发布时间：2022-05-16所属分类：农业论文浏览：1次
摘 要： 摘要：讨论了在温室控制中引入PLC 技术构成分布式控制系统的方法，详细介绍了系统的特点、组成、软硬件设计、实时动态监控系统及通信问题。分布式的控制结构，使各子系统相对独立，管理与控制功能分开，易于实现群控化管理，提高了系统的可靠性，且易于扩展。系统成本
摘要：讨论了在温室控制中引入PLC 技术构成分布式控制系统的方法，详细介绍了系统的特点、组成、软硬件设计、实时动态监控系统及通信问题。分布式的控制结构，使各子系统相对独立，管理与控制功能分开，易于实现群控化管理，提高了系统的可靠性，且易于扩展。系统成本低廉，性能稳定，通用性好，符合中国国情，具有广泛的应用前景。
关 键 词：农业温室;可编程逻辑控制器;分布式控制系统;群控化管理
近百年来，温室自动控制和管理技术在世界各地都得到了长足发展[1 ]。我国农业正处于从传统型向优质、高效、高产为目的的现代化农业转化的新阶段，随着现代科学技术的发展和进步，温室工程的建设已成为都市型农业形成和发展的重要组成部分。它不仅是对传统农业的一场革命，更是对现代科学技术的运用和推动，在节能、降低劳动强度、增加产品质量和品质方面都发挥着举足轻重的作用。温室自动控制系统的设计，旨在充分发挥温室农业的高效性，综合应用各种现代化管理技术，通过各项设施的有效运做给温室栽培物创造最适宜的环境条件，最大限度的减少外界不利环境和气候条件对农业生产的影响，提高温室农业的自动化控制和管理水平。
目前我国温室控制技术多是在分析、借鉴国内外有关技术与资料的基础上，采用PC 机作为上位机，以各类单片机或控制器作为下位机组成集散式控制系统[2 ]。这类系统在数据传送和系统拓展方面存在一些问题，且群控化管理程度不高[3 ]。如何根据我国农业经济的发展水平和管理人员的素质水平，研究开发成本低、可靠性、稳定性、通用性好，便于管理维护的温室计算机控制系统，是急待解决的问题。由于可编程控制器具有性能可靠、使用灵活、功能性强等优点，结合目前国内对温室自动控制水平的要求以及自动控制系统的需求情况，本研究提出利用可编程逻辑控制器(PLC)进行农业温室控制系统的设计。图1 控制系统组成框图 Fig .1 The comprising figure of control system
1 系统组成
温室自动控制系统结构包括温室通风系统、灌溉施肥系统、二氧化碳施肥系统、室内喷雾、屋顶喷淋和湿帘风机降温系统、遮阳保温系统、加热系统等。按照功能可以分为环境控制和温室灌溉以及信息管理和动态监控三大部分。其中环境控制系统包括温度调节系统、通风调节系统、湿度调节系统、二氧化碳调节系统和光照系统等，主要实现对温度、湿度、二氧化碳度和光照的调节控制;灌溉系统实现定量定时灌溉，可以按照设定的肥料配比和 EC、pH 等目标值自动施肥;动态监控系统设计在总控室，通过通信网络接收各个子系统的信号，并可根据要求向各个子系统发送控制信号，实现信息的实时传送和实时参数、执行器模拟状态等的集中显示，以及数据归档、存储，打印报表等，对所有的信息实现统一管理。系统组成框图如图1 所示。
2 系统设计
2 .1 硬件设计
由于德国SI EMENS 系列产品具有功能强大、可靠灵活等特点，从系统设计的整体性、一致性出发，考虑到经济性、功能性等各方面的原因，我们选用西门子公司的产品，以最优的性能!价格比进行系统的配置。本系统可以实现各个子系统的单独调控，通过通讯网络由总控室进行统一的管理，便于实现群控化控制。
系统配置上各个子系统选择了SI EMENS 系列的S7 -215 PLC，这是因为在200 系列PLC 中，只有215 具有Profi bus - DP 口，可以联到Profi bus 上进行高速数据传输。S7 -215 本机14 个输入点和10 个输出点，内存13 K 字节。扩展模块EM231 可以实现3 路模拟量输入的A!D 转换，EM235 实现3 路模拟量输入的A! D 转换1 路模拟量输出的D!A 转换，可以根据需要方便地进行功能的扩展。另外调整相应系统的硬件设备或者对应的用户子程序，可以方便地改变对参数的设置。系统通过开关量传感器、模拟量传感器对温室内的温度、湿度、光照等进行检测。通过D!A 通道要实现对各种执行和调节机构的控制，以及各种环境设备的启停和电机等设备的保护。各子系统选用PLC 的主机内部带有存储程序的EPROM，停电后程序不会丢失。图2 硬件配置原理图 Fig .2 Principle diagram of hardware
