基于云平臺的溫室溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計

摘要：隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的不斷推進，溫室溫濕度控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)云平臺技術(shù)的快速發(fā)展，將其應(yīng)用于溫室溫濕度控制，可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，推動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程?；诖?，要以溫室大棚中農(nóng)作物生長過程中所需的溫度及濕度為理論研究基礎(chǔ)，設(shè)計基于Haiwell云平臺的可以實現(xiàn)本地、遠程及移動終端的實時控制溫室溫濕度的控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：云平臺物聯(lián)網(wǎng)溫濕度PLC控制系統(tǒng)

DesignofGreenhouseTemperatureandHumidityControlSystemBasedonCloudPlatform

LIManmanLIDengyan

ShandongHuayuUniversityofTechnology，Dezhou，ShandongProvince，253000China

Abstract：Withthecontinuousadvancementofagricultural modernization，thecontroltechnologyofgreenhousetemperatureandhumidityhasalsodevelopedrapidly.TherapiddevelopmentoftheInternetofThingscloudplatformtechnologyanditsapplicationingreenhousetemperatureandhumiditycontrolcanimprovetheefficiencyandqualityofagriculturalproduction，andpromotetheprocessofagriculturalmodernization.Basedonthis，thisarticlemainlytakesthetemperatureandhumidityrequiredintheprocessofcropgrowthinthegreenhouseasthetheoreticalresearchbasis，anddesignacontrolsystembasedontheHaiwellcloudplatformthatcanachievereal-timecontrolofgreenhousetemperatureandhumiditythroughlocal，remoteandmobileterminals.

KeyWords：Cloudplatform;InternetofThings;Temperatureandhumidity;PLC;Controlsystem

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能的快速發(fā)展，溫室溫濕度控制技術(shù)也得到了不斷的提升。一些發(fā)達國家在溫室環(huán)境調(diào)控技術(shù)、智能化農(nóng)業(yè)裝備、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等方面開展了大量的研究工作，不斷探索和提高溫室溫濕度控制的精準度和效率。在國內(nèi)溫室溫濕度控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，一些科研機構(gòu)和農(nóng)業(yè)企業(yè)開始重視溫室溫濕度控制的研究和應(yīng)用。目前，我國在溫室溫濕度控制方面取得了一些重要的進展，智能化的溫室環(huán)境調(diào)控裝備，實現(xiàn)了對溫室內(nèi)溫度、濕度、光照、CO2濃度等環(huán)境參數(shù)的精準調(diào)控[1]。

1控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計

本文主要以溫室大棚中農(nóng)作物生長過程中所需的溫度及濕度為理論研究基礎(chǔ)，可編程控制技術(shù)為下位機硬件設(shè)備基礎(chǔ)，以Haiwell物聯(lián)網(wǎng)云平臺技術(shù)和智能檢測技術(shù)為依托，研究一套基于Haiwell云平臺的智能溫室溫濕度控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)可實現(xiàn)本地、遠程及移動終端的全方位、多角度地實時控制農(nóng)作物生長過程中的溫濕度，無須多人監(jiān)管，實現(xiàn)故障多端報警，避免因設(shè)備故障處理不及時造成農(nóng)作物減產(chǎn)。控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。控制系統(tǒng)包括手動模式與自動模式、數(shù)據(jù)同步、異常報警及異常處理等[2]。

2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

控制系統(tǒng)的硬件主要包括數(shù)據(jù)采集設(shè)備、主電路及控制電路控制所需的器件。本文中使用的傳感器為FT-WS溫濕度一體傳感器。主電路主要包括刀開關(guān)、斷路器、熔斷器、交流接觸器、熱繼電器?？刂齐娐分饕荘LC、中間繼電器?；诳刂葡到y(tǒng)的所實現(xiàn)的功能、設(shè)計冗余、后期維修以及功能擴展等方面的考慮，PLC選用西門子300系列的CPU314C-2DP、數(shù)字量輸入/輸出模塊SM323、模擬量輸入模塊SM331以及模擬量輸出模塊SM332。

