基于PLC的双层膜日光温室保温通风控制系统设计.pdf

1 8 2 中国农机化学报2 0 2 5年 D O I 1 0 1 3 7 3 3 j j c a m i s s n 2 0 9 5 5 5 5 3 2 0 2 5 0 9 0 2 4 李晓凯 塔娜 闫彩霞 等 基于P L C的双层膜日光温室保温通风控制系统设计 J 中国农机化学报 2 0 2 5 4 6 9 1 8 2 1 8 8 L i X i a o k a i T a N a Y a n C a i x i a e t a l D e s i g n o f v e n t i l a t i o n c o n t r o l s y s t e m f o r d o u b l e f i l m s o l a r g r e e n h o u s e t h e r m a l i n s u l a t i o n b a s e d o n P L C J J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n 2 0 2 5 4 6 9 1 8 2 1 8 8 基于PLC的双层膜日光温室保温通风控制系统设计 李晓凯1 塔娜1 闫彩霞1 2 甄琦1 2 郭梦杰1 王伟明1 1 内蒙古农业大学机电工程学院 呼和浩特市 0 1 0 0 1 8 2 内蒙古农业大学能源与交通工程学院 呼和浩特市 0 1 0 0 1 8 摘要 根据寒冷干旱地区双层膜日光温室环境监控实际需求 设计一套基于P L C的温室保温及通风控制系统 利用通信模块完 成多路不同类型变送器隔离4 8 5信号的并行采集 解决P L C轮询多设备的延时和干扰问题 实现对温室内外温湿度 太阳辐射 强度等环境因子的实时监测 利用远程模块的4 G上网功能 在确保通信数据传输质量的前提下 实现对温室环境的云端监控 远程上传 下载P L C及触摸屏程序 在线监控与调试设备 将双层膜日光温室的保温及通风人工管理方法转化设计为P L C梯 形图程序 使系统能够通过P L C自动控制设备对温室进行保温和通风 最后对系统的远程控制功能进行测试 结果显示 设备 响应1 0次 丢包0次 故障率为0 平均响应延时6 4 m s 设备能够按照控制逻辑正常运行 具有一定的推广价值 关键词 日光温室 控制系统 保温 通风 可编程逻辑控制器 中图分类号 S 6 2 5 5 1 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 5 5 5 5 3 2 0 2 5 0 9 0 1 8 2 0 7 收稿日期 2 0 2 4年3月4日 修回日期 2 0 2 4年4月2 1日 基金项目 内蒙古自治区直属高校基本科研业务费项目 B R 2 2 1 4 0 3 内蒙古自然科学基金 2 0 2 2 M S 0 3 0 4 0 第一作者 李晓凯 男 1 9 9 8年生 甘肃靖远人 硕士研究生 研究方向为复杂装备控制系统 E m a i l l x k 2 0 2 1 1 2 1 6 3 c o m 通讯作者 塔娜 女 1 9 6 7年生 内蒙古正蓝旗人 博士 教授 研究方向为高寒干旱地区农业装备工程与技术 E m a i l j d t n i m a u e d u c n Designofventilationcontrolsystemfordouble filmsolargreenhouse thermalinsulationbasedonPLC L i X i a o k a i 1 T a N a 1 Y a n C a i x i a 1 2 Z h e n Q i 1 2 G u o M e n g j i e 1 W a n g W e i m i n g 1 1 CollegeofMechanicalandElectricalEngineering InnerMongoliaAgriculturalUniversity Hohhot 0 1 0 0 1 8 China 2 CollegeofEnergyandTransportationEngineering InnerMongoliaAgriculturalUniversity Hohhot 0 1 0 0 1 8 China Abstract A c c o r d i n g t o t h e a c t u a l