食用菌工廠化培植環(huán)境智能控制系統(tǒng)
一、節(jié)能、精確控制和數(shù)字化管理。
節(jié)能：在本方案中從原料到生產(chǎn)出產(chǎn)品的過(guò)程中，能耗成本約占總生產(chǎn)成本的1/3，而其他方面的成本幾乎沒(méi)有可以壓縮的空間，因此節(jié)能和高效是現(xiàn)代化食用菌工廠在以后的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中必不可少的內(nèi)容，誰(shuí)更節(jié)能誰(shuí)將在市場(chǎng)中贏得成本優(yōu)勢(shì)，在本方案中節(jié)能的理念貫穿整個(gè)工廠的設(shè)計(jì)中，使工廠的能源消耗達(dá)到最優(yōu)和最低的狀態(tài)。
精確控制：精確控制的內(nèi)容是指食用菌生長(zhǎng)環(huán)境中各環(huán)境參數(shù)的測(cè)量、信息反饋和執(zhí)行全部是精確的，精確控制來(lái)自精確的測(cè)量，精確的反饋和精確的執(zhí)行，才能保證工廠內(nèi)各生長(zhǎng)環(huán)節(jié)環(huán)境參數(shù)的準(zhǔn)確和自動(dòng)控制。
數(shù)字化管理：數(shù)字化管理的做法是將工廠內(nèi)所有能夠量化的內(nèi)容自動(dòng)記錄整理，使管理者能夠?qū)S的各個(gè)生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)和設(shè)備的工作狀態(tài)有直觀的了解，同時(shí)也為產(chǎn)品的生長(zhǎng)性能提供原始數(shù)據(jù)的保證，物連網(wǎng)的加入使用戶能夠參與遠(yuǎn)程管理和控制，迎來(lái)農(nóng)業(yè)的新時(shí)代。
工廠內(nèi)對(duì)環(huán)境參數(shù)需要調(diào)節(jié)的場(chǎng)所和要求：
食用菌工廠內(nèi)各個(gè)區(qū)域?qū)Ω鳝h(huán)境參數(shù)的要求各不相同，參照甲方的要求和本公司多年來(lái)對(duì)本行業(yè)的了解現(xiàn)將各區(qū)域的環(huán)境要求總結(jié)以下：
1．1裝料工序的后道拌料水的溫度控制（7-10℃）
1．2預(yù)冷隔熱室的溫度:40℃以下，空氣潔凈，壓力》5Pa
1．3冷卻室溫度:15-22℃, 空氣潔凈，壓力》5Pa
1．4接種室溫度:15-20℃, 空氣潔凈，壓力》5Pa
1．5培養(yǎng)室溫度:16-20℃,濕度：50%-80%，CO2濃度2500-4000ppm，空氣潔凈，壓
力》5Pa
1．6撓菌室溫度：15-20℃
1．7生育室溫度：沒(méi)制冷要求，只做進(jìn)排風(fēng)控制
1．8包裝室和采收室溫度：10-12℃
1. 9冷藏庫(kù)的溫度:1-3℃
二、環(huán)境智能控制系統(tǒng)
1、菇房環(huán)境控制系統(tǒng)能夠達(dá)到的功能要求：
出菇房智能控制系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：
高精度傳感器
PLC中央 控制器
用戶輸入輸出界面（人機(jī)界面）
局域網(wǎng)絡(luò)
集中控制軟件
通過(guò)公共網(wǎng)絡(luò)的物流網(wǎng)絡(luò)
菇房本地及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)由菇房全自動(dòng)控制器和遠(yuǎn)程中央工作站組成。菇房全自動(dòng)控制器是為食用菌菇房和發(fā)菌室專門設(shè)計(jì)的單庫(kù)房控制設(shè)備，它輸出整合了食用菌工廠所必須控制的各個(gè)參數(shù)的傳感器，通過(guò)內(nèi)部PLC計(jì)算機(jī)的運(yùn)算，確定各末端設(shè)備工作的邏輯關(guān)系，輸出各執(zhí)行設(shè)備的啟停信號(hào)，同時(shí)對(duì)各執(zhí)行設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)送數(shù)據(jù)和接受中央工作站的控制信號(hào)，對(duì)菇廠的管理帶來(lái)極大的方便。
由本公司自行開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)的整套控制系統(tǒng)安全，可靠，低廉，成功運(yùn)用于多個(gè)項(xiàng)目收到良好的效果。
菇房全自動(dòng)控制器技術(shù)參數(shù)：
溫度：3~22℃，±2℃（壓縮冷凝機(jī)組2臺(tái)、冷風(fēng)機(jī)2臺(tái)）
濕度：50~98%RH，±5%RH（超聲波加濕器）
二氧化碳：0-12000ppm，±5%，（方式1：傳感器控制通風(fēng)機(jī)；方式2：手動(dòng)設(shè)定通風(fēng)間隔和時(shí)間）
