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        基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2020-03-08 01:57:42趙冬梅
        湖北農(nóng)機(jī)化 2020年24期
        關(guān)鍵詞:土壤濕度觸摸屏溫室

        趙冬梅

        (湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南 長沙 410127)

        1 系統(tǒng)總體框圖

        在物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)框架之下設(shè)計(jì)了以PLC為核心的溫室智能控制系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)溫室的智能化控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)和可靠地監(jiān)測溫室環(huán)境信息等功能。圖1為溫室智能控制系統(tǒng)整體框架結(jié)構(gòu)圖。

        該系統(tǒng)以PLC作為控制核心,包括由系統(tǒng)的電源、啟停按鈕、觸摸屏等組成的電氣控制柜;PLC的輸入設(shè)備包括溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器、卷簾及遮陰簾的限位傳感裝置;PLC的輸出設(shè)備包括水泵、加熱器、卷簾及遮陰簾的控制接觸器及報(bào)警模塊等組成;GM10-DTU模塊作為智能終端按照Modbus通信協(xié)議與觸摸屏進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)讀寫、實(shí)現(xiàn)云端平臺及手機(jī)APP上的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

        圖1 溫室智能控制系統(tǒng)整體框架結(jié)構(gòu)圖

        用戶通過手機(jī)或者電腦可以訪問環(huán)境監(jiān)測的實(shí)時(shí)或者歷史數(shù)據(jù),也可以遠(yuǎn)程控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行,極大地減少了人在整個(gè)系統(tǒng)中的參與。

        2 現(xiàn)場控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2.1 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

        通過分析溫室智能控制系統(tǒng)的功能,得到該系統(tǒng)需要6個(gè)輸入點(diǎn),9個(gè)輸出點(diǎn)。本著經(jīng)濟(jì)型的原則,選用西門子公司生產(chǎn)的Smart 200PLC。

        SR30 AC/DC/RLY作為本系統(tǒng)的控制核心,選擇EM AM06為模擬量擴(kuò)展模塊。該型號的 PLC基本單元集成 18個(gè)開關(guān)量輸入點(diǎn),12個(gè)開關(guān)量輸出點(diǎn),RS485和以太網(wǎng)口各一個(gè)通信接口。AM06模塊包括4路模擬量輸入及2路模擬量輸出。滿足該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。PLC的I/O分配如表1所示。

        表1 PLCI/O分配

        2.2 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        溫室環(huán)境主要從空氣溫度、濕度以及土壤濕度3個(gè)方面進(jìn)行調(diào)節(jié)。PLC控制系統(tǒng)采集溫濕度傳感器和限位開關(guān)的狀態(tài),智能控制遮陰簾電機(jī)、卷簾電機(jī)、水泵及加熱器的啟動、停止。最終維持溫濕度、土壤濕度等指標(biāo)保持在設(shè)定的范圍內(nèi)。程序控制流程如圖2所示。

        圖2 程序控制流程

        PLC將土壤濕度傳感器輸出的最小及最大的模擬量信號轉(zhuǎn)換為0~100之間的實(shí)數(shù)保存在VD108中,來反映當(dāng)前土壤濕度的大小。將VD108與特定大小的數(shù)值做比較,PLC控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)如卷簾及水泵的接通與斷開[3]。

        圖3 土壤濕度模擬量的處理程序

        2.3 MCGS人機(jī)界面設(shè)計(jì)

        觸摸屏具有簡單易用、靈活性高、價(jià)格較低等特點(diǎn),是當(dāng)今社會進(jìn)行人機(jī)界面交換的主要設(shè)備。本文采用MCGS的TPC7062系列觸摸屏,并以此設(shè)備為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。觸摸屏的組態(tài)設(shè)計(jì)包括:遠(yuǎn)程監(jiān)控界面、報(bào)表的生成界面、溫濕度趨勢界面、報(bào)警界面及遠(yuǎn)程控制界面[3]。系統(tǒng)的主要運(yùn)行界面如圖4所示。

