【《大棚蔬菜水肥实施测控系统设计案例分析》10000字】

大棚蔬菜水肥实施测控系统设计案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u27202大棚蔬菜水肥实施测控系统设计案例分析 1179231.1总体设计 1301791.1.1设计要求 1107651.1.2系统总体设计 2231971.2大棚蔬菜控制系统设计 3226451.2.1设备选型 331451.2.2控制系统主电路设计 753481.2.3控制面板设计 9190041.3大棚蔬菜数据采集系统设计 10190521.1.1设备选型 10341.1.2数据采集系统与传感器的通信 12141781.1.3触摸屏与PLC通信 18222551.1.4数据显示与保存 20320161.4程序设计 22159401.4.1PLC程序设计 24230541.2.5触摸屏界面设计 29148321.4远程控制设计 33195151.4.1EasyAccess2.0介绍 33326901.4.2以太网络穿透 34242411.4.2操作步骤 341.1总体设计1.1.1设计要求根据目前现有条件，并结合蔬菜种植专家的种植经验，测控系统的电气控制要求如下：(1)灌溉方式：温室大棚灌溉系统采用喷灌的灌溉方式，通过对相关电磁阀的开闭来控制喷灌的启停。(2)运行方式：水肥实施灌溉系统采用手动与自动两种运行模式。手动模式下，可以在控制面板上启停水肥的实施以及其他环境控制设施；自动模式下，可以基于时间或设定指标进行自动的启停。(3)数据采集与存储：将大棚中传感器采集的相关数据存储到U盘中，HMI可以显示实时数据与历史数据。(4)报警和紧停：当系统运行出现故障时，会自动停止并禁止系统的一切操作，并通过蜂鸣器发出警报。紧停按钮可以在任何情况下都可以人工停止系统运行。(5)良好的扩展性：该水肥实施系统在设计之初必然存在许多不足，随着系统的完善以及控制要求的提高，必然会增加更多的传感器和电气设备，因此PLC的I/O口必须要留有一定的余量，且控制柜也留有安装其他电气保护设备的余量。1.1.2系统总体设计大棚蔬菜水肥实施测控系统总体设计流程如下图3-1所示。图3-1大棚蔬菜水肥实施系统设计流程图Fig.3-1FlowchartofImplementationSystemofVegetableWaterandFertilizerinGreenhouse大棚蔬菜水肥实施控制系统包括设备选型、系统主电路设计、面板设计、PLC程序开发和触摸屏界面设计；大棚蔬菜数据采集系统包括设备选型、数据采集系统与传感器的通讯、PLC与触摸屏通信、数据的显示与保存；控制与数据采集系统完成后，进行远程控制设计，以便日后对大棚蔬菜的监控更加便捷。1.2大棚蔬菜控制系统设计蔬菜水肥实施控制系统的设计包含了五部分，如下图3-2所示：分别为设备选型、控制系统主电路设计、控制面板设计、PLC程序设计、触摸屏界面设计。本节将对控制系统的设计进行整体的介绍，由于篇幅原因，其中一些细节便不再本节中进行详细介绍。图3-2控制系统设计流程图Fig.3-2Controlsystemdesignflowchart1.2.1设备选型本节仅对构成系统的重要设备进行了选型说明，其中包括PLC、触摸屏、模拟量模块与数字量模块。对断路器、继电器等低压配电设备以及控制面板上的按钮、指示灯等其他设备的选型，在此不做赘述。控制系统硬件选型设计如下图3-3所示：图3-3控制系统硬件选型设计Fig.3-3HardwareSelectionDesignofControlSystem(1)PLC选型在控制系统搭建之前，首先要确定其核心控制设备：PLC，又名可编程逻辑控制器。PLC是专为工业生产设计的一种数字运算操作的电子装置，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，是工业控制的核心部分。在选型时，主要考虑其结构、输出方式、响应时间、联网通信、I/O点数等。本控制系统在对PLC选型时主要考虑了I/O口的数量、环境适应性以及扩展功能这三个方面。