控制系統(tǒng)的主電路如圖2所示，熱風機、空調(diào)器、加濕機、除濕機、聲光報警器屬于開關(guān)設(shè)備，同時預留一條開關(guān)設(shè)備的電源電路。QK為刀開關(guān)，控制整個控制系統(tǒng)的電路通斷；QS1-QS5為斷路器，實現(xiàn)每個設(shè)備所在電路的通斷；FU1-FU6為熔斷器，分別對每個分線路實現(xiàn)短路和過載保護；KM1-KM5為交流接觸器主觸頭，用于實現(xiàn)電機的啟?？刂?；FR1-FR5為熱繼電器，對電機實現(xiàn)過載保護的作用。

根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定了PLC需要采集和控制信號，從而確定了PLC需要控制的I/O點數(shù)，其中7個開關(guān)量輸入，5個開關(guān)量輸出，2個模擬量輸入。根據(jù)控制系統(tǒng)的I/O分配表確定PLC的硬件接線[3]，接線圖如圖3所示。

3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括兩個方面，分別是PLC的程序設(shè)計以及控制界面設(shè)計。根據(jù)控制要求，利用PLC實現(xiàn)手動模式與自動模式的轉(zhuǎn)換、每個設(shè)備電機的啟?？刂?、設(shè)定數(shù)據(jù)與實時數(shù)據(jù)的偏差處理、報警判斷等功能[4]。Haiwell云平臺提供的組態(tài)軟件提供了完整的工程解決方案及開發(fā)平臺，能夠?qū)嶋H地觀察到現(xiàn)場的情況，實現(xiàn)實時監(jiān)控，完成數(shù)據(jù)采集、記錄及報警，同時可對安全級別進行控制，提高控制系統(tǒng)的安全性[5]。通過完成項目創(chuàng)建、變量定義、組態(tài)設(shè)計等工作。

控制系統(tǒng)操作如下：用戶可通過系統(tǒng)選擇此溫室的溫度和濕度；系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的溫度及濕度進行調(diào)節(jié)，曲線是溫濕度傳感器實時監(jiān)測實際的溫濕度曲線；選擇按鈕，包括手動/自動切換、急停以及溫濕度報警等。手動時，使用者根據(jù)經(jīng)驗使用啟動/停止按鈕控制設(shè)備的啟停；自動時，系統(tǒng)根據(jù)用戶預設(shè)的溫度、濕度，控制對應(yīng)設(shè)備的啟停；急停按鈕可以一鍵停止所有設(shè)備運行。

4控制系統(tǒng)調(diào)試

控制系統(tǒng)調(diào)試分為兩部分，即PLC仿真調(diào)試和控制界面測試。PLC程序的仿真調(diào)試采用PLCSIM進行仿真與調(diào)試，不依賴于硬件進行測試，可加快開發(fā)進度。打開仿真軟件，載入程序，插入輸入值、輸出值表，并設(shè)定相應(yīng)的輸入值，點擊CPU模式表，將CPU工作在“RUN”或“RUN—P”模式，打開程序，即可監(jiān)控程序的運行。通過觀察對應(yīng)按鈕與繼電器輸出情況，確認程序的運行情況，如圖4所示。

在Haiwell組態(tài)軟件中進行控制系統(tǒng)人機界面的測試，通過對畫面上相應(yīng)位置進行操作，確定其運行情況，進行程序的相應(yīng)調(diào)整，確保符合控制要求[6]。運行界面如圖5所示。

5結(jié)語

將物聯(lián)網(wǎng)云平臺技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)生活中，助力農(nóng)作物高產(chǎn)，節(jié)約人力，增加用戶收入，振興鄉(xiāng)村發(fā)展。投入使用后比現(xiàn)有的本地控制可節(jié)約人力50%左右，提質(zhì)增產(chǎn)10%左右，設(shè)備故障排除速度提高30%左右。控制系統(tǒng)為柔性系統(tǒng)，用戶可根據(jù)實際需要設(shè)定溫濕度數(shù)據(jù)，無須更換硬件，實現(xiàn)節(jié)約成本的目的。

參考文獻

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[3]金龍國.基于PLC的智能溫室控制系統(tǒng)設(shè)計[J].電氣傳動自動化，2022，44（3）：27-31.

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[6]閆金鑫，白龍，付東輝，等.基于PLC和物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)溫室監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].科學技術(shù)創(chuàng)新，2021（20）：54-55.