基于物聯(lián)網(wǎng)的食用菌智能拌料管控系統(tǒng)①

王 巖， 孟慶祥， 韓 璐， 王 萌

(佳木斯大學(xué)機械工程學(xué)院,黑龍江 佳木斯 154007)

0 引 言

監(jiān)測與控制食用菌拌料產(chǎn)線的運行狀態(tài)與菌料的環(huán)境信息，對食用菌生產(chǎn)企業(yè)提高生產(chǎn)效率降低故障率具有重要意義。傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，傳輸線路要求高，偏遠(yuǎn)環(huán)境下布線困難，而靠人工巡檢，成本高，響應(yīng)慢，隱患大。經(jīng)文獻(xiàn)調(diào)查以及為工廠實際項目的制作的過程中，逐漸了解到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)控與遠(yuǎn)程的控制設(shè)備的運行，但要實現(xiàn)實時監(jiān)管與調(diào)控還有很多技術(shù)問題需要解決。即便如此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的工廠化應(yīng)用已成為工業(yè)發(fā)展的必然選擇。工廠化生產(chǎn)模式取代傳統(tǒng)車間生產(chǎn)模式，是食用菌產(chǎn)業(yè)的普遍現(xiàn)象[1]。為了研制出一種對食用菌拌料產(chǎn)線的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)管的控制系統(tǒng)。在以Delta DVP60 ES00 R型PLC控制器為核心，MCGS TPC7062 D型人機交互HMI為上位機的控制系統(tǒng)中，加入TLINK IoT(Internet of Things)云平臺遠(yuǎn)程調(diào)控功能，可達(dá)到對整個食用菌拌料產(chǎn)線的環(huán)境因素進(jìn)行監(jiān)管的目的。大規(guī)模種植大多是機械攪拌，這是必然的選擇。在添加干燥拌料的同時可以添加水，機械拌料最主要是掌握好水分。掌控好石灰粉和殺蟲劑明礬水等添加劑的配比使拌料的PH值保持在8～9。提高食用菌生產(chǎn)的質(zhì)量，少不了對配料參數(shù)的監(jiān)管，TLINK平臺可以很好的監(jiān)管食用菌拌料的含水率以及PH值等參數(shù)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)工作原理

控制系統(tǒng)的硬件主要有HMI人機交互觸摸屏、DeltaPLC核心控制器、TP301 DTU網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程模塊、各類信息采集傳感器等。通過HMI人機交互系統(tǒng)作為上位機可進(jìn)行人工現(xiàn)場查看設(shè)備運行狀態(tài)，進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試運行。PLC負(fù)責(zé)采集傳感器信息，實時上傳給上位機并接收上位機的反饋信息。DTU作為遠(yuǎn)程模塊，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與開關(guān)的功能。傳感器采集環(huán)境信息。如圖1所示，PLC通過將傳感器采集到的模擬信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，實時的傳送給上位機。上位機接收到信號后，處理并存儲信息，將其與預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。根據(jù)比較結(jié)果，將控制命令發(fā)送到下位機PLC中，以達(dá)到對食用菌拌料機控制的目的。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 系統(tǒng)功能

根據(jù)溫度，濕度，PH值等拌料環(huán)境參數(shù)，實時監(jiān)控現(xiàn)場環(huán)境，并將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳到控制中心。經(jīng)過計算得出食用菌拌料最佳成分比例，通過拌料環(huán)境參數(shù)范圍設(shè)計上下限，實現(xiàn)環(huán)境的自動化、智能化監(jiān)測及偏差參數(shù)的快速校正[1～2]。并使用案例庫模型確定相應(yīng)的設(shè)備和工作時間，更正相應(yīng)的值，自動進(jìn)行診斷和決策。見圖2。

圖2 系統(tǒng)檢測流程圖

2 物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)

實用、穩(wěn)定、可靠、易于安裝維護，可擴展的食用菌拌料智能控制系統(tǒng)，滿足環(huán)境管理拌料的需求。系統(tǒng)在無人工操作的環(huán)境下啟動，當(dāng)環(huán)境參數(shù)不在設(shè)定的范圍時，能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境調(diào)整設(shè)備的自動啟動，提高了系統(tǒng)的智能化控制。使拌料水分含量等環(huán)境參數(shù)始終保持最佳狀態(tài)，從而最大限度地降低生產(chǎn)質(zhì)量事故[3]。平臺結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 系統(tǒng)關(guān)系結(jié)構(gòu)圖

2.1 環(huán)境數(shù)據(jù)實時采集與傳送

環(huán)境傳感器可以實時收集環(huán)境數(shù)據(jù)，如拌料罐的溫度，濕度和pH值。并通過傳輸線傳輸?shù)江h(huán)境監(jiān)測主機PLC，管理人員可以通過計算機和手機實時查看拌料罐中的各種環(huán)境參數(shù)。

2.2 異常信息報警

當(dāng)監(jiān)控的環(huán)境參數(shù)超過設(shè)定的閾值或范圍時，系統(tǒng)可以通過控制器進(jìn)行語音報警，并通過短信向指定人員發(fā)送報警信息。

