PLC技术支持下的智能蔬菜大棚控制系统

韦湛兰

（百色职业学院 广西百色 533000）

二十一世纪是一个科学技术发展的时代，新的先进技术被广泛应用于社会的各个领域中。农业作为我国的第一产业，更要转变传统的农业种植模式，跟随时代发展步伐，应用现代农业技术，以取得良好的发展。目前，大棚蔬菜已经成为当下较为常见的种植方式之一。蔬菜大棚可以为蔬菜提供其所需要的阳光、温度、湿度，为其创造良好的生长环境，种植反季节蔬菜，给人们提供更多的蔬菜选择。为提高蔬菜大棚的控制水平，实现蔬菜大棚的自动化控制，大棚种植可充分应用PLC技术。该技术能够创新设计智能蔬菜大棚的控制系统，使蔬菜大棚技术更加成熟，得到更广泛的应用。

一、PLC技术支持下智能蔬菜大棚控制系统的研究

在搭建以PLC为核心的硬件电路时，蔬菜大棚设计应当遵循经济性原则，根据其控制系统的需求来选择适宜的PLC型号，满足各项控制指标的要求，保障蔬菜大棚控制功能的同时，减少控制系统的设计成本。智能蔬菜大棚控制系统软件的设计，可将其分为下位机PLC程序设计和上位机监控系统软件设计两部分，控制系统以组态王软件KingView6.55为平台设计上位机监控系统，以西门子STEP7Micro/WINV4.0 SP9为平台设计下位机控制系统[1]。其可建立PLC与上位机监控软件的通信，利用物联网技术来实现远程监控。

在设计PLC支持下的智能蔬菜大棚控制系统时，其应当注意以下内容：一是要以PLC技术为控制核心，以温湿度传感器、土壤湿度传感器作为实时模拟量采集器件，利用PLC自带的模拟量输入模块将模拟量化为数字量传送给PLC进行运算。二是以卷帘、遮阴帘、水泵、加热器作为执行器件，实时调节大棚的温湿度、土壤湿度，使大棚的温湿度、土壤湿度始终保持在设定的范围内。三是通过组态王软件，利用上位计算机进行远程监控[2]。

其开窗通风的功能由PLC控制系统控制卷帘电机来实现，以降低蔬菜大棚中的湿度，当大棚内湿度达到规定数值后便会停止卷帘电机的运作。要想增加大棚的土壤湿度，其需要自动化控制水泵，当土壤湿度达到要求后便停止水泵。大棚内的温度控制，可以通过自动化控制加热器来调节，当温度达到预设值之后便停止加热器运作，若是想要降低蔬菜大棚中的温度，则可以控制遮阴帘电机。另外，利用上位机监控软件，可对蔬菜大棚控制系统的运行进行有效的监控和管理。

二、PLC技术支持下智能蔬菜大棚控制系统的组成结构及设计

（一）PLC技术支持下智能蔬菜大棚控制系统的组成结构

在PLC技术支持下，设计智能蔬菜大棚控制系统，需要充分应用传感器技术。智能系统主要是在蔬菜大棚中设置一定数量的传感监控装置，来实时监测蔬菜大棚内部环境的各项因素，如温度、湿度和光度等。该系统将收集到的这些数据作为控制蔬菜大棚的有效依据，根据大棚内真实的环境状况来进行自动化分析，再通过PLC驱动模块来实施针对性的调整和控制。PLC技术的应用，加深了蔬菜大棚控制智能化、自动化的程度。

PLC技术支持下智能蔬菜大棚控制系统的组成结构主要分为用户管理接口模块、数据处理中心模块和无线网络接口模块。无线网络接口板块可以分为无线通信模块和PLC驱动模块。无线通信模块中涉及到多个传感器装置，即温度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器和视频监控系统。PLC驱动模块中则分为温控辅助系统、开窗机械系统、拉幕机械系统、灌溉机械系统、通风机械系统、光照辅助系统。这些传感器和系统，能够全面采集蔬菜大棚中的各项参数信息，可直接将所采集到的信息传输到系统后端，进入到数据处理中心，然后通过计算服务器来对这些信息进行储存、整理和分析，将处理好的信息再反馈到相关的控制设备，以便其作出相应的调节。需要注意的是，这些数据可由上层用户来进行管理，或是为上层用户提供管理接口，接收其传递来的控制数据和指令[3]。

