王 巖， 孟慶祥， 韓 璐， 王 萌

(佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,黑龍江 佳木斯 154007)

0 引 言

監(jiān)測(cè)與控制食用菌拌料產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)與菌料的環(huán)境信息，對(duì)食用菌生產(chǎn)企業(yè)提高生產(chǎn)效率降低故障率具有重要意義。傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，傳輸線路要求高，偏遠(yuǎn)環(huán)境下布線困難，而靠人工巡檢，成本高，響應(yīng)慢，隱患大。經(jīng)文獻(xiàn)調(diào)查以及為工廠實(shí)際項(xiàng)目的制作的過(guò)程中，逐漸了解到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)控與遠(yuǎn)程的控制設(shè)備的運(yùn)行，但要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)管與調(diào)控還有很多技術(shù)問(wèn)題需要解決。即便如此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的工廠化應(yīng)用已成為工業(yè)發(fā)展的必然選擇。工廠化生產(chǎn)模式取代傳統(tǒng)車(chē)間生產(chǎn)模式，是食用菌產(chǎn)業(yè)的普遍現(xiàn)象[1]。為了研制出一種對(duì)食用菌拌料產(chǎn)線的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)管的控制系統(tǒng)。在以Delta DVP60 ES00 R型PLC控制器為核心，MCGS TPC7062 D型人機(jī)交互HMI為上位機(jī)的控制系統(tǒng)中，加入TLINK IoT(Internet of Things)云平臺(tái)遠(yuǎn)程調(diào)控功能，可達(dá)到對(duì)整個(gè)食用菌拌料產(chǎn)線的環(huán)境因素進(jìn)行監(jiān)管的目的。大規(guī)模種植大多是機(jī)械攪拌，這是必然的選擇。在添加干燥拌料的同時(shí)可以添加水，機(jī)械拌料最主要是掌握好水分。掌控好石灰粉和殺蟲(chóng)劑明礬水等添加劑的配比使拌料的PH值保持在8～9。提高食用菌生產(chǎn)的質(zhì)量，少不了對(duì)配料參數(shù)的監(jiān)管，TLINK平臺(tái)可以很好的監(jiān)管食用菌拌料的含水率以及PH值等參數(shù)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)工作原理

控制系統(tǒng)的硬件主要有HMI人機(jī)交互觸摸屏、DeltaPLC核心控制器、TP301 DTU網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程模塊、各類信息采集傳感器等。通過(guò)HMI人機(jī)交互系統(tǒng)作為上位機(jī)可進(jìn)行人工現(xiàn)場(chǎng)查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行。PLC負(fù)責(zé)采集傳感器信息，實(shí)時(shí)上傳給上位機(jī)并接收上位機(jī)的反饋信息。DTU作為遠(yuǎn)程模塊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與開(kāi)關(guān)的功能。傳感器采集環(huán)境信息。如圖1所示，PLC通過(guò)將傳感器采集到的模擬信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，實(shí)時(shí)的傳送給上位機(jī)。上位機(jī)接收到信號(hào)后，處理并存儲(chǔ)信息，將其與預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。根據(jù)比較結(jié)果，將控制命令發(fā)送到下位機(jī)PLC中，以達(dá)到對(duì)食用菌拌料機(jī)控制的目的。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 系統(tǒng)功能

根據(jù)溫度，濕度，PH值等拌料環(huán)境參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，并將數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳到控制中心。經(jīng)過(guò)計(jì)算得出食用菌拌料最佳成分比例，通過(guò)拌料環(huán)境參數(shù)范圍設(shè)計(jì)上下限，實(shí)現(xiàn)環(huán)境的自動(dòng)化、智能化監(jiān)測(cè)及偏差參數(shù)的快速校正[1～2]。并使用案例庫(kù)模型確定相應(yīng)的設(shè)備和工作時(shí)間，更正相應(yīng)的值，自動(dòng)進(jìn)行診斷和決策。見(jiàn)圖2。

圖2 系統(tǒng)檢測(cè)流程圖

2 物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)

實(shí)用、穩(wěn)定、可靠、易于安裝維護(hù)，可擴(kuò)展的食用菌拌料智能控制系統(tǒng)，滿足環(huán)境管理拌料的需求。系統(tǒng)在無(wú)人工操作的環(huán)境下啟動(dòng)，當(dāng)環(huán)境參數(shù)不在設(shè)定的范圍時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境調(diào)整設(shè)備的自動(dòng)啟動(dòng)，提高了系統(tǒng)的智能化控制。使拌料水分含量等環(huán)境參數(shù)始終保持最佳狀態(tài)，從而最大限度地降低生產(chǎn)質(zhì)量事故[3]。平臺(tái)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 系統(tǒng)關(guān)系結(jié)構(gòu)圖

2.1 環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與傳送

環(huán)境傳感器可以實(shí)時(shí)收集環(huán)境數(shù)據(jù)，如拌料罐的溫度，濕度和pH值。并通過(guò)傳輸線傳輸?shù)江h(huán)境監(jiān)測(cè)主機(jī)PLC，管理人員可以通過(guò)計(jì)算機(jī)和手機(jī)實(shí)時(shí)查看拌料罐中的各種環(huán)境參數(shù)。

2.2 異常信息報(bào)警

當(dāng)監(jiān)控的環(huán)境參數(shù)超過(guò)設(shè)定的閾值或范圍時(shí)，系統(tǒng)可以通過(guò)控制器進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警，并通過(guò)短信向指定人員發(fā)送報(bào)警信息。

