一種食用菌工廠化栽培環境計算機控制系統技術方案

本發明專利技術涉及一種食用菌工廠化栽培環境計算機控制系統，其特征在于包括：N個控制系統客戶端、控制系統服務器、Modbus總線集線器、室外氣象站以及設于菇房內的M個Modbus總線接口傳感器和執行器；所述的控制系統客戶端經計算機通信網絡與所述控制系統服務器連接；所述控制系統服務器經Modbus總線集線器負責控制所述傳感器和室外氣象站的數據采集以及執行器的動作，并同時負責實現控制系統客戶端服務請求響應；其中N、M為自然數。本發明專利技術能實現對多達100個以上菇房進行各自獨立的環境小氣候實時監控以及栽培生產管理，以滿足食用菌工廠化栽培對菇房環境自動調控和數字化栽培生產管理的要求。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種食用菌工廠化栽培環境計算機控制系統，特別是涉及分布式遠程集中監控和數字化栽培管理技術，實現對多達100個以上菇房進行各自獨立的環境小氣候實時監控以及栽培生產管理，以滿足食用菌工廠化栽培對菇房環境自動調控和數字化栽培生產管理的要求。
技術介紹
食用菌工廠化栽培在單位土地面積內，利用設施、設備人工調節食用菌的生長環境條件，創造出適宜不同菌類不同發育階段的環境小氣候，進行立體、大規模、高效率、反季節周年栽培，同時保證食用菌的高產量和高質量生產。然而，目前食用菌工廠化栽培中，環境智能監控及栽培過程自動化和信息化水平偏低，因此食用菌的工廠化栽培仍然難以標準化、規范化，也因此難以擴大生產規模，產量和食用菌的質量未能在工廠化栽培中得到明顯的提高，未能充分發揮食用菌工廠化栽培應有的優勢和效率。因此食用菌工廠化栽培環境計算機控制系統與數字化栽培管理系統是食用菌工廠化栽培的核心關鍵技術。目前食用菌工廠化栽培環境計算機控制系統構建仍然處在探索階段，計算機控制系統主要不足在于系統架構不合理和功能還偏于簡單。目前控制系統常見為兩極結構模式:系統的中心上位機和多個下位機相連，監控多個菇房，構成兩級計算機分散控制結構。這種系統結構中，下位機一般使用基于單片機的控制板，控制板連接傳感器和執行機構等，功能包含控制、信號采集、數據處理、存儲、通訊和用戶操作設置界面等，這使得下位機控制板電路復雜，從而可靠性降低；另一方面由于單片機本身資源限制，控制板的功能、存儲容量和性能被限制，不容易擴展；還有，由于各傳感器和執行機構都必須使用星型布線集中到控制板，再由控制板連接到中心上位機，使得系統布線安裝也較為復雜，現場安裝、硬件端口設置和組態都不易靈活實現。控制系統還有一種常見結構模式是基于工控機，工控機與傳感器和執行器連接通過通用IO板卡相連，該種結構主要缺點是成本偏高，布線也是星型布線集中連接到工控機；當菇房數量增多時，IO板卡需求量相應增大，端口接線也更復雜。這種結構模式中，工控機及其IO板卡也常被PLC及其附屬IO模塊代替。單從軟件角度，現有食用菌工廠化栽培環境計算機控制系統中，上位機軟件系統主要是以本地獨立軟件的形式，難以遠程、多用戶共享方式實現監控。部分系統添加Web服務器實現遠程訪問，但監控系統仍然是獨立本地軟件，Web服務器主要是提供遠程數據共享，從而實現遠程報表和數據顯示，難以實現遠程實時環境監控。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種食用菌工廠化栽培環境計算機控制系統，能夠保證計算機控制系統計算和存儲性能，又能提高系統可靠性和簡化系統安裝布線和遠程多用戶實時訪問監控。并且系統成本降低，設置、維護和擴展升級方便。本專利技術采用以下方案實現:一種食用菌工廠化栽培環境計算機控制系統，其特征在于包括:N個控制系統客戶端、控制系統服務器、Modbus總線集線器、室外氣象站以及設于菇房內的M個Modbus總線接口傳感器和執行器； 所述的控制系統客戶端經計算機通信網絡與所述控制系統服務器連接； 所述控制系統服務器經Modbus總線集線器負責控制所述傳感器和室外氣象站的數據采集以及執行器的動作，并負責實現控制系統客戶端服務請求響應；其中N、M為自然數。在本專利技術一實施例中，所述控制系統服務器提供Web接口，客戶端軟件系統通過網絡能遠程多用戶共享連接服務器的應用模式。在本專利技術一實施例中，該系統能通過編輯設置Excel表格文件并導入控制系統服務器，即可完成系統組態設置。