PLC技術支持下的智能蔬菜大棚控制系統

韋湛蘭

（百色職業學院 廣西百色 533000）

二十一世紀是一個科學技術發展的時代，新的先進技術被廣泛應用于社會的各個領域中。農業作為我國的第一產業，更要轉變傳統的農業種植模式，跟隨時代發展步伐，應用現代農業技術，以取得良好的發展。目前，大棚蔬菜已經成為當下較為常見的種植方式之一。蔬菜大棚可以為蔬菜提供其所需要的陽光、溫度、濕度，為其創造良好的生長環境，種植反季節蔬菜，給人們提供更多的蔬菜選擇。為提高蔬菜大棚的控制水平，實現蔬菜大棚的自動化控制，大棚種植可充分應用PLC技術。該技術能夠創新設計智能蔬菜大棚的控制系統，使蔬菜大棚技術更加成熟，得到更廣泛的應用。

一、PLC技術支持下智能蔬菜大棚控制系統的研究

在搭建以PLC為核心的硬件電路時，蔬菜大棚設計應當遵循經濟性原則，根據其控制系統的需求來選擇適宜的PLC型號，滿足各項控制指標的要求，保障蔬菜大棚控制功能的同時，減少控制系統的設計成本。智能蔬菜大棚控制系統軟件的設計，可將其分為下位機PLC程序設計和上位機監控系統軟件設計兩部分，控制系統以組態王軟件KingView6.55為平臺設計上位機監控系統，以西門子STEP7Micro/WINV4.0 SP9為平臺設計下位機控制系統[1]。其可建立PLC與上位機監控軟件的通信，利用物聯網技術來實現遠程監控。

在設計PLC支持下的智能蔬菜大棚控制系統時，其應當注意以下內容：一是要以PLC技術為控制核心，以溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器作為實時模擬量采集器件，利用PLC自帶的模擬量輸入模塊將模擬量化為數字量傳送給PLC進行運算。二是以卷簾、遮陰簾、水泵、加熱器作為執行器件，實時調節大棚的溫濕度、土壤濕度，使大棚的溫濕度、土壤濕度始終保持在設定的范圍內。三是通過組態王軟件，利用上位計算機進行遠程監控[2]。

其開窗通風的功能由PLC控制系統控制卷簾電機來實現，以降低蔬菜大棚中的濕度，當大棚內濕度達到規定數值后便會停止卷簾電機的運作。要想增加大棚的土壤濕度，其需要自動化控制水泵，當土壤濕度達到要求后便停止水泵。大棚內的溫度控制，可以通過自動化控制加熱器來調節，當溫度達到預設值之后便停止加熱器運作，若是想要降低蔬菜大棚中的溫度，則可以控制遮陰簾電機。另外，利用上位機監控軟件，可對蔬菜大棚控制系統的運行進行有效的監控和管理。

二、PLC技術支持下智能蔬菜大棚控制系統的組成結構及設計

（一）PLC技術支持下智能蔬菜大棚控制系統的組成結構

在PLC技術支持下，設計智能蔬菜大棚控制系統，需要充分應用傳感器技術。智能系統主要是在蔬菜大棚中設置一定數量的傳感監控裝置，來實時監測蔬菜大棚內部環境的各項因素，如溫度、濕度和光度等。該系統將收集到的這些數據作為控制蔬菜大棚的有效依據，根據大棚內真實的環境狀況來進行自動化分析，再通過PLC驅動模塊來實施針對性的調整和控制。PLC技術的應用，加深了蔬菜大棚控制智能化、自動化的程度。

PLC技術支持下智能蔬菜大棚控制系統的組成結構主要分為用戶管理接口模塊、數據處理中心模塊和無線網絡接口模塊。無線網絡接口板塊可以分為無線通信模塊和PLC驅動模塊。無線通信模塊中涉及到多個傳感器裝置，即溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化碳傳感器、光照傳感器和視頻監控系統。PLC驅動模塊中則分為溫控輔助系統、開窗機械系統、拉幕機械系統、灌溉機械系統、通風機械系統、光照輔助系統。這些傳感器和系統，能夠全面采集蔬菜大棚中的各項參數信息，可直接將所采集到的信息傳輸到系統后端，進入到數據處理中心，然后通過計算服務器來對這些信息進行儲存、整理和分析，將處理好的信息再反饋到相關的控制設備，以便其作出相應的調節。需要注意的是，這些數據可由上層用戶來進行管理，或是為上層用戶提供管理接口，接收其傳遞來的控制數據和指令[3]。

