食用菌設(shè)施栽培自動(dòng)控制系統(tǒng)的評(píng)介

游曉斌 謝寶貴朱 堅(jiān)*

（1.福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院，福州 350000；2.福建農(nóng)林大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，福州 350001）

食用菌設(shè)施栽培自動(dòng)控制系統(tǒng)的評(píng)介

游曉斌1謝寶貴2朱 堅(jiān)1*

（1.福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院，福州 350000；2.福建農(nóng)林大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，福州 350001）

介紹一種以PLC為核心，運(yùn)用反饋控制，集制冷機(jī)、內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)，排風(fēng)機(jī)、加濕機(jī)為一體的食用菌自動(dòng)控制系統(tǒng)，并且便于集中監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控，從而達(dá)到自動(dòng)控制蘑菇房氣候環(huán)境的目的。

PLC；反饋控制；自動(dòng)控制

1 概述

食用菌自動(dòng)控制系統(tǒng)由三部分組成：（一）福建農(nóng)林大學(xué)菌物研究中心開(kāi)發(fā)的智能控制箱。這是該系統(tǒng)的核心（圖1-左）；（二）菌物研究中心與浙江青風(fēng)制冷有限公司共同研發(fā)的一體機(jī)（圖1-右）。該一體機(jī)集制冷、內(nèi)循環(huán)、排風(fēng)為一體，安裝一步到位，顯著降低了安裝成本。它是食用菌工廠化生產(chǎn)的首選設(shè)備；（三）以組態(tài)軟件為基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，由菌物研究中心自行開(kāi)發(fā)，專(zhuān)門(mén)用于整個(gè)食用菌廠蘑菇房氣候環(huán)境實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)控。

該系統(tǒng)能夠依據(jù)食用菌的生長(zhǎng)規(guī)律自動(dòng)控制菇房?jī)?nèi)的溫度、濕度、二氧化碳含量，為食用菌的生長(zhǎng)創(chuàng)造出最佳的環(huán)境條件，顯著提高了食用菌的產(chǎn)量和質(zhì)量。該控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，各種制冷、加濕、通風(fēng)、光照等設(shè)備在智能控制箱的統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮下，全自動(dòng)化運(yùn)行，無(wú)需人工參與，節(jié)省大量的勞動(dòng)力，降低了食用菌企業(yè)的生產(chǎn)成本；并能夠?qū)φ麄€(gè)食用菌廠的每一間蘑菇房實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖1 食用菌自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

2 性能特點(diǎn)

2.1 系統(tǒng)安裝方便

與傳統(tǒng)工廠化蘑菇房相比，本系統(tǒng)的安裝有很大的優(yōu)勢(shì)：首先，不需要在蘑菇房上多次安裝設(shè)備，減少了安裝的次數(shù)，節(jié)省了大量的安裝費(fèi)用；其次，在安裝本系統(tǒng)時(shí)只要在蘑菇房合適的位置開(kāi)兩個(gè)方形通風(fēng)孔即可，密封性能好。

2.2 控制功能強(qiáng)大

（1）溫度自動(dòng)控制。根據(jù)設(shè)定的溫度范圍，自動(dòng)啟動(dòng)制冷（或加熱）設(shè)備。集成的溫控系統(tǒng)如圖2所示。

（2）濕度自動(dòng)控制。根據(jù)設(shè)定的濕度范圍，自動(dòng)啟動(dòng)加濕設(shè)備。

（3）CO2自動(dòng)控制。根據(jù)設(shè)定的濃度上限或時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)排放。

（4）光照控制。根據(jù)設(shè)定的照明時(shí)段，自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉照明設(shè)備。

（5）內(nèi)循環(huán)控制。根據(jù)循環(huán)風(fēng)的啟動(dòng)周期，自動(dòng)啟動(dòng)循環(huán)風(fēng)機(jī)。

（6）其他控制。A .主機(jī)聯(lián)鎖控制；B.新風(fēng)機(jī)組聯(lián)鎖控制。

2.3 在控制上體現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保理念

系統(tǒng)控制上考慮到節(jié)能環(huán)保的要求，例如PLC在程序控制時(shí)，在排放前5分鐘不制冷，這樣可以避免制冷后把冷空氣排走，造成能源浪費(fèi)。一體機(jī)安裝方便，其包含一個(gè)進(jìn)氣口和一個(gè)出氣口，安裝后可以保持蘑菇房的密閉性，不會(huì)出現(xiàn)漏冷現(xiàn)象。

2.4 控制方式靈活

（1）自動(dòng)控制。根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，按照預(yù)先編制的程序自動(dòng)運(yùn)行。

