【摘要】本文研究日光溫室智能控制系統(tǒng)，采用分布式控制結(jié)構(gòu)，依據(jù)分散采集數(shù)據(jù)，集中操作管理，相對獨(dú)立的設(shè)計(jì)思想，綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信和模糊控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)溫室的智能控制以及多個(gè)溫室的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。控制系統(tǒng)可根據(jù)溫室內(nèi)溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度等參數(shù)的變化，按照預(yù)先設(shè)定的條件對風(fēng)機(jī)、水泵、卷簾機(jī)、開窗機(jī)、加熱、灌溉、二氧化碳發(fā)生器等設(shè)備進(jìn)行全自動(dòng)控制，也可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。系統(tǒng)具有功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越、配置靈活、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：溫室控制  智能化   監(jiān)控  PLC  DCS

1 概述

      目前，雖然有不少單位或個(gè)人引進(jìn)了一些國外的計(jì)算機(jī)智能控制系統(tǒng)，如溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，施肥灌溉控制系統(tǒng)，工廠化育苗智能控制系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了溫室控制的智能化和自動(dòng)化，但往往存在投資過大，系統(tǒng)維護(hù)不方便等各種發(fā)展制約瓶頸，再者就是要求溫室的管理操作人員本身有較高的文化素質(zhì)和較豐富的工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，目前我國廣大農(nóng)民還不具備，這也限制了國外同類產(chǎn)品在國內(nèi)的推廣應(yīng)用。開發(fā)低價(jià)位、實(shí)用型的農(nóng)業(yè)智能計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對于推進(jìn)我國農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、智能化進(jìn)程具有重要的意義，同時(shí)也具有很大的市場潛力。據(jù)調(diào)查，目前市場上迫切需要的是一種低成本、操作使用簡便的實(shí)用溫室控制系。，針對這一要求及我國日光溫室量大、面廣但檔次較低的特點(diǎn)，研究一種既符合我國農(nóng)業(yè)水平實(shí)際又適合農(nóng)民經(jīng)濟(jì)承受能力、技術(shù)上不低于國外同類產(chǎn)品的日光溫室智能集成控制系統(tǒng)是非常必要的。

      本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以模擬基本的生態(tài)環(huán)境因子－溫度、濕度、光照、空氣成份等，以適應(yīng)不同生物生長繁育的需要，它由相關(guān)的智能控制單元組成，按照事先設(shè)定的程序，精確測量溫室的氣候和土壤參數(shù)，并自動(dòng)啟動(dòng)或關(guān)閉不同的電動(dòng)外圍設(shè)備（遮陽幕、加熱器、濕簾水泵及風(fēng)機(jī)、通風(fēng)系統(tǒng)等），程序所需的數(shù)據(jù)通過傳感器實(shí)時(shí)采集。

      該系統(tǒng)的使用，可以為植物提供一個(gè)理想的生長環(huán)境，并能起到減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高設(shè)備利用率、改善溫室氣候、減少病蟲害、增加作物產(chǎn)量等作用。

      本控制系統(tǒng)具有的特點(diǎn)：

      （1）預(yù)測性：通過對氣候參數(shù)的分析，可以預(yù)測控制設(shè)備的運(yùn)行情況，提高設(shè)備的利用率，降低能耗。

      （2）強(qiáng)大的擴(kuò)展功能：通過選用不同的外圍設(shè)備，可以控制溫室環(huán)境及灌溉、施肥等。

      （3）完善的資料處理功能：通過中央控制軟件，可以不間斷地記錄各種傳感器的信息以及各種控制設(shè)備的動(dòng)作記錄等。

      （4）遠(yuǎn)程監(jiān)控功能：即使工作人員不在現(xiàn)場，也可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對溫室內(nèi)的設(shè)備參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視和控制。

      （5）數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)功能：通過組態(tài)軟件，可將各種數(shù)據(jù)聯(lián)入局域網(wǎng)或INTERNET，真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

2 控制系統(tǒng)方案論證

      2.1  控制系統(tǒng)方案比較

      2.1.1  PLC、DCS、FCS三大控制系統(tǒng)的基本特點(diǎn)

      目前，在連續(xù)型流程生產(chǎn)自動(dòng)控制（PA）或習(xí)慣稱之謂工業(yè)過程控制中，有三大控制系統(tǒng)，即傳統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)、DCS控制系統(tǒng)和FCS控制系統(tǒng)。它們各自的基本特點(diǎn)如下：

        ◆傳統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)

     （1）從開關(guān)量控制發(fā)展到順序控制、運(yùn)送處理，是從下往上的。

     （2）可用一臺PC機(jī)為主站，多臺同型PLC為從站。

     （3）也可一臺PLC為主站，多臺同型PLC為從站，構(gòu)成PLC網(wǎng)絡(luò)。這比用PC機(jī)作主站的方便之處在于：有用戶編程時(shí)，不必知道通信協(xié)議，只要按說明格式設(shè)計(jì)就行。

     （4）PLC網(wǎng)格既可作為獨(dú)立DCS/TDCS，也可作為DCS/TDCS的子系統(tǒng)。

      ◆DCS控制系統(tǒng)

     （1）集散控制系統(tǒng)DCS是集4C（Communication，Computer， Control、CRT）技術(shù)于一身的監(jiān)控技術(shù)。

     （2）從上到下的樹狀拓?fù)浯笙到y(tǒng)，其中通信（Communication）是關(guān)鍵。

     （3）PID在中斷站中，中斷站聯(lián)接計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場儀器儀表與控制裝置。

     （4）是樹狀拓?fù)浜筒⑿羞B續(xù)的鏈路結(jié)構(gòu)，也有大量電纜從中繼站并行到現(xiàn)場儀器儀表。

     （5）模擬信號，A/D—D/A、帶微處理器的混合。

      ◆FCS控制系統(tǒng)

