基于PLC的现代农业大棚自动控制设计研究

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基于PLC的现代农业大棚自动控制设计研究

刘振兴　　张　鹏　　瞿　丹　　成乐凯（河北农业大学，河北　保定　071001）

摘　要：本文从系统组成和功能两方面阐述了利用PLC技术进行现代大棚的自动控制设计，并从硬件结构和软件结

构详述了具体的设计思路，以期减轻种植人员的负担，进而提高农作物产量。

关键词：PLC技术；现代农业大棚；自动控制设计文章编号：ISSN2096-0743/2019-03-0037

传统大棚内的环境湿度、温度以及CO2的浓度是种植人员按照经验进行人工调节，其具有时间长、效率低的缺陷。现代大棚中应用PLC进行自动控制设计，并结合云存储、组态和无线通信等技术，将控制开关和手机APP结合，显示大棚内各种参数，并自动执行相关动作，既降低了管理应用的人工成本，又提高了大棚产量。

1.基于PLC技术的自动控制系统的组成和功能1.1系统组成

现代农业大棚中，使用PLC技术的控制系统的组成包括控制PLC装置、感温器、湿度和CO2的浓度传感装置、水泵、鼓风机、供电设备、卷帘、终端APP、CO2发生器等部分构成。

1.2系统功能

自动控制系统能模拟各种环境，对农作物生长进行监测。例如：监测大棚内的采光情况，按照实际需要，选择卷帘的开启时间；监测温度，及时对大棚内部进行升温和降温；监测湿度，及时开对启农作物的灌溉；监测CO2浓度，以便合理控制大棚中的CO2含量；报警系统，利用无线通信，向种植者的手机上发送大棚内部的实时数据信息，促使其掌握大棚的状态。

2.基于PLC技术的现代农业大棚自动控制设计2.1硬件结构设计

自动控制系统中的硬件设备包括三部分，即电路控制、云平台、PLC控制系统。其中利用云计算能够对大棚内各项数据信息进行采集并存储。使用智能的GPRS模块作为系统中的通讯设备，这样可实现对PLC数据进行实时读取，并将结果通过各种存储方式上传到服务器的云端。通过在种植者手机上安装APP，实现手机和服务器之间的通讯，使其能时刻掌握大棚内作物的生长状态和环境状态，既有利于农业信息研究者的科研工作，又可为种植者展开各项种植决策奠定基础。在使用过程中，农户可利用手机网络或者无线

网络，打开APP软件，通过对控制界面进行刷新，了解大棚内部的环境温度、CO2的浓度、湿度等信息数据，并可显示当前大棚中卷帘所处位置、棚中电机的工作状态，同时能够在手机上对各个控制按钮进行点击。

PLC硬件常选择西门子S7-200，并使用EM235作为系统中信息采集的模块。在自控系统中，利用PLC将各种配套的模拟量接入到模块当中，作为传感器收集大棚中的各项信息数据。这样，数据能通过GPRS模块传递到服务器云端，为使用者利用手机APP下载云端数据提供便利条件，与此同时，使用者还可按照实际的数据展开分析，并向PLC系统下达控制命令，这样PLC在收到指令后，可通过模块对驱动设备进行调节，实现系统自动调节的目的。PLC自动控制系统自身还能输入不同指标的预设值，实现系统对各项收集数据进行自动对比，进行一系列的运算之后，使用I/O模块对设备进行驱动，实现自动调节目的。

此外，在硬件结构当中，手机终端的APP拥有的优先级别是最高的。通常对控制电路的设计采用89C51型号的单片机作为主体。将电路接入不同行程的信号开关当做系统的逻辑判断依据，特别是针对大棚中的卷帘的控制，采用2级开关行程进行配套，并配备不同的模块控制器，通常的电路使用单片输出继电器，使用不同的行程开关进行电路串联，并将其作为逻辑判断依据，提高系统的可靠性。

