)調(diào)節(jié)對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)必須移動(dòng)到某一個(gè)與對(duì)象新的狀態(tài)相適應(yīng)的位置才能使系統(tǒng)達(dá)到再度的平衡和穩(wěn)定，這就是說(shuō)，每次調(diào)節(jié)結(jié)束時(shí)的被調(diào)量必然是不相同的，即有穩(wěn)定偏差(靜差)。所以，比例調(diào)節(jié)也稱(chēng)有差調(diào)節(jié)。對(duì)于對(duì)象狀態(tài)變化

12、較大而又要求靜差較小的場(chǎng)合，比例調(diào)節(jié)是不適宜的，應(yīng)選擇其它類(lèi)型的調(diào)節(jié)器。 3.積分調(diào)節(jié)(I調(diào)節(jié)) 在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，若某個(gè)環(huán)節(jié)的輸入量隨時(shí)間的積累就得到輸出量時(shí)，輸入量與輸出量之間的這種關(guān)系就叫積分關(guān)系，具有積分特性的環(huán)節(jié)叫積分環(huán)節(jié)。凡符合積分規(guī)律(動(dòng)作)的調(diào)節(jié)器就稱(chēng)作積分(動(dòng)作)調(diào)節(jié)器。 積分調(diào)節(jié)器在實(shí)用中通常有兩種方式，即恒速積分和比例速度積分。 恒速積分方式調(diào)節(jié)室溫的系統(tǒng)中，被調(diào)參數(shù)為室內(nèi)氣溫，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電動(dòng)三向閥，敏感元件為雙金屬片觸點(diǎn)式傳感器，恒速單相電動(dòng)機(jī)和敏感元件的動(dòng)臂與觸點(diǎn)組成恒速積分調(diào)節(jié)器。當(dāng)被調(diào)參數(shù)與給定值(要求值)相符或偏差在允許范圍內(nèi)時(shí)，雙金屬片式傳感器的觸點(diǎn)處于中立位

13、置，電機(jī)與電源斷開(kāi)，電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)三向閥的閥芯處于某一位置，供熱量與散熱量達(dá)平衡狀態(tài)。當(dāng)被調(diào)參數(shù)超過(guò)給定值上限時(shí)，敏感元件的上限觸點(diǎn)閉合，電機(jī)以恒速轉(zhuǎn)動(dòng)，使供熱量減小，被調(diào)參數(shù)回復(fù)到給定值。只要被調(diào)參數(shù)尚未回復(fù)到給定的允許范圍內(nèi)，電機(jī)便以恒速帶動(dòng)三向閥閥芯，改變供熱量，直至消除偏差為止。當(dāng)被調(diào)參數(shù)小于給定值的下限時(shí)，電機(jī)將逆轉(zhuǎn)，按超過(guò)給定值上限相反的規(guī)律進(jìn)行調(diào)節(jié)。由此可知，只要偏差存在，且偏差存在時(shí)間越長(zhǎng)，閥門(mén)芯位移就越多，但閥門(mén)動(dòng)作速度卻與偏差大小無(wú)關(guān)。 比例速度積分調(diào)節(jié)是指輸入信號(hào)不僅與輸入信號(hào)作用的時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)，同時(shí)還與輸入信號(hào)作用的大小(強(qiáng)弱)成比例。 4.比例積分調(diào)節(jié)(PI調(diào)節(jié))

14、比例調(diào)節(jié)過(guò)程較短，穩(wěn)定性特好，但有時(shí)因余差較大則不能滿足某些生產(chǎn)要求；積分調(diào)節(jié)可消除余差，但過(guò)程較長(zhǎng)，穩(wěn)定性差，單獨(dú)作用也難以滿足要求，為此，人們常將比例動(dòng)作和積分動(dòng)作兩者結(jié)合起來(lái)組成比例積分調(diào)節(jié)。 比例積分調(diào)節(jié)的被調(diào)量短期偏差小，調(diào)節(jié)周期短，可以有效的消除殘余偏差，比單獨(dú)采用比例或積分調(diào)節(jié)可獲得滿意的調(diào)節(jié)結(jié)果，因而是一種應(yīng)用十分廣泛的調(diào)節(jié)方式。 5.微分調(diào)節(jié)(D調(diào)節(jié)) 一種輸出與偏差的變化速度成正比的調(diào)節(jié)方式。單純的微分調(diào)節(jié)，因不論偏差的大小，只按偏差的變化速率進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以，當(dāng)偏差很小，但其變化速度卻很大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)過(guò)調(diào)現(xiàn)象，而導(dǎo)致偏差更加變大；當(dāng)偏差很大，但變化速度很小(如為零)，則會(huì)不進(jìn)