     （1）基本任務(wù)是：本質(zhì)（本征）安全、危險(xiǎn)區(qū)域、易變過程、難于對付的非常環(huán)境。

     （2）全數(shù)字化、智能、多功能儀表取代模擬式單功能儀器、儀表、控制裝置。

     （3）用兩根線聯(lián)接分散的現(xiàn)場儀表、控制裝置、PID與控制中心，取代每臺儀器兩根線。

     （4）在總線上PID與儀器、儀表、控制裝置都是平等的。

     （5）多變量、多節(jié)點(diǎn)、串行、數(shù)字通信系統(tǒng)取代單變量、單點(diǎn)、并行、模擬系統(tǒng)。

    （6）互聯(lián)、雙向的控制系統(tǒng)取代單向的、封閉的控制系統(tǒng)。

     （7）用分散的虛擬控制站取代集中的控制站。

      2.1.2三大控制系統(tǒng)之間的差異

      ● FCS是由DCS與PLC發(fā)展而來，F(xiàn)CS不僅具備DCS與PLC的特點(diǎn)，而且跨出了革命性的一步，而目前新型的DCS與新型的PLC，都有向?qū)Ψ娇繑n的趨勢。新型的DCS已有很強(qiáng)的順序控制功能；而新型的PLC，在處理閉環(huán)控制方面也不差，并且兩者都能組成大型網(wǎng)絡(luò)，DCS與PLC的適用范圍，已有很大的交叉。差異要點(diǎn)有：

      ●DCS系統(tǒng)的關(guān)鍵是通信。也可以說數(shù)據(jù)公路是分散控制系統(tǒng)DCS的脊柱。由于它的任務(wù)是為系統(tǒng)所有部件之間提供通信網(wǎng)絡(luò)，因此，數(shù)據(jù)公路自身的設(shè)計(jì)就決定了總體的靈活性和安全性。數(shù)據(jù)公路的媒體可以是：一對雙絞線、同軸電纜或光纖電纜。為保證通信的完整，大部分DCS廠家都能提供冗余數(shù)據(jù)公路。為了保證系統(tǒng)的安全性，使用了復(fù)雜的通信規(guī)約和檢錯(cuò)技術(shù)。目前在DCS系統(tǒng)中一般使用兩類通信手段，即同步和異步通訊，同步通信依靠一個(gè)時(shí)鐘信號來調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸和接收，異步通訊則采用沒有時(shí)鐘的報(bào)告系統(tǒng)。

      ●FCS的關(guān)鍵要點(diǎn)有三點(diǎn)

      （1）FCS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議，即總線標(biāo)準(zhǔn)

      前面的章節(jié)已經(jīng)敘述，一種類型的總線，只要其總線協(xié)議一經(jīng)確定，相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)與有關(guān)的設(shè)備也就被確定。就其總線協(xié)議的基本原理而言，各類總線都是一樣的，都以解決雙向串行數(shù)字化通訊傳輸為基本依據(jù)。但由于各種原因，各類總線的總線協(xié)議存在很大的差異。

      為了使現(xiàn)場總線滿足可互操作性要求，使其成為真正的開放系統(tǒng)，在IEC國際標(biāo)準(zhǔn)中的現(xiàn)場總線通訊協(xié)議模型的用戶層中，就明確規(guī)定用戶層應(yīng)具有裝置描述功能。為了實(shí)現(xiàn)互操作，每個(gè)現(xiàn)場總線設(shè)備都用裝置描述DD來表示。DD能夠認(rèn)為是裝置的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，它包括所有必要的參數(shù)描述和主站所需的操作步驟。由于DD包括描述裝置通信所需的所有信息，并且與主站無關(guān)，所以可以使現(xiàn)場裝置實(shí)現(xiàn)真正的互操作性。

       (2)FCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場裝置

      數(shù)字智能現(xiàn)場裝置是FCS系統(tǒng)的硬件支撐，是基礎(chǔ)，道理很簡單，F(xiàn)CS系統(tǒng)執(zhí)行的是自動(dòng)控制裝置與現(xiàn)場裝置之間的雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制。如果現(xiàn)場裝置不遵循統(tǒng)一的總線協(xié)議，即相關(guān)的通訊規(guī)約，不具備數(shù)字通信功能，那么所謂雙向數(shù)字通信只是一句空話，也不能稱之為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。再一點(diǎn)，現(xiàn)場總線的一大特點(diǎn)就是要增加現(xiàn)場一級控制功能。如果現(xiàn)場裝置不是多功能智能化的產(chǎn)品，那么現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)也就不存在了，所謂簡化系統(tǒng)、方便設(shè)計(jì)、利于維護(hù)等優(yōu)越性也是虛的。

      (3) FCS系統(tǒng)的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場化

      對于一個(gè)控制系統(tǒng)，無論是采用DCS還是采用現(xiàn)場總線，系統(tǒng)需要處理的信息量至少是一樣多的。實(shí)際上，采用現(xiàn)場總線后，可以從現(xiàn)場得到更多的信息?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)的信息量沒有減少，甚至增加了，而傳輸信息的線纜卻大大減少了。這就要求一方面要大大提高線纜傳輸信息的能力，另一方面要讓大量信息在現(xiàn)場就地完成處理，減少現(xiàn)場與控制機(jī)房之間的信息往返?？梢哉f現(xiàn)場總線的本質(zhì)就是信息處理的現(xiàn)場化。

      現(xiàn)在一些帶現(xiàn)場總線的現(xiàn)場儀表本身裝了許多功能塊，雖然不同產(chǎn)品同種功能塊在性能上會稍有差別，但一個(gè)網(wǎng)絡(luò)支路上有許多功能雷同功能塊的情況是客觀存在的。選用哪一個(gè)現(xiàn)場儀表上的功能塊，是系統(tǒng)組態(tài)要解決的問題。

      考慮這個(gè)問題的原則是：盡量減少總線上的信息往返。一般可以選擇與該功能有關(guān)的信息輸出最多的那臺儀表上的功能塊。

      2.2  控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

      日光溫室智能控制系統(tǒng)是一個(gè)涉及到溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度以及蔬菜品種等多種因素的復(fù)雜系統(tǒng)。因此，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)具備以下功能：

      1、較寬的工作電壓范圍：160V——260V AC；

      2、能長時(shí)間連續(xù)、穩(wěn)定、可靠的工作；

      3、能對溫室內(nèi)的溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的測量；

      4、能根據(jù)蔬菜品種的不同，可以人工/自動(dòng)設(shè)定溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度等參數(shù)的報(bào)警范圍；

      5、可以設(shè)定系統(tǒng)的控制狀態(tài)：手動(dòng)控制狀態(tài)和自動(dòng)控制狀態(tài)。在手動(dòng)控制狀態(tài)下，系統(tǒng)只具有參數(shù)檢測和警告功能，對電機(jī)、水泵等控制設(shè)備不作控制。在自動(dòng)控制狀態(tài)下，系統(tǒng)只具有參數(shù)檢測和警告功能，又能對電機(jī)、水泵等控制設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控。

      6、溫室內(nèi)部前端設(shè)備既能單獨(dú)工作，又具有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、聯(lián)網(wǎng)功能；

