力控ForceControl在現代化農業監控系統中的應用

摘要

本文結合ForceControl軟件的特點和農業領域的特點,描述了力控組態軟件在現代農業中的應用,闡述了系統設計思想和可行性方案,并探索了工業組態軟件在現代農業實際的應用方法和過程。


一、系統概述


隨著國民經濟的迅速發展,現代農業得到了長足地進步,溫室大棚已經相當普及,溫室工程也成為高效農業的一個重要組成部分。傳統的溫室大棚多為人工通過簡單的溫濕度計量設備或者簡單的儀器儀表獲取環境狀態參數,并根據經驗手動控制各個調節閥,這種監管方式效率低下、控制效果也無法達到要求,暴露出諸多局限性,隨之而來的溫室大棚智能監控管理平臺的需求就愈發強烈。

利用衛星全球定位系統、遙測遙感技術、計算機自動控制技術和物聯網等高新技術,實現溫室大棚智能管控,有效控制作物生長的環境條件,使作物生長不受自然氣候的影響,做到常年工廠化,實現高效率、高產值和高效益生產,從而最大限度地提高農業生產力,實現優質、高產、低耗和環保的農業可持續發展。



二、設計目標


溫室大棚智能監控管理系統的設計目標:

 環境參數采集,系統可實現各個溫室大棚的空氣溫濕度、土壤溫濕度、二氧化碳濃度、光照強度等數據的采集和匯總。

 綜合環境控制,采用計算機實現環境參數比較分析,四季連續工況調控系統。比例調節環境溫度、濕度與通風。CO2 發生裝置按需比例調節環境CO2濃度,夏季室外屋頂噴淋,在保證室內光照強度的前提下,組合調節環境溫度與通風,達到強制降低環境溫度的效果。通過計算機對溫室各電動執行器進行整體調節,自動調控到作物生長所需求的溫、濕、光、水、氣等條件,另外通過臭氧消毒凈化器對溫室進行消毒。

 肥水灌溉控制,采用計算機肥水灌溉運籌系統。根據作物區的需要,對水培區的營養液成分,PH和EC值進行綜合調控。對基培和土培區主要是根據作物生產需要,設定基質、土壤的水勢值,自動調節滴灌、噴灌系統的灌溉時間和次數。

 緊急狀態處理,采用計算機實測環境參數、狀態極限值反饋報警保護系統。根據作物的各項參數設定溫室環境的極限值和作物生長環境參數極限值報警保護系統,提高了整個系統安全性。

 信息處理,采用計算機集散控制信息管理系統。信息處理由中心控制計算機完成。主機通過局部數字通訊網絡與現場控制機相連,實現遠動雙向控制及全系統集中數據處理。其功能包括運行實時參數 執行器模擬狀態顯示,歷史數據存儲、檢索,數據平均值報表、曲線顯示與打印。

遠程監控管理,系統需要保證溫室大棚的內環境最適宜作物的生長,為作物的高產、優質、高效、安全創造條件。系統數據除了滿足匯總歸納分析的需求,還可實現遠程瀏覽,可通過手機、PDA等移動終端實時對現場環境實現監控管理。


三、系統架構


系統架構如下圖所示:




系統由現場采集傳感終端、控制終端、無線通信網絡終端、監控中心系統平臺這四部分組成。

1) 傳感終端

溫室大棚環境信息采集單元主要由各種環境信息傳感器組成,包括以下幾類:

● 數字溫濕度傳感器,該傳感器可實現相對溫度和濕度的環境信息測量,具備專業的數字化集成技術和溫濕度測量技術,保證數據的真實有效性。傳感器自身符合超低功耗設計,單線或者兩線串行接口連接方式,可直接與控制器連接實現數據傳輸。

● 監測,外殼抗腐蝕能力強,可長期深埋在土壤中而不會受到損壞,具備高精度、高靈敏度等特點??蓪崿F表層土壤和深層土壤墑情的定點監測和在線測量,數據可直接由水分監測儀獲取,或者直接與控制器相連。

● 光照強度傳感器,該傳感器用于對溫室大棚內可見光光照強度的測量,輸出信號符合通用標準,能夠根據當前的光照條件自動調整量程范圍,從而在不同光照強度下均可保持準確的精度。

●  二氧化碳濃度傳感器,紅外二氧化碳濃度傳感器基于紅外光譜吸收原理,測量溫室中的空氣二氧化碳濃度,可實時感應濃度變化。其優異的可靠性保證數據的準確性,避免其他氣體的交叉反應。

以上四大類傳感器可實時采集溫室大棚內的空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照強度和空氣中二氧化碳濃度等主要數據,通過通信總線傳送至控制終端。

