PLC技術支持下的智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)

韋湛蘭

（百色職業(yè)學院 廣西百色 533000）

二十一世紀是一個科學技術發(fā)展的時代，新的先進技術被廣泛應用于社會的各個領域中。農(nóng)業(yè)作為我國的第一產(chǎn)業(yè)，更要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植模式，跟隨時代發(fā)展步伐，應用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術，以取得良好的發(fā)展。目前，大棚蔬菜已經(jīng)成為當下較為常見的種植方式之一。蔬菜大棚可以為蔬菜提供其所需要的陽光、溫度、濕度，為其創(chuàng)造良好的生長環(huán)境，種植反季節(jié)蔬菜，給人們提供更多的蔬菜選擇。為提高蔬菜大棚的控制水平，實現(xiàn)蔬菜大棚的自動化控制，大棚種植可充分應用PLC技術。該技術能夠創(chuàng)新設計智能蔬菜大棚的控制系統(tǒng)，使蔬菜大棚技術更加成熟，得到更廣泛的應用。

一、PLC技術支持下智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)的研究

在搭建以PLC為核心的硬件電路時，蔬菜大棚設計應當遵循經(jīng)濟性原則，根據(jù)其控制系統(tǒng)的需求來選擇適宜的PLC型號，滿足各項控制指標的要求，保障蔬菜大棚控制功能的同時，減少控制系統(tǒng)的設計成本。智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)軟件的設計，可將其分為下位機PLC程序設計和上位機監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計兩部分，控制系統(tǒng)以組態(tài)王軟件KingView6.55為平臺設計上位機監(jiān)控系統(tǒng)，以西門子STEP7Micro/WINV4.0 SP9為平臺設計下位機控制系統(tǒng)[1]。其可建立PLC與上位機監(jiān)控軟件的通信，利用物聯(lián)網(wǎng)技術來實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

在設計PLC支持下的智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)時，其應當注意以下內(nèi)容：一是要以PLC技術為控制核心，以溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器作為實時模擬量采集器件，利用PLC自帶的模擬量輸入模塊將模擬量化為數(shù)字量傳送給PLC進行運算。二是以卷簾、遮陰簾、水泵、加熱器作為執(zhí)行器件，實時調(diào)節(jié)大棚的溫濕度、土壤濕度，使大棚的溫濕度、土壤濕度始終保持在設定的范圍內(nèi)。三是通過組態(tài)王軟件，利用上位計算機進行遠程監(jiān)控[2]。

其開窗通風的功能由PLC控制系統(tǒng)控制卷簾電機來實現(xiàn)，以降低蔬菜大棚中的濕度，當大棚內(nèi)濕度達到規(guī)定數(shù)值后便會停止卷簾電機的運作。要想增加大棚的土壤濕度，其需要自動化控制水泵，當土壤濕度達到要求后便停止水泵。大棚內(nèi)的溫度控制，可以通過自動化控制加熱器來調(diào)節(jié)，當溫度達到預設值之后便停止加熱器運作，若是想要降低蔬菜大棚中的溫度，則可以控制遮陰簾電機。另外，利用上位機監(jiān)控軟件，可對蔬菜大棚控制系統(tǒng)的運行進行有效的監(jiān)控和管理。

二、PLC技術支持下智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)的組成結(jié)構及設計

（一）PLC技術支持下智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)的組成結(jié)構

在PLC技術支持下，設計智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)，需要充分應用傳感器技術。智能系統(tǒng)主要是在蔬菜大棚中設置一定數(shù)量的傳感監(jiān)控裝置，來實時監(jiān)測蔬菜大棚內(nèi)部環(huán)境的各項因素，如溫度、濕度和光度等。該系統(tǒng)將收集到的這些數(shù)據(jù)作為控制蔬菜大棚的有效依據(jù)，根據(jù)大棚內(nèi)真實的環(huán)境狀況來進行自動化分析，再通過PLC驅(qū)動模塊來實施針對性的調(diào)整和控制。PLC技術的應用，加深了蔬菜大棚控制智能化、自動化的程度。

PLC技術支持下智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)的組成結(jié)構主要分為用戶管理接口模塊、數(shù)據(jù)處理中心模塊和無線網(wǎng)絡接口模塊。無線網(wǎng)絡接口板塊可以分為無線通信模塊和PLC驅(qū)動模塊。無線通信模塊中涉及到多個傳感器裝置，即溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化碳傳感器、光照傳感器和視頻監(jiān)控系統(tǒng)。PLC驅(qū)動模塊中則分為溫控輔助系統(tǒng)、開窗機械系統(tǒng)、拉幕機械系統(tǒng)、灌溉機械系統(tǒng)、通風機械系統(tǒng)、光照輔助系統(tǒng)。這些傳感器和系統(tǒng)，能夠全面采集蔬菜大棚中的各項參數(shù)信息，可直接將所采集到的信息傳輸?shù)较到y(tǒng)后端，進入到數(shù)據(jù)處理中心，然后通過計算服務器來對這些信息進行儲存、整理和分析，將處理好的信息再反饋到相關的控制設備，以便其作出相應的調(diào)節(jié)。需要注意的是，這些數(shù)據(jù)可由上層用戶來進行管理，或是為上層用戶提供管理接口，接收其傳遞來的控制數(shù)據(jù)和指令[3]。