現(xiàn)場(chǎng)控制和遠(yuǎn)程控制相結(jié)合，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)中心集中控制。
輸入通道：
濕度傳感器、溫度傳感器、二氧化碳傳感器、制冷機(jī)組高低壓保護(hù)、冷風(fēng)機(jī)及加濕器過(guò)流保護(hù)、壓縮機(jī)過(guò)載保護(hù)、電網(wǎng)相序保護(hù)。
輸出通道：
壓縮機(jī)啟停、冷風(fēng)機(jī)啟停（與壓機(jī)同步加定時(shí)啟停，高低焓差切換）、化霜電熱啟停（可手動(dòng)設(shè)定間隔時(shí)間）、加濕器啟停、通風(fēng)機(jī)啟停、報(bào)警通道、定時(shí)照明。
2、菇房參數(shù)傳感器的選擇
菇房中所選用的環(huán)境參數(shù)傳感器由于在低溫高濕環(huán)境下使用，對(duì)傳感器的精度和可靠性有較高的要求。
溫度傳感器的選擇：
經(jīng)過(guò)多年各個(gè)種類的溫度傳感器選擇應(yīng)用來(lái)看，最終本公司選定的溫度傳感器類型為PT100鉑金溫度傳感器,該傳感器導(dǎo)電導(dǎo)熱性好,靈敏度高,延展性強(qiáng)；耐熔、耐摩擦、耐腐蝕；在高溫下化學(xué)性穩(wěn)定,強(qiáng)度和韌性， 由于具有良好的溫度電阻線性關(guān)系,配合本公司的控制器可以達(dá)到±0.1℃的的測(cè)量和顯示精度。
濕度傳感器的選擇:
菇房?jī)?nèi)高濕環(huán)境下濕度的測(cè)量是個(gè)比較困難的課題,本公司選用兩組PT100鉑金溫度傳感器測(cè)量庫(kù)房?jī)?nèi)的干球溫度和濕球溫度,然后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)PLC主機(jī)運(yùn)算出室內(nèi)的相對(duì)濕度,這是目前為止本公司在菇房?jī)?nèi)實(shí)際使用下最可靠的濕度傳感器系統(tǒng),它具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
不會(huì)因?yàn)閭鞲衅髂斐傻臏y(cè)量結(jié)果嚴(yán)重偏差
不會(huì)因?yàn)閭鞲衅餮趸斐傻膿p壞
使用壽命理論值為長(zhǎng)期,避免用戶頻繁更換傳感器造成的損失
在高濕條件下由于PT100鉑金溫度傳感器高精度的溫度測(cè)量使得濕度測(cè)量值比其他種類的傳感器精度更高，測(cè)量和顯示精度為±2%℃，控制精度5%。
Co2傳感器的選擇:
Co2傳感器采用紅外光譜分析式傳感器,測(cè)量量程本案選擇0-5000ppm,精度1%
內(nèi)置NDIR型CO2紅外傳感器，使用壽命長(zhǎng)達(dá)15年
CO2傳感器采用ABC-LOGIC自校準(zhǔn)，使得實(shí)際應(yīng)用中無(wú)須進(jìn)行人工校準(zhǔn)
墻面安裝型和比托管型可選
模擬量輸出選擇：0~10VDC/4~20mA
24VAC供電
3、智能控制箱的使用說(shuō)明
智能菇房控制箱為本公司多年來(lái)為食用菌工廠開(kāi)發(fā)和制造的專業(yè)控制設(shè)備，具備以下功能：
1）溫度：3~22℃，±1℃（壓縮冷凝機(jī)組2臺(tái)、冷風(fēng)機(jī)2臺(tái)）
2）濕度：50~98%RH，±5%RH（超聲波加濕器）
3）二氧化碳：0-12000ppm，±5%，
（方式1：傳感器控制通風(fēng)機(jī)；方式2：手動(dòng)設(shè)定通風(fēng)間隔和時(shí)間）
4）現(xiàn)場(chǎng)控制和遠(yuǎn)程控制相結(jié)合，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)中心集中控制
5）輸入通道：
濕度傳感器、溫度傳感器、二氧化碳傳感器、制冷機(jī)組高低壓保護(hù)、冷風(fēng)機(jī)及加濕器過(guò)流保護(hù)、壓縮機(jī)過(guò)載保護(hù)、電網(wǎng)相序保護(hù)。
輸出通道：
壓縮機(jī)啟停、冷風(fēng)機(jī)啟停（與壓機(jī)同步加定時(shí)啟停，高低焓差切換）、化霜電熱啟停（可手動(dòng)設(shè)定間隔時(shí)間）、加濕器啟停、通風(fēng)機(jī)啟停、報(bào)警通道、定時(shí)照明、風(fēng)抑制機(jī)控制。
4、出菇房控制器控制原理：
栽培室:五大環(huán)控設(shè)備：
1）、換氣設(shè)備:
新風(fēng)換氣動(dòng)作
2.1由外部選擇開(kāi)關(guān)三段選擇手動(dòng) 停止 自動(dòng)。
2.2選擇手動(dòng)時(shí)三相風(fēng)機(jī)強(qiáng)制運(yùn)行。
2.3選擇停止時(shí)三相風(fēng)機(jī)強(qiáng)制停止。
