現(xiàn)代化大棚自動化控制系統(tǒng)
責任編輯：劉重慶 (北京融安特智能科技有限公司)
一、系統(tǒng)組網(wǎng)絡以及通訊協(xié)議
（1）系統(tǒng)組網(wǎng)絡組成
根據(jù)工藝運行的需求，我們做如下的網(wǎng)絡系統(tǒng)設計：網(wǎng)絡采用RS485總線設計。每5個大棚為一個網(wǎng)絡節(jié)點。所有的傳感器均走485總線，最終通過集線器將各個大棚的數(shù)據(jù)都匯集到監(jiān)控中心。
整個系統(tǒng)可承載的數(shù)據(jù)分成如下的幾個部分：
1：工業(yè)控制數(shù)據(jù)2：采集數(shù)據(jù)3：工業(yè)標準的MODBUS總線通訊
4：控制系統(tǒng)（2）組網(wǎng)特點自動化控制系統(tǒng)是開放的控制系統(tǒng)，除了具有良好的網(wǎng)絡通訊能力外，還具有與其它控制系統(tǒng)通訊功能和標準的對外通訊接口，以后可以任意擴展控制系統(tǒng)。
整個系統(tǒng)采用多級網(wǎng)絡結構，即生產(chǎn)管理網(wǎng)和生產(chǎn)控制網(wǎng)，將過程實時數(shù)據(jù)、運行操作監(jiān)視數(shù)據(jù)信息同非實時信息及共享資源信息分開，分別使用不同的網(wǎng)絡。有效地提高了通訊的效率，降低了通訊負荷。
以現(xiàn)場控制為最優(yōu)原則，其次是監(jiān)控中心、最后是遠程控制、
（3）采用的通訊協(xié)議
Modbus協(xié)議由著名的自動化設備制造商莫迪康公司開發(fā)，是應用于自動控制器上的一種通用協(xié)議。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(例如以太網(wǎng))和其它設備之間可以通信。它已經(jīng)成為一種通用工業(yè)標準。
二、現(xiàn)代農業(yè)大棚控制系統(tǒng)
（1）控制系統(tǒng)概述
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，設施農業(yè)作為農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個重要途徑，已經(jīng)越來越受到世界各國的重視，而設施農業(yè)中問世工程的建設與發(fā)展是都市型發(fā)展的重要組成部分，是設施農業(yè)發(fā)展的高級階段。希望通過改變植物生長的自然環(huán)境、．創(chuàng)造適合植物最佳的生長條件，避免外界惡劣的氣候，達到調節(jié)產(chǎn)期，促進生長發(fā)育、防治病蟲害等目的。
遠程大棚監(jiān)控系統(tǒng)是一種用于家庭、倉庫(廠房、花棚和塑料薄膜大棚)內環(huán)境溫濕度監(jiān)控及控制的全自動遠程智能調節(jié)系統(tǒng)。它通過控制加熱器及制冷器(通風)對溫度進行自動調節(jié)，同時通過控制加濕機及除濕機的工作自動調節(jié)環(huán)境的相對濕度，使環(huán)境的溫度和濕度達到適宜的范圍。
（2）大棚環(huán)境特點與調控
大棚因有塑料薄膜覆蓋，形成了相對封閉與露地不同的特殊小氣候。進行蔬菜大棚栽培，必須掌握大棚內環(huán)境的特點，并采取相應的調控措施，滿足蔬菜生長發(fā)育的條件，從而獲得優(yōu)質高產(chǎn)。
大棚內環(huán)境條件：1、棚內光照2、棚內空氣溫度：3、棚內空氣濕度4、棚內二氧化碳含量
5、土壤的溫度6、土壤的濕度（3）現(xiàn)代化大棚遠程控制工藝
本方案使用融安特系列系列高速32位控制器、高性能溫度濕度以及二氧化碳傳感器、照度變送器等硬件組成，通過目前的高速光纖網(wǎng)絡建造一個現(xiàn)代化農業(yè)用溫室大棚環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)可自動監(jiān)測調節(jié)農作物環(huán)境的溫濕度、光照、二氧化碳濃度、通風、卷簾升降、滴灌控制、門禁等參數(shù)，通過融安特軟件輸出幫助種植者作全面細致的數(shù)據(jù)分析，將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡和相關的通訊協(xié)議傳遞給上位數(shù)據(jù)存儲和顯示區(qū)域，實現(xiàn)遠程的數(shù)據(jù)采集。并采取可靠的光纖通訊網(wǎng)絡實現(xiàn)遠程的設備的操作和相關數(shù)據(jù)的報警提示等。以及根據(jù)目前國家提倡的環(huán)保節(jié)能的標準對每個大棚都有相關的能源的計量裝置，方便了客戶對自己所用資源的調配和對運行參數(shù)的維護。