n e e d o f e n v i r o n m e n t a l m o n i t o r i n g o f d o u b l e f i l m s o l a r g r e e n h o u s e i n c o l d a n d a r i d a r e a t h e g r e e n h o u s e t h e r m a l i n s u l a t i o n a n d v e n t i l a t i o n c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n P L C i s d e s i g n e d T h e s y s t e m u s e d t h e c o m m u n i c a t i o n m o d u l e t o c o m p l e t e t h e p a r a l l e l a c q u i s i t i o n o f 4 8 5 s i g n a l f r o m d i f f e r e n t t y p e s o f s e n s o r s s o l v e d t h e d e l a y a n d i n t e r f e r e n c e p r o b l e m o f P L C p o l l i n g m u l t i e q u i p m e n t a n d r e a l i z e d t h e r e a l t i m e m o n i t o r i n g o f e n v i r o n m e n t a l f a c t o r s s u c h a s t e m p e r a t u r e a n d h u m i d i t y i n s i d e a n d o u t s i d e t h e g r e e n h o u s e s o l a r r a d i a t i o n i n t e n s i t y a n d s o o n U s i n g t h e 4 G I n t e r n e t a c c e s s f u n c t i o n o f t h e r e m o t e m o d u l e t h e c l o u d m o n i t o r i n g o f t h e g r e e n h o u s e e n v i r o n m e n t r e m o t e u p l o a d i n g d o w n l o a d i n g P L C a n d t o u c h s c r e e n p r o g r a m s o n l i n e m o n i t o r i n g a n d d e b u g g i n g e q u i p m e n t a r e r e a l i z e d u n d e r t h e p r e m i s e o f e n s u r i n g t h e q u a l i t y o f c o m m u n i c a t i o n d a t a t r a n s m i s s i o n T h e a r t i f i c i a l m a n a g e m e n t m e t h o d o f h e a t p r e s e r v a t i o n a n d v e n t i l a t i o n o f d o u b l e f i l m s o l a r g r e e n h o u s e i s t r a n s f o r m e d i n t o P L C l a d d e r d i a g r a m p r o g r a m s o t h a t t h e s y s t e m c a n c a r r y o u t h e a t p r e s e r v a t i o n a n d v e n t i l a t i o n o f g r e e n h o u s e t h r o u g h P L C a u t o m a t i c c