我的智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)(共27頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目名稱： 寧夏理工學(xué)院 智能節(jié)水噴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 電氣信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化13101 學(xué)生姓名： 賈磊 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 姜順清 摘要寧夏理工學(xué)院的灌溉系統(tǒng)相對(duì)傳統(tǒng)，耗費(fèi)大量人力，物力，財(cái)力。并且無(wú)法改善鹽堿地的土壤PH值。導(dǎo)致處于鹽堿地的校內(nèi)植被大量死亡，生長(zhǎng)速度慢。用寧夏理工學(xué)院智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)，實(shí)施節(jié)水灌溉能對(duì)作物生長(zhǎng)的土壤濕度進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控的系統(tǒng)，它能對(duì)作物進(jìn)行適時(shí)、適量的灌水，起到高效灌溉，節(jié)水、節(jié)能的作用，并且改善鹽堿地的土壤PH值，從而增加植被，綠化校園。因此，加速開(kāi)發(fā)適合校區(qū)的可靠、低成本、高效率、先進(jìn)的智能節(jié)水灌溉控

2、制系統(tǒng)是十分必要和緊迫的。關(guān)鍵詞智能 灌溉 土壤濕度 土壤鹽堿 Design of intelligent water-saving irrigation system in Ningxia Institute of Science and TechnologyAbstractThe irrigation system of Ningxia Institute of Science and Technology is relatively traditional, consuming a lot of manpower, material resources and financial res

3、ources. And can not improve the pH value of saline soil. Resulting in a large number of vegetation in the saline alkali soil, the growth rate is slow. Ningxia Institute of Science and Technology intelligent water saving irrigation system, water-saving irrigation system can automatic monitoring of so

4、il moisture for crop growth, it can timely and adequate irrigation of crops to efficient irrigation, water saving, energy saving effect, and improve the soil pH value of saline alkali soil, thus increasing vegetation, green campus. Therefore, it is very necessary and urgent to accelerate the develop

5、ment of reliable, low-cost, high efficiency and advanced intelligent water-saving irrigation control system.Key wordIntelligence、irrigation、soil moisture、Soil salinity 寧夏理工學(xué)院的智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)1 設(shè)計(jì)研究背景1.1 節(jié)水灌溉系統(tǒng)概述 現(xiàn)代灌溉控制器的研究使用在我國(guó)農(nóng)、林、及園藝為數(shù)不多，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，有較大的差距，還基本停留在人工操作上，即使有些地方搞了一些灌溉工程的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，也是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法來(lái)確定每天灌溉次數(shù)和每次

6、灌溉量，如果灌溉量與作物實(shí)際需水量相比太少，便不能有效的促進(jìn)作物健康成長(zhǎng)；而灌溉量太多，肥水流失，又會(huì)造成資源浪費(fèi)，同時(shí)傳統(tǒng)的灌溉法還需要相關(guān)專家的實(shí)時(shí)觀察并經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)生產(chǎn)，勞動(dòng)生產(chǎn)率低，這也不能與現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)向優(yōu)化、高效化方向發(fā)展要求同步。而寧夏理工學(xué)院的灌溉系統(tǒng)相對(duì)傳統(tǒng)，耗費(fèi)大量人力，物力，財(cái)力。并且無(wú)法改善鹽堿地的土壤PH值。導(dǎo)致處于鹽堿地的校內(nèi)植被大量死亡，生長(zhǎng)速度慢。用寧夏理工學(xué)院智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)，實(shí)施節(jié)水灌溉能對(duì)作物生長(zhǎng)的土壤濕度進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控的系統(tǒng)，它能對(duì)作物進(jìn)行適時(shí)、適量的灌水，起到高效灌溉，節(jié)水、節(jié)能的作用，并且改善鹽堿地的土壤PH值，從而增加植被，綠化校園。因此，加速開(kāi)發(fā)適合校區(qū)

