基于PLC和组态王的香菇生长监控系统设计

张宏伟　邵帅帅

摘 要：设计了一个基于PLC的香菇生长环境监控系统，该系统可在不同阶段对所需的温度和湿度进行实时监控，以构造最适合香菇生长的环境，提高香菇生产效率。系统主要包括由三菱PLC、特殊功能模块、传感器、喷水阀、热风机、侧窗电机构建的下位机传输控制系统，以及组态王软件、三菱PLC编程软件GX Developer构建的上位机监控系统。系统共设置了2个监测点，将2个传感器分布在2个监测点上，釆集环境信息传送到下位机，并在上位机进行实时监测。

关键词：PLC；组态王；智能控制：环境监控

DOI：10.11907/rjdk.171548

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2017）009-0108-03

Abstract：This design with PLC as lower machine， PC machine is equipped with Kingview software for PC，which built a mushroom growth environment monitoring system based on PLC. The system can monitor the temperature and humidity in different stages in order to construct the optimal environment for the growth of mushroom and improve the growth efficiency of mushroom. This system mainly includes the Mitsubishi FX-2NPLC and the special function module， sensor， water pump， air blower， the lower machine transmission control system and the construction of the side window motor with Kingview software， Mitsubishi PLC programming software GX Developer to build the host computer monitoring system. A total of 2 monitoring points were set up， and the 2 sensors were distributed on the two monitoring points， the environmental information was collected and transmitted to the lower computer， after conversion， real-time transmission to the host computer，and real-time monitoring in the upper machine.

Key Words：PLC； Kingview；intelligent controls； environmental monitoring

0 引言

随着人们生活水平的不断提高，对菌类的需求量日益上升，而香菇在其中占据着重要地位。我国是世界上人工栽培香菇历史最早的国家，其生产成本低、生产周期短、产量稳定、经济效益好。如今香菇已经成为发展农村经济、提高农民收入的新兴产业[1]。因此，提高香菇的生产效率，对我国经济发展具有重要的促进作用。然而，中国的香菇种植方式主要以大棚手工种植为主，很难满足消费者需求，因此迫切需要一种能智能控制香菇生长环境的系统，以提高香菇生产效率。基于PLC的香菇生长环境监控技术结合了计算机技术、自动控制技术、传感器技术等，能够实时监测香菇的温湿度值，实现对香菇生长环境的精确控制，为香菇提供最佳的生长环境，从而调节香菇产期并促进其生长。在实现高产、高效、优质目标的同时，也节省了人力资源。

1 系统总体设计方案

本设计包括PC机、传感器、PLC、热风机、喷水阀、侧窗与手动开关等，系统总体结构如图1所示。该系统总体分为上位机与下位机两部分，上位机采用组态王软件显示实时环境参数和执行结构状态，进行数据传输与数据处理，还可进行环境参数的设定与修改，以及修改报警值，实时记录监测点的温湿度参数以供查询。若采集到的数据超出设定范围，系统便会报警；下位机利用温湿度传感器实時采集温湿度信息并传送给PLC，通过控制喷水阀、热风机、侧窗来调节温湿度。系统还增加了手动开关控制，必要时可以进行人工调节，保证了系统的可靠性。

2 系统硬件设计

首先根据系统设计的具体要求选用PLC，要统计I/O（输入/输出）点数，而I/O点数的统计要综合系统设计输入、输出的实际需求并预留10%～15%的裕量，然后选出正确的PLC。本套系统主要监测的是温度和湿度，I/O地址分配表如表1所示，I/O接线图如图2所示。

（1）PLC选择。本系统选用日本三菱公司生产的FX2N-48MR-001型PLC，此型号PLC是DC输入，AC电源。它的基本单元共有48个输入/输出端子，其中有24个输出端子，24个输入端子，可以满足系统要求，也留出了充裕的端口供以后改进使用。

（2）模拟量输入模块配置。由于温度和湿度环境参数需要模拟量输入功能模块进行采集，系统选用了FX2N-4AD模拟量输入功能模块，两组温湿度传感器同时进行采集，其中FX2N-4AD的CHI1采集温度1，CH2采集温度2，CH3采集湿度1，CH4采集湿度2。

（3）通讯模块配置。由于RS-485具有数据最高传输速率为10Mbit/s，抗噪声干扰性好，最大传输距离可达3 000m等优点，目前成为首选的串口通信接口标准。因此，本套系统的PLC采用RS-485通讯接口方式，上位机采用RS-232通讯接口方式，两者经三菱FX-485PC-IF接口单元（信号转换器）完成信号转换任务。endprint