o n t r o l e q u i p m e n t F i n a l l y t h e r e m o t e c o n t r o l f u n c t i o n o f t h e s y s t e m i s t e s t e d T h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t t h e d e v i c e r e s p o n d s 1 0 t i m e s l o s e s 0 p a c k e t s t h e f a i l u r e r a t e i s 0 a n d t h e a v e r a g e r e s p o n s e d e l a y i s 6 4 m s T h e e q u i p m e n t c a n o p e r a t e n o r m a l l y a c c o r d i n g t o t h e c o n t r o l l o g i c w h i c h h a s c e r t a i n p r o m o t i o n v a l u e Keywords s o l a r g r e e n h o u s e c o n t r o l s y s t e m h e a t p r e s e r v a t i o n v e n t i l a t i o n P L C 0 引言 随着电气设备控制技术在设施农业领域的快速发 展 温室环境控制系统的研发受到了国内外科研人员的 重点关注 1 2 温室内部环境封闭 可通过人工手段有 效控制室内环境条件 实现农作物的越冬生产 但农户 第4 6卷 第9期 2 0 2 5年9月 中国农机化学报 J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n V o l 4 6 N o 9 S e p 2 0 2 5 第9期李晓凯等 基于P L C的双层膜日光温室保温通风控制系统设计1 8 3 需每天花费大量时间管理温室设备 工作强度较大且存 在不能准确和及时地对温室环境作出调控的问题 针 对我国北方寒冷干旱地区双层膜日光温室的特点 3 设 计一套能够自动监测室内外环境变化并根据作物生长 需求调控环境的温室控制系统 对于提高单位土地产出 率 实现智能种植系统自主化具有重要意义 设计温室环境控制系统时 需要考虑3个方面的 问题 分别是控制器 现场设备以及通信方式 4 控制 器负责协调管理各个设备协同工作 是控制系统的核 心 5 其控制逻辑主要体现在相应的软件程序中 可 供温室选择的控制器有多种类型 例如 单片机 6 工 控机 可编程逻辑控制器P L C 7 等 对作物生长环境 进行调控的现场设备主要有加热设备 8 通风设备 遮 阴设备 雾化设备 9 水肥灌溉设备 1 0 和气肥增施设 备等 系统的通信可分为无线和有线两种方式 无线 传输是通过通用分组无线业务G P R S Z i g B e e 1 1 远距 离无线电L o R a 1 2 W i F i等通信技术进行信息传递 有线传输是通过M o d b u s 控制器局域网总线C A N 信 息传递接口M P I和P R O F I N E T等现场总线技术进行 信息传递 目前 在控制器和通信方式的选用方面 A l D a h o u d等 1 3 基于树莓派3 B单片机和Z i g B e e X B e e S 2无线传输模块 将传感器与执行器集成到每 个控制节点 组成温室环境监控网络 K u m k h e t等 1 4 使用A r d u i n o单片机和E S P 8 2 6 6单片机各自控 制L E D灯与水泵 通过W i F i传递温室环境信息及控 制指令 为种植的非洲菊提供适宜的光照强度和土壤 湿度 赵慧娟 1 5 对基于P L C设计温室智能监测系统的 过程进行了细致的介绍 完成了软硬件设计 试验验证 等工作 系统的环境监测参数全面 控制精度较高 李 宗昊等 1 6 采用P L C和M o d b u s R T U通信协议解决 了温室环境远程监控的问题 使用组态软件建立了温 湿度数值和执行设备运行状态监控的人机交互界面 在硬件设备与软件程序的研究方面 Z a e v等 1 7 搭建了 一种用于模拟和控制温室气候的测试平台 