某参种植基地自动化控制技术方案(II)

文/陈青峰 史文斌(浙江中控自动化仪表有限公司)

某参种植基地自动化控制技术方案(II)

文/陈青峰 史文斌(浙江中控自动化仪表有限公司)

五、控制器及通讯网络构成

●系统整体架构

系统整体构成

◎传感终端

智能大棚环境信息感知单元由无线采集终端和各种环境信息传感器组成。环境信息传感器监测空气温湿度、土壤水分温度、光照强度、二氧化碳浓度等多点环境参数，通过无线采集终端集中上传。

◎通信终端及传感网络建设

智能大棚无线传感通信网络主要由以下两部分组成：智能大棚内部感知节点间的自组织网络建设；智能大棚间及智能大棚与园区监控中心的通信网络建设。前者主要实现传感器数据的采集及传感器与执行控制器间的数据交互。智能大棚环境信息通过内部自组织网络在中继节点汇聚后，通过控制器CPU模块及辅助网络设备，实现与上层网络的对接。

◎控制终端

智能大棚环境智能控制单元由测控模块、电磁阀、配电控制柜及安装附件组成，控制器根据智能大棚内空气温湿度、土壤温度水分、光照强度及二氧化碳浓度等参数，对环境调节设备进行控制，包括内遮阳、外遮阳、风机、湿帘水泵、顶部通风、电磁阀等设备。

◎视频监控系统

作为数据信息的有效补充，基于网络技术和视频信号传输技术，对智能大棚内部作物生长状况进行全天候视频监控。该系统由网络型视频服务器、高分辨率摄像头组成，网络型视频服务器主要用以提供视频信号的转换和传输，并实现远程的网络视频服务。在已有Internet上，只要能够上网就可以根据用户权限进行远程的图像访问，实现多点、在线、便捷的监测方式。

◎监控中心

监控中心由服务器、多业务综合光端机、大屏幕显示系统、UPS及配套网络设备组成，是整个系统的核心。建设管理监控中心的目的是对整个示范园区进行信息化管理并进行成果展示。

◎应用软件平台

通过应用软件平台可将土壤信息感知设备、空气环境监测感知设备、外部气象感知设备、视频信息感知设备等各种感知设备的基础数据，进行统一存储、处理和挖掘，通过中心监控软件的智能决策，形成有效指令，通过声光电报警指导管理人员或以直接控制执行机构的方式调节设施内的小气候环境，为作物生长提供优良的生长环境。

●可编程逻辑控制器

中控分体式可编程控制器

CANopen通讯总线

该控制器通过Modbus/TCP与监控层进行通信，内部模块间使用CANopen总线，实现主CPU与IO模块间的通信，CANopen总线通信距离最长为800m，因此，对于大棚比较密集的区域，可通过光纤通信的方式，将以太网部署至若干接入点，主CPU模块通过以太网口直接接入以太网。各个大棚使用IO扩展模块进行控制，主CPU与IO扩展模块间通过CANopen通讯总线进行连接，从而实现稳定高效的通信，保证控制质量与控制安全。

农业温室智能环境监控系统

●控制器部署及通信方案

◎在园区每个智能大棚内，部署一块CPU模块，该CPU模块拥有1个RS-232、1个RS-485、1个以太网口，可扩展32个I/O模块，支持IEC61131-3国际编程，支持自由组态编程。

◎将系统控制所需的I/O模块，通过CANOpen总线+导轨安装方式，进行灵活安装，以此可保证系统的可扩展性。

◎对于部分传感器的数据，直接通过模拟量输入模块，进行采集并进入控制器。

◎对于各类田间传感器，采用物联网组网（无线方式），提高监测点部署和设置的灵活性，使其不受布线困扰。

◎基于物联网组网（无线方式）的采集传感器，通过RS-485接口直接进入大棚内的控制器CPU模块，从而在确保CPU模块与上层监控系统断网的情况下，大棚控制设备的单机运行和控制。

◎各大棚的CPU模块，可通过有线或无线（WiFi）的方式，与监控服务器建立通信联系，从而上传监控数据及接收控制指令。

◎部署在智能大棚内的触摸屏，通过以太网接口与CPU模块进行通信交互。

控制器组网示意图

棚内操控触摸屏

●控制模块扩展

后续随业务发展需要，可增加补光控制、供热控制等。当控制模块IO点数已无法满足控制需求时，可在每个大棚内非常方便地增加新的IO模块，可增加的模块包括（独立的AI、AO、DI、DO模块或者混合IO模块），模块采用导轨式安装，可非常方便地实现控制功能扩展需求。

模块安装导轨

物联网模块

●控制器触摸屏

为保证智能大棚内的控制质量，建议使用本触摸屏，触摸屏是以Cortex-A8 CPU为核心（主频600MHz）的高性能嵌入式一体化触摸屏；采用了26cm（10.2英寸）高亮度TFT液晶显示屏（分辨率1024×600），四线电阻式触摸屏（分辨率4096×4096）。

可支持支持自定义组态设置及监控流程图绘制功能。

●传感器物联网

对于田间传感器，将采用物联网通信方式，实现传感器的组网，构成的设备包括无线物联网和无线集中网关，相互间采用433MHz的WiFi频段进行无线通信，而后，通过无线网关的通信转换，实现物联网至通信网络之间的连接。