智能蔬菜大棚中的控制系統與數據傳遞中心的信息互通是由無線通信模塊部分實現的，當其控制系統中的功能部件接收到數據處理中心的指令后，便將這些內容轉變為數字化信號，由蔬菜大棚的控制設備來模擬和執行這些信號，實現自動化管控。

當前，智能蔬菜大棚控制系統中使用的各類傳感器，都可以使用目前市面上已有的傳感器設備。PLC驅動模塊的各類系統也同樣能通過市面成熟的功能部件來實現。其設計的重點應該放在PLC驅動控制模塊和數據處理中心部分，需要構建強大的數據處理系統，完善其算法，使之處理結果更加合理和精準，并要利用穩定的無線通信設備來連接數據處理中心和PLC驅動控制，以便于真正實現蔬菜大棚的智能化控制。

（二）PLC驅動控制系統設計

在智能蔬菜大棚的控制系統中，其所有的控制部件都要靠電機驅動來運行，也就是說提高控制部件的功能性，便能進一步加強蔬菜大棚的自動化控制。為此，智能化設計可充分應用PLC技術，利用PLC自動控制系統工作原理，來提升蔬菜大棚的智能化水平。

在使用PLC控制系統的時候，用戶可以向其發出相關的控制指令，也可以直接將控制方案、參數進行預先設置，由PLC控制系統來執行。PLC控制器要對蔬菜大棚中的驅動電機位置及其運動速度進行有效的監控和管理，收集當前蔬菜大棚中的實際參數，然后將這些參數與控制指令或是預設參數進行對比，作出正確的計算，找到具體參量，按照這一數據來控制步進電機，使之驅動來實現有效控制和調節。智能設計可選擇混合式步進電機。該電機在控制方面有著較好的靈活性，采用的是永磁式、反應式相結合的控制形式，能夠在實際運用中取得較好的控制效果，有利于自動調節蔬菜大棚中的溫度、濕度、通風等[4]。

三、PLC技術支持下的無線通信系統設計

PLC技術支持下的無線通信系統，是智能蔬菜大棚控制系統中的重要組成部分。其應用效果直接關系著整個蔬菜大棚的控制成效，必須對其進行科學的設計，滿足于蔬菜大棚系統的自動化需求。我們可在蔬菜大棚中裝置各類不同的傳感器，以便于檢測和管控大棚中的環境因素。針對蔬菜大棚中種植農作物品種的不同，以及其對種植環境的要求，我們可適當地調整傳感器的種類和數量。由于所應用的傳感器和控制設備數量比較多，如果所有的系統都使用有線傳輸，那么不僅會增加傳輸成本，還不利于蔬菜大棚的維護。因此，我們應當采取無線通信系統設計，根據蔬菜大棚傳感器、控制設備的實際應用狀況，來選擇適宜的無線通信接口方式。經過調查分析發現，在傳感器和控制設備運行的時候，其所產生的數據量并不是太大，無線串口方式便可以滿足其通信需求。這種通信方式是低速率傳輸，具有傳輸便利、穩定的特點，而且有著良好的抗干擾性。

智能蔬菜大棚控制系統的設計成本，需要控制在一定范圍內，盡量在不影響其控制效果的基礎上，降低設計成本。我們可選擇嵌入式設備來處理無線信號，如應用ARM嵌入式處理器。這種處理器的功能非常強大，可與無線通信模塊相連接，滿足智能蔬菜大棚控制系統的控制需求。我們在設計無線通信模塊的時候，同樣可選擇嵌入式的微控制器，將其部署在無線通信單元中，利用這個控制器來轉換無線信號，同樣是護具格式，進行有效的處理。

四、結束語

利用PLC技術來設計智能蔬菜大棚控制系統，還需要解決多方面的問題。在未來的研究過程中，我們應當分配I/O點并設計PLC外圍硬件線路，科學設計相關的控制程序，并對所設計的程序進行模擬調試，以確保此程序的順利運行。智能設計還要組號聯機調試工作，從PLC只連接輸入設備、再連接輸出設備、再接上實際負載等逐步進行調試，如不符合要求，則對硬件和程序作調整。科學的智能蔬菜大棚控制系統，不僅能充分體現PLC技術的有效作用，還能真正實現蔬菜大棚的自動化控制，減少人工負擔，提高現代農業發展中的科技含量，推動現代農業的長遠發展。