利用硬件 在环技术 在平台的虚拟环境中就可以对控制算法进 行系统级测试 缩短了整个控制系统从设计到投入温 室使用的时间 B e k i a r i s等 1 8 开发了一款智能温室控 制系统 其包含一种带有增强现实功能的W e b程序 支持农户通过P C或手持电子设备观察温室内作物的 生长状况 远程控制执行器工作 此外通过该系统可以 获知适宜栽培植物的环境条件 当发生病害时 还可在 线向专家咨询治疗方案 根据目前国内外温室控制系统的研究现状和双层 膜日光温室内现有的环境调控设备 本文拟采用传感器 技术 无线通信技术和自动控制技术 以S 7 1 2 0 0 P L C 为控制核心搭建双层膜日光温室保温及通风控制系统 1 系统总体结构与工作过程 1 1 系统组成 1 1 1 保温系统 如图1所示 双层膜日光温室的保温系统由内外 保温被 内外膜 卷帘机及卷膜器组成 外保温被采用 中置摆臂式卷帘机双侧卷放 内保温被和内膜分别由 侧摆臂卷帘机和卷膜器单侧卷放 内膜可根据室外天 气情况和内保温被的状态决定是否卷放 冬季清晨 当内外保温被卷起后延迟一段时间再卷起内膜 可防 止温室内温度下降过快造成冻害 下午外界温度降低 时 先放下内膜形成双膜状态进行保温 内外保温被可 延迟一段时间再放下 增加光照时间 图1 保温系统总体示意图 F i g 1 G e n e r a l s c h e m a t i c o f t h e r m a l i n s u l a t i o n s y s t e m 1 1 2 通风系统 双层膜日光温室采用自然通风和强制通风相结合 的通风方式 温室前屋面顶部和底部各设有一处通风 口 由卷膜器带动卷轴控制通风口的开闭 在室内外温 差的作用下进行自然通风 在温室内东 西方向适当 高度上布有一定数量的环流风机 用于促进室内空气 的流动 使室外冷空气在到达作物之前与室内空气充 分混合 当遇到室外恶劣天气 自然通风系统长时间 处于关闭状态时 可开启环流风机进行强制通风 循环 室内空气 促使室内温湿度 二氧化碳等环境因子分布 均匀 上述双层膜日光温室保温及通风装置的位置如 图2所示 a 温室外部 b 温室内部 图2 双层膜日光温室 F i g 2 D o u b l e f i l m s o l a r g r e e n h o u s e 1 2 系统功能及工作过程 双层膜日光温室保温通风控制系统的功能包括温 室环境监测和调控2个部分 主要监测的环境因子为 室内外温湿度 太阳辐射强度 室内二氧化碳气体浓度 和室外风速 由室内各类型传感器和室外小气象站负 1 8 4 中国农机化学报2 0 2 5年 责采集环境数据 由P L C负责对数据进行分析处理并 显示在温室内的L E D显示屏和其他监控设备上 作为 控制依据使系统能够对温室环境做出及时和准确的调 控 根据不同种类作物的需求 可以在系统中设置环境 参数上下限 在与采集到的温室实时环境数据对比后 系统按照编写的控制程序自动控制相应执行机构的动 作 同时能够在监控设备上查看各执行机构的运行状 态 控制系统具有手动控制和自动控制2种控制模式 当自动模式发生故障或认为需要手动快速强制控制温 室相关设备时 管理人员可以对控制模式进行切换 系 统具有远程控制功能 方便农户在家中或任何其他具有 无线网络的地点通过电脑或移动设备登录云平台对温 室实施管理 上述系统功能框架如图3所示 图3 系统功能框架 F i g 3 S y s t e m f u n c t i o n f r a m e w o r k 系统工作时传感器和触摸屏以R S 4 8 5 2 3 2的形式将 信号传送至通信模块 通信模块通过R J 4 5接口连接P L C 将采集到的多路信号汇总传输至P L C中 同时P L C的第 二个R J 4 5接口连接远程模块 远程模块通过4 G的方式 连接云平台 使P L C或触摸屏编程软件可以像计算机本 地连接P L C和触摸屏一样上传 下载程序 在线监控与诊 断 系统中各设备的通信连接如图4所示 图4 通信连接示意 F i g 4 C o m m u n i c a t i o n c o n n e c t i o n s c h e m e 2 硬件设计 2 1 硬件选型 2 1 1 控制器与变频器 基于P L C硬件技术成熟 开发工作量小和适应性 强 运行稳定可靠等特点 对输入输出设备的数量统计 后 选用西门子S 