      7、檢測中心的計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)總線可與多個(gè)前端設(shè)備相連，并能檢測、控制這些設(shè)備的被控對象。

      2.3  控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)原則

      1、系統(tǒng)性能穩(wěn)定，運(yùn)行可靠。

      2、操作簡單，維護(hù)方便。

      3、整個(gè)系統(tǒng)易于擴(kuò)展。

      4、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)節(jié)能，維護(hù)費(fèi)用低。

      5、性能價(jià)格比高。

     2.4 控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)

      為了提高系統(tǒng)的可靠性,在設(shè)計(jì)中采取如下措施：

      1、現(xiàn)場控制PLC采用單獨(dú)供電且接地線單獨(dú)接地。

      2、上位機(jī)和弱電部分供電通過在線式500W UPS,既凈化了弱電供電電源,又可保證上位機(jī)不會因?yàn)橥蝗坏綦姸鴣G失數(shù)據(jù)。

      3、整個(gè)系統(tǒng)接地電阻小于1Ω。

      4、系統(tǒng)的控制輸出及報(bào)警輸入全部采用光電隔離技術(shù),有效防止外部干擾信號進(jìn)入。

      5、交流接觸器全部安裝阻容吸收裝置。

      6、中間繼電器線包全部安裝二極管吸收回路。

      7、各種弱電傳輸電纜全部采用屏蔽線,并且屏蔽層單端接地。

      通過以上對傳統(tǒng)PLC控制、DCS控制和FCS控制的比較，根據(jù)日光溫室控制的設(shè)計(jì)要求，考慮系統(tǒng)的功能完整性和成本預(yù)算，經(jīng)過反復(fù)比較和論證，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)我們決定采用傳統(tǒng)PLC控制和DCS控制相結(jié)合的方式進(jìn)行。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      3.1  控制系統(tǒng)的組成及功能

      要構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)，首先要根據(jù)控制要求配備各種硬件，然后把各個(gè)部件之間用網(wǎng)絡(luò)連接起來，這樣便形成了控制系統(tǒng)的框架。再通過軟件編程、組網(wǎng)，從而形成一個(gè)能實(shí)現(xiàn)一定功能要求的系統(tǒng)。目前采用PC機(jī)與多臺PLC控制單元為核心組成分布式測控系統(tǒng)在當(dāng)今的許多生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，這種系統(tǒng)利用了可編程控制器（PLC）的性價(jià)比高、功能強(qiáng)、抗干擾能力好的特點(diǎn)組建適用于分布式現(xiàn)場控制的前端控制單元，同時(shí)也利用了PC計(jì)算機(jī)軟硬件資源豐富和管理、控制功能強(qiáng)大，用戶界友好的特點(diǎn)。

      本課題所研究開發(fā)的系統(tǒng)根據(jù)溫室中作物生長環(huán)境的要求，由上位控制計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場控制單元PLC及各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器組成，系統(tǒng)的信息傳輸采用先進(jìn)的PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)。本系統(tǒng)還綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信和模糊控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了分散采集數(shù)據(jù)，集中操作管理，系統(tǒng)具有功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越、配置靈活、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)的整體控制結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

      3.1.1  前端控制單元的組成及功能

      本系統(tǒng)前端控制單元由S7－200小型PLC 及相關(guān)執(zhí)行設(shè)備和傳感器組成。

      1、現(xiàn)場控制單元核心設(shè)備西門子S7－200 PLC 簡介

      西門子S7－200系列PLC是SIEMENS可編程控制器家族中的一類，它具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性、低廉的價(jià)格以及強(qiáng)大的指令，使得S7－200系列PLC可以近乎完美的完成小規(guī)模的控制要求。此外，豐富的CPU類型和電壓等級使其在解決用戶的工業(yè)自動(dòng)化問題時(shí)，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。

      S7－200系列PLC模塊包括中央處理單元（CPU）、電源及數(shù)字I/O點(diǎn)，這些都被集成在一個(gè)緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中。

      2、前端控制單元功能：

      前端控制單元的主要功能為讀入各種傳感器的測量值與相應(yīng)的上下限控制報(bào)警值進(jìn)行比較，再根據(jù)內(nèi)部控制算法對各控制設(shè)備進(jìn)行開啟和關(guān)閉的操作。它具有功能強(qiáng)大、安全可靠、價(jià)格適宜等特點(diǎn)。如圖2所示。

圖2 前端控制單元結(jié)構(gòu)

      3.1.2  上位機(jī)組成及其實(shí)現(xiàn)功能

      上位機(jī)采用通用PC（Pentium 4計(jì)算機(jī)）機(jī)，技術(shù)成熟、軟硬件豐富、操作方便、用戶界面友好、工作可靠。由PC機(jī)實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行功能設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲、顯示打印等操作，也可聯(lián)入互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。上位機(jī)的管理程序的主要功能為可將室內(nèi)外采集的參數(shù)值顯示至計(jì)算機(jī)屏幕，同時(shí)具有實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、參數(shù)設(shè)定、參數(shù)瀏覽、報(bào)警瀏覽、報(bào)表打印、數(shù)據(jù)存儲等功能?？稍谏衔粰C(jī)上實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)切換，也可在手動(dòng)條件下點(diǎn)擊屏幕按鈕實(shí)現(xiàn)開窗、遮陽、水泵、側(cè)窗等電機(jī)操作，真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

      3.2  前端控制單元設(shè)計(jì)

      前端控制單元由SIEMENS S7-200系列PLC中的CPU214及相關(guān)擴(kuò)展模塊構(gòu)成，其中也包括各種測量傳感器和實(shí)現(xiàn)控制功能的各類執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

      3.2.1 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      數(shù)據(jù)采集是整個(gè)控制與管理系統(tǒng)的重要組成部分，要對環(huán)境和設(shè)備進(jìn)行控制，必須要對環(huán)境和設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，經(jīng)過分析決策，然后實(shí)施控制行為?？蓮囊韵聨追矫孢M(jìn)一步看出數(shù)據(jù)采集的重要性：（1）環(huán)境要素的變化（如溫濕度等）并非能準(zhǔn)確直觀感覺到；（2）環(huán)境要素處于時(shí)刻變化之中，必須要進(jìn)行連續(xù)和快速的監(jiān)測；（3）在實(shí)際應(yīng)用中要素的平均值更有意義，但平均值來自于大量的瞬時(shí)值；（4）在控制與管理過程中，要進(jìn)行要素的分析計(jì)算和優(yōu)化配置；（5）需要對植物產(chǎn)量與成本消費(fèi)的平衡進(jìn)行分析計(jì)算；（6）需要對歷史資料進(jìn)行顯示和查詢；（7）數(shù)據(jù)圖表和圖像顯示更直觀可用等等。

