基于PLC的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚自動控制設(shè)計

陳蓓玉 管振玉

（南京信息工程大學(xué)，江蘇南京210044）

0 引言

我國塑料大棚和溫室的建設(shè)面積已經(jīng)從20世紀90年代初的40多公頃發(fā)展到現(xiàn)在的近15.67萬公頃。但其中溫室總量60%以上是農(nóng)戶自建的簡易拱棚，而在這60%中的絕大部分存在能源浪費、單位面積產(chǎn)量低等問題，且其對環(huán)境的綜合調(diào)控方式近乎停留在生爐升溫、點燈補光階段，未曾發(fā)展。本設(shè)計利用PLC技術(shù)、組態(tài)技術(shù)實現(xiàn)大棚內(nèi)環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)自動調(diào)節(jié)大棚環(huán)境的功能，為作物提供最合適的生長環(huán)境，從而提高作物的產(chǎn)量、質(zhì)量和能源利用率。

1 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)分為自動和手動兩種工作模式，監(jiān)測與控制對象為溫度、光照、濕度。處于自動模式時，通過溫濕度光照一體傳感器采集溫度、濕度、光照數(shù)據(jù)。PLC作為主站獲取傳感器監(jiān)測的溫度、濕度、光照數(shù)據(jù)并進行處理判斷，從而控制執(zhí)行機構(gòu)工作控制和維持大棚內(nèi)的環(huán)境。處于手動模式時，通過人機交互界面實時觀測大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，手動控制開關(guān)開合以啟動或關(guān)閉天窗、風(fēng)機、補光燈、水泵，從而控制和維持大棚環(huán)境。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)硬件的組成原理

處于自動模式時，用戶可以通過人機交互界面設(shè)定I/O域輸入的溫濕度光照的上下限值，PLC根據(jù)各項參數(shù)的設(shè)定范圍自動控制執(zhí)行機構(gòu)動作，調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的溫度、濕度和光照，直到各項參數(shù)處于設(shè)定的上下限范圍內(nèi)為止。處于手動控制模式時，用戶通過人機交互界面觀察PLC實時采集的大棚內(nèi)溫度、濕度、光照信息，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換開關(guān)手動開關(guān)天窗、風(fēng)機、補光燈、水泵等設(shè)備，實現(xiàn)對大棚環(huán)境參數(shù)的調(diào)節(jié)。

2.2 輸入輸出信息及I/O地址分配

系統(tǒng)需要多個溫濕度光照一體傳感器輸入的信號；輸出信號控制對象有天窗、風(fēng)機、補光燈、水泵等，其輸入、輸出信息及I/O地址分配表如表1、表2所示。

表1 輸入信息

2.3 PLC接線圖

由輸入、輸出信息及I/O分配表可得菲尼克斯PLC的接線方式。系統(tǒng)采用全球通用的UNO-POWER電源，將220 V交流電轉(zhuǎn)換為24 V直流電為系統(tǒng)供電。由于PLC輸出觸點帶負載能力較弱，如果直接帶動風(fēng)機、天窗舵機等負載容易損壞設(shè)備，故采用中間繼電器作為中間過渡設(shè)備，間接控制負載。該型PLC的通信電壓、分段電壓、總線耦合器和主電壓及中間繼電器均為24 V直流電驅(qū)動。具體接線圖如圖1所示。

表2 輸出信息及I/O分配

圖1 PLC接線圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

該系統(tǒng)程序由菲尼克斯PLC配套軟件PCWORX編寫，使用功能塊圖語言（FBD）。系統(tǒng)上電后，主程序完成系統(tǒng)初始化，可以通過觀察Inline控制器及其組態(tài)部件上的指示燈判斷系統(tǒng)是否存在故障。轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換開關(guān)，若選擇手動控制工作模式，則大棚內(nèi)天窗、風(fēng)機、補光燈、水泵由控制箱手動開關(guān)控制，觀察人機交互界面實時數(shù)據(jù)，開關(guān)相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，調(diào)節(jié)相應(yīng)環(huán)境參數(shù)；若是選擇自動控制模式，主程序調(diào)用光照溫濕度子程序，實時采集光照、溫度、濕度數(shù)據(jù)并與各項參數(shù)設(shè)定范圍比較，從而動作執(zhí)行機構(gòu)。主程序和光照溫濕度子程序流程圖如圖2、圖3所示。

4 結(jié)語

此溫室農(nóng)業(yè)大棚的設(shè)計可以實現(xiàn)對大棚內(nèi)相應(yīng)環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測與調(diào)節(jié)，為作物提供良好、持續(xù)的生長環(huán)境，可以有效提高作物產(chǎn)率及品質(zhì)。同時，此設(shè)計通過人機交互界面和控制箱就可以完成對系統(tǒng)的手動和自動控制，操作簡單方便，適合廣大農(nóng)民同志使用。所以，此設(shè)計有助于提高我國農(nóng)業(yè)大棚的生產(chǎn)水平，推動我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，希望得到廣泛推廣。

圖2 主程序流程圖

圖3 光照溫濕度子程序流程圖

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