分布式網絡控制技術在溫室中的應用分析

董建恩，田巖，趙恒杰

（1.青島西海岸新區靈山衛街道辦事處，山東 青島 266400；2.青島西海岸新區農業農村局投入品科，山東 青島 266400）

分布式系統，就是每個功能都是針對于一個對象。這是一種較新模式的技術，它打破了原有設備的功能界限，并能按照溫室環境調控系統的要求，將其功能進行有機重組。

1 分布式網絡控制技術在溫室工程中的主要優點

1.1 減少硬件數量與投資成本

溫室的分布式網絡控制技術，是通過分散在控制現場的智能設備來完成其功能。現場設備是智能儀表，它可以直接執行控制、報警以及計算等多種功能的任務。相比傳統方式下的溫室環境控制技術來說，分布式網絡控制技術能減少變送器數量的使用，這樣調節器和計算單元等就不需要單獨配備，DCS系統的信號轉換和調理以及隔離等功能單元也就不需要再單獨配備，也不需要復雜的接線，因此，如果溫室工程中使用分布式系統，其硬件費用投資成本就能得到較大的節約。

1.2 減少安裝費用

對于分布式網絡控制技術而言，它采用一對N的接線結構，即傳輸線一對、儀表N臺，多個信號能實現雙向傳送。現場在進行安裝時，采用分布式網絡技術結構，就能減少溫室環境控制系統中的接線，還能縮短工程周期，降低其安裝費用，也更容易進行維護。簡而言之，如果溫室增加了，可以拓展其控制系統，對新增加的智能儀表來說，只要將其并行在電纜上掛接即可，新的電纜就不用再單獨架設。

對比分布式網絡技術與傳統技術，節省的各項費用如表1所示。

表1 費用節約率

1.3 減少維護費用

對于溫室的分布式網絡控制技術而言，在溫室控制室，操作員就能對現場設備的工作情況進行監控，調整相應的參數，并及時解決故障，這樣系統就會一直處于操作員的遠程監控狀態，減少維護停工的時間。由于系統具有簡單的結構，容易連線，使得維護工作量降低，減少了維護費用。

1.4 增加系統準確性

傳統的控制技術采用的是模擬信號儀表，而分布式系統使用的是數字信號儀表，它具有更高的抗干擾性和準確性，這樣抗干擾的設備就不用再單獨配備，進而也會讓成本降低。

1.5 增加用戶的系統集成主動權

和以往的控制技術相比，在擴充方面，分布式網絡控制技術更容易，其全部技術與標準都具有公開性，全部制造商都要依據該技術標準來工作。只要用戶選擇的設備與標準符合，就能在原有的溫室環境控制網絡上進行連接，進而擴展相關功能。

2 分布式網絡控制技術在農業溫室中的具體應用

由于現場總線技術的特點及其優點，未來它將在多種領域中被大量使用，然而，如今現場總線技術還不太成熟，在農業領域中使用價格較高，同時也存在很復雜的技術原理。因此，現今在農業溫室中使用工業現場總線技術，還不具備適用性。由于農業領域的控制技術有其獨特性，其控制對象比較特殊，調控設備也相對有限，研究人員要充分考慮到農業領域控制技術的特點，進而構建出比較簡單的分布式網絡控制系統模型，將其應用于在農業溫室中。該系統模型借鑒了現場總線的技術特點與開放性結構，對通訊模型進行了擴展，使其變為集成模型，這樣在同一層內就能集中各種相似的功能，如果功能存在較大的差異，就使用分層處理方式，這樣一方面能借鑒現場總線的思路與優點來確保分布式技術的實現，另一方面還能跟隨著技術發展的趨勢，在農業溫室中納入各種新技術，并通過恰當的方式，讓農業領域的控制系統朝著未來的新控制形式發展，進而成為其中的有機組成部分。因此，我們提出AFCS系統的參考模型，如圖1所示。其中，物理層的功能是發送信號和對系統進行控制；數據鏈路層的功能是在設備間實現網絡的共享以及對通訊進行調度；應用層的功能是對設備間的數據交換、命令、信息事件以及請求應答中的信息格式作出相應的規定；用戶層的功能是形成用戶所需的應用程序。

圖1 OSI模型、現場總線模型、AFCS模型

在溫室環境控制系統中使用分布式網絡控制技術，在物理層上，主要考慮溫室環境控制技術都需要哪些物理設備，通訊設備都要具有哪些電器標準的問題，進而通過RS485總線通訊為核心，使溫室環境控制系統得以形成。在數據鏈路層和應用層上，主要考慮如何確保通訊、如何實現溫室所需的通訊協議的問題；在用戶層上，主要考慮如何實現上位機控制系統的問題。

2.1 分布式網絡控制技術的應用原則

第一是具有經濟性。該技術的主要目的就是具有經濟實用性，也就是在功能實現并確保可靠性和準確性的前提下，確保設備的性價比較高。第二是具有先進性。該技術要密切跟隨前沿技術的步伐，以便在成熟的經濟條件下，能確保其得到及時應用。

2.2 分布式網絡技術的系統結構圖

分布式網絡控制系統由智能控制器來控制現場的執行設備，它使用的是以微處理器為核心的智能儀表，這些構成了其基本的底層系統。多個底層系統利用該技術控制系統的通訊總線，把信號傳送到RS232/RS485協議轉換器，進而讓現場信號實現從RS485到RS232的轉化，并連接上位監控計算機。上位機采用PC機或者數據采集器，這樣就形成了農業溫室中的分布式網絡控制系統。上位機的功能是確保系統聯網完成，并對各個下位機進行及時監控，一方面，它具有顯示和存儲以及設定各底層系統參數的功能，并能對各底層系統的數據進行檢測與控制，進而將其集中顯示在自己的屏幕上，以便遠程監控全部參數數據；另一方面，它還具有查詢和統計以及存儲溫室環境各項數據的功能，由于下位機的存儲器不足，其運算功能也不足，上位機還需充分發揮智能控制技術，進而實現現代化的管理。RS232/5485協議轉換器的功能，主要是實現總線信號從RS232向RS485的轉化，進而為溫室中分布式網絡控制系統提供更加高效的通訊總線。下位機的功能主要是控制現場，一方面，下位機能存儲和設定各智能傳感儀表的參數，并能對上位機下達的命令進行有效執行；另一方面，按照上位機的要求，下位機可以對執行設備進行有效控制，如果與上位機失去了聯系，下位機還能按照自己的策略，及時控制執行設備，這樣就不會因為通訊總線發生損壞，進而讓全部系統失控。

圖2 分布式網絡控制系統的物理模型

3 結語

現今，對于農業溫室環境控制系統來說，它正在朝著分布式和網絡化以及智能化方向發展。由于經濟條件方面的制約，目前我國的溫室控制系統還無法直接使用符合工業現場總線標準的控制技術。因此，我們就要研究并使用符合農業溫室環境控制要求的分布式網絡控制技術，充分發揮出其優勢功能，并為農業提供更好的服務。