●整体组网示意图

通过以上介绍，可将系统整体运行网络，归纳为以下架构图：

系统整体组网图

●相关控制功能示意

卷帘的控制与状态反馈

土壤监测与灌溉控制

六、系统软件应用

数采、监控、分析、溯源、巡检管理、移动端应用，是浙大中控着重为贵公司构建的智慧农业自动化系统的软件功能。

●系统软件架构图

系统软件构成

●监控流程图

设备运行监控流程图

基于计算机端的监控软件，实现数据统计及设备运行状态的监测与远程控制；同时，可通过控制逻辑的组态，实现各种具体控制需求。

风机运行监控流程图

水肥一体化监控流程图

●移动端远程操控

手机和平板将成为内部本系统主体的UI界面，随时随地通过手机或平板，即可了解现场运行数据、运行状态，必要时可通过一定权限，实现远程控制。基于移动端App+Web监控页面的方式，实现在手机和平板电脑（支持安卓和iOS系统）上的展示和远程操控，是本系统的一大特色。甚至在各个大棚无需部署监控屏，拿着平板即可完成所有监控和巡视工作。

●内部巡检管理系统

贵公司整个园区占地较大，且存在未来逐步拓展成为拥有多个园区的农业集团，如何保证人员巡检、维护及设备管理，是摆在管理者面前的一项重点工作。浙大中控可为贵公司提供基于数据监控和移动端应用的巡检管理一体化解决方案。

借助于巡检管理功能，通过设备台账管理、设备信息管理等功能，实现管辖区域内所有设备的电子化管理；同时，可为每一台设备生成属于该设备独有的二维码并粘贴或悬挂于该设备处。而巡检人员在按计划路线进行例行巡检，通过扫描设备上的二维码，可获知设备基础配置信息、检修要求和待处理问题；同时，远程监控平台可记录巡检人员在什么时间点巡检过某台设备或者每个智能大棚。对于巡检过程中发现的问题，巡检人员可通过手机APP，及时提交故障描述，基于故障描述信息以及实时监控数据的对比，监控平台管理人员做出是否派遣维修人员前往现场处理的决定。

巡检管理流程

设备巡检应用

●微信应用

公司可申请一个微信公众号，浙大中控可为公司实现通过微信向对应控制器下发命令、通过微信查询现场数据以及数据溯源等功能（微信功能将按实际需求进行开发）。具体可实现的功能包括：

◎监控报警信息的微信实时推送；

◎微信服务与监控系统间的询问互动（如获取当前实时数据等）。

●系统软件分析功能

数据展示——曲线、饼图、柱状图

数据综合展示方式

数据报表对比

大棚数据综合展示

七、中控产品优势

●自动化领域的领军者

中控集团始创于1993年3月，是中国领先的自动化与信息化技术、产品与解决方案供应商，业务涉及流程工业自动化、智慧城市、智能建筑、科教仪器、机器人、油气、装备、新能源与节能等领域。

自成立以来，中控集团保持着快速稳健的发展节奏，现服务于全球上万家客户，遍及国内30个省市、自治区，以及亚洲、欧洲、非洲、南美洲等区域。作为一家涉及自动化、信息化等多领域的综合性集团公司，“中控”与“SUPCON”已成为业内国际知名品牌。

“推进节能减排，实现可持续发展”“以信息化带动工业化，用高新技术改造传统产业”，是浙大中控坚持不懈的追求。凭着自身的核心技术优势，中控集团出色完成多项国家“863”和科技攻关重大研究课题，主持制定了具有自主知识产权的EPA国际标准，参与制定多项国家标准。

目前，中控正全面进入农业自动化领域，希望通过在工业自动化领域的技术积累，助力农业现代化的发展。

●成熟可靠的控制器产品

基于为超过1万套中大型工业自动化控制系统提供“控制大脑”（DCS控制系统）的技术，浙大中控拥有最严苛的质量管控，从而使得中控控制器产品拥有极高的品质，并始终保持产品质量领先于国外竞争对手。

农业智能大棚的自动化控制，控制质量仍然是关键，我们选用的中控CCR6000彩虹系列可编程控制系统，是一套高品质、高可靠性的控制器产品。该产品在中国最大的控制系统生产基地（中控软件园）生产，与中控DCS控制系统来自同一产线，接受与DCS控制系统一致的严格质量检测，并在上千套智能建筑、智慧城市、自动化大棚项目上取得应用。

●中控在农业领域的其他业绩

由中控承接的智能粮库项目，通过控制器、通信网络和信息化系统，实现储备粮仓库的自动化监控，减少因为存储不当而引起的粮食损耗。

基于巡检机器人+无线温度变送器的芦苇堆场智能监控系统，通过应用机器人技术及物联网技术，实现堆场内各芦苇堆内部温度的有效监控，避免因为内部发酵造成堆体内部温度上升，从而杜绝堆体自燃事件的发生。

芦苇堆场现场照片

中控巡检机器人

八、总结

构建“某参种植基地自动化控制系统”的成果，可总结为以下四个方面，包括：

●自控：实现园区内绝大部分设备的自动化控制，减少人员工作量，提升操控的精准度；

●管控：设备管控、人员管控、生长过程管控、差异化管控；

●积累：通过构建存储数据库，完成数据存储、查阅、对比、反馈，为后续的分析、优化和溯源提供支撑；

●优化：历史最佳状态的捕获和优化，气象条件、时间等因数的联动优化控制，参数调整，通过管理带来优化；

希望通过“某参种植基地自动化控制系统”的构建，为贵公司现代农业的精细化、集约化管理带来实实在在的帮助。