席桂清　譚峰　黃操軍　石建飛　曹洪軍　尚廷義

摘 要：基于云平臺的智能化寒地水稻浸種催芽系統(tǒng)主要完成寒地水稻浸種催芽的過程自動化、智能化，用戶可在有網絡的地方隨時監(jiān)控浸種催芽過程，下位機使用PLC進行控制，實現(xiàn)自動的、實時的傳輸種箱、水箱的溫度、水位等信息，并根據上位機設置，或觸摸屏發(fā)送指令由PLC分別控制箱內的溫度和水位，實現(xiàn)了浸種催芽的自動化化管理，經過現(xiàn)場應用，證明該系統(tǒng)具有高可靠性、高性價比、節(jié)約企業(yè)成本等優(yōu)點。

關鍵詞：云平臺；浸種催芽；觸摸屏；智能化；PLC

目前，國內大中型水稻浸種催芽裝置基本上是仍然是依靠人工靜態(tài)浸種和靜態(tài)催芽過程，存在受熱、受氧不均和人工翻種隨意性等問題，會導致不同程度的不均衡萌芽現(xiàn)象，難以達到理想的“快、齊、勻、壯”的工藝技術要求。根據墾區(qū)近年來集中浸種催芽的優(yōu)越性，針對現(xiàn)有大型化、智能化和自動化浸種催芽的要求，運用計算機云平臺搭建服務器，研究大型浸種催芽車間高效管理系統(tǒng)，實現(xiàn)集散式和分布式的智能控制，解決現(xiàn)有浸種作業(yè)中維護困難，低產、劣質、低利潤、低效率、高成本、高消耗等缺點，實現(xiàn)浸種、破胸和催芽的全程自動化的動態(tài)管理，浸種催芽作業(yè)達到工廠化生產標準。

1 系統(tǒng)總體設計

基于云平臺的智能化寒地水稻浸種催芽系統(tǒng)主要由現(xiàn)場數據采集控制和數據中心兩部分組成，系統(tǒng)總體設計圖如圖1所示，數據采集部分主要完成浸種催芽車間種子溫度、水位的采集，根據設定值，控制加熱器、循環(huán)泵水閥的控制，可根據需要實現(xiàn)內循環(huán)和外循環(huán)，數據可在觸摸屏中設置、顯示；數據中心主要完成將采集的數據通過GPRS送入到云服務器，辦公樓和上級農業(yè)主管部門可由客戶端軟件讀取服務器數據進行存儲、分析、顯示，也可進行數據的設置及遠程控制，實現(xiàn)整個水稻浸種催芽過程智能化、自動化、遠程化。

2 系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)硬件主要是現(xiàn)場浸種催芽過程的數據采集和控制，系統(tǒng)硬件總體設計如圖2所示，主要包括主控PLC、觸摸屏、加熱器、電動閥門、溫度水位采集部分、數據遠程傳輸部分和控制部分。

2.1 數據采集部分設計

本設計在種箱和水箱中各設置了4個STT-T鉑電阻溫度傳感器。溫度范圍：0℃～+100℃，精度：±0.1℃。溫度傳感器放在浸種箱的上中下不同位置，可準確的檢測出浸種箱中的溫度，用來測量種溫和水溫，溫度傳感器經信號變送器，把信號轉換為4～20mA標準信號，接入模數轉換模塊轉變?yōu)閿底至總鬏數絇LC，經過PLC判斷分析，并在觸摸屏中顯示。

水位傳感器選擇的是電極式水位開關，其通過三個探頭的不同邏輯組合，可判斷出浸種箱中的水位為高、低、空哪個狀態(tài)，然后反饋給PLC進行邏輯判斷。

2.2 控制部分設計

本系統(tǒng)采用一臺三菱公司的FX2N-16MR型PLC作為控制設備。它具有8點數字量輸入和8點數字量輸出，輸出采用繼電器輸出方式，可以驅動交流負載或者直流負載，每點電流容量為2A，每個公共端最大電流為8A，電壓在AC220V、DC30V以下。閥門是控制系統(tǒng)現(xiàn)場的執(zhí)行設備，為了能夠實現(xiàn)遠程控制和操作，系統(tǒng)采用電動閥門，即在普通閥門的基礎上安裝電動執(zhí)行器，在現(xiàn)場可以實現(xiàn)手動控制和半自動控制。上位機不但可以通過PLC對閥門進行操作，對農田的給水和排水進行實時控制，而且上位機也可以通過與PLC的通信，對現(xiàn)場閥門的開、關狀態(tài)實時監(jiān)控。閥門執(zhí)行器主要由一個單相交流電機和限位開關構成，其功能是通過輸入交220V的電壓信號可實現(xiàn)對閥門的開啟和關閉，同時能夠輸出一對無源信號作為到達位置信號供PLC使用。

