分布式网络控制技术在温室中的应用分析

董建恩，田岩，赵恒杰

（1.青岛西海岸新区灵山卫街道办事处，山东 青岛 266400；2.青岛西海岸新区农业农村局投入品科，山东 青岛 266400）

分布式系统，就是每个功能都是针对于一个对象。这是一种较新模式的技术，它打破了原有设备的功能界限，并能按照温室环境调控系统的要求，将其功能进行有机重组。

1 分布式网络控制技术在温室工程中的主要优点

1.1 减少硬件数量与投资成本

温室的分布式网络控制技术，是通过分散在控制现场的智能设备来完成其功能。现场设备是智能仪表，它可以直接执行控制、报警以及计算等多种功能的任务。相比传统方式下的温室环境控制技术来说，分布式网络控制技术能减少变送器数量的使用，这样调节器和计算单元等就不需要单独配备，DCS系统的信号转换和调理以及隔离等功能单元也就不需要再单独配备，也不需要复杂的接线，因此，如果温室工程中使用分布式系统，其硬件费用投资成本就能得到较大的节约。

1.2 减少安装费用

对于分布式网络控制技术而言，它采用一对N的接线结构，即传输线一对、仪表N台，多个信号能实现双向传送。现场在进行安装时，采用分布式网络技术结构，就能减少温室环境控制系统中的接线，还能缩短工程周期，降低其安装费用，也更容易进行维护。简而言之，如果温室增加了，可以拓展其控制系统，对新增加的智能仪表来说，只要将其并行在电缆上挂接即可，新的电缆就不用再单独架设。

对比分布式网络技术与传统技术，节省的各项费用如表1所示。

表1 费用节约率

1.3 减少维护费用

对于温室的分布式网络控制技术而言，在温室控制室，操作员就能对现场设备的工作情况进行监控，调整相应的参数，并及时解决故障，这样系统就会一直处于操作员的远程监控状态，减少维护停工的时间。由于系统具有简单的结构，容易连线，使得维护工作量降低，减少了维护费用。

1.4 增加系统准确性

传统的控制技术采用的是模拟信号仪表，而分布式系统使用的是数字信号仪表，它具有更高的抗干扰性和准确性，这样抗干扰的设备就不用再单独配备，进而也会让成本降低。

1.5 增加用户的系统集成主动权

和以往的控制技术相比，在扩充方面，分布式网络控制技术更容易，其全部技术与标准都具有公开性，全部制造商都要依据该技术标准来工作。只要用户选择的设备与标准符合，就能在原有的温室环境控制网络上进行连接，进而扩展相关功能。

2 分布式网络控制技术在农业温室中的具体应用

由于现场总线技术的特点及其优点，未来它将在多种领域中被大量使用，然而，如今现场总线技术还不太成熟，在农业领域中使用价格较高，同时也存在很复杂的技术原理。因此，现今在农业温室中使用工业现场总线技术，还不具备适用性。由于农业领域的控制技术有其独特性，其控制对象比较特殊，调控设备也相对有限，研究人员要充分考虑到农业领域控制技术的特点，进而构建出比较简单的分布式网络控制系统模型，将其应用于在农业温室中。该系统模型借鉴了现场总线的技术特点与开放性结构，对通讯模型进行了扩展，使其变为集成模型，这样在同一层内就能集中各种相似的功能，如果功能存在较大的差异，就使用分层处理方式，这样一方面能借鉴现场总线的思路与优点来确保分布式技术的实现，另一方面还能跟随着技术发展的趋势，在农业温室中纳入各种新技术，并通过恰当的方式，让农业领域的控制系统朝着未来的新控制形式发展，进而成为其中的有机组成部分。因此，我们提出AFCS系统的参考模型，如图1所示。其中，物理层的功能是发送信号和对系统进行控制；数据链路层的功能是在设备间实现网络的共享以及对通讯进行调度；应用层的功能是对设备间的数据交换、命令、信息事件以及请求应答中的信息格式作出相应的规定；用户层的功能是形成用户所需的应用程序。

图1 OSI模型、现场总线模型、AFCS模型

在温室环境控制系统中使用分布式网络控制技术，在物理层上，主要考虑温室环境控制技术都需要哪些物理设备，通讯设备都要具有哪些电器标准的问题，进而通过RS485总线通讯为核心，使温室环境控制系统得以形成。在数据链路层和应用层上，主要考虑如何确保通讯、如何实现温室所需的通讯协议的问题；在用户层上，主要考虑如何实现上位机控制系统的问题。

2.1 分布式网络控制技术的应用原则

第一是具有经济性。该技术的主要目的就是具有经济实用性，也就是在功能实现并确保可靠性和准确性的前提下，确保设备的性价比较高。第二是具有先进性。该技术要密切跟随前沿技术的步伐，以便在成熟的经济条件下，能确保其得到及时应用。

2.2 分布式网络技术的系统结构图

分布式网络控制系统由智能控制器来控制现场的执行设备，它使用的是以微处理器为核心的智能仪表，这些构成了其基本的底层系统。多个底层系统利用该技术控制系统的通讯总线，把信号传送到RS232/RS485协议转换器，进而让现场信号实现从RS485到RS232的转化，并连接上位监控计算机。上位机采用PC机或者数据采集器，这样就形成了农业温室中的分布式网络控制系统。上位机的功能是确保系统联网完成，并对各个下位机进行及时监控，一方面，它具有显示和存储以及设定各底层系统参数的功能，并能对各底层系统的数据进行检测与控制，进而将其集中显示在自己的屏幕上，以便远程监控全部参数数据；另一方面，它还具有查询和统计以及存储温室环境各项数据的功能，由于下位机的存储器不足，其运算功能也不足，上位机还需充分发挥智能控制技术，进而实现现代化的管理。RS232/5485协议转换器的功能，主要是实现总线信号从RS232向RS485的转化，进而为温室中分布式网络控制系统提供更加高效的通讯总线。下位机的功能主要是控制现场，一方面，下位机能存储和设定各智能传感仪表的参数，并能对上位机下达的命令进行有效执行；另一方面，按照上位机的要求，下位机可以对执行设备进行有效控制，如果与上位机失去了联系，下位机还能按照自己的策略，及时控制执行设备，这样就不会因为通讯总线发生损坏，进而让全部系统失控。

图2 分布式网络控制系统的物理模型

3 结语

现今，对于农业温室环境控制系统来说，它正在朝着分布式和网络化以及智能化方向发展。由于经济条件方面的制约，目前我国的温室控制系统还无法直接使用符合工业现场总线标准的控制技术。因此，我们就要研究并使用符合农业温室环境控制要求的分布式网络控制技术，充分发挥出其优势功能，并为农业提供更好的服务。