一種基于PLC的植物工廠環(huán)境新型監(jiān)控系統(tǒng)
相關(guān)鏈接： 中國(guó)安全網(wǎng) 中國(guó)質(zhì)量網(wǎng) 中國(guó)論文網(wǎng) 中國(guó)資訊網(wǎng)
作者：鄭曉敏
植物工廠智能環(huán)境控制系統(tǒng)就是對(duì)溫室內(nèi)作物生長(zhǎng)的主要環(huán)境參數(shù)進(jìn)行測(cè)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)作物的生長(zhǎng)環(huán)境的自動(dòng)控制，創(chuàng)造適宜作物生長(zhǎng)發(fā)育的環(huán)境條件。
針對(duì)植物工廠各溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)（溫度、濕度、光照和C02濃度等）采集、監(jiān)控的需要，本文設(shè)計(jì)了基于PLC的植物工廠環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。此系統(tǒng)是在檢測(cè)溫度、濕度和氣體濃度的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)植物工廠內(nèi)小環(huán)境的調(diào)節(jié)，使整個(gè)系統(tǒng)更加自動(dòng)化。
1 方案及控制
植物工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總的設(shè)計(jì)方案如圖1所示，系統(tǒng)主要由上位機(jī)、傳感器、下位機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)4個(gè)主體部分組成。首先由各環(huán)境參數(shù)傳感器采集數(shù)據(jù)，然后通過A/D轉(zhuǎn)換模塊，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，上傳到PLC系統(tǒng)中。PLC作為控制中心，對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)來控制電機(jī)設(shè)備，如加熱器、加濕器和補(bǔ)光燈等的啟動(dòng)和停止，使各環(huán)境因素保持在適合植物生長(zhǎng)的最佳范圍內(nèi)。觸摸屏采用MCGS組態(tài)界面，通過RS-485接口和PLC保持通訊，對(duì)植物工廠環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。
2硬件選擇
2.1 PLC選擇
本系統(tǒng)選用三菱FX2N-32MR型號(hào)的PLC作為控制主機(jī)，該型號(hào)的PLC共有32個(gè)I/O口，為繼電器輸出，既可帶交流負(fù)載，又可帶直流負(fù)載。同時(shí)擴(kuò)展有8路模擬量輸入通道的FX2N-8AD，轉(zhuǎn)換傳感器采集的各種環(huán)境數(shù)據(jù)[2]。
(2)模擬量輸入通道分配如表2所示。
2.2 傳感器選擇
溫度傳感器選用日本林電工產(chǎn)品HAYASHIDENKO鉑電阻PT-100，該傳感器溫度測(cè)量范圍廣，測(cè)量精度高。傳感器技術(shù)參數(shù)如下：測(cè)量精度±0.5℃，測(cè)量范圍-40℃～100℃，輸出信號(hào)420 mA。
濕度傳感器選擇JX95/01。該濕度傳感器采用專用溫度補(bǔ)償電路和線性化處理電路。傳感器技術(shù)參數(shù)如下：12/24 V DC供電，測(cè)量精度±3%RH，測(cè)量范圍0～100%RH，輸出信號(hào)420 mA。
C02傳感器選用深圳矢量聯(lián)合科技有限公司生產(chǎn)的VEC2000系列的紅外C02檢測(cè)儀。該檢測(cè)儀采用NDIR紅外C02傳感器，精度高，響應(yīng)時(shí)間短。技術(shù)參數(shù)如下：測(cè)量精度±30ppm+3%讀數(shù)，穩(wěn)定性2%，分辨率1 ppm，測(cè)量范圍0 ppm～5 000 ppm，輸出信號(hào)420 mA。
光照傳感器選用NHZD10AI，該傳感器采用進(jìn)口的專用照度傳感核心，其穩(wěn)定性好、抗外界干擾能力強(qiáng)。其技術(shù)參數(shù)如下：靈敏度8μ A/Lx，測(cè)量范圍0 Lx～2 000 Lx，輸出信號(hào)4 mA～20 mA。
2.3硬件接線圖
PLC的外部接線圖如圖2所示。
3軟件設(shè)計(jì)
3.1 PLC程序設(shè)計(jì)
植物工廠系統(tǒng)包括兩種運(yùn)行狀態(tài)：手動(dòng)操作狀態(tài)和自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。如果植物工廠控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者需要人工操作時(shí)，將操作系統(tǒng)調(diào)整為手動(dòng)狀態(tài)，傳感器停止對(duì)環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，不同的開關(guān)按鈕控制不同電動(dòng)設(shè)備的啟動(dòng)和停止，以此來保證植物工廠的正常運(yùn)行。
一般情況下，控制系統(tǒng)采用自動(dòng)控制的方式。溫濕度、C02和光照傳感器對(duì)植物工廠內(nèi)的環(huán)境因素進(jìn)行檢測(cè)，通過PLC的A/D轉(zhuǎn)換模塊將檢測(cè)出來的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號(hào)發(fā)送給PLC。PLC通過對(duì)接收的數(shù)據(jù)與預(yù)定的數(shù)值比較，產(chǎn)生輸出控制信號(hào)，對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。
控制流程圖如圖3所示。
3.2人機(jī)界面設(shè)計(jì)
MCGS(Monitor and Control Generated System)是北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司研發(fā)的一套用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，該軟件基于Windows平臺(tái)，主要完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測(cè)、前端數(shù)據(jù)的處理與控制[3]。
在FX系列PLC與組態(tài)王實(shí)現(xiàn)通訊的系統(tǒng)中，組態(tài)王與PLC之間采用RS485協(xié)議的設(shè)備構(gòu)件實(shí)現(xiàn)通訊。
首先進(jìn)入登錄界面，如圖4所示，進(jìn)入系統(tǒng)后的運(yùn)行界面如圖5所示。
4小結(jié)
提供一個(gè)良好的生長(zhǎng)環(huán)境對(duì)植物至關(guān)重要。本系統(tǒng)的主要功能是完成植物工廠內(nèi)部環(huán)境參數(shù)的采集和處理，并直接控制現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，它以PLC作為控制核心，利用MCGS實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面，能實(shí)時(shí)處理各種情況。
5摘要：植物工廠的內(nèi)部溫度、濕度、C02濃度、光照度等都是影響作物生長(zhǎng)的重要環(huán)境因素。介紹了一套基于PIC的植物工廠環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過傳感器檢測(cè)作物生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)，將此反饋給PLC完成數(shù)據(jù)處理，控制相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。利用MCGS組態(tài)對(duì)植物工廠環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。