15、行調(diào)節(jié)，起著保持偏差的作用，所以，單純的微分調(diào)節(jié)是不被采用的。 通常是將比例、積分、微分調(diào)節(jié)綜合起來(lái)構(gòu)成所謂比例積分微分(PID)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 引入微分調(diào)節(jié)的目的，在于當(dāng)偏差出現(xiàn)變化時(shí)，快速阻止偏差的變化，加快調(diào)節(jié)過(guò)程，一般多用于調(diào)節(jié)對(duì)象的被調(diào)量變化快，延遲較小，自平衡能力較差的對(duì)象。人工生物環(huán)境的調(diào)節(jié)對(duì)象多是延遲大，被調(diào)量變化較慢，自平衡能力強(qiáng)，調(diào)節(jié)精度要求不很高，因此采用微分調(diào)節(jié)的情況不是太多。 二、自動(dòng)控制功能和對(duì)系統(tǒng)的基本要求(一)自動(dòng)系統(tǒng)的功能： 現(xiàn)代的投資高，具有高水平的栽培管理技術(shù)的自動(dòng)化溫室中裝置各種不同的物理、化學(xué)和生物傳感器，時(shí)刻檢測(cè)著溫室中各種物理量的變化，并將信號(hào)傳遞給微

16、機(jī)進(jìn)行判斷和處理，然后，微機(jī)向各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出命令信號(hào)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，向不同生物在不同生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期提供適宜的溫度、光照等環(huán)境因子，使生物良好的生長(zhǎng)。 控制功能應(yīng)包括：1.保溫控制：被檢測(cè)的因子是室內(nèi)溫度、室外太陽(yáng)能輻射量、保溫幕上部氣溫、室外氣溫、室內(nèi)外濕度。當(dāng)超過(guò)或低于設(shè)(給)定值時(shí)，保溫幕啟閉裝置便自動(dòng)投入工作。2.換氣檢制：被檢測(cè)的因子是室內(nèi)溫度和室外太陽(yáng)輻射量，室外氣溫、風(fēng)向和風(fēng)速、降雨和降雪量。當(dāng)超過(guò)或低于設(shè)定值時(shí)，天窗、側(cè)窗、通風(fēng)扇等拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)工作。3.加溫控制：被檢測(cè)因子是室內(nèi)溫度、室外氣溫、室內(nèi)外大氣濕度。當(dāng)超過(guò)或低于設(shè)定值時(shí)，加溫設(shè)施動(dòng)作或停止。4.遮光控制：被檢測(cè)因子是

17、室外太陽(yáng)輻射能、室內(nèi)溫度。按設(shè)定值控制遮光幕電動(dòng)機(jī)動(dòng)作。5.CO2施用控制：檢測(cè)因子為室內(nèi)CO2濃度。按設(shè)定值控制CO2發(fā)生器的CO2施放量。 6.降溫控制：檢測(cè)因子為室內(nèi)溫度和濕度。按設(shè)定值控制噴霧霧化噴嘴的開(kāi)度或濕簾抽風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)或停止。7.警報(bào)系統(tǒng)控制：當(dāng)各被控因子的設(shè)定值發(fā)生異常變化時(shí)，保溫、換風(fēng)、加溫、傳感器、調(diào)節(jié)器等工作異常時(shí)，停電或過(guò)載和欠壓時(shí)等，警報(bào)燈、警鈴應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。8.記錄、顯示和打印功能：按需要檢測(cè)、記錄耗電量、工作時(shí)間、耗水量、燃料耗量以及其它各種物理因子的當(dāng)前值和累計(jì)值，并可打印輸出。(二)對(duì)溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求： 溫室自動(dòng)控制(調(diào)節(jié))系統(tǒng)是現(xiàn)代化溫室企業(yè)中一