7、的可靠、低成本、高效率、先進(jìn)的智能節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)是十分必要和緊迫的。單片機(jī)控制的滴灌節(jié)水灌溉系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對(duì)不同土壤的濕度進(jìn)行監(jiān)控，并按照作物對(duì)土壤濕度的要求進(jìn)行適時(shí)、適量灌水，其核心是單片機(jī)和PC機(jī)構(gòu)成的控制部分，主要對(duì)土壤濕度與灌水量之間的關(guān)系、灌溉控制技術(shù)及設(shè)備系統(tǒng)的硬件、軟件編程各個(gè)部分進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。1.2 設(shè)計(jì)研究背景 生命之起源，水為必要條件，沒(méi)有了水，地球上的生命將會(huì)枯竭。 隨著21世紀(jì)的到來(lái)，能源危機(jī)將接踵而至。比能源危機(jī)更可怕的是，作為人類生命之源的水的短缺到了前所未有的程度，這一狀況還將隨著時(shí)間的推移和社會(huì)的發(fā)展繼續(xù)惡化。水資源危機(jī)己成為全球性的突出問(wèn)題，越來(lái)越受到國(guó)際社會(huì)的

8、重視和關(guān)注。專家們?cè)A(yù)言，如果不注意保護(hù)水節(jié)約水，地球上剩下的最后一滴水將是人類的眼淚。利用科技手段緩解這一危機(jī)，將是人類主要的出路。當(dāng)前，占世界人口總量40的80個(gè)國(guó)家缺水，其中26個(gè)國(guó)家嚴(yán)重缺水。我國(guó)有28萬(wàn)億m3的水資源總量，全世界排第6位，但人均水資源不足世界水資源的14，排在世界人均占有水資源量的第109位，是世界上人均占有水資源最貧乏的13個(gè)國(guó)家之一，目前，我國(guó)每年缺水量近400億m3，其中農(nóng)業(yè)缺水約300億m3。我國(guó)用水大戶仍然是農(nóng)業(yè)用水，約占70，而農(nóng)業(yè)用水的90是灌溉用水，因此節(jié)水首先要在農(nóng)業(yè)節(jié)水上做文章。采用傳統(tǒng)的灌溉模式，灌溉定額普遍偏高，全國(guó)平均每畝實(shí)際灌水量達(dá)到450

9、-500 m3，超過(guò)實(shí)際需水量的1倍左右，有的地區(qū)高達(dá)2倍以上。與一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)農(nóng)業(yè)的用水效率還是相當(dāng)?shù)偷模喔人Y源的浪費(fèi)情況相當(dāng)嚴(yán)重，節(jié)水的潛力十分巨大。據(jù)統(tǒng)計(jì)：目前我國(guó)灌溉水利用率只有40左右，水分生產(chǎn)率不足10 kgm 3；而發(fā)達(dá)國(guó)家的灌溉水利用率可達(dá)8090，水分生產(chǎn)率在20 kgm 3以上。如果采用先進(jìn)的灌溉技術(shù)，將我國(guó)的灌水利用率提高到6070，則在目前情況下每年可節(jié)約灌溉用水O10O15萬(wàn)億m3。這樣，通過(guò)發(fā)展節(jié)水灌溉，在減少(最起碼不增加)農(nóng)業(yè)用水總量的前提下，滿足灌溉需要，同時(shí)把節(jié)約出來(lái)的水量用于城市生活、工業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)用水，以水資源的可持續(xù)利用促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)

10、發(fā)展。 1.2.1 寧夏理工學(xué)院的氣候特征及降水量 石嘴山市地處內(nèi)陸，典型的溫帶大陸性氣候，全年日照充足，降水量集中，蒸發(fā)強(qiáng)烈，空氣干燥，溫差較大，無(wú)霜期短。夏熱而短促，春曖而多風(fēng)，秋涼而短早，冬寒而漫長(zhǎng)。年平均氣溫8.49.9。年最低平均氣溫-19.4-23.2，年最高平均氣溫32.436.1。年平均降水量的地理分布較為均勻，全市年平均降水量在167.5毫米188.8毫米。年蒸發(fā)量在1708.72512.6毫米，是降水量的1014倍，處于干旱半干旱地區(qū)。1.2.2寧夏理工學(xué)院的土壤特征寧夏理工學(xué)院校區(qū)內(nèi)存在大量的鹽堿地地區(qū)。各種鹽堿土都是在一定的自然條件下形成的，其形成的實(shí)質(zhì)主要是各種易溶性

