基于PLC控制双孢菇温室大棚智能调节系统设计_刘振宇.pdf

工业控制计算机 2026 年第 39 卷第 5 期年第 卷第 期 福建省中青年教师教育科研项目 科技类 项目编号 JAT231218 福建教育学院资助 双孢菇是一种重要的食用菌 具有高蛋白 低脂肪 丰富的 维生素和微量元素等营养价值 被广泛应用于食品加工和餐饮 业 在世界范围产量规模巨大 1 然而 双孢菇的种植对环境条 件要求严格 传统种植方式难以精准控制温湿度 二氧化碳浓度 等关键参数 导致产量不稳定 品质参差不齐 温室大棚技术的 应用可为双孢菇种植提供优良生长环境 通过智能化温室控制 系统 可以实时监测并调节环境参数 确保其始终处于双孢菇不 同生长周期的最佳范围内 具备较高应用价值 2 4 1 系统功能设计 双孢菇的生长环境要求严格 培育周期包含菌丝生长期 子 实体形成期及发育期 出菇期 成熟双孢菇 等 在不同生长周期 的温室环境参数要求不同 其产量和质量直接受温室环境的影 响 因此 设计一个智能化的双孢菇温室大棚控制系统 能够实 时监测并调节温室内的环境参数 对于提高双孢菇的产量 品质 以及降低人工成本具有重要意义 5 6 以出菇期为例 此时环境参数应控制为温度在 17 5 1 料温 在 19 1 湿度在 86 89 二氧化碳浓度在 800 1600 ppm 基于以上控制要求 本文设计了一套智能化的双孢菇温室大棚控 制系统 能够实现环境参数的自动调节 入侵报警 远程监控以及 手动与自动模式的灵活切换 系统设计硬件框图如图 1 所示 1 1 环境参数控制模块 温度控制 通过温度传感器实时采集温室内的温度数据 当 温度低于设定值时 PLC 控制加热灯泡启动 当温度高于设定值 时 PLC 控制风扇启动 降低温度 湿度控制 通过湿度传感器实时采集温室内的湿度数据 当 湿度低于设定值时 PLC 控制变频器使水雾泵启动 当湿度高于 设定值时 PLC 控制风扇启动 降低湿度 二氧化碳浓度控制 通过二氧化碳传感器实时采集温室内 的二氧化碳浓度数据 当浓度低于设定值时 PLC 控制电磁阀驱 动二氧化碳阀门打开 补充气体 当浓度高于设定值时 PLC 控 制风扇启动 进行通风 外部环境参数均通过传感器经过 Q64AD 模块转换后 输 入 PLC 进行逻辑运算后 执行输出刷新来实现温湿度 二氧化碳 等参数动态调整 1 2 入侵报警模块 现代智能温室具备安防功能 因此在温室四周设立红外对 射入侵感应报警器 用于检测入侵行为 报警器控制 当传感器检测到入侵信号时 PLC 触发报警器 如声光报警器 并通过上位机通知管理人员 该模块具备人工 复位功能 报警触发后 管理人员可以通过复位按钮或上位机界 面解除报警 1 3 远程监控模块 组态王软件界面 设计一个友好的人机交互界面 实时显示 温室内的温度 湿度 二氧化碳浓度等参数 并提供设备状态监 控和历史数据查询功能 上位机与下位机通信 通过以太网模块实现 PLC 与上位机 之间的数据通信 管理人员可以通过远程终端实时监控和调整 基于 PLC 控制双孢菇温室大棚智能调节系统设计 刘振宇 翟振林 郭呈凌 龚星雨 黄春花 福建水利电力职业技术学院自动化工程学院 福建 三明 366000 Intelligent Control System for Agaricus Bisporus Greenhouse Based on PLC Control 摘要 随着智能化农业的发展 双孢菇温室大棚的环境控制已成为提高出菇率和产品质量的关键技术 以双孢菇培养温 室大棚为研究对象 针对出菇期间对温度 湿度 二氧化碳浓度等环境参数的严格要求 设计并实现了一套基于三菱 Q02H 型号 PLC 的智能控制系统 系统采用组态王软件作为人机交互界面 通过网络模块实现了上位机与下位机的数据通信 用 户可通过组态画面实时监控温室环境参数和设备运行状态 并支持历史数据查询 该系统能够有效稳定双孢菇温室大棚的 环境参数 提高产菇效率和质量 同时具备良好的远程监控和报警功能 为智能化农业温室的控制提供了参考 关键词 PLC 双孢菇温室大棚 智能控制系统 Abstract This paper takes the cultivation greenhouse of agaricus bisporus as the research object and designs and im plements an intelligent control system based on Mitsubishi Q02H PLC to meet the strict requirements for environmental pa rameters such as temperature humidity and carbon dioxide concentration during mushroom production The system adopts the Kingview software as the human computer interaction interface and realizes data communication between the upper computer and the lower computer through network modules Users can monitor greenhouse environmental parameters and equipment operation status in real time through the configuration screen and support historical data query Keywords PLC