7 1 2 0 0 P L C C P U 1 2 1 5 C D C D C R L Y型 作为控制系统的核心 S 7 1 2 0 0系列P L C 属于小型可编程控制器 为紧凑式结构 电源 通信 和信号模块集中在一起 通过内部总线进行连接传 输信号 其标配2个R J 4 5网口 使得编程和调试更为 方便 本研究选用的P L C板载1 4个数字量输入 1 0个数字量输出和模拟量输入输出各2个 可根据 后期需要添加一款S M 1 2 2 2 8 x继电器输出模块和一 款S M 1 2 3 4 4 x模拟量输入 2 x模拟量输出模块为系统 扩展留出裕量 循环通风的开启应根据需要和自然通风设备的运 行状态确定 当温室的通风口处于关闭状态时 环流风 机可全速运转促进室内空气循环 当通风口开启且需 要室内循环通风时 可根据需要降低环流风机的运转 速度 对风机转速的控制可通过变频器来实现 根据 温室内外的温度差异来自动控制风机的风量 保持良 好的通风效果 变频器的选择主要包括类型选择和容 量选择 环流风机的负载转矩小且无转速精度要求 故变频器的类型可选择价格便宜的通用型普通变频 器 温室内环流风机的额定功率为0 5 5 k W 共装有 2台 需注意变频器的容量应大于等于风机电机的容 量 综上 最终选择G 1 4 T 0 0 1 5 G型变频器 额定容 量2 6 k V A 适配电动机功率1 5 k W 电压等级 3 8 0 V 2 1 2 传感器 根据温室环境特点和系统需求 选用C O 2温湿度 三合一变送器 型号 R S C O 2 W S N 0 1 2 和光电 式太阳总辐射传感器 型号 R S R A N 0 1 两者均 采用标准M o d b u s R T U 4 8 5通信协议 用来采集室 内环境信息 其技术指标如表1所示 温室外的气象 环境参数由H O B O U 3 0 N R C便携式小型自动气象站 进行采集 主要技术指标见表2 表1 传感器主要技术参数 T a b 1 S e n s o r m a i n p a r a m e t e r s 传感器类型量程稳定性响应时间精度 温度传感器 4 0 8 0 0 1 a 1 8 s 1 m s风速 0 5 2 5 湿度传感器0 R H 9 5 R H 1 a 6 s 1 m s风速 3 R H 6 0 R H 2 5 太阳辐射传感器0 1 8 0 0 W m 2 3 1 0 s C O 2浓度传感器0 5 0 0 0 m o L m o L 2 F S 9 0 s 4 0 m o L m o L 3 F S 2 5 第9期李晓凯等 基于P L C的双层膜日光温室保温通风控制系统设计1 8 5 表2 HOBOU30 NRC气象站传感器主要技术参数 T a b 2 M a i n p a r a m e t e r s o f H O B O U 3 0 N R C w e a t h e r s t a t i o n 参数量程分辨率精度 气温 4 0 7 5 0 0 2 0 2 1 相对湿度 R H 0 1 0 0 0 1 2 5 风速 m s 1 0 4 5 0 3 8 1 1 风向 0 3 5 8 2 死角1 4 5 总辐射 W m 2 0 1 2 8 0 1 2 5 1 0 2 1 3 远程通信模块与触摸屏 通信模块选择G R M 3 2 2 W X型网关 其主要功能 是多路隔离4 8 5信号的并行采集 解决P L C轮询多设 备的延时和干扰问题 远程模块选择G R M 5 3 2 Y C W X型智能控制终端 其具备4 G上网功能 与P L C 上的以太网口连接后可实现使用手机或电脑通过网络 数据远程查看温室信息 下发控制指令 温室现场的 人机交互模块选用F E 3 0 7 0 C V 1型触摸屏 使用 F S t u d i o组态软件完成监控界面的设计 2 2 I O地址分配 根据温室内的设备及控制系统所需实现的功能 统计P L C输入和输出的信号点数 进行I O点分配 结果如表3所示 表3 PLC输入 输出地址分配 T a b 3 P L C I O a d d r e s s a s s i g n m e n t 序号名称代码地址 1总启停开关S B 1 0 I 0 0 2侧卷棉开限位S Q 1 I 0 1 3侧卷棉关限位S Q 2 I 0 2 4中卷棉开限位S Q 3 I 0 3 5中卷棉关限位S Q 4 I 0 