总控室选择 S7 - 315 ，它集成有数据通讯接口，可以方便地通过PROFI BUS - DP 口实现和其他子系统的通信，进行集中管理。在这里通过动态监控画面可以动态地了解各种参数的变化。各个子系统可以实现独立运行，当网络出现意外或其他子系统出现问题也不会引起瘫痪。环境控制子系统配置硬件原理图如图2 所示。
2 .2 软件和动态监控系统设计
软件部分主要完成对各个子系统的控制，并集成有模糊控制算法，可以根据参数设定值达到对环境参数的精确控制，能够实现数据采集、数据预处理、通讯和监控执行机构等功能。动态监控系统的设计是采用西门子的视窗控制中心—SI MATI C Wi ncCC，它是一种可视化的人机界面，可以很容易地结合标准和用户程序生成人- 机界面，准确地满足实际要求。
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SI MATI C Wi nCC 的组成包括计算机(Computer )、标签管理(Tag Management )、数据类型(Data Type )和编辑器(Editor )几个部分。动态监控系统可以实时检测温室内各种环境参数的瞬时值和动态显示他们的变化趋势，同时每隔一定时间间隔对采集值进行存储以提供数据报表，同时将其保留在历史数据库中供作物栽培者日后进行检查、检验和加工分析，另外软件还有自动报警和防止非法操作功能，监控画面如下图3 所示。
2 .3 网络通信系统设计
通信系统实现对整个温室运做的信息传送，它需要3 条信号图4 PLC 与PC 之间的传输过程 Fig .4 Tranmission process bet ween PC and PLC 线，RXD(收)、TXD(发)、GND(地)。选用可保证波特率在9 600 bpS 时，通信距离可达到 1. 2 k m。设计采用主从方式管理，主机通过 RS-232/RS485 通信接口转换器完成信号之间的转换，从机采用 MAX485 接口可以实现 RS/485 与TTL 电平的转换。信号通信程序分为初始化、接收和发送三个部分。本设计中所选PLC 都是SI EMENS 的产品，本身都集成了PROFI BUS 接口，可以方便可靠的连接成一个现场总线网络。本机主站和从站的分配情况如下：d在本系统中选用了带有 Profi buS 接口的S7 -315 为主站，它为每一个站点分配一个地址，在预定的信息周期内与分散的站点交换信息。i本系统中总控室的上位PC 机属于第二类主站，选用带PROFI BUS- DP 网卡(CP5611 )接口的工控机。@从站为各个子系统的S7 -215 。@PLC 与PC 之间的通讯，二者进行数据交换，各站周期性地交换1 字节数据。主站发送命令信息，从站上通过DP - RECV(read )，调用DP - RECV 功能从主站读取数据并存储到从站DB11 中，然后通过DP -SEND( rite )，调用DP -SEND 功能存储在DB11 中的数据写入到主站的输入区。PLC 与PC 之间的传输过程如图4 所示。
3 结论
本系统可以提高温室的自动化控制和管理水平，充分发挥温室农业的高效性，实现对温室生产时各个参数的分散控制和集中管理。特点主要体现在：
1 )群控化管理：即可实现对同一地区的多个温室集中统一管理。
2 )可靠性高：该系统实现管理与直接控制分开，各子系统相对独立，分别完成不同的控制功能，即使系统某部分工作异常，也不影响各个温室控制系统的正常工作。
3 )易扩展性：随着温室农业的发展，控制环节的增多，该系统在结构和功能方面可方便地进行扩展。
4 )经济性好：该系统成本低廉、性能稳定，经济效益显著，符合中国目前的国情，具有诱人的应用前景——论文作者：孟 华， 颜翠英， 齐树兴
参考文献：
[1 ] 顾奇南，毛罕平. 国内外实施栽培综合环境控制技术及其发展[J ]. 农业现代化研究，1999(3 )：1 -3 .
[2 ] 杨枢，葛继忠，赵世付. 棚室环境智能控制系统的研究[J ]. 安徽农业科学，2002(1 )：7 -10 .
[3 ] 何黎明，绕家明，田作华. 基于现场总线的温室分布式控制系统[J ]. 计算机工程，2002(4 )：222 -223 .
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