基于云平臺的溫室溫濕度控制系統設計

摘要：隨著農業現代化的不斷推進，溫室溫濕度控制技術也得到了迅速發展。物聯網云平臺技術的快速發展，將其應用于溫室溫濕度控制，可以提高農業生產的效率和質量，推動農業現代化進程。基于此，要以溫室大棚中農作物生長過程中所需的溫度及濕度為理論研究基礎，設計基于Haiwell云平臺的可以實現本地、遠程及移動終端的實時控制溫室溫濕度的控制系統。

關鍵詞：云平臺物聯網溫濕度PLC控制系統

DesignofGreenhouseTemperatureandHumidityControlSystemBasedonCloudPlatform

LIManmanLIDengyan

ShandongHuayuUniversityofTechnology，Dezhou，ShandongProvince，253000China

Abstract：Withthecontinuousadvancementofagricultural modernization，thecontroltechnologyofgreenhousetemperatureandhumidityhasalsodevelopedrapidly.TherapiddevelopmentoftheInternetofThingscloudplatformtechnologyanditsapplicationingreenhousetemperatureandhumiditycontrolcanimprovetheefficiencyandqualityofagriculturalproduction，andpromotetheprocessofagriculturalmodernization.Basedonthis，thisarticlemainlytakesthetemperatureandhumidityrequiredintheprocessofcropgrowthinthegreenhouseasthetheoreticalresearchbasis，anddesignacontrolsystembasedontheHaiwellcloudplatformthatcanachievereal-timecontrolofgreenhousetemperatureandhumiditythroughlocal，remoteandmobileterminals.

KeyWords：Cloudplatform;InternetofThings;Temperatureandhumidity;PLC;Controlsystem

近年來，隨著物聯網技術和人工智能的快速發展，溫室溫濕度控制技術也得到了不斷的提升。一些發達國家在溫室環境調控技術、智能化農業裝備、農業物聯網等方面開展了大量的研究工作，不斷探索和提高溫室溫濕度控制的精準度和效率。在國內溫室溫濕度控制技術也得到了迅速發展，一些科研機構和農業企業開始重視溫室溫濕度控制的研究和應用。目前，我國在溫室溫濕度控制方面取得了一些重要的進展，智能化的溫室環境調控裝備，實現了對溫室內溫度、濕度、光照、CO2濃度等環境參數的精準調控[1]。

1控制系統總體方案設計

本文主要以溫室大棚中農作物生長過程中所需的溫度及濕度為理論研究基礎，可編程控制技術為下位機硬件設備基礎，以Haiwell物聯網云平臺技術和智能檢測技術為依托，研究一套基于Haiwell云平臺的智能溫室溫濕度控制系統。控制系統可實現本地、遠程及移動終端的全方位、多角度地實時控制農作物生長過程中的溫濕度，無須多人監管，實現故障多端報警，避免因設備故障處理不及時造成農作物減產。控制系統總體結構如圖1所示。控制系統包括手動模式與自動模式、數據同步、異常報警及異常處理等[2]。

2控制系統硬件設計

控制系統的硬件主要包括數據采集設備、主電路及控制電路控制所需的器件。本文中使用的傳感器為FT-WS溫濕度一體傳感器。主電路主要包括刀開關、斷路器、熔斷器、交流接觸器、熱繼電器。控制電路主要是PLC、中間繼電器。基于控制系統的所實現的功能、設計冗余、后期維修以及功能擴展等方面的考慮，PLC選用西門子300系列的CPU314C-2DP、數字量輸入/輸出模塊SM323、模擬量輸入模塊SM331以及模擬量輸出模塊SM332。

控制系統的主電路如圖2所示，熱風機、空調器、加濕機、除濕機、聲光報警器屬于開關設備，同時預留一條開關設備的電源電路。QK為刀開關，控制整個控制系統的電路通斷；QS1-QS5為斷路器，實現每個設備所在電路的通斷；FU1-FU6為熔斷器，分別對每個分線路實現短路和過載保護；KM1-KM5為交流接觸器主觸頭，用于實現電機的啟停控制；FR1-FR5為熱繼電器，對電機實現過載保護的作用。

