一种基于PLC和HMI的食用菌大棚中央控制装置
技术领域
本实用新型涉及一种基于PLC和HMI的食用菌大棚中央控制装置，属于植物生长环境调节技术领域。
背景技术
食用菌大棚栽培是传统的种植项目，同时也是我国农业出口创汇的主要项目，国内外的市场需求量很大，因此需要保证食用菌大规模生产的同时，也要保证食用菌的产品质量。环境中温度、湿度、二氧化碳浓度等是影响食用菌生长的重要因子。
目前食用菌大棚中控制环境因子的措施有：冬季采用煤炉或者电加热升温；通过手动开停排风机引进新风进行二氧化碳浓度调整；大棚室内洒水进行加湿处理；也有简易的空调设备来进行环境因子控制等，但这些措施存在问题：1. 煤炉加热易产生有害金属及二氧化硫，对食用菌品质产生较严重的影响。2. 电加热机组的运行费用会很高。3. 手动开停排风机控制随意化，不能达到精确控制的目的。4.简易空调设备一般都是人工手动及控制调节，操作者劳动量大，调节精度差，导致环境因子控制调节不够精确，甚至出现不适宜其生长的环境状态，从而造成食用菌的产量低，也影响食用菌的产品质量。
实用新型内容
本实用新型克服上述现有技术的不足，提供了一种基于PLC和HMI的食用菌大棚中央控制装置，本装置能够控制菌房温湿度和二氧化碳浓度，控制精度高，节省劳动力，有利于保证食用菌质量和提高食用菌产量，可广泛推广应用。
本实用新型采用以下技术方案实现：
一种基于PLC和HMI的食用菌大棚中央控制装置，包括PLC、中央控制部分、zigbee传感器模块和触摸屏HMI；
所述中央控制部分包括压缩机、变频器、风机、四通阀、蒸发器、冷凝器和风阀，所述压缩机、风机和风阀通过继电器模块与所述PLC的I/O输出端连接，所述变频器与PLC的RS485端口连接；所述四通阀的A口连接压缩机排气口、B口连接冷凝器连接口、C口连接压缩机进气口、D口连接蒸发器连接口；所述蒸发器设置于大棚室内，所述冷凝器设置于大棚室外，所述冷凝器与所述蒸发器通过管道连接；
所述zigbee传感器模块包括环境传感器、zigbee数据采集终端和zigbee数据接收终端；所述Zigbee数据接收终端通过交换机与PLC的以太网网口连接；所述环境传感器连接zigbee数据采集终端；
所述触摸屏HMI通过交换机与PLC的以太网网口连接。
当前设备的启动运作情况；所述参数监控栏显示当前生长环境各项参数如大棚室内空气温湿度、CO2浓度、风速风向、土壤的温湿度以及PH值；所述控制按钮部分包括冷热模式、恒温模式、风速设置、风阀控制、参数设置、信息记录。
所述中央控制部分包括降温控制模式、升温控制模式、恒温控制模式和风速控制模式。
所述环境传感器包括空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、土壤PH值传感器、二氧化碳气体传感器、超声波风速风向传感器。
所述zigbee数据采集终端包括数据采集器和电池模块，数据采集器包括传感器接线端、变压电路板、传感器信息采集与发送模块和传感器种类识别模块。
所述zigbee数据接收终端包括接受信息模块、以太网通讯模块和电源模块；zigbee数据接收终端与PLC通过以太网通讯模块相连接。
所述PLC为西门子S7-200 SMART PLC，触摸屏HMI为西门子SMART LINE V3。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1.本控制系统采用的西门子S7-200 SMART PLC和与之相配套的SMART LINE V3触摸屏，两者结合实现了对食用菌不同生长时期各个环境因子的有效监控，该系统操作控制方便，工作稳定性好，控制精确，节省劳动力。
2、中央控制装置通过调节大棚环境温湿度、风速等保证了大棚内部环境达到食用菌生长最适宜环境，避免了传统人工调节各种执行装置，同时将调控信息准确的传输到PLC上，通过触摸屏人机互动，实现了高效的管理和监控。
3.zigbee传感器模块对大棚内部环境进行实时监控采集，并将信息准确快速地上传至PLC，实现大棚内部环境数据的及时采集，缩短采集时间，且性能稳定，大大地降低了能耗，提高了大棚环境管理工作效率。
附图说明