agaricus bisporus greenhouse intelligence control system 图 1 系统设计框图 171 基 于 PLC 控制双孢菇温室大棚智能调节系统设计 系统参数 历史数据存储与分析 系统支持历史数据的存储与分析功 能 便于管理人员对温室环境进行长期研究和优化 2 主要硬件设备 本系统的核心控制硬件采用三菱 Q 系列 PLC 型号 Q02H 该系列 PLC 为大型自动化控制系统 具有 1096 点的最大输入 输出点数和 252 kB 的存储器容量 性能优越 适用于复杂的工 业自动化控制场景 同时 考虑到后期系统功能的优化与扩展需 求 选择该 PLC 作为控制核心 2 1 数据采集模块 系统采用三菱 Q64AD 模拟量输入模块 该模块具有 4 个 输入通道 支持电流和电压两种输入类型 其中 第一 二通道设 置为 0 5 V 电压输入模式 第三 四通道设置为 4 20 mA 电流 输入模式 分辨率模式采用普通分辨率模式 能够精确采集温湿 度传感器和二氧化碳传感器的信号 温湿度传感器采用标准工 业接口 支持 4 20 mA 0 10 V 和 0 5 V 模拟量信号输出 具 有三线制和四线制兼容性 可与 PLC 变频器及其他工业设备无 缝连接 针对 0 10 V 输出型传感器 需采用 24 V 供电 二氧化 碳传感器采用非色散激光红外检测技术 具有高灵敏度和良好 的气体选择性 且无需依赖氧气补偿功能 传感器量程为 0 10000 ppm 能够满足温室大棚内二氧化碳浓度的测量需求 2 2 输出控制模块 系统配置了三菱 Q64DA 模拟量输出模块 该模块同样具有 4 个输出通道 支持电压或电流输出 其中 通道一设置为 0 5 V 电压输出模式 通过 Q64DA 模块与菱 D720R 变频器配合使用 实现对温室湿度的动态调节 变频器接收 PLC 输出的模拟量信 号后 驱动水雾泵执行湿度调节动作 直至湿度达到设定标准 2 3 网络通信模块 系统采用了三菱 QJ71E71 100 以太网通信模块 通过 TCP IP 协议实现 PLC 与 PC 端的实时数据交互 组态王软件作 为上位机监控平台 通过以太网模块接收 PLC 上传的环境数据 并实时显示温湿度 二氧化碳浓度等参数 用户可通过组态王界 面查询历史数据 实时数据 并对系统进行远程监控和操作 2 4 安全防护模块 系统配备了红外对射入侵报警器和报警铃 用于温室大棚 的安全防护 当红外传感器检测到入侵信号时 PLC 通过输出模 块控制继电器得电 触发报警铃 提示人员进行处理 报警状态 的恢复需通过人工按钮复位 确保系统安全可靠 2 5 工作模式设计 本系统设计了两种工作模式 智能自动模式和手动模式 智 能自动模式 PLC 根据温室内环境参数的变化 自动启动相应的 执行机构保持环境参数稳定在适宜双孢菇孵化的标准范围内 手动模式 用户可通过组态王界面直接控制温室内的执行设备 便于设备维护和故障处理 2 6 硬件接线设计 对于 PLC 与各个传感器之间的连接 各个输入信号都需要 接入 DC24V 电压接通温湿度 二氧化碳传感器分别通过 CH1 CH2 CH3 三个通道传入模拟量到 AD 模块 变频器的 SD 端口 和 STF STR 两个端口短接 上述的整套硬件接线如图 2 所示 3 程序及软件设计 3 1 程序设计 本温室设计采用的编程软件为三菱公司 MELSOFT 系列的 GX Works2 在程序的设计过程中 主要分为数据采集阶段 数 据运算阶段和主程序执行阶段 整套程序设计流程为以下三阶 段 首先是数据采集阶段本阶段为将温湿度 二氧化碳等传感器 输出的模拟信号输入 AD 模块 模数转换后将转换后的数字信 号传送到 PLC 其次是数据运算阶段 PLC 将采集数据进行浮 点计算后 经过逻辑运算算法 通过软元件输出执行元件 最后 是执行阶段 PLC 将执行程序的结果实现输出刷新 在没有外部 中断等信号下 PLC 将一直无限循环扫描 3 2 软件系统架构 本系统采用三菱 QJ71E71 100 以太网通信模块和组态王 软件 结合 TCP IP 协议 构建了一个高效 稳定的 PLC 与 PC 端数据交互平台实现了环境数据的实时监控和历史存储功能 软件系统主要包括两部分 分别是数据监控界面 历史数据存储 界面 如图 3a 图 3b 所示 数据监控界面实时显示温湿度 二氧化碳浓度等参数 并提 供设备状态监控功能 历史数据存储界面支持历史数据的存储 与查询功能 便于管理人员对温室环境进行长期研究和优化 图 3 监控与历史数据界面 4 结束语 本系统在硬件选型和软件设计上均体现了较高的实用性和 可靠性 适用于智能化农业温室的环境控制需求 今后 可以通 过扩展更多的环境参数 如光照强度 士壤湿度等 或引入自适应 调节算法 进一步提升系统的智能化水平和环境控制精度 为农 业智能化发展提供更全面的技术支持 参考文献 1 赵向鹏 王荣先 姬江涛 温室双孢菇栽培智能喷淋装置的设计与试 验 J 农机化研究 2022 44 12 187 191 2 赵慧娟 基于 PLC 的农业温室大棚智能监测设备应用 J 农机化研 究 2021 43 6 214 218 3 刘瑞涛 基于 PLC 的煤矿主通风机冗余监控系统设计 J 煤矿机械 2021 42 3 187 189 4 刘志学 温室大棚的智能控制及安装应用 J 中国农业资源与区划 2022 43 4 57 182 5 邢希君 宋建成 吝伶艳 等 设施农业温室大棚智能控制技术的现状 与展望 J 江苏农业科学 2017 45 21 10 15 6 吕爱华 PLC 控制下的温室灌溉装置应用研究 J 农机化研究 2023 45 11 217 221 收稿日期 2025 05 16 图 2 系统硬件接线 172