根据控制要求，确定本次所需的PLC输入点数32个，输出点数56个，并且将来会对系统进行完善和扩展，综合以上多个方面的分析，该PLC应该具有64个输入点数和64个输出点数。对国内目前PLC各品牌进行了综合考虑以及性价比的对比，本次最终选取的PLC是三菱(Mitsubishi)公司的FX系列，其具体型号为FX3U-128MR-ES/A。该型号的PLC具有64个输入点数和64个输出点数。其较好的抗干扰性能够适应多种自然环境，且其丰富的扩展功能足够满足系统所需。该PLC长220mm，宽90mm，高86mm，其外形如下图3-4所示。图3-4三菱FX3U-128MPLCFig.3-4MitsubishiFX3U-128MPLC(2)触摸屏选型人机界面，也称用户界面(HumanMachineInteraction，简称HMI)指用户与含有计算机的机器系统之间的通信媒体或手段，是人机双向信息交互的支持软件和硬件。在综合考虑了人机界面的CPU性能、分辨率、尺寸、通讯接口与协议、环境适应性等，选择了威纶通公司的一款型号为MT8103iE带有wifi功能的人机界面，机器的正面及背板样式如图3-5所示。图3-5威纶通MT8103iE实物图Fig.3-5WeiluntongMT8103iEphysicalmap该人机界面的尺寸为10.1寸，LED背光，其主板使用了防腐蚀的保护涂层，内置电源隔离，大大提高了安全性。其具体参数如表3-1所示。表3-1人机界面参数Tab.3-1Humanmachineinterfaceparameters参数所需数目参数内容显示器10.1"TFT分辨率1024*600点亮度350背光寿命大于50000小时闪存(Flash)128MB内存(RAM)128MB处理器32位bitsRISCCortex-A8600MHz以太网接口WiFi串行接口Con.A串行接口Con.B10/100Base-TIEEE802.11b/g/n，WPA-PSK/WPA2-PSK加密COM2RS-4852W/4W，COM3RS-4852WCOM1RS-232/COM3RS-232输入电源24±20%VDC功耗650mA@24VDC外形尺寸W*H*D271*213*36.4mm开孔尺寸260*202mm操作环境温度0~50℃(32~122℉)该类型触摸屏具有128M的存储空间，可以实现系统数据的直接存储，通过数据线和自带触摸屏软件，可以将采集、存储的数据直接上传到上位机中。通过触摸屏自带的通信端口直接与PLC实现实时通信，其中USB端口通过U盘与PC机进行数据传输、触摸屏程序写入等。(3)模拟量模块选型图3-6FX3U-4AD实物图Fig.3-6FX3U-4ADphysicalmap本次水肥实施系统使用的超声波液位仪是模拟量输入的，而三菱的PLC只能接受数字量信号，因此需要外加一个可以把超声波液位仪发送的模拟量信号转换成数字量信号的模数转换模块。本系统使用的三菱FX3U-MR-ES/A配套的模拟量模块为FX3U-4AD，如图3-6所示。其性能参数如表3-2所示。表3-2FX3U-4AD参数Tab.3-2FX3U-4ADparameters项目规格电压输入电流输入模拟量输入范围DC-10V～+10VDC-20mA～+20mA，4mA～20mA数字量输出带符号16位二进制带符号15位二进制分辨率0.32mV1.25μAA/D转换时间500μS×使用通道数输入输出占用数8点电源DC24V±10%80mA(4)数字量模块选型由于本文选择的传感器为数字量输入型，为了实现与传感器的通信，需要在原有PLC的基本单元上加入一个FX3U-485-BD模块，该模块如图3-7所示。图3-7FX3U-485-BD实物图Fig.3-7FX3U-485-BDphysicalmap模块通信规格如表3-3所示。