11、鹽類在地面作水平方向與垂直方向的重新分配，從而使鹽分在集鹽地區(qū)的土壤表層逐漸積聚起來(lái)。影響鹽堿土形成的主要因素有：氣候條件，在我國(guó)東北、西北、華北的干旱、半干旱地區(qū)，降水量小，蒸發(fā)量大，溶解在水中的鹽分容易在土壤表層積聚。夏季雨水多而集中，大量可溶性鹽隨水滲到下層或流走，這就是“脫鹽”季節(jié)；春季地表水分蒸發(fā)強(qiáng)烈，地下水中的鹽分隨毛管水上升而聚集在土壤表層，這是主要的“返鹽”季節(jié)。東北、華北、半干旱地區(qū)的鹽堿土有明顯的“脫鹽”“返鹽”季節(jié)，而西北地區(qū)，由于降水量很少，土壤鹽分的季節(jié)性變化不明顯。地理?xiàng)l件，地形部位高低對(duì)鹽堿土的形成影響很大，地形高低直接影響地表水和地下水的運(yùn)動(dòng)，也就與鹽分的移動(dòng)和

12、積聚有密切關(guān)系，從大地形看，水溶性鹽隨水從高處向低處移動(dòng)，在低洼地帶積聚。鹽堿土主要分布在內(nèi)陸盆地、山間洼地和平坦排水不暢的平原區(qū)，如松遼平原。從小地形（局部范圍內(nèi)）來(lái)看，土壤積鹽情況與大地形正相反，鹽分往往積聚在局部的小凸處。土壤質(zhì)地和地下水，質(zhì)地粗細(xì)可影響土壤毛管水運(yùn)動(dòng)的速度與高度，一般來(lái)說(shuō)，壤質(zhì)土毛管水上升速度較快，高度也高，砂土和粘土積鹽均慢些。地下水影響土壤鹽堿的關(guān)鍵問(wèn)題是地下水位的高低及地下水礦化度的大小，地下水位高，礦化度大，容易積鹽。河流和海水的影響，河流及渠道兩旁的土地，因河水側(cè)滲而使地下水位抬高，促使積鹽。沿海地區(qū)因海水浸漬，可形成濱海鹽堿土。耕作管理的不當(dāng)，有些地方澆水時(shí)

13、大水漫灌，或低洼地區(qū)只灌不排，以致地下水位很快上升而積鹽，使原來(lái)的好地變成了鹽堿地，這個(gè)過(guò)程叫次生鹽漬化。為防止次生鹽漬化，水利設(shè)施要排灌配套，嚴(yán)禁大水漫灌，灌水后要及時(shí)耕鋤。1.3灌溉控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和研究現(xiàn)狀綜述1.3.1 灌溉控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)隨著可編程控制器技術(shù)的發(fā)展，其發(fā)展趨勢(shì)將體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：進(jìn)一步加快CPU的處理速度；變革操作控制方式；發(fā)展智能化模塊；進(jìn)一步提高可靠性；提供更方便靈活的編程方法，讓PLC使用更加方便；PLC的結(jié)構(gòu)和規(guī)模更趨向兩極分化，即大型化和小型化；PLC更加規(guī)范化，標(biāo)準(zhǔn)化；加強(qiáng)PLC的聯(lián)網(wǎng)功能；PLC存儲(chǔ)容量及存儲(chǔ)特性灌溉技術(shù)改進(jìn)和發(fā)展趨勢(shì)主要包括以下幾

14、個(gè)方面：采用激光平地等技術(shù)進(jìn)行精細(xì)平地，促進(jìn)田間水均勻分布；田間灌水設(shè)施自動(dòng)化；研究應(yīng)用地面灌溉自適應(yīng)控制系統(tǒng)，形成灌溉早期入滲速度，行水控制，停水時(shí)間和灌溉效率的水管理系統(tǒng)；建立區(qū)域供水管理系統(tǒng)，采用計(jì)算機(jī)，PLC等新技術(shù)進(jìn)行水管理，并實(shí)現(xiàn)鐘建輕管向重改重管的改變。1.3.2 灌溉控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀綜述我國(guó)把節(jié)水灌溉作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)重要措施和戰(zhàn)略任務(wù)，同時(shí)也是建設(shè)幫保護(hù)干旱、半干旱地區(qū)生態(tài)環(huán)境的一條重要途徑，目前，世界上許多工業(yè)國(guó)家把PLC的使用作為衡量電氣控制水平的標(biāo)志，PLC匯集了超大規(guī)模集成電路的眾多優(yōu)點(diǎn)，把它應(yīng)用在節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)中，能夠簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)、提高可靠性、增加靈活

