張宏偉　邵帥帥

摘 要：設計了一個基于PLC的香菇生長環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在不同階段對所需的溫度和濕度進行實時監(jiān)控，以構造最適合香菇生長的環(huán)境，提高香菇生產(chǎn)效率。系統(tǒng)主要包括由三菱PLC、特殊功能模塊、傳感器、噴水閥、熱風機、側窗電機構建的下位機傳輸控制系統(tǒng)，以及組態(tài)王軟件、三菱PLC編程軟件GX Developer構建的上位機監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)共設置了2個監(jiān)測點，將2個傳感器分布在2個監(jiān)測點上，釆集環(huán)境信息傳送到下位機，并在上位機進行實時監(jiān)測。

關鍵詞：PLC；組態(tài)王；智能控制：環(huán)境監(jiān)控

DOI：10.11907/rjdk.171548

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A 文章編號：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

隨著人們生活水平的不斷提高，對菌類的需求量日益上升，而香菇在其中占據(jù)著重要地位。我國是世界上人工栽培香菇歷史最早的國家，其生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)周期短、產(chǎn)量穩(wěn)定、經(jīng)濟效益好。如今香菇已經(jīng)成為發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟、提高農(nóng)民收入的新興產(chǎn)業(yè)[1]。因此，提高香菇的生產(chǎn)效率，對我國經(jīng)濟發(fā)展具有重要的促進作用。然而，中國的香菇種植方式主要以大棚手工種植為主，很難滿足消費者需求，因此迫切需要一種能智能控制香菇生長環(huán)境的系統(tǒng)，以提高香菇生產(chǎn)效率?；赑LC的香菇生長環(huán)境監(jiān)控技術結合了計算機技術、自動控制技術、傳感器技術等，能夠實時監(jiān)測香菇的溫濕度值，實現(xiàn)對香菇生長環(huán)境的精確控制，為香菇提供最佳的生長環(huán)境，從而調節(jié)香菇產(chǎn)期并促進其生長。在實現(xiàn)高產(chǎn)、高效、優(yōu)質目標的同時，也節(jié)省了人力資源。

1 系統(tǒng)總體設計方案

本設計包括PC機、傳感器、PLC、熱風機、噴水閥、側窗與手動開關等，系統(tǒng)總體結構如圖1所示。該系統(tǒng)總體分為上位機與下位機兩部分，上位機采用組態(tài)王軟件顯示實時環(huán)境參數(shù)和執(zhí)行結構狀態(tài)，進行數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)處理，還可進行環(huán)境參數(shù)的設定與修改，以及修改報警值，實時記錄監(jiān)測點的溫濕度參數(shù)以供查詢。若采集到的數(shù)據(jù)超出設定范圍，系統(tǒng)便會報警；下位機利用溫濕度傳感器實時采集溫濕度信息并傳送給PLC，通過控制噴水閥、熱風機、側窗來調節(jié)溫濕度。系統(tǒng)還增加了手動開關控制，必要時可以進行人工調節(jié)，保證了系統(tǒng)的可靠性。

2 系統(tǒng)硬件設計

首先根據(jù)系統(tǒng)設計的具體要求選用PLC，要統(tǒng)計I/O（輸入/輸出）點數(shù)，而I/O點數(shù)的統(tǒng)計要綜合系統(tǒng)設計輸入、輸出的實際需求并預留10%～15%的裕量，然后選出正確的PLC。本套系統(tǒng)主要監(jiān)測的是溫度和濕度，I/O地址分配表如表1所示，I/O接線圖如圖2所示。

（1）PLC選擇。本系統(tǒng)選用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N-48MR-001型PLC，此型號PLC是DC輸入，AC電源。它的基本單元共有48個輸入/輸出端子，其中有24個輸出端子，24個輸入端子，可以滿足系統(tǒng)要求，也留出了充裕的端口供以后改進使用。

（2）模擬量輸入模塊配置。由于溫度和濕度環(huán)境參數(shù)需要模擬量輸入功能模塊進行采集，系統(tǒng)選用了FX2N-4AD模擬量輸入功能模塊，兩組溫濕度傳感器同時進行采集，其中FX2N-4AD的CHI1采集溫度1，CH2采集溫度2，CH3采集濕度1，CH4采集濕度2。

（3）通訊模塊配置。由于RS-485具有數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbit/s，抗噪聲干擾性好，最大傳輸距離可達3 000m等優(yōu)點，目前成為首選的串口通信接口標準。因此，本套系統(tǒng)的PLC采用RS-485通訊接口方式，上位機采用RS-232通訊接口方式，兩者經(jīng)三菱FX-485PC-IF接口單元（信號轉換器）完成信號轉換任務。endprint

（4）傳感器選型。本系統(tǒng)選用了北京昆侖海岸傳感器技術中心生產(chǎn)的JWSL-2AT型一體式溫濕度變送器，其主要特點是將變送器和溫濕度傳感器進行了集成一體化設計，在其內部特別采用了專用溫度補償電路，并且還使用了線性化處理電路，具有響應速度快、精度高、性能可靠、抗干擾能力強、使用壽命長等優(yōu)點。另外，其輸出線性信號也非常好，可以進行遠距離傳輸。它的輸出標準為4～20mA的電流信號，使用更加方便。

