本文描述了力控組態(tài)軟件在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，結(jié)合軟件和行業(yè)特點(diǎn)，闡述了設(shè)計(jì)思想和可行性方案，探索了工業(yè)組態(tài)軟件在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用的方法和過程。
關(guān)鍵字：力控；組態(tài)；智能溫室；農(nóng)藝園
一、 概述
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，溫室工程已成為高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要組成部分。計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的智能溫室自問世以來(lái)，已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要手段和措施。它的功能在于以先進(jìn)的技術(shù)和現(xiàn)代化設(shè)施，人為控制作物生長(zhǎng)的環(huán)境條件，使作物生長(zhǎng)不受自然氣候的影響，做到常年工廠化，進(jìn)行高效率，高產(chǎn)值和高效益的生產(chǎn)。
二、功能敘述
溫室環(huán)境包括非常廣泛的內(nèi)容，但通常所說(shuō)的溫室環(huán)境主要指空氣與土壤的溫濕度、光照、CO2濃度等。計(jì)算機(jī)通過各種傳感器接收各類環(huán)境因素信息，通過邏輯運(yùn)算和判斷控制相應(yīng)溫室設(shè)備運(yùn)作以調(diào)節(jié)溫室環(huán)境。輸出和打印設(shè)備可幫助種植者作全面細(xì)致的數(shù)據(jù)分析，保存歷史數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)主要具備以下幾部分功能：
2.1綜合環(huán)境控制
采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)比較分析，四季連續(xù)工況調(diào)控系統(tǒng)。，比例調(diào)節(jié)環(huán)境溫度、濕度與通風(fēng)。CO2 發(fā)生裝置按需比例調(diào)節(jié)環(huán)境CO2濃度，夏季室外屋頂噴淋，在保證室內(nèi)光照強(qiáng)度的前提下，組合調(diào)節(jié)環(huán)境溫度與通風(fēng)，達(dá)到強(qiáng)制降低環(huán)境溫度的效果。通過計(jì)算機(jī)對(duì)溫室各電動(dòng)執(zhí)行器進(jìn)行整體調(diào)節(jié)，自動(dòng)調(diào)控到作物生長(zhǎng)所需求的溫、濕、光、水、氣等條件，另外通過臭氧消毒凈化器對(duì)溫室進(jìn)行消毒。
2.2肥水灌溉控制
采用計(jì)算機(jī)肥水灌溉運(yùn)籌系統(tǒng)。根據(jù)作物區(qū)的需要，對(duì)水培區(qū)的營(yíng)養(yǎng)液成分，PH和EC值進(jìn)行綜合調(diào)控。對(duì)基培和土培區(qū)主要是根據(jù)作物生產(chǎn)需要，設(shè)定基質(zhì)、土壤的水勢(shì)值，自動(dòng)調(diào)節(jié)滴灌、噴灌系統(tǒng)的灌溉時(shí)間和次數(shù)。
2.3緊急狀態(tài)處理
采用計(jì)算機(jī)實(shí)測(cè)環(huán)境參數(shù)、狀態(tài)極限值反饋報(bào)警保護(hù)系統(tǒng)。根據(jù)作物的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)定溫室環(huán)境的極限值和作物生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)極限值報(bào)警保護(hù)系統(tǒng)，提高了整個(gè)系統(tǒng)安全性。
2.4信息處理
采用計(jì)算機(jī)集散控制信息管理系統(tǒng)。信息處理由中心控制計(jì)算機(jī)完成。主機(jī)通過局部數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)控制機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)雙向控制及全系統(tǒng)集中數(shù)據(jù)處理。其功能包括運(yùn)行實(shí)時(shí)參數(shù) 執(zhí)行器模擬狀態(tài)顯示，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、檢索，數(shù)據(jù)平均值報(bào)表、曲線顯示與打印。
2.5溫室的環(huán)境參數(shù)指標(biāo)
針對(duì)本系統(tǒng)所涉及的兩棟溫室，根據(jù)栽培的作物和所處的環(huán)境，具體參數(shù)如下：
l 葡萄溫室：
a、在冬季休眠期約90多天需保持溫室內(nèi)溫度為5℃。休眠期以后白天需控制溫室內(nèi)溫度為25-30℃，夜間需控制在15-18℃。
b、濕度需保持在50-75%不能超過95%。
c、光照強(qiáng)度應(yīng)保持在45000-55000勒克斯
d、二氧化碳濃度在上午日出后到10點(diǎn)左右保持在1000PPM左右。
e、PH值保持在7-7.5。
f、EC值離子總濃度保持在1‰-2‰，隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。
l 黃瓜、番茄溫室：
a、在苗期需保持溫室內(nèi)溫度在13-15℃，定植后白天上午應(yīng)保持在25-28℃，下午應(yīng)保持在20-25℃，夜間應(yīng)保持在15-18℃。
b、濕度黃瓜在白天保持在70-75%，夜間保持在85-90%；番茄白天保持在65-75%，夜間保持在75-85%。
c、光照強(qiáng)度番茄應(yīng)保持在50000勒克斯左右，保證12個(gè)小時(shí)光照；黃瓜應(yīng)保持在40000勒克斯左右，保證8-10小時(shí)光照。
d、二氧化碳濃度在上午日出后到10點(diǎn)左右保持在1000PPM左右。
e、PH值保持在6.5-7.5。
f、EC值離子總濃度保持在1‰-2‰，隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。
黃瓜和番茄在冬季早春即11月中旬至下年2月上旬期間比較關(guān)鍵。
