温室二氧化碳气肥环境调控系统设计

来源：未知发布日期：2019-04-19 09:14【大中小】

温室大棚种植由于处于密闭环境和种植密度等原因，极易产生二氧化碳不足的问题，作为植物光合作用的重要原料，二氧化碳匮乏将直接影响作物光合作用，降低对太阳光的利用率，影响作物长势与抗病害能力，因此温室大棚生产中施用二氧化碳气体肥料已成为一项重要的增产措施。现有的二氧化碳气体肥料的制备有高压钢瓶、酸盐反应、燃烧型、微生物发酵法等多种方法，但均由于多种原因未在生产中得到广泛应用。特别是传统酸盐反应型，虽有价格便宜的优点，但控制困难，难以精确调控，针对此种情况，笔者设计了电加热型气肥发生器，采用碳酸氢铵作为反应原料，价格便宜，使用方便。同时系统采用可编程逻辑控制器作为主控制器，运用组态技术、无线通信技术等实现产气输气的自动化，完成对温室大棚生产过程中二氧化碳气肥的补充，并且可进行远程监控，提高瓜果蔬菜的质量和产量，实现温室的智能化生产，减轻工人的作业强度，也对实现我国温室内设备的规模化和科学化管理有一定的促进作用。
1 系统总体方案
设计温室二氧化碳气肥调控系统的原理是利用加热碳酸氢铵制取二氧化碳，以PLC为主控制器，结合温湿度、二氧化碳等多种多路环境传感器实时采集环境数据，采用无线传输方式，通过RS485总线将数据传给PLC，由触摸屏将数据实时显示出来，并绘出历史曲线等。同时PLC根据作物生产要求，利用模糊控制算法对温室环境系统进行智能调控。

温室二氧化碳气肥环境调控系统总体结构如图1所示，分为上位机与下位机2个部分，下位机为PLC控制器，主要完成对二氧化碳反应器、过滤装置、环境采集装置以及输气装置的控制;采用集可视、操作于一体的触摸屏作为PLC的人机接口和上位机，与PLC进行通信，实时地显示采集数据、储存及进行历史信息统计，并对系统工作参数如注水时间、排水时间、延时输气时间、延时排水时间、反应时间进行设置，通过下位机PLC编写对各个子系统工作状态进行调控的程序，实现对系统整体的智能调控，最终实现温室中气肥发生器的正常运行和室内二氧化碳的补偿和平衡。
系统总体过程如下:上电后，系统自动通过各种传感器检测温室内的温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度等环境参数，在启动气肥环境调控系统后， PLC控制器依据内置的模糊决策算法动态判定当前温室内适宜的二氧化碳浓度水平，控制二氧化碳发生器和气泵的工作状态，进行温室中二氧化碳气肥环境的自动智能控制。通过人机接口，可以实现相应的参数设定和信息查看，如作物类型设定、控制模式设定、历史数据信息查看、传感器参数设定等各种操作。

2二氧化碳气肥发生器的设计
2.1 产气原理
考虑系统使用的安全性和可靠性，采用加热碳酸氢铵的方法制取二氧化碳。将碳酸氢铵在反应装置中进行加热，使其分解并释放出氨气和二氧化碳，经水过滤后氨气溶于水中形成氮肥，二氧化碳释放到温室大棚中作为气肥使用

2. 2 气肥发生器的结构
传统电加热型气肥发生器的反应器处于正压状态时，会造成密封困难，容易发生氨气的泄漏;同时采用单级清水吸收过滤氨气，在反应一段时间后，由于吸收器内的水温升高，导致氨气的吸收效果变差。针对该种情况，笔者对传统电加热气肥发生器进行改进设计，其结构示意如图2所示。改进后的气肥发生器核心结构组件包括电加热反应器、二级过滤器、负压与气动排水系统以及PLC控制系统( 图中未画出) 。电加热反应器中的碳酸氢铵加热分解后产生二氧化碳和氨气的混合气体，经二级过滤器净化吸收氨气后，由气泵抽出并输出纯净的二氧化碳气体。装置整体处于密封状态，适当选择气泵的参数，气泵的抽吸使得反应器、过滤器均处于负压状态，大大地提高了反应器的密封效果，避免了反应气体的泄漏。在反应器电加热部分设置温控传感器监测反应器状态，当传感器温度直线上升并超过设定阈值时，即可判断反应器中原料消耗完毕。配合外部自动换水与气肥环境调控系统，可以实现系统的全自动工作。考虑设备使用环境，设备主体采用不锈钢材料，加工完成的气肥发生器系统。

3 系统软件设计
软件设计包括上位机触摸屏的组态设计和下位机PLC的程序设计。

3.1 PLC主程序设计PLC主程序流程。
PLC上电，系统初始化后可进行系统设置，选择是否设置新的参数，以及工作方式的设置等。工作方式分为手动、自动模式，手动模式中人直接控制系统的各部分运行，单独执行相关的设备;自动模式中系统根据传感器采集的参数与系统的设定值进行对比，自动调节温室中的环境，当自动、手动模式遇到设备故障时，系统停止运行并报警。为方便控制，系统设计了2个控制按键，分别为系统起停按键K1和反应器起停按键K2。上电，系统初始化完成，进入待机状态，人工添加原料后，按下系统起停按键K1，系统进入注水状态。注水结束后，再次进入待机状态。闭合反应器起停按键K2，进入反应状态。手动模式下此时将直接反应供气，自动模式下，由内置控制程序控制反应器是否工作

3.2系统子程序设计
3.3 系统上电初始化
系统初始化流程，系统上电后，初始化，进行系统自检，包括外部数据采集系统、反应器温控开关系统、液位开关( 高液位YK2和低液位YK1) 、反应器控制按键的状态等。若温控开关断开，则控制蜂鸣报警器F1蜂鸣报警，此时系统起停按键K1、反应器起停按键K2不起作用，待温控开关复位后，报警停止，进入上电待机状态。为提高系统安全性，系统设计为上电自检通过后，若高液位YK2、低液位YK1中有1个闭合，启动排水程序。

4小结
以农业生产中易获得的碳酸氢铵为反应原料，不使用硫酸和碳酸氢铵反应，应用电加热的方式获取二氧化碳，提高了设备使用的安全性和设备的推广适用性。设备主体采用不锈钢材料加工，并设计气压自动换水系统，既提高了设备的自动化程度，又避免了系统薄弱器件与腐蚀性液体的直接接触，延长了设备的使用寿命。

下一篇：如何从设计和选材来提高马弗炉寿命  上一篇：真空干燥对番石榴果粉品质的影响

温室二氧化碳气肥环境调控系统设计

“推荐阅读”

相关企业动态

最新行业动态