智能蔬菜大棚中的控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)傳遞中心的信息互通是由無線通信模塊部分實現(xiàn)的，當其控制系統(tǒng)中的功能部件接收到數(shù)據(jù)處理中心的指令后，便將這些內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化信號，由蔬菜大棚的控制設備來模擬和執(zhí)行這些信號，實現(xiàn)自動化管控。

當前，智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)中使用的各類傳感器，都可以使用目前市面上已有的傳感器設備。PLC驅(qū)動模塊的各類系統(tǒng)也同樣能通過市面成熟的功能部件來實現(xiàn)。其設計的重點應該放在PLC驅(qū)動控制模塊和數(shù)據(jù)處理中心部分，需要構建強大的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，完善其算法，使之處理結(jié)果更加合理和精準，并要利用穩(wěn)定的無線通信設備來連接數(shù)據(jù)處理中心和PLC驅(qū)動控制，以便于真正實現(xiàn)蔬菜大棚的智能化控制。

（二）PLC驅(qū)動控制系統(tǒng)設計

在智能蔬菜大棚的控制系統(tǒng)中，其所有的控制部件都要靠電機驅(qū)動來運行，也就是說提高控制部件的功能性，便能進一步加強蔬菜大棚的自動化控制。為此，智能化設計可充分應用PLC技術，利用PLC自動控制系統(tǒng)工作原理，來提升蔬菜大棚的智能化水平。

在使用PLC控制系統(tǒng)的時候，用戶可以向其發(fā)出相關的控制指令，也可以直接將控制方案、參數(shù)進行預先設置，由PLC控制系統(tǒng)來執(zhí)行。PLC控制器要對蔬菜大棚中的驅(qū)動電機位置及其運動速度進行有效的監(jiān)控和管理，收集當前蔬菜大棚中的實際參數(shù)，然后將這些參數(shù)與控制指令或是預設參數(shù)進行對比，作出正確的計算，找到具體參量，按照這一數(shù)據(jù)來控制步進電機，使之驅(qū)動來實現(xiàn)有效控制和調(diào)節(jié)。智能設計可選擇混合式步進電機。該電機在控制方面有著較好的靈活性，采用的是永磁式、反應式相結(jié)合的控制形式，能夠在實際運用中取得較好的控制效果，有利于自動調(diào)節(jié)蔬菜大棚中的溫度、濕度、通風等[4]。

三、PLC技術支持下的無線通信系統(tǒng)設計

PLC技術支持下的無線通信系統(tǒng)，是智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)中的重要組成部分。其應用效果直接關系著整個蔬菜大棚的控制成效，必須對其進行科學的設計，滿足于蔬菜大棚系統(tǒng)的自動化需求。我們可在蔬菜大棚中裝置各類不同的傳感器，以便于檢測和管控大棚中的環(huán)境因素。針對蔬菜大棚中種植農(nóng)作物品種的不同，以及其對種植環(huán)境的要求，我們可適當?shù)卣{(diào)整傳感器的種類和數(shù)量。由于所應用的傳感器和控制設備數(shù)量比較多，如果所有的系統(tǒng)都使用有線傳輸，那么不僅會增加傳輸成本，還不利于蔬菜大棚的維護。因此，我們應當采取無線通信系統(tǒng)設計，根據(jù)蔬菜大棚傳感器、控制設備的實際應用狀況，來選擇適宜的無線通信接口方式。經(jīng)過調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，在傳感器和控制設備運行的時候，其所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量并不是太大，無線串口方式便可以滿足其通信需求。這種通信方式是低速率傳輸，具有傳輸便利、穩(wěn)定的特點，而且有著良好的抗干擾性。

智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)的設計成本，需要控制在一定范圍內(nèi)，盡量在不影響其控制效果的基礎上，降低設計成本。我們可選擇嵌入式設備來處理無線信號，如應用ARM嵌入式處理器。這種處理器的功能非常強大，可與無線通信模塊相連接，滿足智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)的控制需求。我們在設計無線通信模塊的時候，同樣可選擇嵌入式的微控制器，將其部署在無線通信單元中，利用這個控制器來轉(zhuǎn)換無線信號，同樣是護具格式，進行有效的處理。

四、結(jié)束語

利用PLC技術來設計智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)，還需要解決多方面的問題。在未來的研究過程中，我們應當分配I/O點并設計PLC外圍硬件線路，科學設計相關的控制程序，并對所設計的程序進行模擬調(diào)試，以確保此程序的順利運行。智能設計還要組號聯(lián)機調(diào)試工作，從PLC只連接輸入設備、再連接輸出設備、再接上實際負載等逐步進行調(diào)試，如不符合要求，則對硬件和程序作調(diào)整?？茖W的智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)，不僅能充分體現(xiàn)PLC技術的有效作用，還能真正實現(xiàn)蔬菜大棚的自動化控制，減少人工負擔，提高現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中的科技含量，推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的長遠發(fā)展。