      設(shè)施環(huán)境監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集的重點(diǎn)包括光、溫、濕、CO2氣體等要素。70年代后期至80年代初提出了所謂的SPA（Speaking Plant Approach）的概念：即植物的生理狀態(tài)不僅隨時(shí)間而變化，而且直接受環(huán)境影響。通過對植物本身生理狀態(tài)的監(jiān)測，便能反應(yīng)（告知）環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣程度，達(dá)到環(huán)境優(yōu)化控制的目標(biāo)。從以上可看出，溫室監(jiān)測與控制系統(tǒng)需要處理不同類型和性質(zhì)的對象，因此傳感器的設(shè)計(jì)與選型是至關(guān)重要的，傳感器本身的性能指標(biāo)是制約數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵性因素。在80年代后期，提出了所謂的智能型傳感器的概念，與傳統(tǒng)的傳感器相比有以下重要特性；1）同類產(chǎn)品的互換性，即批量生產(chǎn)的傳感器具有一致性的質(zhì)量；2）輸出信號的兼容性，即很容易與用戶系統(tǒng)連接；3）可重復(fù)性，即在連續(xù)與重復(fù)操作過程中表現(xiàn)出的穩(wěn)定性；4）易標(biāo)定或換算性，傳感器所輸出的信號容易標(biāo)定和換算；5）輸出信號補(bǔ)償性，在劇烈變化的環(huán)境下，仍能穩(wěn)定輸出信號，或能自我補(bǔ)償；6）自我診斷性，當(dāng)傳感器自身或系統(tǒng)的某一部分出現(xiàn)故障時(shí)能自動(dòng)檢測和報(bào)警；7）抗逆性，在惡劣條件下能穩(wěn)定工作；等等。

      本系統(tǒng)采用的參數(shù)檢測系統(tǒng)包括對溫室內(nèi)部溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度、地溫和溫室外部氣溫、濕度、光照等模擬量的檢測，以及對電機(jī)、風(fēng)機(jī)狀態(tài)等開關(guān)量的檢測。對模擬量的檢測首先采用放大器將弱信號放大成5V的標(biāo)準(zhǔn)信號，然后經(jīng)A/D變換成數(shù)字量。為了增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，對開關(guān)量的檢測，本系統(tǒng)全部采用光電隔離器將外部電源與計(jì)算機(jī)電源隔離，減少了外部電源對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的影響，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

      1、溫度/濕度檢測

      在日常生活和生產(chǎn)中，我們經(jīng)常要測量環(huán)境的溫、濕度，傳統(tǒng)的測量方式采用水銀溫度計(jì)和干濕球濕度計(jì)查算法，存在著誤差大，操作使用不便等問題，采用工業(yè)級測量儀表價(jià)格昂貴。

      溫度傳感器是使用熱敏電阻測量溫度的。當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，熱敏電阻的阻值隨之改變，把測得的阻值換算成攝氏溫度值。

      濕敏元件是最簡單的濕度傳感器。濕敏元件主要電阻式、電容式兩大類。濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。濕敏電阻的種類很多，例如金屬氧化特濕敏電阻、硅濕敏電阻、陶瓷濕敏電阻等。濕敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，主要缺點(diǎn)是線性度和產(chǎn)品的互換性差。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酷酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。濕敏電容的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、產(chǎn)品互換性好、響應(yīng)速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實(shí)現(xiàn)小型化和集成化，其精度一般比濕敏電阻要低一些。

      本檢測系統(tǒng)采用SHT71新型溫濕度傳感器。

      SHT71是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSens技術(shù)的新型溫濕度傳感器。該傳感器將CMOS芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)結(jié)合起來，發(fā)揮出強(qiáng)大的優(yōu)勢互補(bǔ)作用。

      CMOSens技術(shù)的優(yōu)勢首先在于，利用具有不同保護(hù)下的"微型結(jié)構(gòu)"檢測電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層組成了傳感器芯片的電容，除保持電容式濕敏器件的原有特性外還可抵御來自外界的影響而對傳感器進(jìn)行保護(hù)，即使將傳感器浸入到液體中也不會對傳感器造成損害，同時(shí)還將溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合在一起構(gòu)成了一個(gè)單一的個(gè)體，這就可使測量精度提高并且可以精確得出露點(diǎn)值，而不會產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化而引起的誤差。

      測量數(shù)據(jù)處理

      為了將SHT71輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成實(shí)際物理量需進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。

      ⑴濕度變換

      SHT71的輸出特性呈一定的非線性，為了補(bǔ)償濕度傳感器的非線性以獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，可按如下公式修正濕度值：

      RHlinear=c1＋c2·SORH＋c3·SORH2 

      式中SORH為傳感器相對濕度測量值，系數(shù)取值如下：

      12位SORH ：c1=-4 c2=0.0405 c3=-2.8*10-6

      8位SORH： c1=-4 c2=0.648 c3=-7.2*10-4

       ⑵溫度補(bǔ)償

      上述濕度計(jì)算公式是按環(huán)境溫度為25℃進(jìn)行計(jì)算的，而實(shí)際的測量溫度則在一定范圍內(nèi)變化，所以應(yīng)考慮濕度傳感器的溫度系數(shù)，按如下公式對環(huán)境溫度進(jìn)行補(bǔ)償。

      RH true=（T℃-25）·（t1＋t2·SORH）＋Rhlinear

      當(dāng)SORH為12位時(shí)t1=0.01；t2=0.00008，當(dāng)SORH為8位時(shí)，t2=0.00128

      ⑶溫度變換

      由設(shè)計(jì)決定的SHT71溫度傳感器的線性非常好，故可用下列公式將溫度數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成實(shí)際溫度值：

      溫度=d1＋d2*SOT 

      當(dāng)電源電壓為5V、溫度傳感器的分辨率為14位時(shí)，d1=-40,d2=0.01，當(dāng)溫度傳感器的分辨率為12位時(shí)，d1=-40,d2=0.04。

      ⑷露點(diǎn)值計(jì)算

      空氣的露點(diǎn)值可根據(jù)相對濕度和溫度值由下面的公式計(jì)算:

      LogEW=（0.66077＋7.5*T/（237.3＋T）＋（log10（RH）－2） 

Dp=（（0.66077-logEW）*237.3）/（logEW－8.16077） 

      下面介紹一下具體的命令順序及命令時(shí)序。

      ⑴傳輸開始

      初始化傳輸時(shí)，應(yīng)發(fā)出"傳輸開始"命令，命令包括SCK為高時(shí)，DATA由高電平變?yōu)榈碗娖剑⒃谙乱粋€(gè)SCK為高時(shí)將DATA升高。