2.4選擇自動(dòng)時(shí)由PLC內(nèi)部定時(shí)繼電器控制。(時(shí)長(zhǎng)和間隔任意設(shè)定)
2.5新風(fēng)換氣風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí),蒸發(fā)風(fēng)機(jī)強(qiáng)制運(yùn)行。(增加室內(nèi)攪拌均勻功能)
通過(guò)Modbus協(xié)議的網(wǎng)路通訊接口
集中控制軟件界面
集中控制臺(tái)
集中控制軟件是本公司為食用菌工廠開(kāi)發(fā)的中央控制系統(tǒng)，現(xiàn)將軟件說(shuō)明書介紹如下：
3．1 產(chǎn)品概述
由本公司研制開(kāi)發(fā)的3VACS (3V Air Condition System)系統(tǒng)是集數(shù)據(jù)采集、智能控制、網(wǎng)絡(luò)通信于一體的專門用于工業(yè)溫度、濕度、co2含量或溫濕度co2含量過(guò)程控制的小規(guī)模工控網(wǎng)絡(luò)。產(chǎn)品3VACS的主要特點(diǎn)：
節(jié)點(diǎn)（現(xiàn)場(chǎng)控制模塊）完成全部的現(xiàn)場(chǎng)控制
RS—485串行通訊，總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：雙絞線、抗干擾性強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)
網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點(diǎn)（主機(jī)）可采用一般的微機(jī)，而不必采用專用工控機(jī)，成本低
監(jiān)控軟件專門開(kāi)發(fā)，操作簡(jiǎn)單，功能全，易于維護(hù)
全新中文人機(jī)操作界面，運(yùn)行于中文WIN95/98/NT/XP
操作員口令保護(hù)，系統(tǒng)安全防范
至少可有64個(gè)外接現(xiàn)場(chǎng)控制模塊
支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、分布式歷史數(shù)據(jù)的保存、重要數(shù)據(jù)報(bào)表生成及打印輸出
溫濕度,co2含量歷史趨勢(shì)圖折線顯示且可滾動(dòng)查閱
10. 故障診斷、報(bào)警及記錄
3VACS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能
4.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
4.2.2網(wǎng)絡(luò)的組成及功能
1．現(xiàn)場(chǎng)控制模塊（節(jié)點(diǎn)）
現(xiàn)場(chǎng)控制模塊類型：PLC系列
現(xiàn)場(chǎng)控制模塊功能：
1)若干路溫度或濕度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及顯示。
2)故障監(jiān)控及控制保護(hù)。
3)智能化的控制算法。
4)可編程運(yùn)行功能，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控運(yùn)行。
5) 5路控制輸出。
6)具有數(shù)據(jù)通信接口。
7）完全實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)分散控制的功能。
2．通訊節(jié)點(diǎn)（網(wǎng)卡）
網(wǎng)卡是智能控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)之間的互連節(jié)點(diǎn)，本系統(tǒng)采用支持遠(yuǎn)距離通訊、多節(jié)點(diǎn)組、高可靠性的485通訊卡。另外，3VACS通訊協(xié)議采用高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程（HDLC），此規(guī)程符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的互連協(xié)議（OSI）。
3．網(wǎng)線
僅用一組雙絞線，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速和長(zhǎng)距離的發(fā)送和接收，各節(jié)點(diǎn)并行聯(lián)網(wǎng)，互相獨(dú)立，提高了系統(tǒng)的可靠性。
4．網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點(diǎn)（PC主機(jī)）
1）主頻：233以上PC機(jī)
2）內(nèi)存：16MB以上
3）硬盤：3G以上，至少兩個(gè)硬盤分驅(qū)（即有C 、D盤）
