尼得科变频器专营    

三菱 PLC 实现多个分布式蔬菜大棚的集中管理，需结合远程通信技术、传感器数据采集、执行机构控制及上位机监控，构建 “现场控制 + 远程传输 + 集中管理” 的三层架构。以下是具体实现方案：

一、系统架构设计

将整个系统分为三级，实现分散控制与集中管理的结合：

1. 现场控制层（单大棚 PLC 控制）：每个大棚部署 PLC，负责本地传感器数据采集（温湿度、光照、CO₂等）和设备控制（风机、喷淋、卷帘等）。

2. 通信传输层：通过有线 / 无线通信将各大棚数据上传至集中管理中心，并接收中心指令。

3. 集中管理层（监控中心）：通过 SCADA/HMI 系统实现所有大棚的状态监控、参数设置、报警管理及数据分析。

二、单大棚 PLC 控制方案（现场控制层）

每个蔬菜大棚需配置 PLC 及相关设备，完成本地自动化控制：

1. 硬件配置（单大棚）

• PLC 选型：小型三菱 PLC（如 FX5UC-32MT/DSS，支持以太网和扩展），满足 I/O 需求（8~16 点 DI/DO，2~4 路模拟量）。

• 传感器：

• 温湿度传感器（如 SHT30，4~20mA 输出，接入 PLC 模拟量输入）；

• 光照传感器（0~10V 输出，监测光照强度）；

• CO₂传感器（用于通风控制）；

• 土壤湿度传感器（控制灌溉）。

• 执行机构：

• 继电器 / 接触器：控制风机、水泵、加热棒（DO 输出驱动）；

• 变频器：调节风机转速（AO 输出 0~10V 控制）；

• 电磁阀：控制喷淋、施肥管路（DO 输出）。

2. 本地控制逻辑

PLC 通过程序实现单大棚的自动调节，例如：

• 当温度＞30℃时，自动启动风机（Y0=ON），温度＜25℃时关闭；

• 土壤湿度＜50% 时，开启灌溉水泵（Y1=ON），达到 70% 时关闭；

• 光照不足时，启动补光灯（Y2=ON）。

• 本地保留手动控制按钮（如 X0 手动启动风机），优先级高于自动逻辑。

三、远程通信方案（通信传输层）

关键是实现多个大棚 PLC 与集中管理中心的数据交互，根据大棚分布距离选择通信方式：

1. 近距离集中（大棚间距＜1km）

• 以太网总线：通过交换机将各大棚 PLC（带以太网模块，如 FX5-ENET/IP）接入局域网，IP 地址按大棚编号分配（如大棚 1：192.168.1.10，大棚 2：192.168.1.11）。

• 优势：速率高（100Mbps），适合实时性要求高的场景（如温湿度实时监控）。

2. 远距离分布（大棚间距＞1km）

• 无线传输：

• 各大棚 PLC 通过4G/5G DTU 模块（如有人物联网 USR-G781）接入公网，数据上传至云平台（如三菱 MC Cloud、阿里云 IoT）。

• 或采用LoRa 无线模块（如 SX1278）组建私有网络，适合偏远地区（通信距离 3~10km，低功耗）。

• 有线传输：通过光纤收发器扩展以太网距离（单模光纤可达 10km），适合固定布线场景。

3. 通信协议

• 采用Modbus TCP/IP（通用协议，跨品牌兼容）：PLC 作为服务器，集中管理中心作为客户端，读写 PLC 寄存器（如 D 区存储温湿度数据）。

• 三菱专用协议：如MC 协议（通过以太网），支持高速数据传输（适合 Q 系列 PLC）。

四、集中管理中心实现（集中管理层）

通过上位机软件实现多大棚的统一监控与管理：

1. 硬件与软件

• 服务器 / 工控机：部署监控软件，存储历史数据（如 MySQL 数据库）。

• 监控软件：

• 三菱GX Works3+GT Works3：通过 GT Works3 制作 HMI 画面，连接各 PLC 实时显示数据。

• 第三方 SCADA（如 WinCC、Intouch）：支持多协议接入，适合大规模系统（10 个以上大棚）。

• 云平台（如 MC Cloud）：支持手机 APP 远程监控，适合分散式管理。

2. 核心功能

• 实时监控：集中显示所有大棚的温湿度、设备运行状态（如风机是否运行），用动画模拟大棚场景。

• 参数设置：远程修改各大棚的控制阈值（如将大棚 1 的温度上限从 30℃改为 32℃），参数通过通信写入 PLC 的 D 寄存器。

• 报警管理：当某大棚温湿度超标或设备故障时，系统弹窗 + 声光报警，并记录报警时间 / 位置（如 “大棚 3 温度＞35℃”）。

• 历史数据分析：存储每天的温湿度曲线、设备运行时长，生成报表（如能耗分析、产量关联数据），辅助优化种植策略。

• 远程控制：手动远程操作设备（如远程启动大棚 2 的喷淋系统），权限分级（管理员可操作，普通用户仅查看）。

五、PLC 程序设计要点

1. 数据分区存储：每个大棚 PLC 的寄存器按功能分区，例如：

• D0~D10：传感器数据（D0 = 温度，D1 = 湿度，D2 = 光照）；

• D20~D30：控制参数（D20 = 温度上限，D21 = 湿度下限）；

• D50~D60：设备状态（D50 = 风机状态，D51 = 水泵状态）。

2. 通信接口程序：编写 Modbus TCP/IP 服务器程序（或 MC 协议服务），允许集中管理中心读写指定寄存器。

• 例：FX5 系列通过MODBUS_TCP_SRV指令配置服务器，端口 502，映射 D0~D100 为可读可写。

3. 故障自诊断：PLC 检测传感器断线（如模拟量输入超出量程）、设备故障（如风机过载反馈），将故障代码存入 D100，供集中中心读取报警。

六、系统扩展与可靠性设计

1. 冗余设计：关键通信链路（如主光纤）增加备用线路（无线 4G），避免单点故障导致通信中断。

2. 防雷接地：大棚内传感器和 PLC 电源加装防雷模块，通信线屏蔽层单端接地，防止雷击损坏设备。

3. 离线运行：若远程通信中断，PLC 自动切换为本地控制（按预设参数运行），通信恢复后自动同步数据。

4. 扩展能力：预留 I/O 点数和通信接口，方便后期增加大棚或设备（如增加物联网摄像头监控作物生长）。

总结

三菱 PLC 实现多蔬菜大棚集中管理的核心是：单大棚 PLC 本地化自动控制 + 远程通信传输数据 + 上位机集中监控。通过以太网 / 无线通信将分散的大棚数据汇总，结合 SCADA 系统实现可视化管理，既保证了单个大棚的稳定运行，又实现了规模化种植的高效管控，适合现代农业园区的智能化升级。