2.3 顯示和通信部分設計

本設計采用顯控觸摸屏SA-4.3A，其主要優(yōu)點是產品內置的COM口集成了RS232/422/485通訊方式，實現(xiàn)了最快速的通訊速度；觸摸屏主要完成種箱水箱溫度水位的顯示，閾值的設置，數據的判斷，控制信號的輸出。

由于系統(tǒng)設計方便用戶在任意有網絡的地方可以監(jiān)控浸種催芽的過程，所以設計中加入的GPRS數據傳輸，選擇了T260S工業(yè)級無線路由器傳輸到云服務器中，它是3G/4G/4G網絡的性能優(yōu)異的無線通信產品，主要應用于行業(yè)用戶的數據傳輸業(yè)務，支持數據透明傳輸，圖像傳輸，設備監(jiān)控以及無線路由上網等功能。其主要使用RS485串口和觸摸屏連接進行數據傳輸，將數據透傳到云服務器進行存儲、分析。

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 云平臺服務器設計

云服務器是一種簡單高效、安全可靠、處理能力可彈性伸縮的計算服務，其管理方式比物理服務器更簡單高效。用戶無需提前購買硬件，即可迅速創(chuàng)建或釋放任意多臺云服務器，云服務器幫助項目快速構建更穩(wěn)定、安全的應用，降低開發(fā)運維的難度和整體IT成本，本系統(tǒng)云服務器構建的內容主要包括：

（1）數據庫服務器：專門存儲下位機采集的海量數據，便于將來進行匯總，統(tǒng)計與分析用的；（2）程序的服務端：包括物聯(lián)網接收模塊，用于解析數據并存儲到數據庫中；包括客戶端提供服務的服務程序部分，主要為客戶端的各種行為提供數據結果并反饋到客戶端，包括為其他客戶端提出的服務申請做出對應的應答。

3.2 客戶端軟件設計

客戶端軟件界面如圖3所示，界面主要包括三個操作界面：浸種催芽實時監(jiān)控界面、參數設置情況界面、數據導出界面。實時監(jiān)控界面主要是對各條流水線中的水箱、種箱中的溫度、水位進行監(jiān)控，可在這里進行各參數的設置，比如浸種前期、中期、后期溫度水位等；參數設置情況界面主要是在實時監(jiān)控界面中對不同流水線設置完參數后，以便管理人員掌握設置的情況；數據導出界面主要完成將各時期每間隔一段時間的采集數據導出到EXCEL表格中，便于管理和后續(xù)的資料整理。

4 現(xiàn)場應用

在黑龍江省農墾系統(tǒng)多個農場浸種催芽基地進行了實地試驗，共建立了14條流水線，每條流水線可以實現(xiàn)400噸或200噸浸種催芽車間的智能控制，集中浸種催芽8000多噸，系統(tǒng)可以設置9種工作狀態(tài)，全程實現(xiàn)智能化控制，使芽種出芽率比常規(guī)浸種催芽提高5%～7%，整體催芽率達到99%以上，數據遠程傳輸及時準確，受到用戶的一致好評。

5 結束語

該系統(tǒng)采用計算機技術、通信技術等最新成果，建立云服務器，使用PLC進行控制，以無線為傳遞信息的方式，可以實現(xiàn)自動的、實時的傳輸種箱、水箱的溫度、水位等信息，并根據上位機設置，上位機或觸摸屏發(fā)送指令由PLC分別控制箱內的溫度和水位，實現(xiàn)了浸種催芽的自動化化管理，代替了原先人工控制模式，提高了工作效率，減小了工作失誤，節(jié)約了企業(yè)成本，為墾區(qū)的生產管理提供了可靠性。本項目以較高的性價比完成了水箱種箱的整個監(jiān)控的功能，另外該系統(tǒng)均為模塊化設計，為開發(fā)其他相似類型的監(jiān)控系統(tǒng)提供了借鑒和參考，系統(tǒng)以高技術、高可靠性、高性價比的智能化系統(tǒng)為產業(yè)發(fā)展方向，最終在農墾領域及其相關行業(yè)會有較大發(fā)展。

參考文獻

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