基于PLC的綜合改善大棚種植環(huán)境系統(tǒng)

肖令祿，秦玉偉

(渭南師范學院物理與電氣工程學院，陜西渭南714000)

基于PLC的綜合改善大棚種植環(huán)境系統(tǒng)

肖令祿，秦玉偉

(渭南師范學院物理與電氣工程學院，陜西渭南714000)

好的大棚環(huán)境對提高大棚蔬菜產(chǎn)量具有積極的指導作用.文章提出了一種自動調節(jié)大棚環(huán)境的監(jiān)控系統(tǒng).該套系統(tǒng)分別對大棚的溫度、濕度、含氧量以及光照度進行檢測.根據(jù)這些數(shù)據(jù)實時控制空氣加濕器、空氣烘干器、空調、草簾等設備，使大棚環(huán)境達到理想的狀態(tài).該套系統(tǒng)可以避免人為控制設備運行時間過長而導致的人力、能源等的浪費，從而達到節(jié)能的目的，同時達到理想的控制目標.整個設備都是基于PLC和觸摸屏組態(tài)軟件的自動控制，基本無需人為操作.

大棚環(huán)境監(jiān)測;PLC;組態(tài)軟件

塑料大棚栽培蔬菜，常因施肥方法不當、忽視通風換氣、使棚內(nèi)有毒氣體過量，而危害蔬菜質量;有時又因特定成分氣體含量不夠，而影響蔬菜生長;有時遭受低溫凍害，又在保濕方面掌握的不好，導致欠收甚至絕收的現(xiàn)象發(fā)生.危害氣體主要包括氮氣和亞硝酸氣體，而二氧化碳含量過多過少均影響蔬菜生長［1］.為了改善如此多的生長環(huán)境指標，有必要開發(fā)一種自動調節(jié)大棚生長環(huán)境的系統(tǒng)達到節(jié)能、低成本、操作簡單的目的.可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，簡稱PLC)它是一種專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng);它采用可編程存儲器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種生產(chǎn)機械或過程［2-8］.它可以接收各傳感器的輸入信號，根據(jù)外部狀態(tài)來進行動作控制.PLC的平均無故障時間，通常在2萬小時以上，這是一般的其他電氣設備做不到的［9］.組態(tài)軟件，又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件，它是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件.它們處在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具.組態(tài)軟件的應用領域很廣，可以應用于電力、給水、石油、化工等領域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領域.其中eView在國內(nèi)占有領先的位置，是步科電氣的觸摸屏產(chǎn)品的一個系列，是工業(yè)人機界面領域的優(yōu)秀代表.其完整的高、中、低系列產(chǎn)品線、人性化的組態(tài)環(huán)境、優(yōu)良的性價比為業(yè)內(nèi)所長期推崇.通過PLC和基于eView觸摸屏的組態(tài)軟件組合我們開發(fā)了智能化、自動化的大棚環(huán)境調節(jié)系統(tǒng).

1 工作原理

該套系統(tǒng)的核心技術就是對大棚環(huán)境參數(shù)的采集以及對各種設備的控制.其原理框圖如圖1.

圖1 大棚環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

該套系統(tǒng)運行后，當空氣過于干燥時，空氣加濕器開始工作;當空氣過于潮濕時，空氣烘干器開始工作;含氧量過低或有害氣體過高時，會啟動空調換氣功能，其中大棚中的有害氣體包括N2、亞硝酸氣體、CO2等;大棚內(nèi)氣溫過冷或過熱會啟動空調的制熱或制冷電路開關;當有光照時會打開大棚草簾讓大棚作物充分接受光照，當檢測不到光照且溫度過低時又會鋪開草簾使大棚保溫.對于組態(tài)軟件的編寫如圖2所示.

設備的控制原則基本是，低于下限值相應補償設備開始動作，高于上限值補償動作停止.之所以采用此種控制方式是為了防止處于臨界狀態(tài)時一個設備的重復高頻動作，防止設備損壞.

