VB.Net下日光温室防风预警系统设计与实现

　　摘要：为有效防止大风对日光温室作物 (蔬菜) 的破坏, 制作了日光温室自动防风装置模型, 为提高它的自动化程度, 利用PLC控制技术及计算机编程语言VB.Net, 开发了一种日光温室自动防风监控系统。系统通过PLC自动控制装置模型的辅助设备, 及时采集相关参数的数据, 能保证系统稳定运转。本系统不仅具有结构简单、操作方便、实用性等特点, 而且能自动完成日光温室的保护操作, 能降低大风对温室作物 (蔬菜) 的破坏, 提高农民经济收入。

　　关键词：日光温室; VB.Net; 防风; PLC;

　　Abstract：Solar greenhouse has gradually become the main facility of agriculture development in Xinjiang, but that greenhouses mainly destroyed by gust. Based on circuit theory, PLC automatic controlling techniques and VB. Net programming language, monitor system of this system is developed. This system is not only easy to use, flexible, but also economical and practical. Using this device, from the disaster of gust in greenhouse crops can be prevented.

　　Keyword：solar greenhouse; VB.Net; automatic wind prevention; PLC;

　　1、引言

　　日光温室作为设施农业产业中的主体, 已成为农业种植中效益最高的产业。它不仅是提高农业生产率和农民收入的主要途径, 也具有良好的节水效果, 为提高城乡居民的生活水平做出了贡献[1]。

　　近年来, 新疆维吾尔自治区政府已将发展设施农业放在重要位置, 明确提出加快发展设施农业, 大力推广保护地栽培技术的措施[2]。但是新疆多风地区日光温室经常遭受风灾破坏, 其破坏后的照片如图1所示。

　　笔者结合多风地区日光温室的形式、结构等特点, 设计制作了温室大棚自动防风装置模型, 利用VB.Net编程语言及可编程序控制器 (PLC) 开发了该模型的自动防风监控系统。该系统通过相关传感器监测随时变化的风速, 并根据已设置好的防风阈值自动完成日光温室的保护操作有效防止大风对温室中经济作物 (蔬菜) 的灾害[3]。

图1 被大风破坏的日光温室

　　2、系统电路硬件设计

　　日光温室自动防风监控系统硬件部分主要包括PC机、西门子S7-200系列小型可编程序控制器 (PLC) 及

图2 日光温室自动防风系统电器硬件结构示意图

图3 日光温室自动防风系统控制程序流程图

　　其EM235模拟量输入/输出 (A/D) 模块[4-5]、卷帘机拖动交流电动机 (M1) 、卷绳机拖动交流电动机 (M2) 、风速传感器、温度传感器、拉力变送器[6]、位置开关、继电器组和按钮等低压电器, 其结构示意图如图2所示。

　　3、系统软件设计

　　为保证日光温室自动防风监控系统安全、稳定运行, 分别在PC端与PLC端编写相关程序。系统软件主要由串行通信程序及设备控制程序组成, 通过PC端的编程语言VB.Net来开发系统的串行通信程序。在PLC端编写系统的设备控制程序。

　　3.1、PLC端程序设计

　　PLC端的程序部分主要由无风状况下的控制子程序和大风状况下的控制子程序组成, 若风速小于风速传感器设定值, 运行无风状况下的控制子程序;若大于设定值, 就运行大风状况下的控制子程序。其流程图如图3所示[7]。

　　在无风或弱风时 (此时风速传感器的检测值小于设定值) , 温度传感器对温室内温度进行检测, 利用光照度传感器来检测阳光强度。若这些传感器的检测值小于设定下限值时, 可编程序控制器驱动卷保温被装置 (以下简称卷被机) 的电机正转铺保温被, 当碰到温室底部的常开行程开关 (此时行程开关闭合) 时停止转动, 保温被完全铺到温室大棚顶部。若这些传感器的检测值大于设定上限值时, 可编程序控制器驱动卷被机的电机反转卷保温被, 当碰到温室顶部的常开行程开关 (此时行程开关闭合) 停止转动, 保温被完全卷到温室大棚顶部。

　　如刮大风时 (此时风速传感器的检测值大于设定值) , 不管温室内温度和外面阳光强弱多少, 可编程序控制器首先驱动卷被机的电机铺保温被 (若已经铺完, 不做此操作) 然后驱动卷钢丝绳装置 (以下简称卷绳机) 的电机正转开始拉紧钢丝绳, 当拉力变送器检测的拉力值大于设定值时卷绳机停止转动。

　　利用PLC编程软件STEP 7 Micro WIN V4.0[8]编写的设备控制程序STL格式的部分程序代码如下:

　　……
　　//************温度变送器参数设计*******
　　LDN I1.0//手动/自动开关切换到《自动运行》状态A SM0.0
　　MOVW 20, VW110//温度下限设定值10℃移到VW110中
　　MOVW 25, VW120//温度上限设定值30℃移到VW120中
　　MOVW 6000, VW140MOVW 32000, VW150MOVW 0, VW160
　　MOVW 50, VW170MOVD 0, AC0
　　MOVW AIW0, AC0……
　　-I VW140, VW150MOVW 0, VW148DTR VD148, VD148/R VD148, VD100
　　M O V W 0, V W168//V W170=V W170-V W160=50-0=50
　　……
　　***********风速变送器参数设计**********LDN I1.0//手动/自动开关切换到自动运行状态A SM0.0
　　//MOVW 20, VW610//风速下限值20%移到VW210中
　　MOVW 6, VW620//风速上限值30%移到VW220中MOVW 6100, VW640
　　MOVW 32000, VW650MOVW 0, VW660
　　MOVW 30, VW670MOVD 0, AC3
　　MOVW AIW6, AC3-I VW640, AC3
　　……
　　DTR AC3, AC3
　　MOVR AC3, VD600-I VW640, VW650MOVW 0, VW648DTR VD648, VD648
　　/R VD648, VD600// (AIW6-6400) /25600.0求结果移到VD600中,
　　-I VW660, VW670MOVW 0, VW668……