18、個(gè)十分重要的組成部分，尤其是在一些大型現(xiàn)代化溫室中，控制系統(tǒng)工作品質(zhì)直接影響著產(chǎn)品的產(chǎn)量、品質(zhì)和效益。1.可靠性 溫室內(nèi)高溫、高濕和存在腐蝕性氣體，控制裝置是處于十分不利的環(huán)境下長(zhǎng)期工作，因此要求配套的設(shè)施和器材有高的可靠性?？煽啃酝ǔＳ闷骄鶡o(wú)故障運(yùn)行時(shí)間和平均修復(fù)時(shí)間衡量。為了提高設(shè)施的可靠性，從整體上可以采取分布式控制系統(tǒng)，在具體裝置中可采用光電隔離，屏蔽、濾波，電源和接地系統(tǒng)抗干擾措施等，以及采用適當(dāng)?shù)胤莱?、防腐蝕等工程措施，保證控制設(shè)施長(zhǎng)期安全、正常的工作。 2.適應(yīng)性 現(xiàn)代的自動(dòng)化溫室造價(jià)都很高，因此，不能單生產(chǎn)某一種作物品種。要能根據(jù)作物品種不同和在各個(gè)不同的生長(zhǎng)發(fā)育階段對(duì)環(huán)境的要

19、求，靈活方便地調(diào)整各被控環(huán)境因子，以滿足作物生長(zhǎng)發(fā)育的需求，獲得高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的成果。3.調(diào)控精度 在溫室生產(chǎn)中影響生物體生長(zhǎng)發(fā)育的環(huán)境因素如光照、溫度、濕度、CO2濃度等，對(duì)不同生物和同一生物在不同的生長(zhǎng)發(fā)育階段都有較嚴(yán)格的范圍。因此，為了保證生物體優(yōu)質(zhì)和高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，控制系統(tǒng)的精確度是至關(guān)重要的。 在生物環(huán)境工程中，對(duì)某一被調(diào)參數(shù)的控制精度并不像電子和機(jī)械工程中那么高，如西紅柿種子發(fā)芽的適宜溫度為2030(上限為35，下限為10)，開(kāi)花溫度在15以上，均有一個(gè)適宜的溫差范圍，即要求控制系統(tǒng)的控制精度只要在該適宜范圍內(nèi)即可。4.具有完善的軟件系統(tǒng) 自二十世紀(jì)九十年代以來(lái)，自動(dòng)化溫室環(huán)境因子的微機(jī)控

20、制已逐漸在國(guó)內(nèi)外被采用，并取得了令人滿意的效果，雖然在某些方面還未達(dá)到盡善盡美的程度，但已成為二十一世紀(jì)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的一個(gè)閃光點(diǎn)。采用微機(jī)控制，除了有一套相應(yīng)的硬件設(shè)施外，還必需有一套完善的軟件系統(tǒng)。 軟件系統(tǒng)通常包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。 系統(tǒng)軟件包括程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)，操作系統(tǒng)和診斷程序。 應(yīng)用軟件通常包括過(guò)程監(jiān)視程序、過(guò)程控制程序和公共應(yīng)用程序。此外，還應(yīng)具有較強(qiáng)的人機(jī)對(duì)話(交互)功能，要配置輸入(I)輸出(O)接口和相應(yīng)的外部設(shè)備，以便修改和整定參數(shù)，及時(shí)地處理異常情況和打印輸出及顯示某些參數(shù)的值。 三、溫室環(huán)控中自動(dòng)控制裝置 自動(dòng)控制(調(diào)節(jié))系統(tǒng)中應(yīng)包括傳感器(敏感元件)、執(zhí)行器件和調(diào)節(jié)器三大

