基于PLC的现代农业大棚自动控制设计

陈蓓玉 管振玉

（南京信息工程大学，江苏南京210044）

0 引言

我国塑料大棚和温室的建设面积已经从20世纪90年代初的40多公顷发展到现在的近15.67万公顷。但其中温室总量60%以上是农户自建的简易拱棚，而在这60%中的绝大部分存在能源浪费、单位面积产量低等问题，且其对环境的综合调控方式近乎停留在生炉升温、点灯补光阶段，未曾发展。本设计利用PLC技术、组态技术实现大棚内环境参数的实时监测并根据监测数据自动调节大棚环境的功能，为作物提供最合适的生长环境，从而提高作物的产量、质量和能源利用率。

1 系统功能

系统分为自动和手动两种工作模式，监测与控制对象为温度、光照、湿度。处于自动模式时，通过温湿度光照一体传感器采集温度、湿度、光照数据。PLC作为主站获取传感器监测的温度、湿度、光照数据并进行处理判断，从而控制执行机构工作控制和维持大棚内的环境。处于手动模式时，通过人机交互界面实时观测大棚内的环境参数，手动控制开关开合以启动或关闭天窗、风机、补光灯、水泵，从而控制和维持大棚环境。

2 系统硬件设计

2.1 系统硬件的组成原理

处于自动模式时，用户可以通过人机交互界面设定I/O域输入的温湿度光照的上下限值，PLC根据各项参数的设定范围自动控制执行机构动作，调节大棚内的温度、湿度和光照，直到各项参数处于设定的上下限范围内为止。处于手动控制模式时，用户通过人机交互界面观察PLC实时采集的大棚内温度、湿度、光照信息，转动转换开关手动开关天窗、风机、补光灯、水泵等设备，实现对大棚环境参数的调节。

2.2 输入输出信息及I/O地址分配

系统需要多个温湿度光照一体传感器输入的信号；输出信号控制对象有天窗、风机、补光灯、水泵等，其输入、输出信息及I/O地址分配表如表1、表2所示。

表1 输入信息

2.3 PLC接线图

由输入、输出信息及I/O分配表可得菲尼克斯PLC的接线方式。系统采用全球通用的UNO-POWER电源，将220 V交流电转换为24 V直流电为系统供电。由于PLC输出触点带负载能力较弱，如果直接带动风机、天窗舵机等负载容易损坏设备，故采用中间继电器作为中间过渡设备，间接控制负载。该型PLC的通信电压、分段电压、总线耦合器和主电压及中间继电器均为24 V直流电驱动。具体接线图如图1所示。

表2 输出信息及I/O分配

图1 PLC接线图

3 系统软件设计

该系统程序由菲尼克斯PLC配套软件PCWORX编写，使用功能块图语言（FBD）。系统上电后，主程序完成系统初始化，可以通过观察Inline控制器及其组态部件上的指示灯判断系统是否存在故障。转动转换开关，若选择手动控制工作模式，则大棚内天窗、风机、补光灯、水泵由控制箱手动开关控制，观察人机交互界面实时数据，开关相应的执行机构，调节相应环境参数；若是选择自动控制模式，主程序调用光照温湿度子程序，实时采集光照、温度、湿度数据并与各项参数设定范围比较，从而动作执行机构。主程序和光照温湿度子程序流程图如图2、图3所示。

4 结语

此温室农业大棚的设计可以实现对大棚内相应环境参数的实时监测与调节，为作物提供良好、持续的生长环境，可以有效提高作物产率及品质。同时，此设计通过人机交互界面和控制箱就可以完成对系统的手动和自动控制，操作简单方便，适合广大农民同志使用。所以，此设计有助于提高我国农业大棚的生产水平，推动我国农业的发展，希望得到广泛推广。

图2 主程序流程图

图3 光照温湿度子程序流程图

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