4 6内膜开限位S Q 5 I 0 5 7内膜关限位S Q 6 I 0 6 8顶通风开限位S Q 7 I 0 7 9顶通风关限位S Q 8 I 1 0 1 0底通风开限位S Q 9 I 1 1 1 1底通风关限位S Q 1 0 I 1 2 1 2侧卷棉正行程K A 1 Q 0 0 1 3侧卷棉反行程K A 2 Q 0 1 1 4中卷棉正行程K A 3 Q 0 2 1 5中卷棉反行程K A 4 Q 0 3 1 6内膜正行程K A 5 Q 0 4 1 7内膜反行程K A 6 Q 0 5 1 8顶通风正行程K A 7 Q 0 6 1 9顶通风反行程K A 8 Q 0 7 2 0底通风正行程K A 9 Q 1 0 2 1底通风反行程K A 1 0 Q 1 1 2 2环流风机K A 1 1 Q 1 2 2 3变频器B P Q Q W 6 4 模式转换旋钮 P L C控制系统总启停开关 和限 位开关占用P L C的数字量输入点数为1 1个 其他控 制信号的输入均通过触摸屏来完成 数字量输出点数 为1 1个 模拟量输出点数为1个 1 2 1 5 C型P L C和所 选的通信模块满足需求 且剩有备用点 2 3 硬件接线 根据各个设备的控制要求 设计控制系统的主电 路及相应控制电路 完成电器元件在控制柜中的安装 与接线工作 控制柜为底部敞开式 电源进线和外部 控制对象都是通过柜体底部分别与空气开关和接线端 子排连接 使用三相四线制系统为控制柜供电 该方 式可以提供2种不同的电压 分别为3 8 0 V线电压和 2 2 0 V相电压 满足不同设备的供电需求 表4为控 制柜内所使用到的电器元件明细 表4 控制柜电器元件明细 T a b 4 C o n t r o l c a b i n e t e l e c t r i c a l c o m p o n e n t s d e t a i l s 序号名称型号规格数量 个 1中间继电器H H C 6 8 B V L 4 Z 2 2 0 V A C 1 6 2中间继电器N X J 2 Z D 2 2 0 V A C 5 3中间继电器N X J 2 Z D 2 4 V D C 1 4 4断路器N X B L E 6 3 C 6 3 4 0 0 V 3 P N 1 5断路器N X B 6 3 C 4 0 4 0 0 V 3 P 1 6断路器N X B L E 3 2 C 2 5 2 3 0 V 2 P 1 7接触器C D C 6 H 1 2 1 1 3 8 0 V A C 7 8热继电器C R D 6 I 2 5 3 8 0 V A C 7 9按钮N P 4 3 8 0 V A C 2 3 1 0旋钮N P 4 3 8 0 V A C 1 3 软件设计 3 1 P L C程序设计 控制系统采用T I A P o r t a l V 1 6软件编写P L C控 制程序 编程语言使用梯形图的形式 选择模块化结 构创建程序 即编写的程序块必须在O B块中调用 后才能执行 在一个程序块中也可以调用其他的程 序块 当一个代码块调用另一个代码块时 C P U会转 去执行被调用块 被调用的程序块任务完成后返回 调用程序中断处继续运行 通过设计执行任务的F B 和F C块构建模块化代码块然后通过其他代码块调 用这些可重复使用的模块构建用户程序 由调用块 将设备特定的参数传递给被调用块 系统的控制程 序主要分为5个部分 M a i n O B 1 组织块 S t a r t u p O B 1 0 0 组织块 手动控制F C 1函数 C y c l i c i n t e r r u p t O B 3 0 组织块和自动控制F C 2函数 O B 1中为温室控制主程序 用于调用函数F C 1和 F C 2 O B 1 0 0中为复位程序 用于完成温室控制程序 1 8 6 中国农机化学报2 0 2 5年 初始化 O B 3 0中为数据采集程序 每1 5 m i n将环境 信息与设备状态数据上传至监控端 程序流程如图5所示 系统上电启动后首先进行 参数初始化 然后开始采集温室内环境信息 选择自 动或手动控制设备 若系统处于手动模式农户可通过 触摸屏界面上的按键或远程监控平台对温室设备进行 管理 若处于自动模式下则继续执行温室保温控制子 程序与通风控制子程序 温室保温自动控制过程是通 过在程序中设置每日揭帘和闭帘的时间 系统读取后 与实时时间进行对比 到达指定时间后控制设备执行 相应动作 