15、性，可收到人們常說(shuō)的“以軟(件)代硬(件)”的效果，研制和推廣節(jié)水灌溉技術(shù)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的需要。我國(guó)在開(kāi)發(fā)灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)方面與發(fā)達(dá)國(guó)家差距較大，還處于研制、試用階段，隨著水資源的日趨緊張及信息技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)不僅具有廣闊的市場(chǎng)前景，而且具有巨大的社會(huì)效益。灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)已朝著自動(dòng)化和智能化的方向發(fā)展，基于PLC的灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，介紹了可編程序控制器(PLC)在節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，系統(tǒng)能根據(jù)用戶要求設(shè)定各灌區(qū)的灌溉順序和灌溉時(shí)間，通過(guò)內(nèi)置程序把濕度傳感器測(cè)定的土壤濕度信號(hào)輸入到PLC，與土壤最佳含水量對(duì)比，進(jìn)一步控制電機(jī)和電磁閥的啟閉1。近三、四十

16、年科技的發(fā)展，拉開(kāi)了新的農(nóng)業(yè)技術(shù)革命的序幕。灌溉水管理技術(shù)的應(yīng)用可以減少水在渠系調(diào)配過(guò)程中的損失，達(dá)到節(jié)水的目的。該技術(shù)還可以使水量分配合理，增加水量分布的均勻性，因此也是使作物增產(chǎn)增效的有效途徑。以色列、美國(guó)、荷蘭等國(guó)家對(duì)不同作物的灌溉制度進(jìn)行了深入的研究，己取得了豐富的成果，主要體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)信息的獲取和及時(shí)處理、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模擬、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)決策支持系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易信息化等。國(guó)外研究狀況，國(guó)外由于節(jié)水灌溉發(fā)展時(shí)間長(zhǎng)，電子技術(shù)水平較高，所以與節(jié)水灌溉配套的自動(dòng)控制系統(tǒng)也較完善和先進(jìn)。節(jié)水灌溉發(fā)達(dá)國(guó)家已普遍采用計(jì)算機(jī)控制灌溉系統(tǒng)，用埋在地下的濕度傳感器可以測(cè)得

17、土壤濕度信息，還有的智能系統(tǒng)能通過(guò)檢測(cè)植物莖、果的直徑變化，來(lái)決定對(duì)作物的灌溉計(jì)劃和灌溉量。在溫室等設(shè)施內(nèi)較多使用小型灌溉控制器，這種設(shè)備通常能控制幾路或十幾路電磁閥，內(nèi)有若干套灌溉管理程序，可預(yù)先設(shè)定灌水開(kāi)始、結(jié)束時(shí)間和灌水間隔時(shí)間，操作方便，自動(dòng)化、智能化控制運(yùn)行精密、可靠，節(jié)省人力，對(duì)灌溉過(guò)程的控制可達(dá)到相當(dāng)精度。近年來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家為滿足對(duì)灌溉系統(tǒng)管理的靈活、準(zhǔn)確、快捷的要求，將空間信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)應(yīng)用到節(jié)水灌溉的控制與管理上來(lái)，這些技術(shù)是目前節(jié)水灌溉研究的熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)研究狀況，我國(guó)的節(jié)水灌溉技術(shù)和設(shè)備自20世紀(jì)50年代從國(guó)外引進(jìn)后，由于設(shè)計(jì)、管理及設(shè)備上的一些問(wèn)題，

18、沒(méi)有得到大面積的應(yīng)用，相配套的自動(dòng)控制系統(tǒng)就更少了。到20世紀(jì)80年代，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源的緊張及國(guó)家的重視，節(jié)水灌溉得到了迅猛地發(fā)展，從國(guó)外引進(jìn)許多先進(jìn)節(jié)水灌溉設(shè)備，同時(shí)我國(guó)在滴灌等節(jié)水灌溉技術(shù)上的研究也取得長(zhǎng)足進(jìn)步，但是在自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)方面仍屬空白，與國(guó)外相比，我國(guó)技術(shù)還比較落后，基本上還沒(méi)有自行研制的成型的自動(dòng)控制產(chǎn)品。那些引進(jìn)的國(guó)外灌溉自動(dòng)控制設(shè)備，是為國(guó)外的具體情況設(shè)計(jì)的，沒(méi)有考慮我國(guó)的氣候、土壤條件、作物類型等因素，并不適合我國(guó)的國(guó)情，不能充分發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)。凡此種種，在我國(guó)推廣引進(jìn)國(guó)外控制設(shè)備不可行的。目前我國(guó)許多溫室大棚都己配備了滴灌、噴灌等各種微水灌溉設(shè)備，但是缺乏與之配