      后一個(gè)命令順序包含三個(gè)地址位（目前只支持"000"）和5個(gè)命令位，通過DATA腳的ack位處于低電位表示SHT71正確收到命令。

      ⑵連接復(fù)位順序

      如果與SHT71傳感器的通訊中斷，下列信號順序會使串口復(fù)位：

      當(dāng)使DATA線處于高電平時(shí)，觸發(fā)SCK 9次以上（含9次），并隨后發(fā)一個(gè)前述的"傳輸開始"命令。

      2、二氧化碳濃度檢測

      采用LTM-8803-CO2 1-wire Bus CO2傳感器，是長英科技繼數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化溫濕度一體化傳感器之后，推出的又一款多功能數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化傳感器，其高精度、功能集成、方便的現(xiàn)場校準(zhǔn)/安裝，是又一款經(jīng)濟(jì)性、方便性和先進(jìn)性完美統(tǒng)一的典范。

      3、光照強(qiáng)度檢測

      檢測系統(tǒng)采用TSL2550型光傳感器，該傳感器內(nèi)含兩枚光電探測器——一枚感應(yīng)可見光和紅外光，另一枚只感應(yīng)紅外光。兩枚光電探測器可以產(chǎn)生兩路信號，傳感器模擬人眼的原理，根據(jù)兩路信號的強(qiáng)弱判斷周圍光線的強(qiáng)度。這種產(chǎn)品采用SMBus總線接口，可以直接將光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，在同類產(chǎn)品中尚屬首創(chuàng)。該器件主要性能參數(shù)如下：每通道轉(zhuǎn)換時(shí)間400ms，電源電壓直流2.7V至5.5V,工作電流0.35mA，靜態(tài)電流10μA，工作溫度范圍-25～85℃。這種器件采用SOIC-8封裝，符合SMBus規(guī)范V1.1和V2.0的要求。

      3.2.2 控制子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

      控制系統(tǒng)可以按照預(yù)先設(shè)定的條件對風(fēng)機(jī)、水泵、卷簾機(jī)、開窗機(jī)、加熱、灌溉、二氧化碳發(fā)生器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，也可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。由于這些被控對象的功率有的比較大，為了減少外部電源對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的影響，對這些被控對象的控制，本系統(tǒng)全部采用光電隔離器將被控對象的電源與計(jì)算機(jī)電源隔離。這樣，就必然增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

      1、加溫系統(tǒng)

      溫室的升溫方式一般分為水暖加溫、燃油熱風(fēng)機(jī)、煤油熱風(fēng)機(jī)和電加溫，該系統(tǒng)是溫室中的必配設(shè)備，因電加溫耗資較大，本系統(tǒng)并未采用。在寒冷的北方，因其加溫時(shí)間長一般都配置水暖加溫，而在加溫時(shí)間較短的南方一般配置燃油熱風(fēng)機(jī)。本系統(tǒng)主要為控制水暖加溫的供熱閥門的開度來達(dá)到控制溫室內(nèi)溫度的目的。

      2、降溫系統(tǒng)

      其主要由濕簾紙墊、軸流通風(fēng)機(jī)及供水系統(tǒng)組成?？紤]到濕簾對光照的影響，通常濕簾安裝在溫室的北端面，風(fēng)機(jī)安裝在溫室的南端面。采用濕簾加風(fēng)扇的組合降溫系統(tǒng)，能滿足作物對濕度及溫度的生長要求。它是根據(jù)自然界水蒸發(fā)降溫的原理，通過特制的疏水濕簾，使?jié)窈煴砻嫱耆珴裢?，再通過另一端風(fēng)機(jī)使溫室內(nèi)形成負(fù)壓區(qū)，這樣外界空氣將通過濕簾吸入溫室，空氣在通過濕潤的濕簾表面而導(dǎo)致水份蒸發(fā)，從而達(dá)到理想的降溫效果。特別是干燥地區(qū)，濕簾降溫的效果更加明顯。多年實(shí)踐應(yīng)用顯示，即使在最熱的天氣下，合理設(shè)計(jì)安裝的濕簾--風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)仍可以控制溫室內(nèi)的溫度在30℃左右,從而將高濕對溫室作物產(chǎn)生的不利影響減少到最低。本系統(tǒng)采用控制水流和風(fēng)機(jī)的開關(guān)達(dá)到控制目的。

      3、灌溉施肥系統(tǒng)

      滴灌：滴灌系統(tǒng)由溫室內(nèi)水路管道及滴箭或滴頭/滴帶組成，主要用于溫室內(nèi)盆花或無土栽培的種植方式。

      微噴系統(tǒng)：懸掛式微型噴灌系統(tǒng)由溫室內(nèi)水路管道及噴頭組成，由于產(chǎn)品部件的標(biāo)準(zhǔn)化，組合不同的部件可分別適用于不同的場合。

本兩部分主要通過控制水流閥門的開度來達(dá)到控制目的。

     自動(dòng)灌溉施肥器：系統(tǒng)通過外部，內(nèi)部的環(huán)境參數(shù)傳感器及EC、PH傳感器，綜合考慮各方面的因素，通過控制肥料溶液的EC、PH值來達(dá)到自動(dòng)施肥的目的，并且針對不同的作物可以實(shí)現(xiàn)不同的肥料配方，以滿足不同灌溉區(qū)內(nèi)不同作物的需要。最終使每種作物在不同條件下保持最適宜的水肥條件。

      4、通風(fēng)系統(tǒng)

      自動(dòng)卷膜（開窗）通風(fēng)系統(tǒng)和軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)，通過控制卷膜（開窗）電機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)的啟停來達(dá)到溫室內(nèi)通風(fēng)的目的。

      5、二氧化碳濃度控制

      研究表明，二氧化碳是植物進(jìn)行光合作用制造有機(jī)物質(zhì)不可少的原料，通常植物生長最適合二氧化碳濃度為大氣中CO2平均濃度的3-5倍。

      本系統(tǒng)通過控制碳酸鉀的安全燃燒，產(chǎn)生二氧化碳供給植物，促進(jìn)光和作用。

CO2碳酸鉀發(fā)生機(jī)使用效果表

      6、內(nèi)外遮陽系統(tǒng)