2.3 環(huán)境智能控制

當(dāng)監(jiān)測(cè)到的環(huán)境參數(shù)超過(guò)設(shè)定的閾值或范圍時(shí)，控制器可以自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉與其連接的環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備(進(jìn)料罐，曝氣泵，濕簾等)。當(dāng)參數(shù)值返回到指定范圍時(shí)，操作將自動(dòng)關(guān)閉。

2.4 遠(yuǎn)程查看與管理

管理員可以通過(guò)計(jì)算機(jī)，手機(jī)遠(yuǎn)程登錄軟件平臺(tái)或移動(dòng)應(yīng)用程序，實(shí)時(shí)查看控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并管理環(huán)境調(diào)節(jié)。

3 設(shè)備選型

3.1 傳感器選型

溫濕度傳感器可選用靈敏度高溫濕度一體的，基于RS485總線技術(shù)工業(yè)、MODBUS-RTU協(xié)議，實(shí)時(shí)監(jiān)控防水高溫防塵，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，溫度濕度可同時(shí)采集的集成傳感器。根據(jù)以上要求，本文選用型號(hào)為T(mén)H10S-B的高精度溫濕度變送器，其性能參數(shù)如表1所示[4]。

表1 溫濕度傳感器性能參數(shù)

PH值傳感器以專業(yè)測(cè)試酸堿度液體傳感器探頭為核心檢查器件，YDBS-3001-PH型號(hào)能夠很好地滿足檢測(cè)范圍及檢測(cè)精度等要求，而且其通用性也能很好地滿足本系統(tǒng)的測(cè)量要求。其性能參數(shù)如表2所示。

表2 PH值傳感器性能參數(shù)

含水率作為菌料的重要參數(shù)，其含水率傳感器的選擇至關(guān)重要。選用的測(cè)含水率的傳感器為建大仁科RS-WS-N01-TR型號(hào)的溫濕度水分變送器。其性能參數(shù)如表3所示。

表3 溫濕度水分變送器性能參數(shù)

系統(tǒng)控制器選擇Delta DVP60 ES00 R型PLC，MCGS TPC7062 D型HMI人機(jī)控制器以及24V中間繼電器、交流接觸器等配電裝置搭建，傳感器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)然后將其發(fā)送到模塊轉(zhuǎn)換器，由下位機(jī)PLC讀取，PLC將數(shù)據(jù)通過(guò)485總線送給上位機(jī) ，上位機(jī)設(shè)有顯示功能，該功能根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)確定要采取的措施，并向下位機(jī)發(fā)送命令[5]。執(zhí)行機(jī)構(gòu)由PLC控制運(yùn)行，也可由智能移動(dòng)手機(jī)遠(yuǎn)程開(kāi)啟和關(guān)閉，并查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

圖4 modbus協(xié)議參數(shù)說(shuō)明圖

圖5 DTU配置界面

3.2 平臺(tái)應(yīng)用

目前，綏陽(yáng)百盛菌包廠已將該技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際拌料產(chǎn)線中，經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證表明遠(yuǎn)程手機(jī)查看信息與現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏監(jiān)控信息一致。該平臺(tái)適配性強(qiáng)，只需將所選傳感器、控制器與平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)接口開(kāi)放對(duì)接即可使用。

4 創(chuàng)建設(shè)備

4.1 Modbus連接

創(chuàng)建Modbus通訊協(xié)議時(shí)連接域名及服務(wù)器服務(wù)器端口分別是：mbrtu.tlink.io 和8651modbus RTU，進(jìn)入監(jiān)控中心，進(jìn)行傳感器等設(shè)備的添加。需要注意的是，鏈接協(xié)議必須設(shè)置為“MB RTU”選項(xiàng)此協(xié)議代表TLINK IOT平臺(tái)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)協(xié)議，通過(guò)此協(xié)議，該平臺(tái)可以和所有傳感器建立聯(lián)系。進(jìn)入添加設(shè)備界面可進(jìn)行簡(jiǎn)單參數(shù)編輯，讀寫(xiě)指令設(shè)置項(xiàng)為Modbus RTU協(xié)議定義的幾個(gè)參數(shù)，如圖4所示。

4.2 配置TLINK平臺(tái)參數(shù)

在TLINK平臺(tái)中創(chuàng)建一個(gè)線圈寄存器設(shè)備，在此設(shè)備中編輯傳感器的個(gè)數(shù)和類型，在監(jiān)控中心點(diǎn)擊開(kāi)關(guān)量按鈕即可完成對(duì)開(kāi)關(guān)量的操作，完成Tlink平臺(tái)參數(shù)設(shè)置以后需要配置好TP301DTU的參數(shù)。TP301DTU的配置如圖5所示。tink平臺(tái)參數(shù)設(shè)置完成即可實(shí)現(xiàn)該平臺(tái)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

5 結(jié) 語(yǔ)

基于物聯(lián)網(wǎng)的食用菌智能拌料管控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)一般的食用菌拌料產(chǎn)線在線監(jiān)控和可視化操作。Tlink平臺(tái)在食用菌行業(yè)中的應(yīng)用表明物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程中需要密切監(jiān)測(cè)的所有農(nóng)作物。該應(yīng)用不僅大幅度降低了人工生產(chǎn)的強(qiáng)度，而且有效的提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的最理想的效果是自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)控，目前從文獻(xiàn)參考以及實(shí)際農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的項(xiàng)目調(diào)研可知該技術(shù)幾乎做不到這種效果，或許只能在控制系統(tǒng)上做研究。但物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域上的應(yīng)用是一個(gè)具有廣闊前景的主流趨勢(shì)。