21、部分，它們按一定的方式相互聯(lián)結(jié)組合成一體，完成某一項(xiàng)或綜合的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。(一)傳感器 傳感器是借助于敏感元件接收一種物理信息，按照一定的函數(shù)關(guān)系將該信息轉(zhuǎn)換為各種不同電量輸出的器械。在各種自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，它直接與調(diào)節(jié)對(duì)象發(fā)生聯(lián)系，將被調(diào)參數(shù)的變化直接或間接的轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，是自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一個(gè)重要的組成部分。傳感器以前也稱(chēng)為變送器、發(fā)送器、換能器，現(xiàn)已統(tǒng)一稱(chēng)作傳感器，而把輸出為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的傳感器稱(chēng)為變送器。 1.光照和光輻射傳感器 (1)光敏電阻 (2)光電池 (3)熱電堆輻射測(cè)量?jī)x(傳感器) 2.溫度傳感器 (1)觸點(diǎn)式溫度傳感器 (2)熱電阻傳感器 (3)熱電偶傳感器 3.空氣濕度和土壤濕度

22、傳感器 4.CO2氣體濃度檢測(cè)傳感器 (二)執(zhí)行器 它是一些動(dòng)力部件，處于被調(diào)對(duì)象之前，接受調(diào)節(jié)器來(lái)的特定信號(hào)，改變調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)或位移，使送入溫室的物質(zhì)和能量流發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室環(huán)境因子的調(diào)節(jié)和控制。 執(zhí)行器通常由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用是接受調(diào)節(jié)器的“命令”(即調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào))，按一定的規(guī)律去推動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。它通常是各種電磁繼電器或接觸器，小型電動(dòng)機(jī)等。 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)具體用來(lái)調(diào)節(jié)送入溫室(經(jīng)管道或其它途徑)的物質(zhì)流量，如電動(dòng)閥門(mén)，電動(dòng)天(氣)窗等。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有時(shí)制成一個(gè)整體，如電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)，上部是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，下部是調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。 (三)調(diào)節(jié)器 調(diào)節(jié)器是自動(dòng)調(diào)

23、節(jié)系統(tǒng)的核心部件，它根據(jù)被調(diào)對(duì)象的工作狀況，適時(shí)的改變著調(diào)節(jié)規(guī)律，保證對(duì)象的工作參數(shù)在一定的范圍內(nèi)變化。 調(diào)節(jié)器按控制能源的形式有直接作用式(不需要外加能源，也稱(chēng)作自力式調(diào)節(jié)器)、電動(dòng)式(也稱(chēng)作電氣式)、電子式、氣動(dòng)式以及計(jì)算機(jī)型。由于氣動(dòng)式需要配置氣源，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜和成本高，故在溫室環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中很少采用，主要采用其它四種。而在現(xiàn)代化大中型農(nóng)業(yè)設(shè)施中已開(kāi)始采用計(jì)算機(jī)作為調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的適時(shí)調(diào)控。 調(diào)節(jié)器按輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)不同分為二位式控制的調(diào)節(jié)器和連續(xù)控制的調(diào)節(jié)器。前者是通過(guò)電氣觸點(diǎn)的通斷轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的，它又分為雙位調(diào)節(jié)、三位調(diào)節(jié)、時(shí)間比例(雙位或三位比例微分)調(diào)節(jié)和雙位比例積分

24、微分調(diào)節(jié)。后者是調(diào)節(jié)器給執(zhí)行機(jī)構(gòu)送去的是連續(xù)的調(diào)節(jié)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)平滑的調(diào)控。 四、溫室環(huán)境自動(dòng)控制系統(tǒng) 它是利用計(jì)算機(jī)對(duì)溫室中的溫度、濕度、光照、CO2濃度以及肥、水等環(huán)境因子的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)控制的、由一系列硬件和軟件組成的裝備系統(tǒng)。硬件和軟件系統(tǒng)的好壞，直接影響到控制的效果。 （一）系統(tǒng)硬件 1、按結(jié)構(gòu)劃分（1）計(jì)算機(jī) 是控制系統(tǒng)的核心，它依據(jù)輸入設(shè)備送來(lái)的實(shí)時(shí)采集的被控過(guò)程的各種信息，按設(shè)定的控制算法，及時(shí)進(jìn)行處理和運(yùn)算，做出決策，發(fā)出控制信號(hào)，通過(guò)輸出設(shè)備進(jìn)行控制。根據(jù)系統(tǒng)的大小，可以選擇系統(tǒng)PC機(jī)，也可以選擇單片微型機(jī)。 （2）輸入設(shè)備 計(jì)算機(jī)與溫室作物生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)之間信息的傳遞是通過(guò)輸入設(shè)備聯(lián)系起來(lái)的。