揭帘时按照由外到内的顺序依次卷起保温 帘 即先卷起外帘然后卷起内帘最后卷起内膜 闭帘时 按照相反的顺序放下内膜及卷帘 温室通风自动控制 过程是通过在程序中设置作物适宜温度区间的上下 限 系统读取后与室内实时温度进行对比 超过温度上 限时打开温室顶部通风口与风机进行降温 直至检测 到室内温度低于下限时关闭设备 a 主程序流程 b 保温控制流程 c 通风控制流程 图5 系统控制流程 F i g 5 S y s t e m c o n t r o l f l o w 3 2 监控平台设计 温室现场监控采用触摸屏系统完成 由触摸屏显 示P L C中开关量的状态和寄存器中数字变量的值 经 由监控界面向P L C发出开关命令 并修改P L C寄存 器中的参数 触摸屏将接收到的信息转换成触点坐 标 再送给P L C 触摸屏同时接收P L C发来的命令 并 加以执行 触摸屏画面上的按钮和指示灯可以取代相 应的硬件元件 减少P L C需要的I O点数 降低系统 的成本 触摸屏监控平台共有5个控制界面 分别为 控制模式选择界面 卷帘控制界面 卷膜控制界面 环 流风机控制界面和参数设置界面 5个控制界面均可 实时显示监测的3种室内环境因子的数值 方便管理 人员根据温室的实际情况操纵设备调控室内环境 操 作人员可转动控制柜旋钮启动触摸屏控制系统 图6为触摸屏控制模式选择界面与环流风控制界面 可进行系统手 自动控制模式的切换 控制环流风机以 高速或低速状态运转 a 控制模式选择界面 b 环流风机控制界面 图6 触摸屏监控界面 F i g 6 T o u c h s c r e e n m o n i t o r i n g i n t e r f a c e 使用G R M 5 3 2 C W X模块工程配置软件 G R M D e v 5完成温室远程网页监控项目的开发和下 载 首先在软件左侧项目栏的数据词典中建立变量 组和变量 用于映射模块串口连接的P L C寄存器中 的值 接着在工程管理器的网络通信端口中添加 S 7 1 2 0 0设备并指定所连接P L C的从机地址 最后 进行I O变量属性的设置 完成变量到P L C寄存器的 关联 项目编译和下载完毕后 温室管理者可以使 用手机或电脑浏览器打开远程监控网址 w w w y u n p l c c o m 输入G R M 5 3 2 Y C W X模块的序列号 和密码 进入温室远程监控网页界面 温室远程控 制平台共设置了5个监控界面 分别为实时数据显示 界面 设备状态界面 设定参数界面 模块状态显示 界面和位置显示界面 如图7所示 在设备状态选项卡下 各设备的状态 从变量值的显示效果可以看出 若设备处于停止状 态 监控表中显示红色指示灯 若设备处于运行状态 监控表中显示绿色指示灯 当卷帘 膜机构未到达极 限位置时 显示红色指示灯 当卷帘 膜机构到达极限 位置时 显示绿色指示灯 对于环流风机的风量控制 可以在监控表中输入0 2 7 6 4 8的数值 通过P L C的 运算 控制变频器输出0 5 0 H z的频率 以此来调节 风机转速 第9期李晓凯等 基于P L C的双层膜日光温室保温通风控制系统设计1 8 7 图7 网页监控平台 F i g 7 W e b m o n i t o r i n g p l a t f o r m 4 系统测试 控制柜的安放位置选择在试验温室相对干净和干 燥的隔间内 完成安装接线后 对系统远程通信功能的 稳定性进行测试 测试项目包括云服务器响应延迟时 间 模块响应延迟和设备响应延迟时间 云服务器响 应延迟是测试电脑到巨控云的延迟时间 正常情况下 延迟时间应在8 0 m s以内 并不得有丢包情况 如果有 延迟过大或丢包 可能导致程序下载不成功 模块响 应延迟是测试电脑到G R M 5 3 2 Y C W X设备的延迟 时间 正常延迟时间为1 2 0 2 0 0 m s 如果有延迟过大 或丢包 表明4 G网络不佳 设备平均响应延迟稳定在 2 0 0 m s以内 无丢包情况时 可以顺利进行远程操作 对室内温度的上下限进行设置 以检验系统的通 风自动控制功能 试验结果如表5所示 初始时间室 内温度处于设置的温度区间内 环流风机与通风口均 处于关闭状态 修改室内温度的上限值低于温室实时 温度后 通风口打开 风机设备开启 当室内温度下降 后 修改室内温度的下限值高于温室实时温度 通风口 关闭 风机停止运行 证明系统能够实现设计的通风自 动控制功能 