基于物聯網的溫室智能監控系統設計

趙冬梅

(湖南生物機電職業技術學院，湖南 長沙 410127)

1 系統總體框圖

在物聯網的技術框架之下設計了以PLC為核心的溫室智能控制系統，以實現溫室的智能化控制執行機構和可靠地監測溫室環境信息等功能。圖1為溫室智能控制系統整體框架結構圖。

該系統以PLC作為控制核心，包括由系統的電源、啟停按鈕、觸摸屏等組成的電氣控制柜；PLC的輸入設備包括溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器、卷簾及遮陰簾的限位傳感裝置；PLC的輸出設備包括水泵、加熱器、卷簾及遮陰簾的控制接觸器及報警模塊等組成；GM10-DTU模塊作為智能終端按照Modbus通信協議與觸摸屏進行實時的數據讀寫、實現云端平臺及手機APP上的遠程監控。

圖1 溫室智能控制系統整體框架結構圖

用戶通過手機或者電腦可以訪問環境監測的實時或者歷史數據，也可以遠程控制執行機構的運行，極大地減少了人在整個系統中的參與。

2 現場控制系統設計

2.1 PLC控制系統硬件設計

通過分析溫室智能控制系統的功能，得到該系統需要6個輸入點，9個輸出點。本著經濟型的原則，選用西門子公司生產的Smart 200PLC。

SR30 AC/DC/RLY作為本系統的控制核心，選擇EM AM06為模擬量擴展模塊。該型號的 PLC基本單元集成 18個開關量輸入點，12個開關量輸出點，RS485和以太網口各一個通信接口。AM06模塊包括4路模擬量輸入及2路模擬量輸出。滿足該控制系統的設計要求。PLC的I/O分配如表1所示。

表1 PLCI/O分配

2.2 PLC控制系統軟件設計

溫室環境主要從空氣溫度、濕度以及土壤濕度3個方面進行調節。PLC控制系統采集溫濕度傳感器和限位開關的狀態，智能控制遮陰簾電機、卷簾電機、水泵及加熱器的啟動、停止。最終維持溫濕度、土壤濕度等指標保持在設定的范圍內。程序控制流程如圖2所示。

圖2 程序控制流程

PLC將土壤濕度傳感器輸出的最小及最大的模擬量信號轉換為0～100之間的實數保存在VD108中，來反映當前土壤濕度的大小。將VD108與特定大小的數值做比較，PLC控制執行機構如卷簾及水泵的接通與斷開[3]。

圖3 土壤濕度模擬量的處理程序

2.3 MCGS人機界面設計

觸摸屏具有簡單易用、靈活性高、價格較低等特點，是當今社會進行人機界面交換的主要設備。本文采用MCGS的TPC7062系列觸摸屏，并以此設備為基礎實現遠程監控。觸摸屏的組態設計包括：遠程監控界面、報表的生成界面、溫濕度趨勢界面、報警界面及遠程控制界面[3]。系統的主要運行界面如圖4所示。

圖4 觸摸屏主界面

3 遠程監控系統設計

本設計將MCGS的TPC7062系列觸摸屏連接到EMCP物聯網云平臺，實現電腦Web頁面、手機APP對MCGS觸摸屏的遠程監控[4]。所需設備包括：MCGS TPC7062KT觸摸屏1臺、藍蜂科技GM10-DTU模塊1臺及有4G流量的SIM卡。MCGS與DTU模塊的通信連接如圖5所示。

圖5 MCGS與DTU模塊的通信連接

3.1 MCGS從站創建

Modbus協議，是由 Modicon公司開發設計的一種通訊協議，目前已經作為一種標準，在工業領域被廣為應用。許多PLC、DCS、智能儀表等工業設備都使用Modbus協議作為其通訊協議標準。MCGS軟件及TPC觸摸屏支持標準ModbusRTU、ASCII、TCP協議，并以此作為與其它軟件及設備互通標準的通訊協議。本項目通過對MCGS進行Modbus串口數據轉發作為EMCP平臺定時采集觸摸屏的數據和EMCP平臺對觸摸屏進行讀寫操作的數據。配置過程如圖6所示[5]。

3.2 EMCP平臺設置

用管理員賬號登錄EMCP平臺www.lfemcp.com，對EMCP云平臺進行設置。主要步驟如下：

遠程配置DTU，一是與MCGS觸摸屏通訊的串口參數，二是設置DTU定時采集觸摸屏數據的MODBUS通道參數。

圖6 MCGS的Modbus通信參數配置

新建數據規則，選擇列表或組態展示，按Modbus配置新增實時數據。

云攝像頭接入，從而實現web、APP等終端對現場視頻監控的功能。

4 系統聯調

在手機上安裝《云聯物通》APP，進入設備列表后點擊MCGS觸摸屏設備，直接進入的是實時數據列表頁面或組態畫面，點擊右上角菜單欄，彈出功能菜單，在菜單中點擊讀寫數據，對讀寫數據進行讀寫操作，點擊歷史報表查看設備的歷史存儲數據報表，點擊歷史曲線可查看各數據的歷史趨勢圖，點擊報警信息查看該設備的報警記錄，點擊設備詳情，查看設備的詳細信息或視頻畫面。手機APP操作畫面如圖7所示。

圖7 手機APP操作畫面

5 結語

用西門子S7-200 Smart系列小型化PLC CPU SR30為本系統的控制核心，以MCGS的TPC7062系列觸摸屏及EMCP云平臺為監控軟件，設計一套溫室智能控制系統，實現溫室溫度、濕度等環境因素的自動調節和遠程監控。給出了系統的總體結構框圖、程序流程圖及MCGS監控界面設計和通信的配置過程。該智能控制系統人機界面良好，自動化程度高，實現了溫室大棚的智能化、遠程化管理，可以節約人工成本，提高種植效益。