      系統(tǒng)根據(jù)安裝的位置不同又分為外遮陽和內(nèi)遮陽兩種。

      外遮陽系統(tǒng)：該系統(tǒng)可以從多方面來改善作物的生長環(huán)境，保障陽光的合理化運(yùn)用，它的浸鋁合成纖維條能有效地折射掉部分陽光，起到遮陽降溫的作用。加裝遮陽幕后，室內(nèi)氣溫比室外氣溫低4℃-7℃，比未裝遮陽幕的溫室低5℃-10℃。遮陽幕不但保證了作物免遭強(qiáng)光烤灼而發(fā)黃枯萎、獲得更為適宜的生長環(huán)境，延長收獲期，增加產(chǎn)量，而且能大提高作物 的品質(zhì)。

      內(nèi)遮陽系統(tǒng)：除具有外遮陽系統(tǒng)的功效外，還具有以下功能：該系統(tǒng)在夜間還起到隔熱保溫的作用，能有效阻止熱量的散失，降低冬季溫室的運(yùn)行成本。用于不加溫溫室，可提高室內(nèi)該系統(tǒng)在某種程度上可減少溫室內(nèi)作物及土壤水分的蒸發(fā)，減少灌溉用水量，達(dá)到節(jié)水的效果。 

      遮陽系統(tǒng)由傳動(dòng)部分和遮陽幕共同組成。傳動(dòng)部分有鋼絲繩傳動(dòng)和齒輪齒條傳動(dòng)兩種。鋼絲繩傳動(dòng)具有傳動(dòng)速度快、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)；而具有傳動(dòng)平衡，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但造價(jià)略高。為滿足溫室的遮陽控制要求，傳動(dòng)部分我們采用了雖然造價(jià)較高但性能較好的齒輪齒條傳動(dòng)方式。本系統(tǒng)通過控制傳動(dòng)電機(jī)的啟停來達(dá)到調(diào)節(jié)溫室內(nèi)陽光強(qiáng)度的目的。安裝限位開關(guān)后，該部分可實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)控制。

      7、補(bǔ)光系統(tǒng)

      當(dāng)自然采光不能滿足作物光合作用時(shí)，人工補(bǔ)光系統(tǒng)根據(jù)作物的基本要求和環(huán)境條件，自動(dòng)補(bǔ)光，確保了作物生長所需的光能。本系統(tǒng)采用農(nóng)業(yè)專用補(bǔ)光燈具，具有防潮設(shè)計(jì)、光效率高，充分滿足植物所需要的光譜，補(bǔ)光量精確均勻。通過控制補(bǔ)光燈的供電電壓來達(dá)到調(diào)節(jié)燈光強(qiáng)度的目的。

      3.2.3 前端控制單元軟件設(shè)計(jì)

     位于現(xiàn)場的以PLC為核心的前端控制單元，軟件主要采用SIEMENS的STL語言和LAD語言編制，主要側(cè)重于現(xiàn)場過程或?qū)ο蟮目刂?。STL和LAD編程語言簡介

      1）STL編程語言

      語句表（STL）是文本編程語言，可用來建立邏輯塊編碼段，它的語句語法類似于匯編語言，指令有操作符和地址組成。STL編程語言有建立完成的用戶程序必備的全部文件，它含有容易理解的各領(lǐng)域的指令?？偣灿?30條各種基本指令，可用的地址范圍也很廣。功能和功能塊可供你清楚的構(gòu)造你的STL程序。

      STL程序包是MicroSTEP標(biāo)準(zhǔn)軟件的集成部分，這就意味著你可以使用STL的各種功能，如安裝MicroSTEP 軟件、所有編程功能、編譯功能、測試/診斷功能等。

      2）LAD(梯形圖)編程語言

      .梯形圖是二次世界大戰(zhàn)期間所發(fā)展出來的自動(dòng)控制圖形語言，是歷史最久、使用最廣之自動(dòng)控制語言之一。它最初只有A（常開）接點(diǎn)、B（常閉）接點(diǎn)、輸出線圈、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等基本機(jī)構(gòu)裝置，直到可編程控制器PLC 出現(xiàn)后，梯形圖中可表示的裝置除上述外，另增加了諸如微分接點(diǎn)、保持線圈等裝置以及傳統(tǒng)配電盤無法表達(dá)的指令，如加、減、乘及除等數(shù)值運(yùn)算功能。無論傳統(tǒng)梯形圖或PLC 梯形圖其工作原理均相同，只是在符號表示上傳統(tǒng)梯形圖以較接近實(shí)體的符號表示，而PLC 則采用較簡明且易于計(jì)算機(jī)或報(bào)表上表示的符號表示。在梯形圖邏輯方面可分為組合邏輯和順序邏輯兩種類型。 

    . 梯形圖的優(yōu)點(diǎn)是編程時(shí)采用的類似于傳統(tǒng)電氣控制電路的符號語言，通過梯形圖編輯器畫好梯形圖后，PLC 的程序設(shè)計(jì)也就完成，以圖形表示控制的流程較為直觀，易為熟悉電氣控制電路的技術(shù)人員所接受。在梯形圖中很多基本符號及動(dòng)作都是從在傳統(tǒng)自動(dòng)控制配電盤中常見的電氣裝置如按鈕、開關(guān)、繼電器（Relay）、定時(shí)器（Timer）及計(jì)數(shù)器（Counter）等得到的。

     3.3  數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

      3.3.1  數(shù)據(jù)通訊概述

      數(shù)據(jù)通訊可根據(jù)要求使用不同的通訊網(wǎng)絡(luò)，其級別一般可分為如下幾級：

     （1）管理級

      在管理級，處理影響整個(gè)操作的任務(wù)，它包括歸檔、處理、求值和過程與消息的匯報(bào)。也可以從多個(gè)站點(diǎn)收集和處理操作數(shù)據(jù)――從管理級也可以訪問其它站點(diǎn)。對于管理級，以太網(wǎng)是主要的網(wǎng)絡(luò)類型，為了連接更遠(yuǎn)的距離，在絕大多數(shù)情況下使用TCP/IP協(xié)議。

     （2）單元級

      在單元級，處理自動(dòng)化任務(wù)。在該級別，操作和監(jiān)控設(shè)備以及PC彼此連接。根據(jù)性能要求，主要的網(wǎng)絡(luò)類型是工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)。

      （3）現(xiàn)場級

      現(xiàn)場級是主機(jī)和設(shè)備之間的連接鏈路，在現(xiàn)場級使用的設(shè)備提供過程值和消息等，并且也向設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)命令。在大多數(shù)情況下，在現(xiàn)場級傳送的數(shù)據(jù)量較小。對于現(xiàn)場級，PROFIBUS是主要的網(wǎng)絡(luò)類型，為了與現(xiàn)場設(shè)備通訊，通常使用DP協(xié)議，對于現(xiàn)場級和單元級的小型網(wǎng)絡(luò)，可以使用MPI（多點(diǎn)接口）。