表5 通风自动控制功能测试 T a b 5 V e n t i l a t i o n a u t o m a t i c c o n t r o l f u n c t i o n t e s t 室内温度 温度上限 温度下限 风机状态风口状态 3 2 5 3 3 2 8关关 3 2 1 3 0 2 8开开 2 8 6 3 2 3 0关关 2 8 6 2 6 2 4开开 2 3 9 2 8 2 4关关 系统设置的每日揭帘时间为8 3 0 闭帘时间为 1 6 3 0 对连续2天相应时间内外卷帘机和内膜卷膜器 设备的运行状态进行监测 结果如表6所示 上午达到 揭帘时间时 外卷帘机和内卷帘机相继运行 在结束行 程到达指定位置后 内膜卷膜器开始运行卷起内膜 下 午到达闭帘时间时 内膜卷膜器最先开始运行 内膜完 全放下后 内外卷帘机相继开始运行 监测结果表明 系统能够正常工作 实现设计的保温自动控制功能 表6 保温自动控制功能验证 T a b 6 T h e r m a l i n s u l a t i o n a u t o m a t i c c o n t r o l f u n c t i o n v e r i f i c a t i o n 日期 外帘内帘内膜 时间设备状态时间设备状态时间设备状态 2 0 2 3 1 2 0 3 8 3 0 0 0开运行8 3 5 3 0开运行8 3 9 1 5开运行 1 6 3 7 2 3关运行1 6 3 3 4 5关运行1 6 3 0 0 0关运行 2 0 2 3 1 2 0 4 8 3 0 0 0开运行8 3 5 3 2开运行8 3 9 1 8开运行 1 6 3 7 1 6关运行1 6 3 3 4 0关运行1 6 3 0 0 0关运行 5 结论 设计基于P L C的双层膜日光温室保温及通风控 制系统 通过试验验证系统的功能性和实用性 1 控制系统初步实现双层膜日光温室内现有设 备的集中管理 设计温室现场触摸屏监控系统和可通 过手机端或计算机端浏览器登录的远程网页监控平 台 人机交互界面简洁直观 操作简单方便 可实时掌 握温室内的环境信息 对温室内设备进行操控 系统 采用模块化设计 可根据需求对系统的功能进行扩展 能够广泛应用于寒冷干旱地区日光温室的环境监测与 调控 减轻农户的工作强度 节省工作时间 2 系统采用梯形图语言编写温室保温及通 风P L C控制程序 根据双层膜日光温室日常管理方 法 使温室卷帘及内膜按照规定时间和顺序自动卷起 或放下 通风口和风机按照设定的温室内温度上下限 自动打开或关闭 温室现场的实地测试结果显示 设 备响应1 0次 丢包0次 故障率为0 平均响应延时 6 4 m s 系统运行稳定可靠 能够按照控制逻辑正常运 转 控制系统可为进一步研究环境因子对作物生长的 影响提供技术支持 参 考 文 献 1 L i H G u o Y Z h a o H e t a l T o w a r d s a u t o m a t e d 1 8 8 中国农机化学报2 0 2 5年 g r e e n h o u s e A s t a t e o f t h e a r t r e v i e w o n g r e e n h o u s e m o n i t o r i n g m e t h o d s a n d t e c h n o l o g i e s b a s e d o n i n t e r n e t o f t h i n g s J C o m p u t e r s a n d E l e c t r o n i c s i n A g r i c u l t u r e 2 0 2 1 1 9 1 1 0 6 5 5 8 2 S a d e k N S h e h a t a D I n t e r n e t o f T h i n g s b a s e d s m a r t a u t o m a t e d i n d o o r h y d r o p o n i c s a n d a e r o p o n i c s g r e e n h o u s e i n E g y p t J A i n S h a m s E n g i n e e r i n g J o u r n a l 2 0 2 4 1 5 2 1 0 2 3 4 1 3 宋阳 李志鑫 吴春华 等 一类适于北方