4）顯示：VGA/SVGA或支持桌面操作系統(tǒng)的任何圖形適配器，至
少256色彩顯
5）鼠標(biāo)：PS2口鼠標(biāo)
6）通訊：至少有一個(gè)空余插槽可插RS-485串行通訊卡，能有一個(gè)硬件中斷給此卡專用
7）打印機(jī)：任一激光打印機(jī)
8)多媒體聲卡、揚(yáng)聲器及UPS：任選
9）操作系統(tǒng)：MS WIN95/98/NT/XP
在運(yùn)行中，主機(jī)可監(jiān)控全部現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)，但一般不參加現(xiàn)場(chǎng)控制，所有現(xiàn)場(chǎng)控制都可由現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)完成。主機(jī)主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理方面的各種功能，如監(jiān)視管理節(jié)點(diǎn)工作運(yùn)行狀態(tài)、管理顯示屏幕 、注冊(cè)新節(jié)點(diǎn)等，只有在調(diào)試系統(tǒng)或確實(shí)有必要時(shí)才直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制運(yùn)行。現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)是相對(duì)獨(dú)立的，既使關(guān)閉監(jiān)控主機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)仍可完成現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度控制。
3VACS監(jiān)控軟件的詳細(xì)介紹
主屏：主屏包括主菜單和現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。（界面見(jiàn)后）
選擇主菜單中"選項(xiàng)"一項(xiàng)可對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行定義，這在后面將具體介紹。
在菜單下方有兩個(gè)數(shù)據(jù)方框，方框內(nèi)為節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括實(shí)時(shí)溫度、故障及輸出控制，方框的眉頭為節(jié)點(diǎn)的代碼及地址。
在主屏的最下方有一“數(shù)據(jù)查詢功能條”。右邊為時(shí)鐘，左邊“02”字樣指示主機(jī)正在訪問(wèn)的節(jié)點(diǎn)的代碼，單擊“儀表日志”功能鍵可查詢兩節(jié)點(diǎn)的全部歷史記錄，單擊“今日故障”可查詢當(dāng)天兩節(jié)點(diǎn)發(fā)生的故障，單擊“歷史故障”可查詢兩節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障的歷史記錄，查詢界面詳見(jiàn)“報(bào)表生成”一節(jié)。
單擊節(jié)點(diǎn)方框內(nèi)的任一點(diǎn)進(jìn)入此節(jié)點(diǎn)的“節(jié)點(diǎn)監(jiān)控屏”。
2.節(jié)點(diǎn)監(jiān)控屏（界面見(jiàn)后）
2.1 左上方顯示區(qū)
顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，意義同主監(jiān)示屏。
2.2 左下方顯示區(qū)
主要顯示溫度曲線。將采樣到的數(shù)據(jù)以間隔取樣的方式存貯記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并通過(guò)歷史趨勢(shì)圖顯示出來(lái)，具體使用如下：
1）溫度曲線一屏顯示48個(gè)記錄，用戶可以前后移動(dòng)“記錄滑動(dòng)條”（溫度曲線圖下方）查看不同時(shí)間的趨勢(shì)圖。
2）X軸為時(shí)間軸，X軸下方有時(shí)間坐標(biāo)，指示記錄的” 時(shí)分”值，按住某一坐標(biāo)值不放則顯示此坐標(biāo)的“年月日”值，松開(kāi)后重新回到“時(shí)分”值。
3）Y軸為溫度值，在曲線圖的下方有兩個(gè)按鍵，可分別升降曲線圖原點(diǎn)在溫度軸上的位置以方便查看不同區(qū)域的曲線。
4）曲線為綠色表示冷庫(kù)溫度正常，曲線為紅色則表示此時(shí)節(jié)點(diǎn)的傳感器有故障或通訊不正常。鼠標(biāo)在曲線框中為十字形，將十字交叉點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)綠色曲線按住不放，顯示屏顯示此點(diǎn)的溫度值，按在紅色曲線上顯示“故障”，其它點(diǎn)無(wú)效。