      （4）  執(zhí)行級－傳感器

      在執(zhí)行級－傳感器級，主站與連接到其子網(wǎng)的執(zhí)行器和傳感器進(jìn)行通訊。該級別的特征是數(shù)據(jù)傳送量極小，可是響應(yīng)卻很快。

      本系統(tǒng)中的通訊流程圖如圖3所示。 

       3.3.2  PROFIBUS結(jié)構(gòu)方案

      ◆. PROFIBUS的定義及分類

      PROFIBUS是Process Fieldbus的縮寫，是一種國際性的開放式的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，目前世界上許多自動(dòng)化生產(chǎn)廠家都為他們生產(chǎn)的設(shè)備提供了PROFIBUS接口。它廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通、電力等以及其它的自動(dòng)化領(lǐng)域。PROFIBUS根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)分為：PROFIBUS－DP，PROFIBUS－FMS，PROFIBUS－PA三個(gè)兼容版本。

     （1）PROFIBUS－DP：主要用于現(xiàn)場級的高速數(shù)據(jù)傳輸、解決自動(dòng)控制系統(tǒng)（如PLC、PC等）通過高速串行總線與分散的現(xiàn)場設(shè)備（I/O、直流調(diào)速器和閥門等）之間的通訊任務(wù)。使用PROFIBUS－DP可取代現(xiàn)場昂貴的24V或0～20mA的并行信號線。自動(dòng)控制系統(tǒng)與分散的現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換多數(shù)是周期性的，而對智能化現(xiàn)場設(shè)備還需要有非周期性的數(shù)據(jù)交換（如組態(tài)、診斷、報(bào)警處理等）。周期性的通信由DP基本功能完成，非周期性的通信由DP擴(kuò)展功能完成。

     （2）PROFIBUS－FMS：一般用于工業(yè)通訊分層中現(xiàn)場層和單元層的通訊任務(wù)，旨在解決車間監(jiān)控級通訊。由于這一級處在工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的中間層，起承上啟下的作用，因此在這一級高性能的功能要求遠(yuǎn)比系統(tǒng)的快速反應(yīng)更為重要。FMS除解決智能現(xiàn)場設(shè)備（如PLC、PC等）之間的通信任務(wù)以外，還提供了大量的、強(qiáng)有力的管理和服務(wù)功能，以適應(yīng)各種應(yīng)用需要。它也能應(yīng)用于大范圍和復(fù)雜的通信系統(tǒng)。

       ◆. PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)

       PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498國際標(biāo)準(zhǔn)、以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（Open System Interconnection OSI）作為參考模型的?，F(xiàn)場總線采用簡化的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，具有類似于OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層的3層協(xié)議或進(jìn)一步包括網(wǎng)絡(luò)層或傳輸層在內(nèi)的4層協(xié)議。流量控制和差錯(cuò)控制放在數(shù)據(jù)鏈路層執(zhí)行，而報(bào)文的可靠傳輸可以放在數(shù)據(jù)鏈路層或者應(yīng)用層執(zhí)行。這種協(xié)議具有結(jié)構(gòu)簡單、協(xié)議程序的設(shè)計(jì)靈活、執(zhí)行直觀、性能良好等優(yōu)點(diǎn)。這種流體型結(jié)構(gòu)確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸陀行?，用戶接口?guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可以調(diào)用的應(yīng)用功能。

      3.4 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      上位監(jiān)控機(jī)使用通用PC機(jī)，配置為P4 1.6G，256MRAM，40G硬盤，從而保證了大量的數(shù)據(jù)記錄和實(shí)時(shí)歸檔使用。上位機(jī)系統(tǒng)管理軟件，是必備的用于生產(chǎn)操作和監(jiān)視的控制軟件包，是整個(gè)控制系統(tǒng)的重要組成部分。其主要功能為：

     （1） 對各控制站的狀態(tài)信號進(jìn)行監(jiān)控。

     （2） 利用直觀的動(dòng)態(tài)畫面來模擬控制對象的工作狀態(tài)。

     （3） 可通過計(jì)算機(jī)控制被控對象的啟、停等工作狀態(tài)，并可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

     （4） 可以進(jìn)行各工作參數(shù)（溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度等）的趨勢曲線圖顯示或累計(jì)值顯示及報(bào)表打印功能。

     （5） 可進(jìn)行操作歸檔，以保證操作的安全性。

     （6） 可進(jìn)行故障報(bào)警與顯示。

     （7）參數(shù)的修改。實(shí)現(xiàn)操作人員對生產(chǎn)過程的人工干預(yù)，如修改給定值、控制參數(shù)和報(bào)警限等。

其使用的SIMATIC WinCC軟件具有方便的數(shù)據(jù)通訊及強(qiáng)大的組態(tài)功能。

      3.4.1 組態(tài)軟件 WinCC簡介

      SIMATIC WinCC（視窗控制中心），是西門子在自動(dòng)化領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)和Microsoft的強(qiáng)大功能相結(jié)合的產(chǎn)物。它有各種有效功能用于自動(dòng)化過程，是用于個(gè)人計(jì)算機(jī)上的，按價(jià)格和性能分級的人機(jī)界面和SCADA系統(tǒng)。可以容易的結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)和用戶程序生成人機(jī)界面，準(zhǔn)確地滿足實(shí)際要求。與其它監(jiān)控系統(tǒng)相比較。

      3.4.2 上位監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

      ◆. 上位監(jiān)控軟件的開發(fā)

      在設(shè)計(jì)上位監(jiān)控軟件監(jiān)控畫面時(shí)，考慮設(shè)計(jì)幾個(gè)部分：進(jìn)入畫面、口令保護(hù)、控制畫面的操作及切換等。

     1、進(jìn)入畫面：進(jìn)入WinCC后，進(jìn)入該軟件的第一幅畫面。畫面上有兩個(gè)按鈕：進(jìn)入控制系統(tǒng)按鈕和退出控制系統(tǒng)按鈕。