（4）控制系統(tǒng)的原理
溫室環(huán)境包括非常廣泛的內容，但通常所說的溫室環(huán)境主要指空氣與土壤的溫濕度、光照、二氧化碳濃度等。計算機通過各種傳感器接收各類環(huán)境因素信息，通過邏輯運算和判斷控制相應溫室設備運作以調節(jié)溫室環(huán)境。輸出和打印設備可幫助種植者作全面細致的數(shù)據(jù)分析，保存歷史數(shù)據(jù)。
（5）控制系統(tǒng)功能1．風機控制系統(tǒng)2．卷簾控制系統(tǒng)3．滴灌控制系統(tǒng)4．室內溫度濕度控制系統(tǒng)
5．室內燈光控制系統(tǒng)
三、遠程監(jiān)控系統(tǒng)
（1）系統(tǒng)的原理特點
溫室測控自動化注重于節(jié)省勞動力，提高溫室生產(chǎn)的效率和技術水平，實現(xiàn)溫度、濕度的測量記錄和卷簾、滴灌等設備的自動化控制，實現(xiàn)農機和農藝的有機結合。從而大幅度提高溫室生產(chǎn)的技術水平，協(xié)助推進設施農業(yè)向精品、高端、高效方向發(fā)展。
（2）系統(tǒng)的功能
數(shù)據(jù)服務器負責數(shù)據(jù)的實時采集和存儲。通訊服務器負責數(shù)據(jù)的運算和報表等邏輯的輸出，操作員站進行控制回路的建立、修改局部控制器中的內部策略的參數(shù) , 設置數(shù)據(jù)采集參數(shù)和報表供操作員對生產(chǎn)過程的控制回路、測量參數(shù)進行監(jiān)測并實現(xiàn)自動記錄、報表打印和報警打??；通過以太網(wǎng)通信完成與現(xiàn)場控制層的局部控制器進行通信。
（3）上位組態(tài)軟件及其開發(fā)
我們將根據(jù)要求使用1套組態(tài)軟件作為開發(fā)平臺，開發(fā)系統(tǒng)是一個集成的開發(fā)環(huán)境，可以創(chuàng)建工程畫面、分析曲線、報表生成，定義變量、編制動作腳本等，同時可以配置各種系統(tǒng)參數(shù)等。我們說的“組態(tài)”就在這里完成，運行系統(tǒng)將開發(fā)完的系統(tǒng)進行執(zhí)行，完成計算機監(jiān)控的過程。開發(fā)人員可以在開發(fā)環(huán)境中完成監(jiān)控界面的設計、動畫連接的定義、數(shù)據(jù)庫的配置等。開發(fā)系統(tǒng)可以方便的生成各種復雜生動的畫面，可以逼真的反映現(xiàn)場數(shù)據(jù)。
（4）協(xié)調運行軟件模塊
我們會根據(jù)現(xiàn)場調研及目前行業(yè)的運行情況，我們將采用融安特程序開發(fā)一套運行模塊來實現(xiàn)現(xiàn)代農業(yè)大棚遠程控制計算需要的參數(shù)，將其寫入數(shù)據(jù)庫（數(shù)據(jù)庫
采用Microsoft SQL Server）中，以備下一步的處理，在每個季節(jié)到來的時候我們可以根據(jù)我們預先設計的計算方法來提前模擬其運行的情況。以及根據(jù)使作物的生長及其所適應的環(huán)境條件的前提下。并且該軟件可以連系到上位的軟件，可以采集其相關的數(shù)據(jù)。并可以根據(jù)其做相應的計算。完成提前計算數(shù)據(jù)模型。運行策略，實監(jiān)控，數(shù)據(jù)計算和采集，三個系統(tǒng)統(tǒng)一工作在一個數(shù)據(jù)庫平臺上，形成一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫應用，即一個平臺三種應用。
開放的現(xiàn)代遠程大棚運行軟件模塊
SQLSEVER數(shù)據(jù)計算模塊運行策略控制模塊蔬菜大棚自動化控制系統(tǒng) –
四、系統(tǒng)所需具體詳細參數(shù)
1、大棚內壁掛式溫濕度傳感器
[溫濕度傳感器簡介]
融安特采用數(shù)字溫濕度傳感器，標準RS-232或485通信接口。本品采用遞推平均數(shù)字軟件濾波與硬件電路濾波相結合的濾波方法，使外界對采樣的干擾盡可能降到最低，全量程精度高、穩(wěn)定性能強、一致性好、響應速度快。J通過標準RS-232或485串行接口可與計算機組成多點溫濕度測量系統(tǒng)。