2 系統(tǒng)裝置設計

系統(tǒng)硬件部分采用三菱公司FX系列PLC家族中最先進的FX2N型PLC作為主控制器，它最大范圍地包容了標準特點、支持浮點運算、程式執(zhí)行快，全面增加通信功能，并且提供了滿足單個需要的大量特殊功能模塊，為整個系統(tǒng)提供最大的靈活性和控制能力.系統(tǒng)選用FX2N-8AD 8通道模擬量輸入模塊實現(xiàn)A/D轉換，該模塊提供16bit高精度分辨率，符合系統(tǒng)設計要求.溫濕度的測量選用深圳匯智聯(lián)合科技公司的TH-01型智能溫濕度傳感器，其獨特風道設計能有效地測試真實溫濕度.氧氣傳感器選用氧化鋯氧傳感器(氧探頭)變送板O2I-Flex，二氧化碳傳感器選用紅外二氧化碳傳感器變送板IRC-TM，以上兩種設備均來自深圳市新世聯(lián)科技有限公司，所提供的4mA—20mA或0V—5V的標準輸出使得與A/D模塊連接變得更加方便.光強傳感器采用北京易盛泰和科技有限公司的YS-CG-X系列光照度傳感器，它的輸出信號為4mA—20mA，量程為0lux—2000lux、2萬、20萬可選，符合室內(nèi)監(jiān)測要求.對大棚內(nèi)空氣的加濕、干燥、加熱、制冷及換氣等則需要空調生產(chǎn)廠家的技術支持.

3 結論

本文搭建了一套高效節(jié)能的大棚環(huán)境質量監(jiān)控系統(tǒng).它對于改造大棚環(huán)境、提高蔬菜質量與產(chǎn)量具有重要指導意義.該套系統(tǒng)也可應用于大型會議場所、運動場所以及養(yǎng)殖孵化等農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化領域.

［1］李鳳梅，王彩玲，劉麗，等.大棚蔬菜種植技術探討［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2009，(5)：86-88.

［2］徐德.可編程序控制器(PLC)應用技術［M］.濟南：山東科學技術出版社，1996.1-5.

［3］王曉瑜.PLC在熱力控制系統(tǒng)中的改造及應用［J］.渭南師范學院學報，2010，25(5)：22-25.

［4］魯遠棟.PLC機電控制系統(tǒng)應用設計技術［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2006.103-107.

［5］程周.PLC技術與應用［M］.福州：福建科學技術出版社，2004.1-9.

［6］楊公源.可編程控制器(PLC)原理與應用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2004.25-30.

［7］宋德玉.可編程序控制器原理及應用［M］.北京：人民郵電出版社，2002.16-18.

［8］宮淑貞.可編程控制器原理及應用(第1版)［M］.北京：人民郵電出版社，2002.1-6.

［9］胡學林.電氣控制與PLC(第l版)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1997.21-26.

A Comprehensive Way of Improving Greenhouse Environment System Based on PLC

XIAO Ling-lu，QIN Yu-wei
(School of Physics and Electrical Engineering，Weinan Teachers University，Weinan 714000，China)

The output of greenhouse vegetables are firmly related to its growth environment，an automatic control greenhouse environment quality monitoring system was designed.In view of the large quantity of the greenhouse environment controlling electrical equipment，the temperature，humidity，oxygen level and illumination are measured by the system.The measured dates are then analyzed by the system to realize the real-time control of the household appliances such as humidifier，air drying machine，air conditioning and straws to make greenhouse environment comfortable.This system can greatly reduce the cost，and avoid the energy waste caused by the artificial control to achieve the energy-saving goal;the whole device is based on PLC and touch screen configuration software，automatic run without human control.

monitoring system of greenhouse environment;PLC;configuration Software

TP 273

A

1009—5128(2011)12—0073—03

2011—07—17

渭南師范學院重點科研計劃項目(10YKF012)

肖令祿(1981—)，男，甘肅臨洮人，渭南師范學院物理與電氣工程學院講師，西安理工大學在讀碩士.研究方向：嵌入式系統(tǒng)設計.

［責任編輯 馬小俠］