      2、口令保護(hù)：選擇了進(jìn)入控制系統(tǒng)按鈕后，出現(xiàn)口令保護(hù)窗口。為防止非專業(yè)人員進(jìn)入控制畫面，造成不必要的麻煩和誤操作，在進(jìn)入控制畫面按鈕上作了口令保護(hù)設(shè)置。單擊此按鈕會彈出需輸入口令的信息窗口。正確的口令輸入方式為：開機(jī)進(jìn)入第一幅畫面后，首先確定NumLock鍵是開著的，然后按一下“＋”按鈕，便會彈出口令輸入對話框，口令共有兩部分，上面輸入?yún)^(qū)內(nèi)輸入身份名，下面輸入?yún)^(qū)內(nèi)輸入密碼。身份密碼輸入無誤后，點(diǎn)擊“OK”按鈕或直接敲回車鍵，對話框消失，此時(shí)再點(diǎn)擊第一個(gè)按鈕就能進(jìn)入控制畫面了。還有一點(diǎn)要特別注意，進(jìn)入控制畫面后，先按一下“－”按鈕，取消輸入口令，這樣退到第一幅畫面后再想進(jìn)入控制畫面，必須再輸入一遍正確密碼。

      3、控制畫面的操作及切換：

      監(jiān)視畫面包含有各個(gè)溫室設(shè)備的運(yùn)行情況，一屏顯示一個(gè)畫面，各個(gè)畫面之間可以非常方便地切換，而且系統(tǒng)采集的各數(shù)據(jù)信息能在相應(yīng)的動(dòng)態(tài)畫面上實(shí)時(shí)顯示。

     （1） 控制畫面的切換：可以通過最上方按鈕欄選擇控制畫面，單擊即可進(jìn)入。

     （2） 功能畫面切換：通過右下腳的按鈕欄選擇。

     （3） 各個(gè)溫室控制信息：包括各種參數(shù)的設(shè)定和各個(gè)電機(jī)的操作。棒圖的顯示只需單擊相應(yīng)的數(shù)字顯示區(qū)域，便會彈出。參數(shù)的設(shè)定在畫面的左側(cè)，拖動(dòng)相應(yīng)參數(shù)的滑塊（中間的指針跟著轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)的百分?jǐn)?shù)處），主要是對溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度等參數(shù)的設(shè)置。電機(jī)操作按鈕在畫面的右側(cè)，包括電機(jī)的啟動(dòng)、停止、復(fù)位按鈕。點(diǎn)擊相應(yīng)電機(jī)的啟動(dòng)按鈕，溫室中對應(yīng)的電機(jī)開始運(yùn)行，點(diǎn)擊停止按鈕。則電機(jī)停轉(zhuǎn)。出現(xiàn)故障時(shí)，要先點(diǎn)擊復(fù)位按鈕。

    （4） 控制畫面右上角的總停按鈕：在緊急情況下單擊該按鈕就能及時(shí)關(guān)掉溫室中所有運(yùn)行的設(shè)備。為防止誤操作，設(shè)置有確定對話框。

    （5） 報(bào)警操作：一旦出現(xiàn)故障，控制畫面左上角的報(bào)警燈開始閃爍，出現(xiàn)事故的溫室和溫室中的設(shè)備將會顯示在特定的區(qū)域，點(diǎn)擊可進(jìn)入相應(yīng)的報(bào)警控制畫面，了解報(bào)警信息。

    （6） 數(shù)據(jù)歸檔操作：單擊數(shù)據(jù)歸檔按鈕進(jìn)入數(shù)據(jù)歸檔畫面，這里有各種參數(shù)的歸檔記錄。每個(gè)信息有兩部分：時(shí)間和該時(shí)間的數(shù)據(jù)。每個(gè)參數(shù)的信息以不同的顏色加以區(qū)別。

      ◆. WinCC/網(wǎng)頁瀏覽器技術(shù)在本系統(tǒng)中的應(yīng)用

      最近幾年，Internet技術(shù)的飛速發(fā)展促使其越來越多地應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。擁有圖形用戶接口的瀏覽器應(yīng)用程序使人們可以方便地使用國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，僅點(diǎn)擊幾下鼠標(biāo)，就可以方便地飛躍地域邊界的限制到達(dá)任意地方。WinCC/網(wǎng)頁瀏覽器使用戶可以通過國際互聯(lián)網(wǎng)Internet、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)Intranet或局域網(wǎng)，對工廠的生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視和操作。

     WinCC/網(wǎng)頁瀏覽器使用的通訊機(jī)制是給予事件驅(qū)動(dòng)的大吞吐量的數(shù)據(jù)傳輸，這使得它在互聯(lián)網(wǎng)上性能異常出色。由于有快速的通訊連接，用戶在網(wǎng)上的數(shù)據(jù)更新時(shí)間和在本地WinCC工作站上是一樣的。

      在進(jìn)入網(wǎng)頁服務(wù)器時(shí)，每個(gè)用戶必須表明用戶的身份，根據(jù)用戶進(jìn)入權(quán)利，控制其對工廠監(jiān)視或控制。除此之外，網(wǎng)頁瀏覽器可選項(xiàng)支持所有的用于Internet的安全機(jī)制，如路由器、防火墻和代理服務(wù)器。

     一個(gè)客戶機(jī)/服務(wù)器系統(tǒng)由一臺或多臺客戶機(jī)和一臺服務(wù)器組成。客戶機(jī)和服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)互相連接。客戶機(jī)發(fā)送指定的請求給服務(wù)器，由服務(wù)器執(zhí)行?？蛻魴C(jī)和服務(wù)器有基于命令的關(guān)系。客戶機(jī)和服務(wù)器必須連接在運(yùn)行TCP/IP協(xié)議的LAN（局域網(wǎng)）上。此外，為了能夠打開項(xiàng)目文件，客戶機(jī)必須被授權(quán)以訪問服務(wù)器。

      WinCC/網(wǎng)頁瀏覽器技術(shù)的發(fā)展提供了這樣一種可能，我們可以把一個(gè)地區(qū)的溫室控制系統(tǒng)做成一個(gè)局域網(wǎng)，從而為整個(gè)地區(qū)溫室的集中監(jiān)控提供可能。

4 結(jié)束語

      本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)研制堅(jiān)持以國產(chǎn)化為主體的原則，全部采用國內(nèi)最新研究成果和硬件技術(shù)，這樣不僅降低了成本，節(jié)省了大量資金，而且其性能價(jià)格比也相對較高，改變了有些農(nóng)業(yè)園區(qū)由于引進(jìn)國外高檔連棟溫室造成的投資過大、運(yùn)營成本過高的負(fù)債經(jīng)營狀況，又克服了有些園區(qū)由于基礎(chǔ)設(shè)施較差，采光保溫效果不好，作物產(chǎn)量低、經(jīng)濟(jì)效益差的局限性。