基于物联网的温室智能监控系统设计

赵冬梅

(湖南生物机电职业技术学院，湖南 长沙 410127)

1 系统总体框图

在物联网的技术框架之下设计了以PLC为核心的温室智能控制系统，以实现温室的智能化控制执行机构和可靠地监测温室环境信息等功能。图1为温室智能控制系统整体框架结构图。

该系统以PLC作为控制核心，包括由系统的电源、启停按钮、触摸屏等组成的电气控制柜；PLC的输入设备包括温湿度传感器、土壤湿度传感器、卷帘及遮阴帘的限位传感装置；PLC的输出设备包括水泵、加热器、卷帘及遮阴帘的控制接触器及报警模块等组成；GM10-DTU模块作为智能终端按照Modbus通信协议与触摸屏进行实时的数据读写、实现云端平台及手机APP上的远程监控。

图1 温室智能控制系统整体框架结构图

用户通过手机或者电脑可以访问环境监测的实时或者历史数据，也可以远程控制执行机构的运行，极大地减少了人在整个系统中的参与。

2 现场控制系统设计

2.1 PLC控制系统硬件设计

通过分析温室智能控制系统的功能，得到该系统需要6个输入点，9个输出点。本着经济型的原则，选用西门子公司生产的Smart 200PLC。

SR30 AC/DC/RLY作为本系统的控制核心，选择EM AM06为模拟量扩展模块。该型号的 PLC基本单元集成 18个开关量输入点，12个开关量输出点，RS485和以太网口各一个通信接口。AM06模块包括4路模拟量输入及2路模拟量输出。满足该控制系统的设计要求。PLC的I/O分配如表1所示。

表1 PLCI/O分配

2.2 PLC控制系统软件设计

温室环境主要从空气温度、湿度以及土壤湿度3个方面进行调节。PLC控制系统采集温湿度传感器和限位开关的状态，智能控制遮阴帘电机、卷帘电机、水泵及加热器的启动、停止。最终维持温湿度、土壤湿度等指标保持在设定的范围内。程序控制流程如图2所示。

图2 程序控制流程

PLC将土壤湿度传感器输出的最小及最大的模拟量信号转换为0～100之间的实数保存在VD108中，来反映当前土壤湿度的大小。将VD108与特定大小的数值做比较，PLC控制执行机构如卷帘及水泵的接通与断开[3]。

图3 土壤湿度模拟量的处理程序

2.3 MCGS人机界面设计

触摸屏具有简单易用、灵活性高、价格较低等特点，是当今社会进行人机界面交换的主要设备。本文采用MCGS的TPC7062系列触摸屏，并以此设备为基础实现远程监控。触摸屏的组态设计包括：远程监控界面、报表的生成界面、温湿度趋势界面、报警界面及远程控制界面[3]。系统的主要运行界面如图4所示。

图4 触摸屏主界面

3 远程监控系统设计

本设计将MCGS的TPC7062系列触摸屏连接到EMCP物联网云平台，实现电脑Web页面、手机APP对MCGS触摸屏的远程监控[4]。所需设备包括：MCGS TPC7062KT触摸屏1台、蓝蜂科技GM10-DTU模块1台及有4G流量的SIM卡。MCGS与DTU模块的通信连接如图5所示。

图5 MCGS与DTU模块的通信连接

3.1 MCGS从站创建

Modbus协议，是由 Modicon公司开发设计的一种通讯协议，目前已经作为一种标准，在工业领域被广为应用。许多PLC、DCS、智能仪表等工业设备都使用Modbus协议作为其通讯协议标准。MCGS软件及TPC触摸屏支持标准ModbusRTU、ASCII、TCP协议，并以此作为与其它软件及设备互通标准的通讯协议。本项目通过对MCGS进行Modbus串口数据转发作为EMCP平台定时采集触摸屏的数据和EMCP平台对触摸屏进行读写操作的数据。配置过程如图6所示[5]。

3.2 EMCP平台设置

用管理员账号登录EMCP平台www.lfemcp.com，对EMCP云平台进行设置。主要步骤如下：

远程配置DTU，一是与MCGS触摸屏通讯的串口参数，二是设置DTU定时采集触摸屏数据的MODBUS通道参数。

图6 MCGS的Modbus通信参数配置

新建数据规则，选择列表或组态展示，按Modbus配置新增实时数据。

云摄像头接入，从而实现web、APP等终端对现场视频监控的功能。

4 系统联调

在手机上安装《云联物通》APP，进入设备列表后点击MCGS触摸屏设备，直接进入的是实时数据列表页面或组态画面，点击右上角菜单栏，弹出功能菜单，在菜单中点击读写数据，对读写数据进行读写操作，点击历史报表查看设备的历史存储数据报表，点击历史曲线可查看各数据的历史趋势图，点击报警信息查看该设备的报警记录，点击设备详情，查看设备的详细信息或视频画面。手机APP操作画面如图7所示。

图7 手机APP操作画面

5 结语

用西门子S7-200 Smart系列小型化PLC CPU SR30为本系统的控制核心，以MCGS的TPC7062系列触摸屏及EMCP云平台为监控软件，设计一套温室智能控制系统，实现温室温度、湿度等环境因素的自动调节和远程监控。给出了系统的总体结构框图、程序流程图及MCGS监控界面设计和通信的配置过程。该智能控制系统人机界面良好，自动化程度高，实现了温室大棚的智能化、远程化管理，可以节约人工成本，提高种植效益。