19、套的節(jié)水灌溉自動(dòng)控制產(chǎn)品，這些溫室大棚仍然采用手動(dòng)開(kāi)關(guān)閥門(mén)的方式來(lái)控制灌溉，耗費(fèi)人力，而水的利用效率仍然不高。 因此，加速開(kāi)發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的成套、適用、可靠、低成本、高效率、先進(jìn)的智能節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)是十分必要和緊迫的，也是我國(guó)今后節(jié)水灌溉設(shè)備發(fā)展的主要方向。2 PLC在灌溉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用2.1 PLC的概述2.1.1 PLC的特點(diǎn)及發(fā)展史體積??；可靠性高；柔性好，可在線更改程序；對(duì)環(huán)境條件無(wú)要求；價(jià)格低廉 第一代：1969年1972年，代表產(chǎn)品有：美國(guó)DEC公司的PDP-14/L；日本立石電機(jī)公司的SCY-022；日本北辰電機(jī)公司的HOSC-20；第二代：1973年1975年，代表產(chǎn)品有：

20、美國(guó)GE公司的LOGISTROT；德國(guó)SIEMENS公司的SIMATIC S3、S4系列；日本富士電機(jī)公司的SC系列；第三代：19761983年，代表產(chǎn)品有：美國(guó)GOULD公司的M84、484、584、684、884；德國(guó)SIEMENS公司的SIMATIC S5系列；日本三菱公司的MELPLAC-50、550；第四代：1983年現(xiàn)在，代表產(chǎn)品有：美國(guó)GOULD公司的A5900；德國(guó)西門(mén)子公司的S7系列；2.1.2 PLC發(fā)展方向 PLC網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的發(fā)展，其中有兩個(gè)趨勢(shì)：一方面，PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)不再是自成體系的封閉系統(tǒng)，而是迅速向開(kāi)放式系統(tǒng)發(fā)展，各大品牌 PLC除外形成自己各具特色的PLC網(wǎng)絡(luò)

21、系統(tǒng)，完成設(shè)備控制任務(wù)之外，還可以與上位計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息交流，成為整個(gè)信息管理系統(tǒng)的一部分;另一方面，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)得到廣泛的采用，PLC與其他安裝在現(xiàn)場(chǎng)的智能化設(shè)備，比如智能儀表、傳感器、智能型電磁閥、智能型驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，通過(guò)一根傳輸介質(zhì)(比如雙絞線、同軸電纜、光纜)鏈接起來(lái)，并按照同一通信規(guī)約互相傳輸信息，由此構(gòu)成一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)與單純的PLC遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)相比，配置更靈活，擴(kuò)展更方便，造價(jià)更低，性能價(jià)格比更好，也更具開(kāi)放意義。PLC向高性能小型化方向發(fā)展，PLC的功能正越來(lái)越豐富，而體積則越來(lái)越小。比如三菱的FX-IS系列PLC，最小的機(jī)種，體積僅為 60×

22、90×75mm，相當(dāng)于一個(gè)繼電器，但卻具有高速計(jì)數(shù)、斜坡、交替輸出及16位四則運(yùn)算等能力，還具有可調(diào)電位器時(shí)間設(shè)定功能。PLC已不再是早期那種只能進(jìn)行開(kāi)關(guān)量邏輯運(yùn)算的產(chǎn)品了，而是具有越來(lái)越強(qiáng)的模擬量處理能力，以及其他過(guò)去只有在計(jì)算機(jī)上才能具有的高級(jí)處理能力，如浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、PID調(diào)節(jié)、溫度控制、精確定位、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)、報(bào)表統(tǒng)計(jì)等。從這種意義上說(shuō)，PLC系統(tǒng)與DCS(集散控制系統(tǒng))的差別越來(lái)越小了，用PLC同樣可以構(gòu)成一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)。PLC操作向簡(jiǎn)易化方向發(fā)展。目前PLC推廣的難度之一就是復(fù)雜的編程使得用戶望而卻步，而且不同廠商PLC所有編程的語(yǔ)言也不盡相同，用戶往往需要掌握更多種編程語(yǔ)言

