王貴宇

摘 要：將以三菱PLC主控單位的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于溫室環(huán)境控制領(lǐng)域中，能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)采集及對(duì)終端設(shè)備的智能化操控。文章首先淺談 PLC的概念，其次較為詳細(xì)的介紹了系統(tǒng)的特征、構(gòu)成、軟硬件規(guī)劃、動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)信息采集與測(cè)量等，最后對(duì)三菱PLC的發(fā)展前景做出合理展望。

關(guān)鍵詞：溫室控制；控制系統(tǒng)；三菱PLC；運(yùn)用措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.147

最近幾年中，我國室溫設(shè)備設(shè)施應(yīng)用類型與數(shù)目同步增加，室溫生產(chǎn)模式日趨完善化。在本位研究中，擬定采用PLC去實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)性能有效規(guī)劃，以組建無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程診斷、測(cè)試、監(jiān)管等功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)第室溫環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)的采集與調(diào)控。

1 PLC

可編程控制器（PLC），為一類先進(jìn)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中有廣泛性應(yīng)用，再聯(lián)合溫度傳感器、濕度傳感器、CO2傳感器、光照傳感器以及輔助的通信技術(shù)等，能實(shí)現(xiàn)對(duì)促進(jìn)農(nóng)作物有效生長所需環(huán)境條件的有效控制，其有利于溫室環(huán)境種植產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展進(jìn)程，明顯提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。將三菱PLC設(shè)為底層控制器，能實(shí)現(xiàn)對(duì)室溫環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)與智能化控制[1]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括溫室通風(fēng)、灌溉施肥、CO2施肥、遮陽保溫以及室內(nèi)噴霧等對(duì)應(yīng)的子系統(tǒng)。依照功能可將其細(xì)化為環(huán)境控制、室溫灌溉與實(shí)施監(jiān)控三大部分，系統(tǒng)在通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的支撐下能實(shí)現(xiàn)對(duì)各層面上信號(hào)的精確采集，并以農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展趨向?yàn)榛c(diǎn)，有針對(duì)性的子系統(tǒng)內(nèi)輸送控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有信息進(jìn)行統(tǒng)一管理。

2.1 硬件設(shè)計(jì)

因?yàn)槿庀盗挟a(chǎn)品有功能強(qiáng)大、操作便捷及運(yùn)行可靠等優(yōu)勢(shì)，在對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)綜合分析一致性、經(jīng)濟(jì)性與功能性等因素，決定選購三菱公司的產(chǎn)品，該產(chǎn)品性能在配置系統(tǒng)方面的作用已經(jīng)得到國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的一致肯定。本系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)各子系統(tǒng)的單獨(dú)調(diào)節(jié)、控制，總控室經(jīng)由通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的集群控化管理。該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)期間，各個(gè)系統(tǒng)均應(yīng)用了三菱系列的FX2N PLC。FX2N本機(jī)的輸入、輸出點(diǎn)均共計(jì)128個(gè)，拓展模塊參與3路模擬量輸入轉(zhuǎn)換過程，并發(fā)揮重要作用，用戶可結(jié)合現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)需求快捷的拓展系統(tǒng)功能。該系統(tǒng)內(nèi)置800步RAM（可輸入注釋）可應(yīng)用存儲(chǔ)盒，拓展極限值為16K步。此外，應(yīng)加強(qiáng)系統(tǒng)的硬件設(shè)備或相應(yīng)用戶子程序的調(diào)控，以為參數(shù)調(diào)整環(huán)節(jié)創(chuàng)造便利條件。系統(tǒng)通過啟動(dòng)、關(guān)閉量傳感器、模擬量傳感器等方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室環(huán)境中溫度、濕度、光照等參數(shù)的有效檢測(cè)。D/A通道為實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各執(zhí)行與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的嚴(yán)格控制，并維護(hù)不同環(huán)境中設(shè)備啟運(yùn)行過程的安全性。建議在配置各子系統(tǒng)期間應(yīng)用PLC的主機(jī)內(nèi)部攜有存儲(chǔ)程序的EEPROM，以防停電后出現(xiàn)程序遺失的問題。