表3-3FX3U-485-BD通信规格Tab.3-3FX3U-485-BDcommunicationspecifications项目规格传输标准符合RS-485/RS-422标准最大传输距离最大距离50m通信方式半双工通信格式无协议通信，计算机链路(专用协议格式1和4)、并行链路和N：N网络波特率无协议通信，计算机链路：300/600/1200/2400/4800/9600/19200bps并行链路：115200bpsN：N网络：38400bps1.2.2控制系统主电路设计控制系统的电气部分包含了以下设备：三项电源，总开关，智能保护器，熔断器，空气开关，继电器，交流接触器，抽水电机，增压电机，搅拌电机，浪涌，PLC，开关电源，传感器，触摸屏，指示灯和电磁阀等。智能保护器是一种三项多功能漏电保护器，具有漏电，触电，过载，短路，缺项过压，欠压和防雷击等多种保护功能，适用于保护电机。系统的电气设计框图如图3-8所示。图3-8系统电气设计框图Fig.3-8Systemelectricaldesignblockdiagram为了保障系统稳定安全的运行，必须根据各主要电气设备的电气参数，计算出各条支线的功率，电压，电流等，从而加装合适的保护设备。表3-4电气设备的基本参数Tab.3-4Basicparametersofelectricalequipment设备名称设备型号额定电压额定电流额定功率数量增压电机IHG125-100A220V5.20A5000W1搅拌电机QJB0.55/6200/3-980220V7.02A2200W1抽水电机IHG50-100A220V4.0A3000W1PLCFX3U-128MRES/A220V0.2A45W1人机界面MT8103iE24V0.65A16W1电磁阀2w-25BK24V0.6A15W3传感器MEC1024V0.006A0.144W7指示灯得力688124V0.02A0.5W3电气设备的主要参数如表3-4所示。由表3-4可以计算出开关电源的功率： 16+15×3+0.144×7+0.5×3=63.508W (3-1)计算出控制系统中需要DC24V供电的设备总功率为61.508W，开关电源的额定功率必须略大于该数值，再加上一定的裕量，最终选择了明纬LRS-150-24型号的开关电源。系统的电气线路图在附录中，电气控制柜实物图如图3-9所示。图3-9电气控制柜实物图Fig.3-9Physicaldiagramoftheelectricalcontrolcabinet1.2.3控制面板设计根据控制要求，控制面板设计如下图3-10所示，控制面板包括、电源指示灯、手动模式指示灯、自动模式指示灯、紧急停止按钮、蜂鸣器、手自动模式切换开关。图3-10控制面板设计图Fig.3-10Controlpaneldesign当系统电源接通时，电源指示灯导通，代表系统已开启；将手自动模式切换开关转换到手动模式时，手动指示灯点亮，自动控制全部失效，系统只能手动操作运行；将手自动模式切换开关转换到自动模式时，系统根据设定的程序自动运行，手动按钮全部失效；当系统出现故障或者数据出现异常时蜂鸣器将会发出警报；按下紧停按钮时，整个系统所有模式失效，系统停止运行。1.3大棚蔬菜数据采集系统设计本节将会对蔬菜水肥实施系统的测试部分也就是大棚蔬菜生长环境数据采集系统进行设计，主要包括四部分如下图3-22所示：其主要包含了传感器选型、传感器与数据采集系统的通信、触摸屏与PLC的通信以及传感器数据的显示与保存。图3-22数据采集系统设计框图Fig.3-22Designblockdiagramofdataacquisitionsystem1.1.1设备选型(1)传感器选型空气传感器使用485型CO2温湿度集成变送器。采用新的红外校准技术用于测量CO2浓度，该技术快速，灵敏，避免了传统电化学传感器的使用寿命和长期漂移问题。它广泛用于农业温室，花卉种植，蘑菇种植以及需要二氧化碳和温湿度监测的其他场合。485通信，标准的ModBus-RTU通信协议，可以设置通信地址和波特率，最远的连接距离为2000米。该设备具有10-30V的宽电源电压，并且外壳具有高度的保护能力，可以适应现场的各种恶劣条件。CO2温湿度一体变送器实物图如图3-23所示。图3-23CO2温湿度一体变送器实物图Fig.3-23CO2TemperatureandHumidityIntegratedTransmitterPhysicalMap土壤传感器使用MT10土壤湿度/电导率/温度传感器。