韋湛蘭

（百色職業(yè)學(xué)院 廣西百色 533000）

二十一世紀(jì)是一個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的時(shí)代，新的先進(jìn)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域中。農(nóng)業(yè)作為我國(guó)的第一產(chǎn)業(yè)，更要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植模式，跟隨時(shí)代發(fā)展步伐，應(yīng)用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)，以取得良好的發(fā)展。目前，大棚蔬菜已經(jīng)成為當(dāng)下較為常見(jiàn)的種植方式之一。蔬菜大棚可以為蔬菜提供其所需要的陽(yáng)光、溫度、濕度，為其創(chuàng)造良好的生長(zhǎng)環(huán)境，種植反季節(jié)蔬菜，給人們提供更多的蔬菜選擇。為提高蔬菜大棚的控制水平，實(shí)現(xiàn)蔬菜大棚的自動(dòng)化控制，大棚種植可充分應(yīng)用PLC技術(shù)。該技術(shù)能夠創(chuàng)新設(shè)計(jì)智能蔬菜大棚的控制系統(tǒng)，使蔬菜大棚技術(shù)更加成熟，得到更廣泛的應(yīng)用。

一、PLC技術(shù)支持下智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)的研究

在搭建以PLC為核心的硬件電路時(shí)，蔬菜大棚設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循經(jīng)濟(jì)性原則，根據(jù)其控制系統(tǒng)的需求來(lái)選擇適宜的PLC型號(hào)，滿(mǎn)足各項(xiàng)控制指標(biāo)的要求，保障蔬菜大棚控制功能的同時(shí)，減少控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本。智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，可將其分為下位機(jī)PLC程序設(shè)計(jì)和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)兩部分，控制系統(tǒng)以組態(tài)王軟件KingView6.55為平臺(tái)設(shè)計(jì)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，以西門(mén)子STEP7Micro/WINV4.0 SP9為平臺(tái)設(shè)計(jì)下位機(jī)控制系統(tǒng)[1]。其可建立PLC與上位機(jī)監(jiān)控軟件的通信，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

在設(shè)計(jì)PLC支持下的智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)時(shí)，其應(yīng)當(dāng)注意以下內(nèi)容：一是要以PLC技術(shù)為控制核心，以溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器作為實(shí)時(shí)模擬量采集器件，利用PLC自帶的模擬量輸入模塊將模擬量化為數(shù)字量傳送給PLC進(jìn)行運(yùn)算。二是以卷簾、遮陰簾、水泵、加熱器作為執(zhí)行器件，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)大棚的溫濕度、土壤濕度，使大棚的溫濕度、土壤濕度始終保持在設(shè)定的范圍內(nèi)。三是通過(guò)組態(tài)王軟件，利用上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控[2]。

其開(kāi)窗通風(fēng)的功能由PLC控制系統(tǒng)控制卷簾電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，以降低蔬菜大棚中的濕度，當(dāng)大棚內(nèi)濕度達(dá)到規(guī)定數(shù)值后便會(huì)停止卷簾電機(jī)的運(yùn)作。要想增加大棚的土壤濕度，其需要自動(dòng)化控制水泵，當(dāng)土壤濕度達(dá)到要求后便停止水泵。大棚內(nèi)的溫度控制，可以通過(guò)自動(dòng)化控制加熱器來(lái)調(diào)節(jié)，當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值之后便停止加熱器運(yùn)作，若是想要降低蔬菜大棚中的溫度，則可以控制遮陰簾電機(jī)。另外，利用上位機(jī)監(jiān)控軟件，可對(duì)蔬菜大棚控制系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行有效的監(jiān)控和管理。

二、PLC技術(shù)支持下智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)