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 PLC程序設計

基于PLC的香菇生長環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)設計分為自動控制和手動控制部分，該系統(tǒng)的PLC程序可以實現(xiàn)手動/自動控制的任意切換，二者互不影響?？刂葡到y(tǒng)流程如圖3所示。

（1）PLC上電瞬間，通過特殊輔助繼電器M8002產(chǎn)生的第一個掃描周期脈沖將溫濕度參數(shù)的上下限通過MOV指令傳送到相應的數(shù)據(jù)寄存器D中，完成初始化相關工作。其中濕度的上限值、下限值分別為60%RH和70%RH；溫度的上限值、下限值分別為24℃和27℃。

（2）系統(tǒng)總共對2個監(jiān)測點的溫濕度進行采集，利用溫濕度傳感器將溫濕度信息傳送給FX2N-4AD模擬量輸入模塊，使用FROM/TO（P）指令進行數(shù)據(jù)采集，并傳送到PLC中。然后對各數(shù)據(jù)采集口進行相關的數(shù)據(jù)處理，以達到程序設計要求。其中CH1-CH4采集2組溫濕度參數(shù)，然后分別存入PLC的寄存器D0-D3，平均取樣4次。

（3）自動控制中的關鍵部分為環(huán)境參數(shù)高低判斷程序，它會根據(jù)采集到的溫濕度信息與預設溫濕度參數(shù)上下限值進行比較，從而自動控制執(zhí)行部件的動作，使其溫濕度符合香菇生長條件。在自動控制程序部分使用區(qū)間比較指令ZCP對溫濕度進行逐個對比，根據(jù)對比結果決定輸出執(zhí)行機構是否動作。若在區(qū)間內，執(zhí)行機構不動作，反之相應地執(zhí)行機構動作。

（4）執(zhí)行部件輸出控制程序是最終的執(zhí)行部分，其輸出部分有噴水閥、熱風機、側窗、高低溫報警以及輸出指示等。噴水閥和熱風機需要一個輸出口控制，而側窗需要兩個輸出口控制，因為側窗需要對電機進行正反轉控制，并且同時判斷其打開或關閉是否到位。

3.2 上位機設計

本系統(tǒng)的上位機軟件是組態(tài)王軟件，在該系統(tǒng)中可以實時顯示溫濕度參數(shù)信息，可以對標準值開關量進行設置，實時監(jiān)控香菇生長環(huán)境。該系統(tǒng)主要實現(xiàn)了數(shù)據(jù)顯示、溫濕度實時曲線、溫濕度歷史曲線、報表、報警窗口、參數(shù)設置、模擬動畫、用戶管理以及手/自動切換等功能，組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)功能如圖4所示。

本文設計的上位機采用PC+組態(tài)王KingView6.55， 再結合PLC技術，組成香菇生長環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。操作員在室內即可通過組態(tài)畫面掌握各監(jiān)測區(qū)域的實時及歷史環(huán)境信息，可以修改溫濕度參數(shù)上下限值及報警值，還可以通過組態(tài)畫面按鈕控制相應輸出執(zhí)行部件的動作。本系統(tǒng)的主畫面設計主要包括實時曲線、歷史曲線、報表、模擬動畫、報警、畫面切換、手動/自動切換、執(zhí)行機構狀態(tài)以及用戶登錄等部分。系統(tǒng)運行時，可通過點擊窗口圖標切換到相應子畫面，然后點擊子畫面切換到相應功能畫面。實時曲線窗口有溫度實時曲線和濕度實時曲線兩個子畫面，歷史曲線窗口有溫度歷史曲線和濕度歷史曲線兩個子畫面，報表窗口有溫度報表和濕度報表兩個子畫面，模擬動畫窗口有一個加溫加濕子畫面，報警窗口有實時報警和歷史報警兩個子畫面，畫面切換有一個手動監(jiān)控子畫面。系統(tǒng)可根據(jù)需要通過手動/自動按鈕切換到手動控制，環(huán)境參數(shù)可以實時顯示當前的溫濕度值。用戶管理中設置了用戶登錄、用戶配置、修改密碼以及退出登錄功能。系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)測畫面如圖5所示。

4 系統(tǒng)結果

系統(tǒng)中只查看實時顯示信息是遠遠不夠的，若將系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)用曲線形式表示出來，將會更加直觀，也能從規(guī)律中總結經(jīng)驗。在本系統(tǒng)有溫度歷史曲線和濕度歷史曲線，點擊各自窗口進入相應的曲線界面，歷史曲線包含監(jiān)測點的溫度或濕度信息，使其規(guī)律更加清晰，1號監(jiān)測點溫度的歷史曲線如圖6所示。

5 結語

本系統(tǒng)設計包含下位機的軟硬件設計和上位機的軟件設計，是一套可操作性強、性價比與實用價值高的自動控制系統(tǒng)。通過對該系統(tǒng)的分析與測試，在設計中運用溫濕度傳感器和PLC相結合的技術，能夠穩(wěn)定實現(xiàn)香菇生長過程中的溫濕度參數(shù)采集，為香菇提供最佳的生長環(huán)境。運用組態(tài)王技術實現(xiàn)的監(jiān)控系統(tǒng)，其監(jiān)控畫面直觀、豐富、形象，并且功能強大，能夠實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的管理、監(jiān)測以及控制。該系統(tǒng)的應用可大大提高香菇產(chǎn)量，有效促進香菇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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（責任編輯：黃 ?。〆ndprint