MT10传感器的性能非常稳定，灵敏度也很高。这是监测和研究土壤水分/电导率/温度的重要工具。它广泛用于土壤湿度监测，科学实验，节水灌溉，温室，花卉和蔬菜，快速土壤测试，废水处理，草地牧场，农作物生产，精细农业等场合。MT10土壤传感器如图3-24所示。图3-24传感器实物图Fig.3-24Sensorphysicalmap该传感器具有以下优点：土壤含水率(土壤湿度)、温度以及电导率三种参数同时测量；传感器的电极采用经过处理的合金制成，可以接受较强的冲击，不易坏；传感器的外壳完全密封，可以填埋到土壤内部或直接投入水中使用；传感器的精度较高，响应较快，其三个探针的设计保证测量数据的精确性，性能十分可靠；拥有完善的保护电路，且有多种信号输出接口可选。(2)超声波液位仪选型图3-25超声波液位仪实物图Fig.3-25PhysicalmapofultrasoniclevelgaugeMIC-DP集成超声波液位计(如图3-25所示)的工作原理是收集所发射的超声波穿过液位或液位所需的时间，然后反射回来以计算两者之间的距离。由于其非接触式，方便安装和维护等优点，近来它已在越来越多的领域中得到应用。它可广泛用于测量各种液体和固体的高度，特别是在某些卫生要求高的现场有着不可取代的优势。其具有如下优点：量程范围很广，最大可达60m；物位/液位可以同时显示，方便观察；可以通过调节三挡响应速度，满足不同状况的需求；回波处理技术，声学匹配技术和多点发射电路技术保证性能的可靠。1.1.2数据采集系统与传感器的通信本系统最终采用的传感器有两种，分别是模拟量传感器和数字量传感器。模拟量传感器(超声波液位)会将其采集到的数据直接送入PLC的模拟量模块中，在经过A/D转换后对采集获得的数据进行处理显示；数字量传感器则直接将采集到的土壤温度、土壤湿度数据和EC值数据输入PLC的FX3U-485-BD模块。传感器数据最终保存在威伦触摸屏中(触摸屏可以实现数据存储和数据显示功能)。该数据采集系统构成框图如图3-26所示。图3-26数据采集系统框图Fig.3-26Blockdiagramofthedataacquisitionsystem(1)FX3U-485-BD通信模块RS-485(又称RecommendedStandard485)接口是在RS-422基础上发展起来的一种采用EIA标准的串行接口，该接口采用差分传输方式。FX3U-485-BD接口的引脚名称、代号与功能见表3-5所示。表3-5FX3U-485-BD接口的引脚名称、代号与功能表Tab.3-5PinNames，Codes，andFunctionTablesofFX3U-485-BDInterfacesPLC侧引脚信号代号信号名称信号功能1SDA(TXD+)数据发送+端发送传输数据到RS-485设备2SDB(TXD-)数据发送-端发送传输数据到RS-485设备3RDA(RXD+)数据接收+端接收来自RS-485设备的数据4RDB(RXD-)数据接收-端接收来自RS-485设备的数据5SG(GND)信号地——(2)FX3U-485-BD模块与传感器的硬件接线图3-27FX3U-485-BD模块与传感器接线图Fig.3-27FX3U-485-BDmoduleandsensorwiringdiagramFX3U-485-BD模块一共有五个接口，分别为SDA(TXD+)、SDB(TXD-)、RDA(RXD+)、RDB(RXD-)、SG(GND)。其中SDA(TXD+)和RDA(RXD+)短接之后与传感器的黄色的线连接，SDB(TXD-)和RDB(RXD-)短接之后与传感器的白色的线连接，SG(GND)接地，传感器的红线接开关电源转换后的24V直流电源的正极，传感器的黑线接开关电源转换后的24V直流电源的负极。具体的接线图如图3-27所示。(3)FX3U-485-BD模块与传感器的数据通信Modbus通信协议是一种串行通信协议，是多种仪器仪表以及智能传感器在通信接口方面的标准，在传感器中有着广泛的应用。