根據系統的控制要求，確定了PLC需要采集和控制信號，從而確定了PLC需要控制的I/O點數，其中7個開關量輸入，5個開關量輸出，2個模擬量輸入。根據控制系統的I/O分配表確定PLC的硬件接線[3]，接線圖如圖3所示。

3控制系統軟件設計

控制系統的軟件設計主要包括兩個方面，分別是PLC的程序設計以及控制界面設計。根據控制要求，利用PLC實現手動模式與自動模式的轉換、每個設備電機的啟停控制、設定數據與實時數據的偏差處理、報警判斷等功能[4]。Haiwell云平臺提供的組態軟件提供了完整的工程解決方案及開發平臺，能夠實際地觀察到現場的情況，實現實時監控，完成數據采集、記錄及報警，同時可對安全級別進行控制，提高控制系統的安全性[5]。通過完成項目創建、變量定義、組態設計等工作。

控制系統操作如下：用戶可通過系統選擇此溫室的溫度和濕度；系統根據設定的溫度及濕度進行調節，曲線是溫濕度傳感器實時監測實際的溫濕度曲線；選擇按鈕，包括手動/自動切換、急停以及溫濕度報警等。手動時，使用者根據經驗使用啟動/停止按鈕控制設備的啟停；自動時，系統根據用戶預設的溫度、濕度，控制對應設備的啟停；急停按鈕可以一鍵停止所有設備運行。

4控制系統調試

控制系統調試分為兩部分，即PLC仿真調試和控制界面測試。PLC程序的仿真調試采用PLCSIM進行仿真與調試，不依賴于硬件進行測試，可加快開發進度。打開仿真軟件，載入程序，插入輸入值、輸出值表，并設定相應的輸入值，點擊CPU模式表，將CPU工作在“RUN”或“RUN—P”模式，打開程序，即可監控程序的運行。通過觀察對應按鈕與繼電器輸出情況，確認程序的運行情況，如圖4所示。

在Haiwell組態軟件中進行控制系統人機界面的測試，通過對畫面上相應位置進行操作，確定其運行情況，進行程序的相應調整，確保符合控制要求[6]。運行界面如圖5所示。

5結語

將物聯網云平臺技術應用到生產生活中，助力農作物高產，節約人力，增加用戶收入，振興鄉村發展。投入使用后比現有的本地控制可節約人力50%左右，提質增產10%左右，設備故障排除速度提高30%左右。控制系統為柔性系統，用戶可根據實際需要設定溫濕度數據，無須更換硬件，實現節約成本的目的。

參考文獻

[1]高貫磊，李長普，付帥帥，等.基于物聯網的智能溫室大棚控制系統設計[J].山東工業技術，2023（2）：71-77.

[2]季彥東.溫室大棚溫濕度智能控制策略研究與實現[D].沈陽：沈陽大學，2021.

[3]金龍國.基于PLC的智能溫室控制系統設計[J].電氣傳動自動化，2022，44（3）：27-31.

[4]GARCíA-MA?ASF，H?GGLUNDT，GUZMáNJL，etal.Multivariablecontrolofnighttimetemperatureandhumidityingreenhousescombiningheatinganddehumidification[J].IFACPapersOnLine，2023，56（2）：9900-9905.

[5]PERDANASARIL，ETIKASARIB，RUKMIDL.Controlsystemfortemperature，humidity，andammonialevelsinlayinghensfarmsbasedoninternetofthings[J].IOPConferenceSeries：EarthandEnvironmentalScience，2023，1168（1）：012053.

[6]閆金鑫，白龍，付東輝，等.基于PLC和物聯網的現代農業溫室監控系統設計[J].科學技術創新，2021（20）：54-55.