2.2 設(shè)計(jì)軟件與動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)中軟件部分的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)各子系統(tǒng)運(yùn)行過程的控制，在軟件設(shè)計(jì)期間，可結(jié)合環(huán)境中作物有效生長相關(guān)參數(shù)去控制環(huán)境參數(shù)，采集、預(yù)處理、通訊與監(jiān)管執(zhí)行數(shù)據(jù)是系統(tǒng)軟件的基本功能。動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用工控組態(tài)軟件MCGS，它是一種可視化的人機(jī)界面，可以很容易地結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)和用戶程序生構(gòu)建機(jī)界面，更好的迎合現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)需求。動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)能動(dòng)態(tài)檢測(cè)溫室環(huán)境中各種參數(shù)的瞬時(shí)值，同時(shí)呈現(xiàn)其變化趨勢(shì)，每隔一段時(shí)間后對(duì)目標(biāo)參數(shù)對(duì)象進(jìn)而存儲(chǔ)并提供數(shù)據(jù)報(bào)表，將其存儲(chǔ)在歷史數(shù)據(jù)庫中以供作物種植者后續(xù)檢查同時(shí)將其、檢驗(yàn)與加工分析等工作提供指導(dǎo)。此外，該軟件還具備自動(dòng)預(yù)警與預(yù)防違法操作等功能。

2.3 數(shù)據(jù)采集與測(cè)量部分

利用各種高性能傳感器測(cè)量外界氣候中主要環(huán)境參數(shù)，并對(duì)溫室中溫度、濕度、CO2含量、土壤中各種營養(yǎng)元素pH值及EC值技能型實(shí)時(shí)采集，并且在接口協(xié)助下，將以上獲得的監(jiān)測(cè)結(jié)果乃入至PLC中，PLC會(huì)嚴(yán)格依照寧作物有效生長發(fā)育需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)棚內(nèi)穩(wěn)定的整體性管理。

因?yàn)樵撓到y(tǒng)對(duì)溫室環(huán)境中參數(shù)信息均是經(jīng)由傳感器傳導(dǎo)模擬信號(hào)，且傳感器和PLC兩者存在一定距離，故此在現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)中均應(yīng)用了5～20mA電流輸出型，其目的是減少外界因素對(duì)信息傳輸效率產(chǎn)生的影響，并有益于維持采樣指標(biāo)的相對(duì)精確性與可靠性。

2.4 網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通訊系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)信息有效控制的重要舉措之一，該系統(tǒng)需RXD、TXD、GND信號(hào)線構(gòu)成。加強(qiáng)對(duì)信號(hào)掃弦類型的科學(xué)選擇，是有效維持波特率穩(wěn)定性的有效方法，當(dāng)波特率穩(wěn)定性大于9 500 bps時(shí)，通訊距離能高于1.0km。在對(duì)通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，采用主輔方式管理，在RS232/RS485通信接口轉(zhuǎn)換器的協(xié)助下，主機(jī)能完成不同信號(hào)之間的有效轉(zhuǎn)換。本次研究中所設(shè)計(jì)的PLC均是MISUBISHI的產(chǎn)品，自體攜帶接口，為現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)有效建設(shè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了便利條件。系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)期間，主要是根據(jù)主站發(fā)送命令信號(hào)，有針對(duì)性的交換主、從站數(shù)據(jù)，從站上通行read，從主站獲取數(shù)據(jù)同時(shí)存儲(chǔ)在從站內(nèi)，再經(jīng)由write，數(shù)據(jù)將會(huì)被送入主站的輸入?yún)^(qū)段中。PLC與PC之間的傳輸過程示意圖見圖1[3]。

3 發(fā)展前景

計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)能促使溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)將數(shù)據(jù)信息傳導(dǎo)至云端，在互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的協(xié)助下，實(shí)現(xiàn)對(duì)被采集數(shù)據(jù)的有效共享、轉(zhuǎn)換與整合，最后獲得最優(yōu)良、最全面、最精確的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室作物種植的決策管理工作的科學(xué)有效指導(dǎo)。利用云計(jì)算技術(shù)處理大數(shù)據(jù)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)本溫室環(huán)境中溫度、濕度、CO2濃度等參數(shù)的精確化控制，并預(yù)測(cè)作物的生長預(yù)測(cè)與病蟲害治理情況。

4 結(jié)束語

溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)的建設(shè)及在溫室環(huán)境調(diào)控中的合理應(yīng)用，有益于提升溫室的智能化控制與管理水平，促進(jìn)溫室農(nóng)業(yè)功能的有效發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室生產(chǎn)作業(yè)中各參數(shù)的分散式及集中性管理。其系統(tǒng)性能穩(wěn)定、產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益明顯，具有良好的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]張浩，孫浩鳴，李赫等.三菱PLC在智能溫室系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化博覽，2018，35（S1）：76-79.