Modbus协议严格遵循主从原则，也就是说在该协议中主机的个数只能有一个，其它设备全部都只能是从机，并且每一个从机自己的地址也具有唯一性，这样设置的目的是为了数据通信的有序进行，而不至于由于地址出现混乱而导致的数据传输出现问题。在本文中带有FX3U-485-BD模块的PLC为主设备，其他3个485接口类型的使用Modbus通信协议的传感器都是从设备。数字量传感器与PLC的FX3U-485-BD模块之间的通信分为两步。第一步，通过Modbus通信协议依次为3个传感器排序并写入为其分配的地址，方便以后读取每一个传感器的数据，传感器的编号依次从0到2顺序标记。其通用请求格式如表3-6所示，其通用响应格式如表3-7所示。表3-6Modbus通信协议写入操作通用请求格式Tab.3-6ModbusCommunicationProtocolWriteOperationGeneralRequestFormat通用请求格式AA06RRRRNNNNCCCCAA1字节设备地址，范围0-255061字节功能号为6RRRR2字节寄存器地址，高字节在前NNNN2字节寄存器数量，高字节在前CCCC2字节CRC校验表3-7Modbus通信协议写入操作通用响应格式Tab.3-7Modbuscommunicationprotocolwriteoperationgeneralresponseformat通用响应格式AA06RRRRNNNNCCCCAA1字节设备地址，范围0-255061字节功能号为6RRRR2字节寄存器地址，高字节在前NNNN2字节寄存器数量，高字节在前CCCC2字节CRC校验PLC的FX3U-485-BD模块可以使用Modbus通信协议向每一个传感器发送访问请求，然后，所有作为从机的传感器就会按照访问请求的顺序依次传回数据。其通用请求格式如表3-8所示，其通用响应格式如表3-9所示。表3-8Modbus通信协议读取操作通用请求格式Tab.3-8ModbusCommunicationProtocolReadOperationGeneralRequestFormat通用请求格式AA03RRRRNNNNCCCCAA1字节设备地址，范围0-255031字节功能号为3RRRR2字节寄存器地址，高字节在前NNNN2字节要读取的寄存器数量，高字节在前CCCC2字节CRC校验表3-9Modbus通信协议读取操作通用响应格式Tab.3-9Modbuscommunicationprotocolreadoperationgeneralresponseformat通用响应格式AA03MMVV0VV1VV2VV3……CCCCAA1字节设备地址，范围0-255031字节功能号为3MM1字节返回寄存器值的数据字节数量VV0，VV12字节返回的第一个寄存器值VV2，VV32字节返回的第二个寄存器值……返回的第N个寄存器值CCCC2字节CRC校验在每个通用格式的最后都有一个CRC校验，CRC校验又称循环冗余校验，Modbus通信协议的CRC含两个字节，即16位二进制数。(4)FX3U-4AD通信模块三菱FX3U-4AD通过其扩展线缆与PLC主机直接相连，在本次系统中，一共使用了1个模拟量模块，其型号为FX3U-4AD。该模拟量模块也只接入了一个超声波液位仪。一台三菱的PLC最多可接入8个模拟量扩展模块。根据系统设计，选取电流输入作为模拟量模块的工作方式，电流输入区间为4～20mA。其信号端子各个信号名称及用途如下表3-10所示：表3-10FX3U-4AD各信号端子名称与功能表3-10NameandfunctionofeachsignalterminalofFX3U-4AD信号代号信号名称信号功能24+电源+端为模拟量模块提供电源24-V+I+VI-FG电源+端接地端电压+端电流+端电压、电流-端接地端为模拟量模块提供电源为模拟量模块接地保护模拟量模块电压输入+模拟量模块电流输入+模拟量模块信号输入-为模拟量模块接地保护(5)FX3U-4AD模块与超声波液位仪的硬件接线模拟量模块供电电压为24V，由PLC进行供电，接地端子实现接地。超声波液位仪的电源供电和电流信号共有一根两芯线缆(两线制)，具体接线如图3-28所示。