2.3 環(huán)境智能控制

當(dāng)監(jiān)測到的環(huán)境參數(shù)超過設(shè)定的閾值或范圍時，控制器可以自動打開或關(guān)閉與其連接的環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備(進(jìn)料罐，曝氣泵，濕簾等)。當(dāng)參數(shù)值返回到指定范圍時，操作將自動關(guān)閉。

2.4 遠(yuǎn)程查看與管理

管理員可以通過計算機，手機遠(yuǎn)程登錄軟件平臺或移動應(yīng)用程序，實時查看控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并管理環(huán)境調(diào)節(jié)。

3 設(shè)備選型

3.1 傳感器選型

溫濕度傳感器可選用靈敏度高溫濕度一體的，基于RS485總線技術(shù)工業(yè)、MODBUS-RTU協(xié)議，實時監(jiān)控防水高溫防塵，經(jīng)濟實惠，溫度濕度可同時采集的集成傳感器。根據(jù)以上要求，本文選用型號為TH10S-B的高精度溫濕度變送器，其性能參數(shù)如表1所示[4]。

表1 溫濕度傳感器性能參數(shù)

PH值傳感器以專業(yè)測試酸堿度液體傳感器探頭為核心檢查器件，YDBS-3001-PH型號能夠很好地滿足檢測范圍及檢測精度等要求，而且其通用性也能很好地滿足本系統(tǒng)的測量要求。其性能參數(shù)如表2所示。

表2 PH值傳感器性能參數(shù)

含水率作為菌料的重要參數(shù)，其含水率傳感器的選擇至關(guān)重要。選用的測含水率的傳感器為建大仁科RS-WS-N01-TR型號的溫濕度水分變送器。其性能參數(shù)如表3所示。

表3 溫濕度水分變送器性能參數(shù)

系統(tǒng)控制器選擇Delta DVP60 ES00 R型PLC，MCGS TPC7062 D型HMI人機控制器以及24V中間繼電器、交流接觸器等配電裝置搭建，傳感器將模擬信號轉(zhuǎn)換成電壓信號然后將其發(fā)送到模塊轉(zhuǎn)換器，由下位機PLC讀取，PLC將數(shù)據(jù)通過485總線送給上位機 ，上位機設(shè)有顯示功能，該功能根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)確定要采取的措施，并向下位機發(fā)送命令[5]。執(zhí)行機構(gòu)由PLC控制運行，也可由智能移動手機遠(yuǎn)程開啟和關(guān)閉，并查看設(shè)備運行狀態(tài)。

圖4 modbus協(xié)議參數(shù)說明圖

圖5 DTU配置界面

3.2 平臺應(yīng)用

目前，綏陽百盛菌包廠已將該技術(shù)應(yīng)用到實際拌料產(chǎn)線中，經(jīng)實際驗證表明遠(yuǎn)程手機查看信息與現(xiàn)場觸摸屏監(jiān)控信息一致。該平臺適配性強，只需將所選傳感器、控制器與平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)接口開放對接即可使用。

4 創(chuàng)建設(shè)備

4.1 Modbus連接

創(chuàng)建Modbus通訊協(xié)議時連接域名及服務(wù)器服務(wù)器端口分別是：mbrtu.tlink.io 和8651modbus RTU，進(jìn)入監(jiān)控中心，進(jìn)行傳感器等設(shè)備的添加。需要注意的是，鏈接協(xié)議必須設(shè)置為“MB RTU”選項此協(xié)議代表TLINK IOT平臺發(fā)送和接收數(shù)據(jù)協(xié)議，通過此協(xié)議，該平臺可以和所有傳感器建立聯(lián)系。進(jìn)入添加設(shè)備界面可進(jìn)行簡單參數(shù)編輯，讀寫指令設(shè)置項為Modbus RTU協(xié)議定義的幾個參數(shù)，如圖4所示。

4.2 配置TLINK平臺參數(shù)

在TLINK平臺中創(chuàng)建一個線圈寄存器設(shè)備，在此設(shè)備中編輯傳感器的個數(shù)和類型，在監(jiān)控中心點擊開關(guān)量按鈕即可完成對開關(guān)量的操作，完成Tlink平臺參數(shù)設(shè)置以后需要配置好TP301DTU的參數(shù)。TP301DTU的配置如圖5所示。tink平臺參數(shù)設(shè)置完成即可實現(xiàn)該平臺的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

5 結(jié) 語

基于物聯(lián)網(wǎng)的食用菌智能拌料管控系統(tǒng)可實現(xiàn)一般的食用菌拌料產(chǎn)線在線監(jiān)控和可視化操作。Tlink平臺在食用菌行業(yè)中的應(yīng)用表明物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可應(yīng)用于生產(chǎn)過程中需要密切監(jiān)測的所有農(nóng)作物。該應(yīng)用不僅大幅度降低了人工生產(chǎn)的強度，而且有效的提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的最理想的效果是自動實時調(diào)控，目前從文獻(xiàn)參考以及實際農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的項目調(diào)研可知該技術(shù)幾乎做不到這種效果，或許只能在控制系統(tǒng)上做研究。但物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域上的應(yīng)用是一個具有廣闊前景的主流趨勢。