        圖4 觸摸屏主界面

        3 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        本設(shè)計(jì)將MCGS的TPC7062系列觸摸屏連接到EMCP物聯(lián)網(wǎng)云平臺,實(shí)現(xiàn)電腦Web頁面、手機(jī)APP對MCGS觸摸屏的遠(yuǎn)程監(jiān)控[4]。所需設(shè)備包括:MCGS TPC7062KT觸摸屏1臺、藍(lán)蜂科技GM10-DTU模塊1臺及有4G流量的SIM卡。MCGS與DTU模塊的通信連接如圖5所示。

        圖5 MCGS與DTU模塊的通信連接

        3.1 MCGS從站創(chuàng)建

        Modbus協(xié)議,是由 Modicon公司開發(fā)設(shè)計(jì)的一種通訊協(xié)議,目前已經(jīng)作為一種標(biāo)準(zhǔn),在工業(yè)領(lǐng)域被廣為應(yīng)用。許多PLC、DCS、智能儀表等工業(yè)設(shè)備都使用Modbus協(xié)議作為其通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。MCGS軟件及TPC觸摸屏支持標(biāo)準(zhǔn)ModbusRTU、ASCII、TCP協(xié)議,并以此作為與其它軟件及設(shè)備互通標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議。本項(xiàng)目通過對MCGS進(jìn)行Modbus串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)作為EMCP平臺定時(shí)采集觸摸屏的數(shù)據(jù)和EMCP平臺對觸摸屏進(jìn)行讀寫操作的數(shù)據(jù)。配置過程如圖6所示[5]。

        3.2 EMCP平臺設(shè)置

        用管理員賬號登錄EMCP平臺www.lfemcp.com,對EMCP云平臺進(jìn)行設(shè)置。主要步驟如下:

        遠(yuǎn)程配置DTU,一是與MCGS觸摸屏通訊的串口參數(shù),二是設(shè)置DTU定時(shí)采集觸摸屏數(shù)據(jù)的MODBUS通道參數(shù)。

        圖6 MCGS的Modbus通信參數(shù)配置

        新建數(shù)據(jù)規(guī)則,選擇列表或組態(tài)展示,按Modbus配置新增實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

        云攝像頭接入,從而實(shí)現(xiàn)web、APP等終端對現(xiàn)場視頻監(jiān)控的功能。

        4 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

        在手機(jī)上安裝《云聯(lián)物通》APP,進(jìn)入設(shè)備列表后點(diǎn)擊MCGS觸摸屏設(shè)備,直接進(jìn)入的是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)列表頁面或組態(tài)畫面,點(diǎn)擊右上角菜單欄,彈出功能菜單,在菜單中點(diǎn)擊讀寫數(shù)據(jù),對讀寫數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作,點(diǎn)擊歷史報(bào)表查看設(shè)備的歷史存儲數(shù)據(jù)報(bào)表,點(diǎn)擊歷史曲線可查看各數(shù)據(jù)的歷史趨勢圖,點(diǎn)擊報(bào)警信息查看該設(shè)備的報(bào)警記錄,點(diǎn)擊設(shè)備詳情,查看設(shè)備的詳細(xì)信息或視頻畫面。手機(jī)APP操作畫面如圖7所示。

        圖7 手機(jī)APP操作畫面

        5 結(jié)語

        用西門子S7-200 Smart系列小型化PLC CPU SR30為本系統(tǒng)的控制核心,以MCGS的TPC7062系列觸摸屏及EMCP云平臺為監(jiān)控軟件,設(shè)計(jì)一套溫室智能控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)溫室溫度、濕度等環(huán)境因素的自動調(diào)節(jié)和遠(yuǎn)程監(jiān)控。給出了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖、程序流程圖及MCGS監(jiān)控界面設(shè)計(jì)和通信的配置過程。該智能控制系統(tǒng)人機(jī)界面良好,自動化程度高,實(shí)現(xiàn)了溫室大棚的智能化、遠(yuǎn)程化管理,可以節(jié)約人工成本,提高種植效益。

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