（一）PLC技術(shù)支持下智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

在PLC技術(shù)支持下，設(shè)計(jì)智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)，需要充分應(yīng)用傳感器技術(shù)。智能系統(tǒng)主要是在蔬菜大棚中設(shè)置一定數(shù)量的傳感監(jiān)控裝置，來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蔬菜大棚內(nèi)部環(huán)境的各項(xiàng)因素，如溫度、濕度和光度等。該系統(tǒng)將收集到的這些數(shù)據(jù)作為控制蔬菜大棚的有效依據(jù)，根據(jù)大棚內(nèi)真實(shí)的環(huán)境狀況來(lái)進(jìn)行自動(dòng)化分析，再通過(guò)PLC驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)實(shí)施針對(duì)性的調(diào)整和控制。PLC技術(shù)的應(yīng)用，加深了蔬菜大棚控制智能化、自動(dòng)化的程度。

PLC技術(shù)支持下智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)主要分為用戶(hù)管理接口模塊、數(shù)據(jù)處理中心模塊和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口模塊。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口板塊可以分為無(wú)線通信模塊和PLC驅(qū)動(dòng)模塊。無(wú)線通信模塊中涉及到多個(gè)傳感器裝置，即溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化碳傳感器、光照傳感器和視頻監(jiān)控系統(tǒng)。PLC驅(qū)動(dòng)模塊中則分為溫控輔助系統(tǒng)、開(kāi)窗機(jī)械系統(tǒng)、拉幕機(jī)械系統(tǒng)、灌溉機(jī)械系統(tǒng)、通風(fēng)機(jī)械系統(tǒng)、光照輔助系統(tǒng)。這些傳感器和系統(tǒng)，能夠全面采集蔬菜大棚中的各項(xiàng)參數(shù)信息，可直接將所采集到的信息傳輸?shù)较到y(tǒng)后端，進(jìn)入到數(shù)據(jù)處理中心，然后通過(guò)計(jì)算服務(wù)器來(lái)對(duì)這些信息進(jìn)行儲(chǔ)存、整理和分析，將處理好的信息再反饋到相關(guān)的控制設(shè)備，以便其作出相應(yīng)的調(diào)節(jié)。需要注意的是，這些數(shù)據(jù)可由上層用戶(hù)來(lái)進(jìn)行管理，或是為上層用戶(hù)提供管理接口，接收其傳遞來(lái)的控制數(shù)據(jù)和指令[3]。

智能蔬菜大棚中的控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)傳遞中心的信息互通是由無(wú)線通信模塊部分實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)其控制系統(tǒng)中的功能部件接收到數(shù)據(jù)處理中心的指令后，便將這些內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化信號(hào)，由蔬菜大棚的控制設(shè)備來(lái)模擬和執(zhí)行這些信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管控。

當(dāng)前，智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)中使用的各類(lèi)傳感器，都可以使用目前市面上已有的傳感器設(shè)備。PLC驅(qū)動(dòng)模塊的各類(lèi)系統(tǒng)也同樣能通過(guò)市面成熟的功能部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。其設(shè)計(jì)的重點(diǎn)應(yīng)該放在PLC驅(qū)動(dòng)控制模塊和數(shù)據(jù)處理中心部分，需要構(gòu)建強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，完善其算法，使之處理結(jié)果更加合理和精準(zhǔn)，并要利用穩(wěn)定的無(wú)線通信設(shè)備來(lái)連接數(shù)據(jù)處理中心和PLC驅(qū)動(dòng)控制，以便于真正實(shí)現(xiàn)蔬菜大棚的智能化控制。

（二）PLC驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在智能蔬菜大棚的控制系統(tǒng)中，其所有的控制部件都要靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)運(yùn)行，也就是說(shuō)提高控制部件的功能性，便能進(jìn)一步加強(qiáng)蔬菜大棚的自動(dòng)化控制。為此，智能化設(shè)計(jì)可充分應(yīng)用PLC技術(shù)，利用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理，來(lái)提升蔬菜大棚的智能化水平。

