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摘要：以西门子1200系列PLC作为控制器，自动调节系统以西门子1200PLC作为控制器，控制对象主要为
超声波频率使营养液形成喷雾，周期性喷到兰科植物超声波发生器、LED补光灯及空调压缩机，系统能自
上，设计出基于PLC的超声波气雾栽培装置。该装置采动调节超声波频率使营养液形成喷雾，吸附在兰科植
集室内环境参数，根据每日雾化时间段与植物栽培指物根系以提供所需的水分和养分，同时还能自动调节
标自动控制超声波频率、室内环境参数，此外，装置光照强度和室内温度，更好地实现气雾栽培的自动化
配有人机界面，用以显示当前雾化频率、栽培环境参和精确化管理，提高栽培效果和经济效益。
数及设备状态等信息，也能够设定超声波气雾栽培指1 控制系统组成及工作原理
标，切换手动/自动操作模式等功能。该设计不仅可有超声波气雾栽培控制系统的控制要求主要包括：
效解决普通水培中供氧、供肥的矛盾，还能够提高水1）系统可切换手动/自动控制方式；
和养分的利用效率，减少病虫害发生，提高栽培的成2）在自动控制方式下，系统能根据设定的每日雾
活率，南宫28登录入口具有一定的应用价值。化时间段与植物生长周期自动调整超声波雾化频率，
关键词：PLC；气雾栽培；控制系统同时可以自动调节室内环境参数，包括温湿度与光照
兰花是兰科类植物的统称，品种繁多，其中蝶波发生器、LED补光灯及空调压缩机，并通过手动调
兰、石斛、万代兰等观赏类花卉较为常见，有些兰科节雾化频率、光照强度与室内温湿度；
植物还具有很高的药用价值。兰科植物生长需要适4）人机界面能够正确显示当前超声波雾化频率及
宜的环境温度、湿度和光照强度，除此之外，还需要雾化时间段，以及光照强度、室内温湿度、设备运行
求。补充营养液可采用气雾栽培技术，气雾栽培是一5）控制系统具有一定的报警功能，当光照强度、
种新型的栽培方式，能让兰科植物充分吸收到养分，温湿度超过范围值时，能够发出报警指示灯，并能通
到了广泛应用，特别是在无土栽培方面具有很大的潜该控制系统主要由PLC（含模拟量扩展模块）、温
现有的植物气雾栽培控制系统智能化、自动化程及转换开关、触摸屏、超声波发生器、补光灯、空调
度不高，难以达到自动调节环境参数及自动补充营养压缩机及报警指示灯等组成。传感器用于实时检测室
液的目的。本文针对兰科植物育苗过程中的控制问内环境参数，并转换为4~20mA标准电流信号发送给
题，设计了一种基于PLC的超声波气雾栽培控制系统，PLC。PLC作为控制器，负责接收传感器及按钮开关等
作者简介：王宜雷（1986—），男，江苏沭阳人，硕士研究生，用模拟量输出信号控制超声波发生器，频率在0.5MHz
讲师，工程师，研究方向：复杂过程控制。至3MHz之间。空调压缩机为变频控制方式，PLC用模
通讯作者：高菊玲（1981—），女，江苏泰兴人，硕士，教授，拟量输出信号控制运行频率，调节室内温湿度。PLC用
基于PLC的超声波气雾栽培控制系统框图如图1所示。将转换开关切换至自动控制方式，在触摸屏自动
图1 基于PLC的超声波气雾栽培控制系统框图2 基于PLC的超声波气雾栽培控制系统设计
1.2 基于PLC的超声波气雾栽培控制系统的工作原理2.1 系统硬件设计
根据兰科植物的生长特性制定适宜的环境参数及本设计以PLC作为控制器，除了编程方便灵活外，主
气雾栽培参数，本文以生长期的蝴蝶兰为气雾栽培对要还由于其具备较高的抗干扰性、安全性与可靠性。
在气雾栽培过程中，需要综合考虑植物的生长阶素，综合选定了西门子1200系列PLC作为控制器，CPU
段、当地的气候条件和种植环境，进行适当的调整。具体型号选用1212C，由于系统输入输出点数较多，
围绕栽培参数，控制系统不断获取传感器的反馈为此增加了扩展模块SM1223、SM1234。
信号，以实时监测环境参数的变化情况。根据反馈信在气雾栽培控制系统中，温湿度传感器主要用于