　　3.2、PC端程序设计

　　本系统利用VB.Net[9-10]的Serial Port控件来实现与PLC的串行通信。PC端的程序主要由参数设计界面与参数监测界面构成。为实现PC与PLC串口通信, 在参数设置界中主要设置端口号、波特率、校验码、数据位与停止位等通信参数。

图4 日光温室自动防风系统参数监测界面

　　系统运行时, 相关传感器先把检测到的实际物理量转换成电信号, 并传送到PLC的模拟量输入输出模块此模块把这些电信号转换为相应的数字信号后保存到相应的PLC寄存器中, PLC端的程序进一步处理这些数字信号后通过串行通信程序模块 (RS-232) 传送到上位计算机, 上位机的VB.Net对这些数字量进行处理, 并转换成实际物理量, 显示在系统的数据采集界面中, 其界面如图4所示。

　　利用VB.Net语言编写的, PC与PLC的串行通信部分程序代码如下:

　　……
　　‘通用数据声明部分
　　Dim outdata () As Byte Dim Rcv () As Byte
　　Dim in String As String
　　Dim Save String As String‘初始化设置
　　Private Sub Form1_Load (By Val sender As System.Object, By Val e As System.Event Args) Handles My Base.Load
　　……
　　With Serial Port1
　　.Port Name=“COM4”.Baud Rate=9600
　　.Data Bits=8
　　.Stop Bits=IO.Ports.Stop Bits.One.Parity=IO.Ports.Parity.None
　　.Input Mode=com Input Mode Binary.RThreshold=1
　　.Input Len=0
　　.Out Buffer Count=0.Out Buffer Count=0……
　　If Not Serial Port1.Is Open Then Serial Port1.Is Open=True
　　Timer1.Interval=2000Timer1.Enabled=False End With
　　……
　　End Sub
　　‘**********发送子程序*********Private Sub send (in String As String) ……
　　Save String=in String length=Len (in String)
　　Re Dim outdata (0 To length) As Byte outdata (0) =&H5
　　For i=1 To length
　　outdata (i) =Asc (Mid (in String, i, 1) ) Next i
　　Call FCScheck (outdata)
　　Serial Port1.Output=outdata……
　　End Sub
　　‘************求和校验子程序**********Private Sub FCScheck (outdata () As Byte) ……
　　Dim Buf Len As Integer Dim Buf As String
　　Dim i As Integer
　　Dim Check Sum As Long Buf Len=UBound (outdata) Check Sum=0
　　For i=LBound (outdata) +1To UBound (outdata) Check Sum= (Check Sum+outdata (i) ) And&HFF Next i
　　Buf=IIf (Len (Hex (Check Sum) =1, “0”&Hex (Check Sum) , _Hex (Check Sum) )
　　Re Dim Preserve outdata (Buf Len+2) As Byte outdata (Buf Len+1) =Asc (Mid (Buf, 1, 1) )
　　outdata (Buf Len+2) =Asc (Mid (Buf, 2, 1) ) ……
　　End Sub

　　4、结束语

　　本系统通过VB.Net、可编程序控制器 (PLC) 的串行通信功能和相应传感器实现了日光温室大棚的辅助设备的控制与相关参数的监测。为提高系统自动化程度, 采用了西门子S7-200型可编程控制器, 它具有结构简单、可靠性高、抗干扰能力强, 工作稳定性好等特点。试验表明, 系统不仅具有结构简单、操作方便、实用性等特点, 而且防风效果显着;能降低大风对温室作物 (蔬菜) 的破坏, 提高农民经济收入, 并具有一定的推广价值。

　　参考文献
　　[1]王浩, 马月虹, 杨关勇.新疆设施农业区域布局及其生产功能区划研究[J].黑新疆农业科学, 2014, (12) :2328-2337.
　　[2]谢静, 王强, 赵前程.新疆设施农业发展现状及项目投入分析与建议[J].新疆农业科技, 2015, (2) :16-19.
　　[3]吾买尔·吐尔逊, 穆哈西, 夏庆成.基于PLC的温室大棚自动防风监控装置设计[J].农机化研究, 2015, (2) :218-225.
　　[4]向晓汉, 刘摇摇.PLC技术与应用, 西门子版[M].北京:北京大学出版社, 2013.
　　[5]孙荣, 吕淑平, 苏丽等.基于西门子PLC的远程实验平台建立与实现[J].实验技术与管理, 2013, (10) :87-89.
　　[6]蔡丽.传感器与检测技术应用[M].北京:冶金工业出版社, 2013.
　　[7]吾买尔·吐尔逊, 穆哈希, 满苏尔江·依布拉依木等.温室大棚自动防风监控装置[P].中国, 实用新型:z L201420232771.9, 2014, 9 (10) .
　　[8]杨后川等.西门子S7-200 PLC应用100例[M].北京:电子工业出版社, 2009.
　　[9]崔淼, 刘瑞新.Visual Basic.NET程序设计教程 (第2版) [M].北京:电子工业出版社, 2013.
　　[10]夏敏捷.VB.Net程序设计教程[M].北京:清华大学出版社, 2014.