（4）传感器选型。本系统选用了北京昆仑海岸传感器技术中心生产的JWSL-2AT型一体式温湿度变送器，其主要特点是将变送器和温湿度传感器进行了集成一体化设计，在其内部特别采用了专用温度补偿电路，并且还使用了线性化处理电路，具有响应速度快、精度高、性能可靠、抗干扰能力强、使用寿命长等优点。另外，其输出线性信号也非常好，可以进行远距离传输。它的输出标准为4～20mA的电流信号，使用更加方便。

3 系统软件设计

3.1 PLC程序设计

基于PLC的香菇生长环境的监测系统设计分为自动控制和手动控制部分，该系统的PLC程序可以实现手动/自动控制的任意切换，二者互不影响。控制系统流程如图3所示。

（1）PLC上电瞬间，通过特殊辅助继电器M8002产生的第一个扫描周期脉冲将温湿度参数的上下限通过MOV指令传送到相应的数据寄存器D中，完成初始化相关工作。其中湿度的上限值、下限值分别为60%RH和70%RH；温度的上限值、下限值分别为24℃和27℃。

（2）系统总共对2个监测点的温湿度进行采集，利用温湿度传感器将温湿度信息传送给FX2N-4AD模拟量输入模块，使用FROM/TO（P）指令进行数据采集，并传送到PLC中。然后对各数据采集口进行相关的数据处理，以达到程序设计要求。其中CH1-CH4采集2组温湿度参数，然后分别存入PLC的寄存器D0-D3，平均取样4次。

（3）自动控制中的关键部分为环境参数高低判断程序，它会根据采集到的温湿度信息与预设温湿度参数上下限值进行比较，从而自动控制执行部件的动作，使其温湿度符合香菇生长条件。在自动控制程序部分使用区间比较指令ZCP对温湿度进行逐个对比，根据对比结果决定输出执行机构是否动作。若在区间内，执行机构不动作，反之相应地执行机构动作。

（4）执行部件输出控制程序是最终的执行部分，其输出部分有喷水阀、热风机、侧窗、高低温报警以及输出指示等。喷水阀和热风机需要一个输出口控制，而侧窗需要两个输出口控制，因为侧窗需要对电机进行正反转控制，并且同时判断其打开或关闭是否到位。

3.2 上位机设计

本系统的上位机软件是组态王软件，在该系统中可以实时显示温湿度参数信息，可以对标准值开关量进行设置，实时监控香菇生长环境。该系统主要实现了数据显示、温湿度实时曲线、温湿度历史曲线、报表、报警窗口、参数设置、模拟动画、用户管理以及手/自动切换等功能，组态监控系统功能如图4所示。

本文设计的上位机采用PC+组态王KingView6.55， 再结合PLC技术，组成香菇生长环境监控系统。操作员在室内即可通过组态画面掌握各监测区域的实时及历史环境信息，可以修改温湿度参数上下限值及报警值，还可以通过组态画面按钮控制相应输出执行部件的动作。本系统的主画面设计主要包括实时曲线、历史曲线、报表、模拟动画、报警、画面切换、手动/自动切换、执行机构状态以及用户登录等部分。系统运行时，可通过点击窗口图标切换到相应子画面，然后点击子画面切换到相应功能画面。实时曲线窗口有温度实时曲线和湿度实时曲线两个子画面，历史曲线窗口有温度历史曲线和湿度历史曲线两个子画面，报表窗口有温度报表和湿度报表两个子画面，模拟动画窗口有一个加温加湿子画面，报警窗口有实时报警和历史报警两个子画面，画面切换有一个手动监控子画面。系统可根据需要通过手动/自动按钮切换到手动控制，环境参数可以实时显示当前的温湿度值。用户管理中设置了用户登录、用户配置、修改密码以及退出登录功能。系统组态监测画面如图5所示。

4 系统结果

系统中只查看实时显示信息是远远不够的，若将系统采集到的数据用曲线形式表示出来，将会更加直观，也能从规律中总结经验。在本系统有温度历史曲线和湿度历史曲线，点击各自窗口进入相应的曲线界面，历史曲线包含监测点的温度或湿度信息，使其规律更加清晰，1号监测点温度的历史曲线如图6所示。

5 结语

本系统设计包含下位机的软硬件设计和上位机的软件设计，是一套可操作性强、性价比与实用价值高的自动控制系统。通过对该系统的分析与测试，在设计中运用温湿度传感器和PLC相结合的技术，能够稳定实现香菇生长过程中的温湿度参数采集，为香菇提供最佳的生长环境。运用组态王技术实现的监控系统，其监控画面直观、丰富、形象，并且功能強大，能够实现对整个系统的管理、监测以及控制。该系统的应用可大大提高香菇产量，有效促进香菇产业的发展。

参考文献：

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（责任编辑：黄 健）endprint