图1为本实用新型基于PLC和HMI的中央控制装置的示意图。
图2为本实用新型的中央控制装置工作流程图。
图3为本实用新型的zigbee传感器模块工作流程图。
图4为本实用新型的四通阀端口连接图。
图5为遮阳网结构示意图。
图6为中央控制部分结构示意图。
图中，1，大棚，2遮阳网，3卷轴，4卷绳，11中央控制部分、12zigbee传感器模块、13PLC，14触摸屏HMI ，21压缩机、22变频器、23风机、24四通阀、25蒸发器、26冷凝器，27风阀，31环境传感器、32 zigbee数据采集终端，33 zigbee数据接收终端。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本实用新型做进一步说明：
如图1所示，本实用新型一种基于PLC和HMI的食用菌大棚中央控制装置包括有：中央控制部分11、zigbee传感器模块12、PLC 13和触摸屏HMI 14。
所述PLC为西门子S7-200 SMART PLC，触摸屏HMI为西门子SMART LINE V3。
中央控制部分11包括压缩机21、变频器22、风机23、四通阀24、蒸发器25、冷凝器26和风阀27。中央控制部分部分中压缩机21、风机23和风阀27通过继电器模块与所述PLC 3的I/O输出端连接，中央控制部分中的变频器22直接与PLC 13的RS485端口连接。
所述四通阀24的A口连接压缩机21的排气口、B口连接冷凝器26连接口、C口连接压缩机21进气口、D口连接蒸发器25连接口；所述蒸发器25设置于大棚1室内，所述冷凝器26设置于大棚室外，所述冷凝器与所述蒸发器通过管道连接；
中央控制部分的降温控制模式为：制冷剂在压缩机21中被压缩，将低温低压的制冷剂气体压缩成高温高压的过热蒸汽后，由压缩机排气口排出，从四通阀24的进口A进入。经四通阀B口导入冷凝器26中进行冷却。通过风机23的冷却散热作用，制冷剂由气态转变为变为液态，再经过毛细管节流降压，将低温低压的制冷剂液体流入室内蒸发器25中吸热汽化，周围气温的温度下降，冷风即被风阀27吹入大棚1室内。
中央控制部分的升温控制模式为：经压缩机21压缩的高温高压过热蒸汽由压缩机21的排气口排出，再经过四通阀24进入室内蒸发器25中，风阀将蒸发器中散出的热量吹出，过热蒸汽冷却成低温高压的液体后，经毛细管节流被送入室外冷凝器中，完成汽化的过程，由连接压缩机吸气管返回压缩机吸气口。
中央控制部分的恒温控制模式主要通过变频器调节压缩机工作从而实现恒温功能。
中央控制部分的风速控制模式是根据环境参数显示通过变频器调节风机的转速以及风阀的开合程度。
如图3所示，zigbee传感器模块12包括环境传感器31、zigbee数据采集终端32和zigbee数据接收终端33。Zigbee数据接收终端通过交换机与PLC的以太网网口连接（如图2）。
所述环境传感器包括空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、土壤PH值传感器、二氧化碳气体传感器、超声波风速风向传感器。
zigbee数据采集终端包括数据采集器和电池模块，数据采集器包括传感器接线端、变压电路板、传感器信息采集与发送模块和传感器种类识别模块；环境传感器通过所述传感器接线端与数据采集器相连接；zigbee数据接收终端包括接受信息模块、以太网通讯模块和电源模块；zigbee数据接收器与PLC通过以太网通讯模块相连接。
触摸屏HMI通过交换机与PLC的以太网网口连接。触摸屏HMI界面包括状态显示栏、参数监控栏和控制按钮部分，状态显示栏提示当前设备的启动运作情况；参数监控栏显示当前生长环境各项参数如大棚室内空气温湿度、CO2浓度、风速风向、土壤的温湿度以及PH值；控制按钮部分包括冷热模式、恒温模式、风速设置、风阀控制、参数设置、信息记录。
所述中央控制部分还设置有驱动电机，所述大棚1外棚顶上还设置有遮阳网2，棚顶顶部设置有卷轴3，所述遮阳网为柔性网体，所述遮阳网两端各连接一条卷绳4，所述卷绳缠绕于卷轴3两端，所述卷轴3连接驱动电机。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