图3-28模拟量模块与超声波液位仪的接线Fig.3-28Wiringoftheanalogmoduleandtheultrasoniclevelgauge(6)FX3U-4AD模块与超声波液位仪的数据通信超声波液位仪采集的模拟量信号经过FX3U-4AD后转换成数字值后，保存在FX3U-4AD的缓冲存储区中，可以使用BMOV指令来执行对FX3U-4AD的缓冲存储区数据的读出，可以使用MOVP对该缓冲存储区进行数据写入，FX3U-4AD的缓冲存储区的一览表如下表3-11所示。模拟量模块的#0号缓冲存储区主要用于对通道1到通道4的输入模式的设置，如图3-29所示，输入模式的指定采用4位数的HEX码，对各位分配各通道的编号。通过在各位中设定0～8、F的数值来设定输入模式，输入模式的种类如下表3-12所示，本文模拟量模块通信格式的PLC程序实现如下图3-30所示。图3-29#0号缓冲存储区的各通道位置图Fig.3-29Locationofeachchannelin#0#buffermemoryarea表3-11FX3U-4AD缓冲存储区的一览表Tab.3-11ListofFX3U-4ADbufferstorageareasBFM编号作用内容#0设置通道1～4输入模式0-8#1不可以使用无#2通道1平均次数设定范围1～4095#3通道2平均次数设定范围1～4095#4通道3平均次数设定范围1～4095#5通道4平均次数设定范围1～4095#6通道1数字滤波器设定设定范围0～1600#7通道2数字滤波器设定设定范围0～1600#8通道3数字滤波器设定设定范围0～1600#9通道4数字滤波器设定设定范围0～1600………图3-30模拟量模块通信格式的PLC程序实现Fig.3-30Programimplementationofanalogmodulecommunicationformat表3-12输入模式种类表Tab.3-12Inputmodecategorytable设定值输入模式模拟量输入范围数字量输出范围0电压输入模式-10V～+10V-32000～+320001电压输入模式-10V～+10V-4000～+40002电压输入(模拟量值直接显示模式)-10V～+10V-10000～+100003电流输入模式4mA～20mA0～160004电流输入模式4mA～20mA0～40005电流输入(模拟量值直接显示模式)4mA～20mA4000～200006电流输入模式-20mA～+20mA-16000～+160007电流输入模式-20mA～+20mA-4000～+40008电流输入(模拟量值直接显示模式)-20mA～+20mA-20000～+200009～E不可以设定————F通道不使用————1.1.3触摸屏与PLC通信上一小节分别介绍了土壤温度、土壤湿度和EC传感器与FX3U-485-BD模块之间的通信，还有超声波液位仪和模拟量模块之间的通信，也就是说，需要采集的环境信息都已经传输至PLC，只需将这些数据进行换算，就能很容易得到需要的温度、土壤湿度、EC和蓄水罐液位等信息。所以接下来需要考虑的就是这些信息的显示与存储，而这正与触摸屏的使用有关。首先需要解决的问题就是触摸屏与PLC之间的接线和通信问题。不同型号的PLC与触摸屏之间的接线方式也不相同。我们选用的三菱FX3U-128MR的接口为8针圆形母座的RS422接口，而触摸屏型号为MT8103IE，其通信接口一共有两种，分别是con.A端的9针D型母座的RS485接口和con.B的9针D型公座的RS485接口，此处选择了con.A端的9针D型母座的RS485接口。PLC与触摸屏的接口管脚图如图3-31所示。图中左边的是PLC端的8针圆形母座的RS422接口，右侧为触摸屏端的con.A端的9针D型母座的RS485接口。图3-31PLC和触摸屏的接口管脚图Fig.3-31InterfacepindiagramofPLCandtouchscreen在EasyBuilderpro软件中，新建一个工程文件，触摸屏型号选择为MT8103IE，然后点击系统参数，选择新增设备，在弹出的对话框中，名称可以取一个比较容易记住的名字，设备类型选择MitsubishiFX3U/FX3G，接口类型选择RS-4854W，其他参数保持不变即可，然后点击确定。