發布時間：2022-05-16所屬分類：農業論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：討論了在溫室控制中引入PLC 技術構成分布式控制系統的方法，詳細介紹了系統的特點、組成、軟硬件設計、實時動態監控系統及通信問題。分布式的控制結構，使各子系統相對獨立，管理與控制功能分開，易于實現群控化管理，提高了系統的可靠性，且易于擴展。系統成本
摘要：討論了在溫室控制中引入PLC 技術構成分布式控制系統的方法，詳細介紹了系統的特點、組成、軟硬件設計、實時動態監控系統及通信問題。分布式的控制結構，使各子系統相對獨立，管理與控制功能分開，易于實現群控化管理，提高了系統的可靠性，且易于擴展。系統成本低廉，性能穩定，通用性好，符合中國國情，具有廣泛的應用前景。
關 鍵 詞：農業溫室;可編程邏輯控制器;分布式控制系統;群控化管理
近百年來，溫室自動控制和管理技術在世界各地都得到了長足發展[1 ]。我國農業正處于從傳統型向優質、高效、高產為目的的現代化農業轉化的新階段，隨著現代科學技術的發展和進步，溫室工程的建設已成為都市型農業形成和發展的重要組成部分。它不僅是對傳統農業的一場革命，更是對現代科學技術的運用和推動，在節能、降低勞動強度、增加產品質量和品質方面都發揮著舉足輕重的作用。溫室自動控制系統的設計，旨在充分發揮溫室農業的高效性，綜合應用各種現代化管理技術，通過各項設施的有效運做給溫室栽培物創造最適宜的環境條件，最大限度的減少外界不利環境和氣候條件對農業生產的影響，提高溫室農業的自動化控制和管理水平。
目前我國溫室控制技術多是在分析、借鑒國內外有關技術與資料的基礎上，采用PC 機作為上位機，以各類單片機或控制器作為下位機組成集散式控制系統[2 ]。這類系統在數據傳送和系統拓展方面存在一些問題，且群控化管理程度不高[3 ]。如何根據我國農業經濟的發展水平和管理人員的素質水平，研究開發成本低、可靠性、穩定性、通用性好，便于管理維護的溫室計算機控制系統，是急待解決的問題。由于可編程控制器具有性能可靠、使用靈活、功能性強等優點，結合目前國內對溫室自動控制水平的要求以及自動控制系統的需求情況，本研究提出利用可編程邏輯控制器(PLC)進行農業溫室控制系統的設計。圖1 控制系統組成框圖 Fig .1 The comprising figure of control system
1 系統組成
溫室自動控制系統結構包括溫室通風系統、灌溉施肥系統、二氧化碳施肥系統、室內噴霧、屋頂噴淋和濕簾風機降溫系統、遮陽保溫系統、加熱系統等。按照功能可以分為環境控制和溫室灌溉以及信息管理和動態監控三大部分。其中環境控制系統包括溫度調節系統、通風調節系統、濕度調節系統、二氧化碳調節系統和光照系統等，主要實現對溫度、濕度、二氧化碳度和光照的調節控制;灌溉系統實現定量定時灌溉，可以按照設定的肥料配比和 EC、pH 等目標值自動施肥;動態監控系統設計在總控室，通過通信網絡接收各個子系統的信號，并可根據要求向各個子系統發送控制信號，實現信息的實時傳送和實時參數、執行器模擬狀態等的集中顯示，以及數據歸檔、存儲，打印報表等，對所有的信息實現統一管理。系統組成框圖如圖1 所示。
2 系統設計
2 .1 硬件設計
由于德國SI EMENS 系列產品具有功能強大、可靠靈活等特點，從系統設計的整體性、一致性出發，考慮到經濟性、功能性等各方面的原因，我們選用西門子公司的產品，以最優的性能!價格比進行系統的配置。本系統可以實現各個子系統的單獨調控，通過通訊網絡由總控室進行統一的管理，便于實現群控化控制。
系統配置上各個子系統選擇了SI EMENS 系列的S7 -215 PLC，這是因為在200 系列PLC 中，只有215 具有Profi bus - DP 口，可以聯到Profi bus 上進行高速數據傳輸。S7 -215 本機14 個輸入點和10 個輸出點，內存13 K 字節。擴展模塊EM231 可以實現3 路模擬量輸入的A!D 轉換，EM235 實現3 路模擬量輸入的A! D 轉換1 路模擬量輸出的D!A 轉換，可以根據需要方便地進行功能的擴展。另外調整相應系統的硬件設備或者對應的用戶子程序，可以方便地改變對參數的設置。系統通過開關量傳感器、模擬量傳感器對溫室內的溫度、濕度、光照等進行檢測。通過D!A 通道要實現對各種執行和調節機構的控制，以及各種環境設備的啟停和電機等設備的保護。各子系統選用PLC 的主機內部帶有存儲程序的EPROM，停電后程序不會丟失。圖2 硬件配置原理圖 Fig .2 Principle diagram of hardware