（2）手動(dòng)控制。現(xiàn)場(chǎng)任意啟動(dòng)各種模式。

（3）集中監(jiān)控。通過(guò)一根通訊線纜將每間菇房的控制箱串聯(lián)起來(lái)送至監(jiān)控中心的監(jiān)控電腦，構(gòu)成菇房環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)。該監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)顯示并自動(dòng)記錄每間菇房的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（濕度、溫度、二氧化碳含量）以及外圍設(shè)備的工作狀態(tài)，遠(yuǎn)程設(shè)定工作參數(shù)，自動(dòng)報(bào)警并記錄報(bào)警發(fā)生的時(shí)間及報(bào)警原因。

（4）互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。通過(guò)安裝配套的互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控軟件，無(wú)論是在家或是出差，都可以通過(guò)英特網(wǎng)實(shí)時(shí)了解蘑菇房的溫度、濕度、C02含量、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等各項(xiàng)信息。

圖2 食用菌集成溫控系統(tǒng)

3 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要由三部分組成，分別是控制核心PLC，用于信號(hào)采集的傳感器，制冷機(jī)等負(fù)載。PLC控制系統(tǒng)與端口元件的連線圖，如圖3所示。

3.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)核心PLC

PLC又稱(chēng)為工業(yè)計(jì)算機(jī)，在整個(gè)蘑菇房控制系統(tǒng)中起到核心控制作用，它完成對(duì)系統(tǒng)中所有輸出信號(hào)（包括數(shù)字量信號(hào)和模擬量信號(hào)）的采集，并經(jīng)過(guò)CPU的運(yùn)算處理，產(chǎn)生相關(guān)輸出信號(hào)，對(duì)所有輸出單元進(jìn)行控制，并經(jīng)過(guò)循環(huán)掃描工作，實(shí)時(shí)控制所有執(zhí)行器工作。

3.2 信號(hào)采集用傳感器

在系統(tǒng)的檢測(cè)環(huán)節(jié)中溫濕度傳感器和CO2傳感器是非常重要的部件，它們將檢測(cè)到的控制量（溫濕度、CO2濃度）反饋給系統(tǒng)，PLC主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，經(jīng)運(yùn)算與給定的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，得出數(shù)字輸出量，提供給接觸器或繼電器，然后由接觸器或繼電器對(duì)壓縮機(jī)、加熱電磁閥等負(fù)載進(jìn)行控制，最后使系統(tǒng)達(dá)到給定標(biāo)準(zhǔn)值。

圖3 食用菌自動(dòng)控制系統(tǒng)

3.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)負(fù)載

本系統(tǒng)執(zhí)行的負(fù)載有一體機(jī)、加濕機(jī)和LED燈帶。

3.4 監(jiān)控軟件功能

（1）數(shù)據(jù)顯示。實(shí)時(shí)顯示菇房?jī)?nèi)的溫度、濕度、二氧化碳濃度數(shù)據(jù)。

（2）參數(shù)顯示。依據(jù)菇房?jī)?nèi)食用菌的生長(zhǎng)規(guī)律，遠(yuǎn)程自動(dòng)設(shè)定或者現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)設(shè)定參數(shù)。

（3）數(shù)據(jù)報(bào)表。自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)并按記錄的數(shù)據(jù)自動(dòng)生成報(bào)表。

（4）歷史曲線。以曲線/時(shí)間的方式顯示食用菌生長(zhǎng)過(guò)程中的數(shù)據(jù)，供專(zhuān)家分析研究。

（5）報(bào)警記錄。自動(dòng)記錄報(bào)警發(fā)生的時(shí)間、原因，供管理人員進(jìn)行分析診斷。

4 主要技術(shù)指標(biāo)

溫度測(cè)控范圍：0～50 ℃，誤差±0.3 ℃；濕度測(cè)控范圍：0％～100％，誤差±3％ RH；CO2濃度測(cè)控范圍：0～10 000 mg/kg，誤差±3％ mg/kg；工作環(huán)境溫度：－20～70 ℃；工作環(huán)境濕度：＜85％。

5 系統(tǒng)硬件和軟件的調(diào)試

為了使系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行，還應(yīng)該對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行硬件和軟件的調(diào)試。通過(guò)實(shí)際上電調(diào)試，以及系統(tǒng)程序反復(fù)測(cè)試運(yùn)行，并進(jìn)行相關(guān)參數(shù)整定，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制蘑菇房溫度，使之維持在設(shè)定值范圍內(nèi)，控制效果顯著。

*通信作者：朱堅(jiān)，主要從事食用菌設(shè)施設(shè)計(jì)工作，E-mail：zhujian6469@126.com。