设置过程如图3-32所示。图3-32PLC和触摸屏的通信设置Fig.3-32CommunicationsettingsbetweenPLCandtouchscreen1.1.4数据显示与保存在实现触摸屏与PLC的通信之后，传感器数据就可以实时地传输至触摸屏，只要在触摸屏上建立资料取样、数据存储区和历史数据显示三种元件，即可实现数据的显示与保存。(1)资料取样图3-33资料取样Fig.3-33Datasampling单击选择资料取样元件，即可进行资料取样。水肥实施系统系统共有光照、室内温度、室内湿度、室内CO2浓度、土壤温度1、土壤温度2、土壤湿度1、土壤湿度2、土壤EC1、土壤EC2，一共10资料取样，如上图3-33所示。(2)数据存储区选用的触摸屏型号为MT8103IE，其带有一个USB2.0的接口，并综合考虑到触摸屏本身的存储空间较小，而且使用U盘存储数据更加方便拷贝数据，最后决定在U盘上建立数据存储区。数据存储的具体设置如下图3-34所示。图3-34数据存储的设置Fig.3-34Settingsfordatastorage(3)历史数据显示元件在完成数据采集和数据保存之后，为了实现数据在触摸屏上的实时显示，可以使用历史数据显示元件在触摸屏上建立显示历史数据的窗口。首先需要进行历史数据显示的相关设置，需要设置的内容有文字格式，表格属性等内容，具体设置如下图3-35所示。图3-35历史数据显示元件的表格设置Fig.3-35Tablesettingofhistoricaldatadisplaycomponents在完成表格的相关设置后，即可对需要显示的历史数据进行设置，如下图3-36所示。图3-36数据显示设置Fig.3-36Datadisplaysettings1.4程序设计在程序设计之前，首先要将青梗菜的种植农艺流程转换为系统语言。根据之前青梗菜生长环境与种植农艺的介绍，青梗菜的生长过程分为发芽期、幼苗期、莲座期与结球期。每一个生长周期需要精确地控制好生长所需的温度、湿度、光照强度与土壤EC值，具体控制策略在前面第2章已做介绍，转化为农艺流程图如下所示。(a)(b)(c)(d)图青梗菜种植农艺流程图Fig.AgriculturalartflowchartofQingqingTerrierdishplanting1.4.1PLC程序设计本小节主要对PLC程序设计进行详细讲述，具体设计流程如下图3-11所示：图3-11PLC程序设计框图Fig.3-11PLCprogrammingblock(1)PLC程序设计软件介绍该控制系统的PLC程序的编写使用的是三菱公司自主研发的GXWorks2软件平台，该软件支持三菱旗下FX系列等多种类型PLC的程序开发编写，支持ST语言、指令表和梯形图等多种语言进行程序编写，可以完成在线调试、在线监视和离线模拟等功能。(2)电控柜手动操作流程打开电源，触摸屏显示界面，按下面板上的总开关按钮，总开关灯亮；将选择开关旋转至手动操作位，手动模式灯亮；在触摸屏上选择手动界面，进入手动操作界面；在此界面上可选择各个电机和电磁阀的开闭，电机启动延时为4秒，电机关闭延时为2秒，各电磁阀启动延时为2秒，断开延时为4秒；按下对应按钮后，设备开启，则左侧灯亮；1-7号电磁阀分别管控一个地块，每次只能开一个阀，其余进出水阀可同时开；进水阀开后可向罐中进水；出水阀开后再打开1-7号电磁阀(任一)，即可浇地；(3)I/O端口分配在编写PLC程序之前，必须先确定程序中需要用到的I/O点数及其分配。该测控系统选用的PLC是三菱的FX3U-128MR-ES/A，本文目前所使用具体的I/O分配图在附录中所示。(4)初始化设计在确定了端口分配之后，接下来进行程序的编写。首先需要初始化设计，其作用就是将PLC的运行参数进行数据清零和建立通讯等等，初始化程序如下图所示。