總控室選擇 S7 - 315 ，它集成有數據通訊接口，可以方便地通過PROFI BUS - DP 口實現和其他子系統的通信，進行集中管理。在這里通過動態監控畫面可以動態地了解各種參數的變化。各個子系統可以實現獨立運行，當網絡出現意外或其他子系統出現問題也不會引起癱瘓。環境控制子系統配置硬件原理圖如圖2 所示。
2 .2 軟件和動態監控系統設計
軟件部分主要完成對各個子系統的控制，并集成有模糊控制算法，可以根據參數設定值達到對環境參數的精確控制，能夠實現數據采集、數據預處理、通訊和監控執行機構等功能。動態監控系統的設計是采用西門子的視窗控制中心—SI MATI C Wi ncCC，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成人- 機界面，準確地滿足實際要求。
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SI MATI C Wi nCC 的組成包括計算機(Computer )、標簽管理(Tag Management )、數據類型(Data Type )和編輯器(Editor )幾個部分。動態監控系統可以實時檢測溫室內各種環境參數的瞬時值和動態顯示他們的變化趨勢，同時每隔一定時間間隔對采集值進行存儲以提供數據報表，同時將其保留在歷史數據庫中供作物栽培者日后進行檢查、檢驗和加工分析，另外軟件還有自動報警和防止非法操作功能，監控畫面如下圖3 所示。
2 .3 網絡通信系統設計
通信系統實現對整個溫室運做的信息傳送，它需要3 條信號圖4 PLC 與PC 之間的傳輸過程 Fig .4 Tranmission process bet ween PC and PLC 線，RXD(收)、TXD(發)、GND(地)。選用可保證波特率在9 600 bpS 時，通信距離可達到 1. 2 k m。設計采用主從方式管理，主機通過 RS-232/RS485 通信接口轉換器完成信號之間的轉換，從機采用 MAX485 接口可以實現 RS/485 與TTL 電平的轉換。信號通信程序分為初始化、接收和發送三個部分。本設計中所選PLC 都是SI EMENS 的產品，本身都集成了PROFI BUS 接口，可以方便可靠的連接成一個現場總線網絡。本機主站和從站的分配情況如下：d在本系統中選用了帶有 Profi buS 接口的S7 -315 為主站，它為每一個站點分配一個地址，在預定的信息周期內與分散的站點交換信息。i本系統中總控室的上位PC 機屬于第二類主站，選用帶PROFI BUS- DP 網卡(CP5611 )接口的工控機。@從站為各個子系統的S7 -215 。@PLC 與PC 之間的通訊，二者進行數據交換，各站周期性地交換1 字節數據。主站發送命令信息，從站上通過DP - RECV(read )，調用DP - RECV 功能從主站讀取數據并存儲到從站DB11 中，然后通過DP -SEND( rite )，調用DP -SEND 功能存儲在DB11 中的數據寫入到主站的輸入區。PLC 與PC 之間的傳輸過程如圖4 所示。
3 結論
本系統可以提高溫室的自動化控制和管理水平，充分發揮溫室農業的高效性，實現對溫室生產時各個參數的分散控制和集中管理。特點主要體現在：
1 )群控化管理：即可實現對同一地區的多個溫室集中統一管理。
2 )可靠性高：該系統實現管理與直接控制分開，各子系統相對獨立，分別完成不同的控制功能，即使系統某部分工作異常，也不影響各個溫室控制系統的正常工作。
3 )易擴展性：隨著溫室農業的發展，控制環節的增多，該系統在結構和功能方面可方便地進行擴展。
4 )經濟性好：該系統成本低廉、性能穩定，經濟效益顯著，符合中國目前的國情，具有誘人的應用前景——論文作者：孟 華， 顏翠英， 齊樹興
參考文獻：
[1 ] 顧奇南，毛罕平. 國內外實施栽培綜合環境控制技術及其發展[J ]. 農業現代化研究，1999(3 )：1 -3 .
[2 ] 楊樞，葛繼忠，趙世付. 棚室環境智能控制系統的研究[J ]. 安徽農業科學，2002(1 )：7 -10 .
[3 ] 何黎明，繞家明，田作華. 基于現場總線的溫室分布式控制系統[J ]. 計算機工程，2002(4 )：222 -223 .
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