基于PLC的综合改善大棚种植环境系统

肖令禄，秦玉伟

(渭南师范学院物理与电气工程学院，陕西渭南714000)

基于PLC的综合改善大棚种植环境系统

肖令禄，秦玉伟

(渭南师范学院物理与电气工程学院，陕西渭南714000)

好的大棚环境对提高大棚蔬菜产量具有积极的指导作用.文章提出了一种自动调节大棚环境的监控系统.该套系统分别对大棚的温度、湿度、含氧量以及光照度进行检测.根据这些数据实时控制空气加湿器、空气烘干器、空调、草帘等设备，使大棚环境达到理想的状态.该套系统可以避免人为控制设备运行时间过长而导致的人力、能源等的浪费，从而达到节能的目的，同时达到理想的控制目标.整个设备都是基于PLC和触摸屏组态软件的自动控制，基本无需人为操作.

大棚环境监测;PLC;组态软件

塑料大棚栽培蔬菜，常因施肥方法不当、忽视通风换气、使棚内有毒气体过量，而危害蔬菜质量;有时又因特定成分气体含量不够，而影响蔬菜生长;有时遭受低温冻害，又在保湿方面掌握的不好，导致欠收甚至绝收的现象发生.危害气体主要包括氮气和亚硝酸气体，而二氧化碳含量过多过少均影响蔬菜生长［1］.为了改善如此多的生长环境指标，有必要开发一种自动调节大棚生长环境的系统达到节能、低成本、操作简单的目的.可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)它是一种专为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统;它采用可编程存储器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种生产机械或过程［2-8］.它可以接收各传感器的输入信号，根据外部状态来进行动作控制.PLC的平均无故障时间，通常在2万小时以上，这是一般的其他电气设备做不到的［9］.组态软件，又称组态监控软件系统软件，它是指一些数据采集与过程控制的专用软件.它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具.组态软件的应用领域很广，可以应用于电力、给水、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域.其中eView在国内占有领先的位置，是步科电气的触摸屏产品的一个系列，是工业人机界面领域的优秀代表.其完整的高、中、低系列产品线、人性化的组态环境、优良的性价比为业内所长期推崇.通过PLC和基于eView触摸屏的组态软件组合我们开发了智能化、自动化的大棚环境调节系统.

1 工作原理

该套系统的核心技术就是对大棚环境参数的采集以及对各种设备的控制.其原理框图如图1.

图1 大棚环境监控系统

该套系统运行后，当空气过于干燥时，空气加湿器开始工作;当空气过于潮湿时，空气烘干器开始工作;含氧量过低或有害气体过高时，会启动空调换气功能，其中大棚中的有害气体包括N2、亚硝酸气体、CO2等;大棚内气温过冷或过热会启动空调的制热或制冷电路开关;当有光照时会打开大棚草帘让大棚作物充分接受光照，当检测不到光照且温度过低时又会铺开草帘使大棚保温.对于组态软件的编写如图2所示.

设备的控制原则基本是，低于下限值相应补偿设备开始动作，高于上限值补偿动作停止.之所以采用此种控制方式是为了防止处于临界状态时一个设备的重复高频动作，防止设备损坏.

2 系统装置设计

系统硬件部分采用三菱公司FX系列PLC家族中最先进的FX2N型PLC作为主控制器，它最大范围地包容了标准特点、支持浮点运算、程式执行快，全面增加通信功能，并且提供了满足单个需要的大量特殊功能模块，为整个系统提供最大的灵活性和控制能力.系统选用FX2N-8AD 8通道模拟量输入模块实现A/D转换，该模块提供16bit高精度分辨率，符合系统设计要求.温湿度的测量选用深圳汇智联合科技公司的TH-01型智能温湿度传感器，其独特风道设计能有效地测试真实温湿度.氧气传感器选用氧化锆氧传感器(氧探头)变送板O2I-Flex，二氧化碳传感器选用红外二氧化碳传感器变送板IRC-TM，以上两种设备均来自深圳市新世联科技有限公司，所提供的4mA—20mA或0V—5V的标准输出使得与A/D模块连接变得更加方便.光强传感器采用北京易盛泰和科技有限公司的YS-CG-X系列光照度传感器，它的输出信号为4mA—20mA，量程为0lux—2000lux、2万、20万可选，符合室内监测要求.对大棚内空气的加湿、干燥、加热、制冷及换气等则需要空调生产厂家的技术支持.

3 结论

本文搭建了一套高效节能的大棚环境质量监控系统.它对于改造大棚环境、提高蔬菜质量与产量具有重要指导意义.该套系统也可应用于大型会议场所、运动场所以及养殖孵化等农业产业化领域.

［1］李凤梅，王彩玲，刘丽，等.大棚蔬菜种植技术探讨［J］.现代农业科技，2009，(5)：86-88.

［2］徐德.可编程序控制器(PLC)应用技术［M］.济南：山东科学技术出版社，1996.1-5.

［3］王晓瑜.PLC在热力控制系统中的改造及应用［J］.渭南师范学院学报，2010，25(5)：22-25.

［4］鲁远栋.PLC机电控制系统应用设计技术［M］.北京：电子工业出版社，2006.103-107.

［5］程周.PLC技术与应用［M］.福州：福建科学技术出版社，2004.1-9.

［6］杨公源.可编程控制器(PLC)原理与应用［M］.北京：电子工业出版社，2004.25-30.

［7］宋德玉.可编程序控制器原理及应用［M］.北京：人民邮电出版社，2002.16-18.

［8］宫淑贞.可编程控制器原理及应用(第1版)［M］.北京：人民邮电出版社，2002.1-6.

［9］胡学林.电气控制与PLC(第l版)［M］.北京：冶金工业出版社，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

渭南师范学院重点科研计划项目(10YKF012)

肖令禄(1981—)，男，甘肃临洮人，渭南师范学院物理与电气工程学院讲师，西安理工大学在读硕士.研究方向：嵌入式系统设计.

［责任编辑 马小侠］