2) 控制終端

為了實現系統的遠程控制功能,每個溫室大棚配備PLC可編程控制器作為控制終端。PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置,其標準化、系列化、模塊化的設計,使得用戶能靈活方便地進行系統配置,組成不同功能、不同規模的系統。

為了保證溫室大棚內的環境適合作物的生長,控制器中加載預先設計好的控制策略程序。

●  溫度控制,當溫室大棚內溫度高于設定上限值時,控制器發出指令關閉加熱器,之后開啟通風設備;當溫室大棚內溫度低于設定下限值時,控制器發出指令關閉通風設備,之后開啟加熱器,從而保證溫室大棚內的溫度動態平衡。

● 空氣/土壤濕度控制,當溫室大棚內空氣/土壤濕度高于設定上限值時,控制器發出指令關閉噴淋灌溉設備,之后開啟通風設備;當溫室大棚內空氣/土壤濕度低于設定下限值時,控制器發出指令關閉通風設備,之后開啟噴淋灌溉設備,保證空氣和土壤的恒定濕度。

● 光照強度控制,當溫室大棚內光照強度高于設定上限值時,控制器發出指令關閉光照器;當溫室大棚內光照強度低于設定下限值時,控制器發出指令開啟光照器,使得作物達到最佳的光合作用狀態。

●  二氧化碳濃度控制,當溫室大棚內二氧化碳濃度高于設定上限值時,控制器發出指令關閉氣體發生器;當溫室大棚內二氧化碳濃度低于設定下限值時,控制器發出指令開啟氣體發生器,使得空氣中二氧化碳濃度達到最佳含量。

●  設備狀態監測,除了對溫室大棚內的作物生長環境進行控制外,控制器還負責實時監控各個傳感終端的狀態監測,一旦出現設備故障會及時產生報警,通知監控中心操作人員。

3) 無線通信網絡終端

為了減少通信線路鋪設的施工量,選擇無線通信方式講數據匯總到監控中心。每個溫室大棚配備GPRS DTU數據傳輸單元,具備串口串行通信接口,支持自動心跳檢測,支持自動斷線續傳,可保持永久在線狀態。監控中心配備接收裝置,數據通過GPRS/Internet網絡實時匯總至監控中心。此種方式可節約大部分通信組網費用,每月只需支付少量流量費,具有更高的經濟效益。

4) 監控中心系統平臺

監控中心系統平臺選用力控科技獨立研發的具備自主知識產權的ForceControl系列組態軟件,實現溫室大棚系統的整體智能管理。監控中心系統平臺作為本系統的核心部件,可實時獲取各個溫室大棚的環境參數,使得工作人員隨時了解棚內農作物生長環境。結合控制策略和當前氣候狀況,可以對控制終端的控制策略進行優化。系統可以將各個設備的工作狀態、系統報警信息、系統操作記錄等情況反饋給工作人員,同時可顯示在監控中心配備的大屏幕中,使得整個系統的運行狀況盡在掌握中。

力控軟件人性化的模塊化設計,便于各個功能模塊的修改、增刪,減少了系統維護的成本,加強了系統的時效性。

為了實現網絡瀏覽功能,可配備獨立的WEB服務器,用于遠程客戶瀏覽。如需對數據進行更深入的分析處理,可配備獨立的數據服務器和關系數據庫,力控軟件中配備ODBCRouter組件,輕松實現實時數據的轉儲。


四、應用功能


1、 精確的物聯網溫室大棚信息展示功能。系統可通過組態畫面實時顯示各個溫室大棚的數據信息,包括土壤墑情、棚內空氣狀況、噴淋灌溉狀況等信息。實現數據的存儲和管理,實現農業生產的標準化、網絡化、數字化。




2、 完善的數據查詢功能。系統可通過報表曲線等方式,實現實時數據和歷史數據的查詢,為農作物生長環境優化方案的調整提供了完備的數據支撐。




3、 便捷的控制管理功能。系統可對水泵噴淋設備的啟停進行控制管理,同時還可根據各個大棚的用水量設定購水限價,實現水價梯度管理。從技術角度實現節水效果的同時通過水價的監管提高用戶節水的意識。




五、應用總結


智能精確農業取代傳統農業是農業發展的必然,更是符合我國國情的選擇。本系統結合當前新興的物聯網技術實現高效利用各類農業資源和改善環境這一可持續發展目標,不但可以最大限度提高農業現實生產力,而且是實現優質、高產、低耗和環保的可持續發展農業的有效途徑。

北京力控元通科技有限公司版權所有 Copyright 2011-2019 京ICP備11026151號 京公網安備11010802010312號
爱玩斗地主作弊软件 天津麻将下载官网 星悦福建麻将下载 澳门福彩网站 股票行情今天大盘 大嘴刨大王官方下载下载 精准三肖默认论坛 乐乐安徽麻将下载 免费网赚论坛 国民技术股票分析 多乐彩开奖结果江西