以上參數(shù)在監(jiān)控軟件中進(jìn)行編寫，環(huán)境參數(shù)超出設(shè)定范圍時(shí)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)同時(shí)產(chǎn)生報(bào)警提醒值班人員注意。
三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)硬件和軟件選擇
設(shè)計(jì)系統(tǒng)的關(guān)鍵是硬件和軟件的穩(wěn)定性，根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和比較選用以下配置。
硬件配置：研祥工業(yè)計(jì)算機(jī)P4 2.0G/256M/40G/20英寸彩顯；西門子PLC S7-200；
軟件配置：系統(tǒng)WINDOWS 2000；組態(tài)軟件三維公司力控2.61控制策略網(wǎng)絡(luò)版。
3.2 軟件設(shè)計(jì)方案
實(shí)現(xiàn)智能化溫室控制的關(guān)鍵在于1）如何根據(jù)不同的作物或相同作物的不同生長(zhǎng)階段設(shè)計(jì)不同的控制方案和參數(shù)。2）時(shí)實(shí)參數(shù)的檢測(cè)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化。
3.2.1 力控的配方管理模塊實(shí)現(xiàn)了參數(shù)的批量控制
根據(jù)不同的作物或相同作物的不同生長(zhǎng)階段，設(shè)計(jì)出不同的配方。力控軟件提供了簡(jiǎn)單方便的組態(tài)和操作功能，將需要修改的參數(shù)首先定義為變量，這樣，操作人員可以通過操作畫面，進(jìn)行方便修改。
詳細(xì)表達(dá)式如下：
3.2.2 時(shí)實(shí)參數(shù)的檢測(cè)
時(shí)實(shí)參數(shù)的檢測(cè)永遠(yuǎn)的一線生產(chǎn)最主要的環(huán)節(jié)，及時(shí)反應(yīng)當(dāng)前生產(chǎn)情況，本系統(tǒng)選擇的檢測(cè)儀表盡量都是輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。針對(duì)農(nóng)藝園溫室的應(yīng)用環(huán)境特點(diǎn)是濕度較大，所以在邊送器的選型上特別注意能夠防潮濕，在這樣的環(huán)境中分析類邊送器如PH計(jì)和二氧化碳分析儀等，在檢測(cè)部位容易凝結(jié)水珠，所以維護(hù)的頻率要相對(duì)提高，一般需要4天左右就維護(hù)一次，這樣才能作到時(shí)實(shí)參數(shù)檢測(cè)及時(shí)準(zhǔn)確。
3.2.3 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化
由于技術(shù)中心遠(yuǎn)離溫室現(xiàn)場(chǎng)，而技術(shù)人員需要時(shí)實(shí)監(jiān)控生產(chǎn)參數(shù)，修改最佳的生產(chǎn)參數(shù)，數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化就是必須的。力控可以有2種方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化，一是 WEB功能；二是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)功能。WEB功能只能遠(yuǎn)程瀏覽而無(wú)權(quán)限修改參數(shù)，所以不適用本系統(tǒng)，定義遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)很好的實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化。
3.3 軟件實(shí)施說(shuō)明
系統(tǒng)主要對(duì)溫度、濕度、光照等指標(biāo)進(jìn)行控制。以葡萄溫室為例，休眠期溫室的溫度保持在5℃，休眠期后白天控制在25-30℃，夜間控制在15-18℃，當(dāng)溫度超出控制范圍時(shí)加熱爐的風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，使加熱爐產(chǎn)生的熱量在溫室內(nèi)均勻散布，當(dāng)溫室內(nèi)溫度達(dá)到作物適合溫度時(shí)，加熱爐風(fēng)機(jī)自動(dòng)停止。濕度控制在 50-75%，當(dāng)溫室內(nèi)濕度超出控制范圍時(shí)軸流風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，抽出溫室內(nèi)濕度較高的空氣，使?jié)穸认陆怠．?dāng)濕度降回到正常范圍時(shí)，軸流風(fēng)機(jī)自動(dòng)停止工作。溫室的光照度控制在45000-55000勒克斯，當(dāng)溫室內(nèi)的光照度達(dá)不到設(shè)定指標(biāo)時(shí)，溫室內(nèi)的補(bǔ)光燈自動(dòng)打開進(jìn)行人工補(bǔ)光。當(dāng)溫室的光照度水平達(dá)到設(shè)定指標(biāo)時(shí)補(bǔ)光燈自動(dòng)熄滅，以節(jié)約能源。臭氧病害防治機(jī)的使用則結(jié)合作物的具體情況來(lái)選擇性的進(jìn)行定期或不定期消毒滅菌。二氧化碳發(fā)生器的操作相對(duì)麻煩一些，需到溫室內(nèi)按步驟進(jìn)行操作，監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)視二氧化碳濃度，當(dāng)濃度達(dá)到有害程度時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，提醒監(jiān)視人員注意。黃瓜、番茄溫室的控制方案與之類似，主要差別在各參數(shù)的控制指標(biāo)不同。
四、結(jié)束語(yǔ)
組態(tài)、設(shè)計(jì)工作完成后，經(jīng)過模擬和在線測(cè)試后，證明該系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能完全達(dá)到了原設(shè)計(jì)的意圖，滿足了生產(chǎn)的需求。
系統(tǒng)投資少，見效快，運(yùn)行一年多來(lái)穩(wěn)定可靠，實(shí)踐證明改造后單產(chǎn)量都提高20%以上。說(shuō)明利用工業(yè)組態(tài)軟件改造現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，是完全可行的，特別是在華北和東北，溫室種植教多的地區(qū)，是新的思路和理念，具有廣闊的前景。