智能蔬菜大棚中的控制系统与数据传递中心的信息互通是由无线通信模块部分实现的，当其控制系统中的功能部件接收到数据处理中心的指令后，便将这些内容转变为数字化信号，由蔬菜大棚的控制设备来模拟和执行这些信号，实现自动化管控。

当前，智能蔬菜大棚控制系统中使用的各类传感器，都可以使用目前市面上已有的传感器设备。PLC驱动模块的各类系统也同样能通过市面成熟的功能部件来实现。其设计的重点应该放在PLC驱动控制模块和数据处理中心部分，需要构建强大的数据处理系统，完善其算法，使之处理结果更加合理和精准，并要利用稳定的无线通信设备来连接数据处理中心和PLC驱动控制，以便于真正实现蔬菜大棚的智能化控制。

（二）PLC驱动控制系统设计

在智能蔬菜大棚的控制系统中，其所有的控制部件都要靠电机驱动来运行，也就是说提高控制部件的功能性，便能进一步加强蔬菜大棚的自动化控制。为此，智能化设计可充分应用PLC技术，利用PLC自动控制系统工作原理，来提升蔬菜大棚的智能化水平。

在使用PLC控制系统的时候，用户可以向其发出相关的控制指令，也可以直接将控制方案、参数进行预先设置，由PLC控制系统来执行。PLC控制器要对蔬菜大棚中的驱动电机位置及其运动速度进行有效的监控和管理，收集当前蔬菜大棚中的实际参数，然后将这些参数与控制指令或是预设参数进行对比，作出正确的计算，找到具体参量，按照这一数据来控制步进电机，使之驱动来实现有效控制和调节。智能设计可选择混合式步进电机。该电机在控制方面有着较好的灵活性，采用的是永磁式、反应式相结合的控制形式，能够在实际运用中取得较好的控制效果，有利于自动调节蔬菜大棚中的温度、湿度、通风等[4]。

三、PLC技术支持下的无线通信系统设计

PLC技术支持下的无线通信系统，是智能蔬菜大棚控制系统中的重要组成部分。其应用效果直接关系着整个蔬菜大棚的控制成效，必须对其进行科学的设计，满足于蔬菜大棚系统的自动化需求。我们可在蔬菜大棚中装置各类不同的传感器，以便于检测和管控大棚中的环境因素。针对蔬菜大棚中种植农作物品种的不同，以及其对种植环境的要求，我们可适当地调整传感器的种类和数量。由于所应用的传感器和控制设备数量比较多，如果所有的系统都使用有线传输，那么不仅会增加传输成本，还不利于蔬菜大棚的维护。因此，我们应当采取无线通信系统设计，根据蔬菜大棚传感器、控制设备的实际应用状况，来选择适宜的无线通信接口方式。经过调查分析发现，在传感器和控制设备运行的时候，其所产生的数据量并不是太大，无线串口方式便可以满足其通信需求。这种通信方式是低速率传输，具有传输便利、稳定的特点，而且有着良好的抗干扰性。

智能蔬菜大棚控制系统的设计成本，需要控制在一定范围内，尽量在不影响其控制效果的基础上，降低设计成本。我们可选择嵌入式设备来处理无线信号，如应用ARM嵌入式处理器。这种处理器的功能非常强大，可与无线通信模块相连接，满足智能蔬菜大棚控制系统的控制需求。我们在设计无线通信模块的时候，同样可选择嵌入式的微控制器，将其部署在无线通信单元中，利用这个控制器来转换无线信号，同样是护具格式，进行有效的处理。

四、结束语

利用PLC技术来设计智能蔬菜大棚控制系统，还需要解决多方面的问题。在未来的研究过程中，我们应当分配I/O点并设计PLC外围硬件线路，科学设计相关的控制程序，并对所设计的程序进行模拟调试，以确保此程序的顺利运行。智能设计还要组号联机调试工作，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试，如不符合要求，则对硬件和程序作调整。科学的智能蔬菜大棚控制系统，不仅能充分体现PLC技术的有效作用，还能真正实现蔬菜大棚的自动化控制，减少人工负担，提高现代农业发展中的科技含量，推动现代农业的长远发展。