图初始化程序Fig.initializationprocedure(5)手动控制设计系统上电运行之后，将手自动档位调节按钮调至手动模式，则开启手动模式。例如大棚灌溉时：先打开1号电磁阀，再打开五吨罐出水阀(二选一或同时开)，最后打开浇水电机；灌溉完成后，先关闭浇水电机，在依次关闭出水阀和1号电磁阀。5吨罐进水时：先打开进水阀，再打开进水电机，水罐进水；进水完毕后，先关闭进水电机，再关闭进水阀。施肥时：先将罐中放入一定水量，打开施肥口倒入肥料，关闭施肥口后继续进水至合适位置，打开搅拌电机，待肥液混合好后关闭搅拌电机；打开出肥阀，打开电磁阀，打开浇水电机，进行施肥，施肥结束后关闭电机，关闭电磁阀、出肥阀。部分手动控制程序在放在附录中。(4)自动控制设计系统进入自动运行模式之后，PLC通过读取传感器的温度、湿度、光照等实时数据，与设定具体上下限值进行比较的。一旦低于下限值或高于上限值(或偏出正常范围区间)，系统自动进行运作来使实时数据回到区间内。状态转移图如下图所示。图发芽期状态转移图Fig.Statetransitionduringgermination图幼苗期状态转移图Fig.Statetransferdiagramoftheseedlingperiod图莲座期状态转移图Fig.Statustransitionofrosettestage图结球期状态转移图Fig.Statetransitionpatternduringnodulation1.2.5触摸屏界面设计控制面板设计为系统硬件设计，在设计电气控制柜之初即确定控制面板设计图，在后期出现系统控制变化时，控制面板难以改变，在系统改进优化上难以达到要求。触摸屏设计控制界面则可以更加灵活的满足系统的各种设计需求以及控制策略的改变，具有更高的灵活性，且能够更直观的对采集的蔬菜信息进行监控，因此本系统在控制面板设计的基础之上增加了触摸屏界面的设计。本文触摸屏选用的是威纶通，其界面设计有着自己的专用软件：EasyBuilderPro，又被称为“EBpro”，该软件是威纶通旗下的一款专门用于触摸屏编程的软件，该软件适配威纶通旗下的所有触摸屏型号。该软件具有设计、传输、分析测试、传输和维护五大类功能，是编写威纶通旗下触摸屏的界面的必备工具。图3-15触摸屏的主界面Fig.3-15Maininterfaceofthetouchscreen触摸屏的主界面如图3-15所示，主要包括了手动界面、设置界面、大棚界面、实时数据、历史数据、监控界面。通过添加位元件、字元件等软元件，在软元件中设置正确的控制地址和指示灯地址即可在触摸屏上实现对PLC的信号传输，实现对系统的手动控制。要在触摸屏界面进行数值输入的话，需要添加数值输入元件。同时，必须保证写入的地址是正确的，那么写入的数据会直接保存在PLC的相应寄存器中。在完成一个界面的所有设置后，在界面下方添加可以切换至其他界面的功能键。图3-16触摸屏的手动控制界面Fig.3-16Manualcontrolinterfaceofthetouchscreen触摸屏的手动控制界面如图3-16所示。其中包括抽水电机、浇水电机、两个搅拌电机、两个进水阀、两个浇水阀与8个电磁阀。按下相应的按钮，则对应的设备立即启动，再次按下按钮，则该设备停止。图3-17触摸屏的设置界面Fig.3-17Automaticsettinginterfaceofthetouchscreen触摸屏的设置界面如图3-17所示。其中包括1-7号用地的给水量设定，两个水肥罐的给水时间的设定，以及两个水肥罐实时水量与水位的监测。图3-18触摸屏的大棚界面Fig.3-18Touchscreengreenhouseinterface触摸屏的大棚界面如图3-18所示。其中包括对大棚中控制环境因子的设施(侧帘、顶帘、遮光帘)的控制，自动模式中温度、湿度、光照的上下限设置。触摸屏的实时数据与历史数据界面如图3-19，图3-20所示。图3-19触摸屏的实时数据界面Fig.3-19Real-timedatainterfaceoftouchscreen图3-20触摸屏的历史数据界面Fig.3-20Touchscreenhistoricaldatainterface其