王貴宇

摘 要：將以三菱PLC主控單位的監(jiān)控系統(tǒng)應用于溫室環(huán)境控制領域中，能實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的實時采集及對終端設備的智能化操控。文章首先淺談 PLC的概念，其次較為詳細的介紹了系統(tǒng)的特征、構成、軟硬件規(guī)劃、動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設計以及數(shù)據(jù)信息采集與測量等，最后對三菱PLC的發(fā)展前景做出合理展望。

關鍵詞：溫室控制；控制系統(tǒng)；三菱PLC；運用措施

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

最近幾年中，我國室溫設備設施應用類型與數(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去實現(xiàn)對溫室遠程無線監(jiān)控系統(tǒng)性能有效規(guī)劃，以組建無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備遠程診斷、測試、監(jiān)管等功能，進而實現(xiàn)第室溫環(huán)境相關數(shù)據(jù)的采集與調(diào)控。

1 PLC

可編程控制器（PLC），為一類先進的工業(yè)控制計算機，在工業(yè)生產(chǎn)領域中有廣泛性應用，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等，能實現(xiàn)對促進農(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)展進程，明顯提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。將三菱PLC設為底層控制器，能實現(xiàn)對室溫環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測與智能化控制[1]。

2 系統(tǒng)設計

溫室自動控制系統(tǒng)結構包括溫室通風、灌溉施肥、CO2施肥、遮陽保溫以及室內(nèi)噴霧等對應的子系統(tǒng)。依照功能可將其細化為環(huán)境控制、室溫灌溉與實施監(jiān)控三大部分，系統(tǒng)在通信網(wǎng)絡系統(tǒng)的支撐下能實現(xiàn)對各層面上信號的精確采集，并以農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展趨向為基點，有針對性的子系統(tǒng)內(nèi)輸送控制信號，實現(xiàn)對所有信息進行統(tǒng)一管理。

2.1 硬件設計

因為三菱系列產(chǎn)品有功能強大、操作便捷及運行可靠等優(yōu)勢，在對系統(tǒng)設計時綜合分析一致性、經(jīng)濟性與功能性等因素，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)外相關領域的一致肯定。本系統(tǒng)能實現(xiàn)對各子系統(tǒng)的單獨調(diào)節(jié)、控制，總控室經(jīng)由通訊網(wǎng)絡實現(xiàn)對各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的集群控化管理。該系統(tǒng)在設計期間，各個系統(tǒng)均應用了三菱系列的FX2N PLC。FX2N本機的輸入、輸出點均共計128個，拓展模塊參與3路模擬量輸入轉換過程，并發(fā)揮重要作用，用戶可結合現(xiàn)實生產(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）可應用存儲盒，拓展極限值為16K步。此外，應加強系統(tǒng)的硬件設備或相應用戶子程序的調(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、關閉量傳感器、模擬量傳感器等方式，實現(xiàn)對溫室環(huán)境中溫度、濕度、光照等參數(shù)的有效檢測。D/A通道為實現(xiàn)對系統(tǒng)各執(zhí)行與調(diào)節(jié)機構的嚴格控制，并維護不同環(huán)境中設備啟運行過程的安全性。建議在配置各子系統(tǒng)期間應用PLC的主機內(nèi)部攜有存儲程序的EEPROM，以防停電后出現(xiàn)程序遺失的問題。

2.2 設計軟件與動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

溫室自動控制系統(tǒng)中軟件部分的功能是實現(xiàn)對各子系統(tǒng)運行過程的控制，在軟件設計期間，可結合環(huán)境中作物有效生長相關參數(shù)去控制環(huán)境參數(shù)，采集、預處理、通訊與監(jiān)管執(zhí)行數(shù)據(jù)是系統(tǒng)軟件的基本功能。動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的設計采用工控組態(tài)軟件MCGS，它是一種可視化的人機界面，可以很容易地結合標準和用戶程序生構建機界面，更好的迎合現(xiàn)實生產(chǎn)需求。動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)能動態(tài)檢測溫室環(huán)境中各種參數(shù)的瞬時值，同時呈現(xiàn)其變化趨勢，每隔一段時間后對目標參數(shù)對象進而存儲并提供數(shù)據(jù)報表，將其存儲在歷史數(shù)據(jù)庫中以供作物種植者后續(xù)檢查同時將其、檢驗與加工分析等工作提供指導。此外，該軟件還具備自動預警與預防違法操作等功能。

2.3 數(shù)據(jù)采集與測量部分

利用各種高性能傳感器測量外界氣候中主要環(huán)境參數(shù)，并對溫室中溫度、濕度、CO2含量、土壤中各種營養(yǎng)元素pH值及EC值技能型實時采集，并且在接口協(xié)助下，將以上獲得的監(jiān)測結果乃入至PLC中，PLC會嚴格依照寧作物有效生長發(fā)育需求，實現(xiàn)對棚內(nèi)穩(wěn)定的整體性管理。

因為該系統(tǒng)對溫室環(huán)境中參數(shù)信息均是經(jīng)由傳感器傳導模擬信號，且傳感器和PLC兩者存在一定距離，故此在現(xiàn)實設計中均應用了5～20mA電流輸出型，其目的是減少外界因素對信息傳輸效率產(chǎn)生的影響，并有益于維持采樣指標的相對精確性與可靠性。

2.4 網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)設計

通訊系統(tǒng)是實現(xiàn)對溫室運行相關數(shù)據(jù)信息有效控制的重要舉措之一，該系統(tǒng)需RXD、TXD、GND信號線構成。加強對信號掃弦類型的科學選擇，是有效維持波特率穩(wěn)定性的有效方法，當波特率穩(wěn)定性大于9 500 bps時，通訊距離能高于1.0km。在對通訊系統(tǒng)設計過程中，采用主輔方式管理，在RS232/RS485通信接口轉換器的協(xié)助下，主機能完成不同信號之間的有效轉換。本次研究中所設計的PLC均是MISUBISHI的產(chǎn)品，自體攜帶接口，為現(xiàn)場總線網(wǎng)絡有效建設目標的實現(xiàn)創(chuàng)造了便利條件。系統(tǒng)在執(zhí)行任務期間，主要是根據(jù)主站發(fā)送命令信號，有針對性的交換主、從站數(shù)據(jù)，從站上通行read，從主站獲取數(shù)據(jù)同時存儲在從站內(nèi)，再經(jīng)由write，數(shù)據(jù)將會被送入主站的輸入?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

計算機聯(lián)網(wǎng)能促使溫室自動控制系統(tǒng)將數(shù)據(jù)信息傳導至云端，在互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺的協(xié)助下，實現(xiàn)對被采集數(shù)據(jù)的有效共享、轉換與整合，最后獲得最優(yōu)良、最全面、最精確的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)對溫室作物種植的決策管理工作的科學有效指導。利用云計算技術處理大數(shù)據(jù)，能實現(xiàn)對本溫室環(huán)境中溫度、濕度、CO2濃度等參數(shù)的精確化控制，并預測作物的生長預測與病蟲害治理情況。

4 結束語

溫室自動控制系統(tǒng)的建設及在溫室環(huán)境調(diào)控中的合理應用，有益于提升溫室的智能化控制與管理水平，促進溫室農(nóng)業(yè)功能的有效發(fā)揮，實現(xiàn)對溫室生產(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)濟效益明顯，具有良好的發(fā)展空間。

參考文獻：

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