号，PLC发出相应的命令来维持目标环境参数。具体工测量室内空气温湿度，传感器输出模拟量信号接入
初始状态，传感器将环境参数转化为电信号输入近，本设计采用温湿度一体式的壁挂式温湿度传感
到PLC中，经过PLC运算后显示在触摸屏界面上，如温器，型号为米恩基传感科技有限公司ME-WS-5W，温
度、湿度、光照强度及二氧化碳浓度超过范围值时，度量程为-40~80℃，湿度量程为0~100%RH，输出信
发出报警指示，温度的范围为17~28℃，湿度的范围为号4~20mA电流信号。光照强度传感器是将光照度大
58%~80%RH，光照强度的范围为9000~15000lux，小转换成标准电信号的一种传感器，主要由末端传感
二氧化碳浓度的范围为950~1500ppm。器（探头）和变送器组成。末端传感器将光照度大小
将转换开关切换至手动控制方式，在触摸屏手动转化为电信号，变送器则通过调理电路将该电信号转
运行界面上可以对设备进行控制，通过按下界面上超化为标准的电信号输出。本设计中，光照强度传感器
声波雾化启动、补光灯打开及空调压缩机启动等按钮输出4~20mA电流信号，选用建大仁科传感器，量程
运行相应的设备，手动调整气雾栽培及环境参数。触范围为0~65535lux。气雾栽培控制系统用于相对封闭
摸屏与PLC采用以太网通讯方式，触摸屏将接收到的信的环境，作物在室内不断地进行着光合作用，因此，
号传送至PLC，并将PLC采集到的数据显示在手动运行室内的二氧化碳浓度与外界环境有明显的差异。二氧
时间段雾培频率（MHz）雾培时间（min）光照强度（lux）温度（℃）湿度（RH）二氧化碳浓度（ppm）
化碳传感器同样选用建大仁科传感器，量程范围为参数设置不合理，超出预定范围，则将2写入报警变
MCGSE组态环境软件进行组态，组态功能强大且方便雾栽培、温度自动控制、湿度自动控制、光照强度自
2.2 系统I/O地址分配4）自动控制启动时间20s内无环境参数超限报警，
在I/O地址分配过程中，开关量输入主要包括转则自动控制流程执行成功，系统进入自动运行状态。
换开关、按钮及设备运行状态反馈等信号，模拟量输基于PLC的超声波气雾栽培自动控制流程图如
基于PLC的超声波气雾栽培控制系统的重要功能在系统调试前，先将触摸屏、PLC用以太网网线连
于自动调节超声波气雾栽培频率及环境参数，在自动接到同一交换机上，设备上电后进入联机调试。首先
方式下按下启动按钮，程序开始执行自动控制流程，在触摸屏界面上，观察环境参数、设备状态及指示灯
1）控制系统自动判断是否处于自动控制方式，如动控制方式，同时在“手动控制界面”中，观察转换
不在自动方式，则将1写入报警变量MW20地址中，触开关是否处于“手动”位置，然后测试各项控制功能等
摸屏界面弹出报警信息，流程退出。是否正常，依次启动超声波发生器、空调压缩机、补光
2）判断已设置的栽培参数是否合理，如果栽培灯、加湿器及二氧化碳供给装置，观察设备是否正常动
图3 超声波气雾栽培自动控制流程图培功能，还可以对栽培环境进行智能化管控，南宫28登录入口可以有
在“自动控制界面”中完成系统自动控制调试，效提高植物栽培水和养分的利用效率，减少病虫害发
先将转换开关切换至自动控制方式，依次输入栽培参生，提高栽培的成活率。该系统以PLC作为控制器，提
数，确认无误后点击“启动”按钮，触摸屏出现二次高了系统的可靠性与稳定性，通过试验结果表明，该
确认弹框，再次确认后，系统进入自动控制运行，根装置符合开发要求，具有一定的应用价值，但在传感
据每日雾化时间段与植物栽培指标自动控制超声波频检测和功能设计方面仍有进一步优化的空间。
PLC的超声波气雾栽培控制系统手动、自动控制触摸屏[1]周泓，虞侠挺.基于嵌入式的兰科植物组培控制系统[J].传
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