2.2软件设计

在现代农业大棚的自动控制系统中，软件设计是利用中央软件中的程序，进行数据的收集，并使用GPRS模块将信息上传到用户端。使用PLC控制电路，其在整个控制系统中拥有最高的决策权力，其主要体现单片电路中，软件有顶级的优先级别，能够对电路进行控制。单片电路在自动控制上有较强的智能性与独立性，起辅助和保护功能。

例如：要将大棚中的温度控制在某一特定的范围之内，可使用PLC对数据进行采集，并将其上传到中

（下转第56页）

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夜间灌溉为宜。

初秋季节，做好抗旱、保温处理，采取相应保护措施以预防病虫害。采用有机磷时，将防旱、覆盖土工作做好。改造处理深层土，从而为果树的生长效益提供保障。

2.4合理施肥

出于确保水果品质与产量的考虑，果农常大量使用化学肥料，部分果农错误地认为大量使用化学肥料有助于确保产量与品质。但过量使用化肥可导致土壤养分被破坏而对周围水源、土地造成影响，也难以做到充分利用肥料而导致浪费，还加大果树病害的发生可能，导致果品更易于腐烂而降低品质。因此需要合理使用肥料，合理给予有机肥料，平衡施肥以便于确保优质高产。

2.5重视防治病虫害

病虫害是威胁果树与果品品质产量的主要因素，病虫害可导致果树树体伤亡，果树生长状态受到影响，果品质量低劣以及减产等，对经济效益造成严重影响，因此必须重视防治病虫害。

当前对病虫害进行防治的主要措施包括药剂防治、耕翻园地、清除落叶、诱杀幼虫等，药剂防治为有效措施之一，常见化学农药与有机农药，减少使用化学农药并加大有机农药是近年来药剂防治的发展趋势。土壤中存在部分病虫，对土壤进行多次、及时耕翻，将土壤深处的病原体与害虫等翻至表层，被雨水冲刷（上接第37页）

央区域的控制程序中，通过控制程序调节电路，启动通风装置。当大棚内的温度偏高时，可自动启动通风机；反之当其中的温度偏低时，能启动取暖设施，结合各项光感数据，实现对卷帘门开关的调节。

在软件设计中，服务器和APP程序的设计十分关键，具体包括：服务器的租用、模块设计（操作、应急、程序访问等）。模块能储存和分类数据信息，通过访问程序对APP用户开放，可利用手机对模块进行控制，通过通讯模块的解析之后，结合PLC完成控制。APP可显示数据信息和控制按钮，实用性强。通常其画面有三层，即登录界面、数据显示界面、控制按钮和事故提醒界面。

参考文献：参考文献：

种植科学

或被冻死，能有效防治病虫害；通过耕翻园地也能改善土壤的疏松程度与含氧量，从而为果树的生长提供良好的环境。部分幼虫可在果树的残枝落叶中过冬，因此及时清除果树落叶与残枝，从而清除幼虫，减少病虫害的发生。诱杀幼虫是指利用幼虫选择越冬场所的特点引诱幼虫并将预防措施做好，从而消灭幼虫。耕翻园地、清除落叶、诱杀幼虫等都是常用的安全、绿色且有效的措施，尽量消除病虫害，才能为果树的生长与果树产量提供条件，从而保障经济收益。

结束语我国农业中，果树栽培为重要组成部分之一，需要对果树的管理措施与种植进行不断创新改进以提高果树的栽培质量。果树的种植过程中需要引入绿色环保理念，从而为果品的安全性提供保障，为人们的身体健康提供保障。本文对果树栽培管理措施与种植技术要点进行了分析，具有一定借鉴意义。

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[2]诸葛林巍.基于云存储和PLC的现代农业大棚自动控制设计[J].现代农业科技，2016作者简介：刘振兴（1997—），男，河北省秦皇岛市人，民族：汉，学历：在读本科研究方向：自动化

结论综上所述，PLC对现代农业大棚的自控系统有重要的作用，转变了传统的农业种植方式，实现对大棚中的各项数据信息实时采集并储存，同时对大棚中的·56·