在使用PLC控制系統(tǒng)的時(shí)候，用戶(hù)可以向其發(fā)出相關(guān)的控制指令，也可以直接將控制方案、參數(shù)進(jìn)行預(yù)先設(shè)置，由PLC控制系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行。PLC控制器要對(duì)蔬菜大棚中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)位置及其運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行有效的監(jiān)控和管理，收集當(dāng)前蔬菜大棚中的實(shí)際參數(shù)，然后將這些參數(shù)與控制指令或是預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，作出正確的計(jì)算，找到具體參量，按照這一數(shù)據(jù)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，使之驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)有效控制和調(diào)節(jié)。智能設(shè)計(jì)可選擇混合式步進(jìn)電機(jī)。該電機(jī)在控制方面有著較好的靈活性，采用的是永磁式、反應(yīng)式相結(jié)合的控制形式，能夠在實(shí)際運(yùn)用中取得較好的控制效果，有利于自動(dòng)調(diào)節(jié)蔬菜大棚中的溫度、濕度、通風(fēng)等[4]。

三、PLC技術(shù)支持下的無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PLC技術(shù)支持下的無(wú)線通信系統(tǒng)，是智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)中的重要組成部分。其應(yīng)用效果直接關(guān)系著整個(gè)蔬菜大棚的控制成效，必須對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足于蔬菜大棚系統(tǒng)的自動(dòng)化需求。我們可在蔬菜大棚中裝置各類(lèi)不同的傳感器，以便于檢測(cè)和管控大棚中的環(huán)境因素。針對(duì)蔬菜大棚中種植農(nóng)作物品種的不同，以及其對(duì)種植環(huán)境的要求，我們可適當(dāng)?shù)卣{(diào)整傳感器的種類(lèi)和數(shù)量。由于所應(yīng)用的傳感器和控制設(shè)備數(shù)量比較多，如果所有的系統(tǒng)都使用有線傳輸，那么不僅會(huì)增加傳輸成本，還不利于蔬菜大棚的維護(hù)。因此，我們應(yīng)當(dāng)采取無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)蔬菜大棚傳感器、控制設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用狀況，來(lái)選擇適宜的無(wú)線通信接口方式。經(jīng)過(guò)調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，在傳感器和控制設(shè)備運(yùn)行的時(shí)候，其所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量并不是太大，無(wú)線串口方式便可以滿(mǎn)足其通信需求。這種通信方式是低速率傳輸，具有傳輸便利、穩(wěn)定的特點(diǎn)，而且有著良好的抗干擾性。

智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本，需要控制在一定范圍內(nèi)，盡量在不影響其控制效果的基礎(chǔ)上，降低設(shè)計(jì)成本。我們可選擇嵌入式設(shè)備來(lái)處理無(wú)線信號(hào)，如應(yīng)用ARM嵌入式處理器。這種處理器的功能非常強(qiáng)大，可與無(wú)線通信模塊相連接，滿(mǎn)足智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)的控制需求。我們?cè)谠O(shè)計(jì)無(wú)線通信模塊的時(shí)候，同樣可選擇嵌入式的微控制器，將其部署在無(wú)線通信單元中，利用這個(gè)控制器來(lái)轉(zhuǎn)換無(wú)線信號(hào)，同樣是護(hù)具格式，進(jìn)行有效的處理。

四、結(jié)束語(yǔ)

利用PLC技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)，還需要解決多方面的問(wèn)題。在未來(lái)的研究過(guò)程中，我們應(yīng)當(dāng)分配I/O點(diǎn)并設(shè)計(jì)PLC外圍硬件線路，科學(xué)設(shè)計(jì)相關(guān)的控制程序，并對(duì)所設(shè)計(jì)的程序進(jìn)行模擬調(diào)試，以確保此程序的順利運(yùn)行。智能設(shè)計(jì)還要組號(hào)聯(lián)機(jī)調(diào)試工作，從PLC只連接輸入設(shè)備、再連接輸出設(shè)備、再接上實(shí)際負(fù)載等逐步進(jìn)行調(diào)試，如不符合要求，則對(duì)硬件和程序作調(diào)整?？茖W(xué)的智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)，不僅能充分體現(xiàn)PLC技術(shù)的有效作用，還能真正實(shí)現(xiàn)蔬菜大棚的自動(dòng)化控制，減少人工負(fù)擔(dān)，提高現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中的科技含量，推動(dòng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。