[濕度傳感器適用場合]
工業(yè)現(xiàn)場測量、辦公室、超市、檔案室、生產(chǎn)車間、倉庫、機房、工地等測量的場合。變送器輸出，標準RS-232或485通信接口，可以直接配接計算機。
[溫濕度傳感器技術參數(shù)]
[傳感器類型] 進口數(shù)字溫濕度敏感元件
[工作電源] 帶變送輸出功能時供電電源：24VAC或24VDC
其他功能供電電源可為：24VAC/24VDC/12VAC/12VDC
[變送輸出]范圍]1、-40～80℃ 2、-20～60℃ 3、0～50℃（具有變送輸出功能時需注明溫度范圍，出廠默認為-40～80℃）
[濕度變送器] 范圍：0-100%RH
[變送器準確度] 溫度： ≤±0.5℃@25℃
[濕度精度] ±3%RH @20%～80%RH，25℃
[傳感器通訊]輸出 RS485口 RS232口
[傳感器通訊地址] 0-255
[變送器通訊協(xié)議] 標準MODBUS協(xié)議
[變送器結構形式] 變送、探頭一體式、白色ABS工程塑料
[傳感器工作電流] ≤100mA
[傳感器外形尺寸] 120X80X42mm
[變送器安裝方式] 壁掛式
[傳感器工作環(huán)境] –40℃～80℃，無結露
2、大棚內光照傳感器
【照度變送器產(chǎn)品簡介】
融安特照度變送器采用具有較高靈敏度的感光探測器，配合高精度線性放大電路，經(jīng)過嚴密檢測、生產(chǎn)的具有多種測量范圍和信號輸出類型的實用型產(chǎn)品。變送器外殼采用壁掛安裝設計，結構精致、外形美觀，是一款應用范圍廣泛、性價比極高的光照度測量產(chǎn)品。
【照度變送器應用場合】
農業(yè)大棚、工業(yè)現(xiàn)場測量、辦公室、超市、檔案室、生產(chǎn)車間、倉庫、機房、工地等測量的場合。標準模擬電壓或電流變送器輸出，標準RS-232或485通信接口，可以直接配接計算機。
【照度變送器技術參數(shù)】
【產(chǎn)品名稱】 照度變送器
【工作電壓】 12VDC 或24VDC
【測量范圍】 0-100000Lux 或指定
【廁靈精度】 ±3%
【輸出信號】 0-5V 0-10V 1-5V 三線制 4-20mA
【通訊輸出】 RS232或485
【安裝方式】 壁掛式
【顯示方式】 LCD液晶屏
【工作環(huán)境】 0-50度 0-80%RH
接線顏色說明：
對于通訊接口輸出功能的產(chǎn)品：
紅線：電源+； 綠線：電源-/RS232通訊時SGND
藍線：RS485B-/RS232RXD 黃線：RS485A+/RS232TXD
對于模擬信號輸出功能的產(chǎn)品：
紅線：電源+； 綠線：電源-/模擬信號公共-
黃線：模擬信號輸出+
對于模擬信號輸出和通訊接口同時具有的產(chǎn)品：
紅線：電源+； 黑線：電源-/RS232通訊時SGND
藍線：RS485A+/RS232TXD 黃線：模擬信號輸出+
綠線：RS485B-/RS232RXD
3、土壤溫度傳感器
【防水型溫度變送器產(chǎn)品簡介】
溫度變送器采用高精度線性放大電路，并選用高精度的元器件，使產(chǎn)品具有靈敏度高，穩(wěn)定性好，準確度高和使用壽命長等優(yōu)點。
應用場合：
溫度變送器廣泛應用在工業(yè)溫度測量、暖通空調、檔案室、生產(chǎn)車間、倉庫、機房、通風管道、樓宇自控、工地等測量場所。直流電壓或電流輸出，可以直接配接二次儀表。溫度變送器采用防水變送外殼，可以工作在露天或濕度較大的場所，對于極低溫度如-40℃，采用軍工級元件，確保長期穩(wěn)定地工作。
【防水型溫度變送器技術參數(shù)】
傳感器類型 溫度
傳感器類型 進口溫度敏感元件
工作電源、輸出信號
1、24VDC/AC 2、12VDC/AC （0～5V輸出）
2、24VDC/AC （0～10V輸出）
3、24VADC （4～20）mA輸出
4、24VDC/AC 2、12VDC/AC RS232或RS485
數(shù)字信號輸出通訊協(xié)議采用標準modbus-rtu協(xié)議
準確度 ≤±0.5℃@0-50℃
通訊輸出 RS232口 RS485口
結構形式 變送、探頭一體式、白色ABS工程塑料
工作電流 ≤30mA
外形尺寸 84x59x33mm
安裝方式 壁掛式
工作環(huán)境 –20℃-80℃
4土壤濕度變送器
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