在本專利技術一實施例中，所述控制系統服務器使用輕量級Web框架，無用戶交互圖形界面，控制系統客戶端程序通過Http協議連接控制系統服務器完成數據實時通信，客戶端軟件系統實現控制系統用戶遠程集中監控操作、數據曲線及報表生成及顯示。在本專利技術一實施例中，該系統能通過增刪改設置硬件端口和Modbus總線節點地址信息表格，并導入所述控制系統服務器，即可實現該系統硬件端口的設置。在本專利技術一實施例中，所述控制系統服務器還負責實現一控制策略與控制算法的實現以及組態數據的管理。在本專利技術一實施例中，所述的控制策略是基于輸入和設置的食用菌栽培專家經驗知識，根據具體栽培食用菌，將食用菌整個栽培周期分樹形結構食用菌生長階段，根據不同階段及一天不同時段，自動調整食用菌栽培環境因子設置；根據當前各環境因子設置值，結合調控設備耗費能量情況及食用菌栽培階段和時段，根據最大生產利潤優化規則，調整各環境因子設置及其控制算法參數。在本專利技術一實施例中，所述組態數據包括:I)菇房菇房溫區信息，包括編號及菇房描述信息；2) Modbus總線Master信息，包括編號、協議、地址或端口信息；3) Modbus請求信息，包括編號、描述信息、使用的Modbus總線Master及對應的Modbus總線Slave、功能碼、地址和長度；4)執行器及測量設備信息，包括編號、所在菇房號、描述信息、類型、Modbus請求號及偏移量、取值范圍、單位。本專利技術充分利用工控機的計算、存儲和數據通信能力，將大量的歷史數據存儲、復雜的智能控制算法和控制策略基于工控機實現，并能充分利用工控機上的便利軟件開發環境。通過Modbus總線連接工控機和傳感器和執行器，系統擴展和硬件端口調整靈活便利，系統軟件通過組態設置即可滿足不同系統需求和硬件配置，利用Modbus總線型網絡通信，布線安裝簡單、節省線材；傳感器和執行器通過Modbus總線與工控機相連，只負責信號轉換，功能簡化、單一，從而更易提高可靠性，并可選用標準通用器件產品；客戶端通過Http協議實現連接服務端，可在現有多種網絡環境下實現遠程實時連接，客戶端應用Http協議，但又不用通用瀏覽器訪問實現，自行開發客戶端用戶界面，可根據需要實現控制系統特有監控用戶交互界面和數據曲線報表等數據表示形式，并提高系統的安全性。附圖說明圖1是本專利技術實施例食用菌工廠化栽培環境計算機控制系統集成框圖。圖2是本專利技術實施例食用菌工廠化栽培環境計算機控制系統結構框圖。具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本專利技術做進一步說明。如圖1本實施例的食用菌工廠化栽培環境計算機控制系統包括N個控制系統客戶端、計算機通信網絡、控制系統服務器(工控機)、Modbus總線集線器、室外氣象站、多個Modbus總線接口傳感器和執行器和Modbus總線。這里N可以是多個，控制系統客戶端實現了監控用戶交互界面和數據曲線報表等數據表示形式，多個控制系統客戶端通過計算機通信網絡可同時連接控制系統服務器；控制系統服務器負責連接傳感器和執行器，負責室外氣象站、菇房中的傳感器數據采集及菇房中執行器驅動控制，并同時負責實現控制系統客戶端服務請求響應；ModbuS總線集線器負責擴展總線節點數量及分割不同Modbus總線網段；室外氣象站負責采集菇房室外氣象數據；各個菇房中的多個傳感器負責環境因子或設備狀態數據采集，執行器負責菇房環境調控設備驅動控制。上述控制系統服務器提供Web接口，客戶端軟件系統通過網絡能遠程多用戶共享連接服務器的應用模式。本實施例系統能通過編輯設置Excel表格文件并導入控制系統服務器，即可完成系統組態設置。上述述控制系統服務器使用輕量級Web框架，無用戶交互圖形界面，控制系統客戶端程序通過Http協議連接控制系統服務器完成數據實時通信，客本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種食用菌工廠化栽培環境計算機控制系統，其特征在于包括：N個控制系統客戶端、控制系統服務器、Modbus總線集線器、室外氣象站以及設于菇房內的M個Modbus總線接口傳感器和執行器；所述的控制系統客戶端經計算機通信網絡與所述控制系統服務器連接；所述控制系統服務器經Modbus總線集線器負責控制所述傳感器和室外氣象站的數據采集以及執行器的動作，并負責實現控制系統客戶端服務請求響應；其中N、M為自然數。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：林東亮，許志紅，
申請(專利權)人：福州大學，
類型：發明
國別省市：