23、，難度較大。PID控制、網(wǎng)絡(luò)通信、高速計(jì)數(shù)器、位置控制、數(shù)據(jù)記錄、配方和文本顯示器等編程和應(yīng)用也是PLC程序設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，用普通的方法對(duì)它們編程時(shí)，需要熟悉有關(guān)的特殊存儲(chǔ)器的意義，在編程時(shí)對(duì)它們賦值，運(yùn)行時(shí)通過(guò)訪問(wèn)它們來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能。這些程序往往還與中斷有關(guān)，編程的過(guò)程既繁瑣又容易出錯(cuò)，阻礙了PLC的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。PLC的發(fā)展必然朝著操作簡(jiǎn)化對(duì)復(fù)雜任務(wù)的編程，在這一點(diǎn)上西門(mén)子就充當(dāng)了先行者，西門(mén)子S7-200的編程軟件設(shè)計(jì)了大量的編程向?qū)?，只需要在?duì)話框中輸入一些參數(shù)，就可以自動(dòng)生成包括中斷程序在內(nèi)的用戶程序，大大方便了用戶的使用。2.2 PLC控制灌溉系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 編程方便,現(xiàn)場(chǎng)可修改程序

24、；維修方便,采用模塊化結(jié)構(gòu)；可靠性高于繼電器控制裝置；體積小于繼電器控制裝置；數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)；成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)；輸入可以是交流115V；輸出為交流115V,2A以上,能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥,接觸器等；在擴(kuò)展時(shí),原系統(tǒng)只要很小變更；用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4K；在灌溉控制系統(tǒng)中采用了PLC，用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)灌溉系統(tǒng)的自動(dòng)控制，可靠性大大提高；去掉了大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外部線路簡(jiǎn)化PLC可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能；PLC可進(jìn)行故障自動(dòng)檢測(cè)與報(bào)警顯示，提高運(yùn)行安全性，并便于檢修；用于群控調(diào)配和管理，并提高灌溉控制系統(tǒng)運(yùn)行效率；更改控制方案時(shí)不需改動(dòng)

25、硬件接線；3 灌溉系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 總體設(shè)計(jì)3.1.1 設(shè)備配置灌溉設(shè)備：確定選用3臺(tái)IS單級(jí)單吸清水離心泵作為灌水泵，其型號(hào)初步確定為IS200-150-250，其滿足農(nóng)業(yè)灌溉，水溫，泵流量的要求。同時(shí)分析計(jì)算，確定選用3臺(tái)型號(hào)為Y225S-4的三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)作為水泵的原動(dòng)機(jī)。并初步確定搖臂式噴頭作為系統(tǒng)的灌水器?？刂破?確定選用一臺(tái)可靠性和性價(jià)比比較高的FX2N系列PLC作為控制系統(tǒng)的主控元件。外圍設(shè)備：確定選用CJ10交流接觸器作為系統(tǒng)的自動(dòng)控制電路，電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)由熱繼電器實(shí)現(xiàn)。3.1.2電機(jī)啟動(dòng)方法由電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)可知，三相交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)電流較大，一般是額定電流的5-

26、7倍。故對(duì)功率較大的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)采用降壓起動(dòng)方式，Y-降壓起動(dòng)是常用的方法之一。起動(dòng)時(shí)，定子繞組首先接成星形，待轉(zhuǎn)速上升接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，再將定子繞組的接線換成三角形，電動(dòng)機(jī)便進(jìn)入全電壓正常運(yùn)行狀態(tài)，這種起動(dòng)方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)，起動(dòng)電流小，缺點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，且起動(dòng)電壓不能按實(shí)際需要調(diào)節(jié)。系統(tǒng)采用Y-變換起動(dòng)水泵電機(jī)來(lái)減少起動(dòng)電流，減輕對(duì)電網(wǎng)形成的沖擊，減少能耗。該系統(tǒng)包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)兩部分。執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，通過(guò)控制各臺(tái)電機(jī)的啟動(dòng)和停止來(lái)控制泵工作，從而給植物進(jìn)行灌溉。控制機(jī)構(gòu)主要是PLC可編程控制器。3.1.3 PLC對(duì)水泵電機(jī)控制方法當(dāng)B類植物的土壤濕度低于最小值時(shí)

27、，下液位開(kāi)關(guān)S2則閉合，開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入PLC來(lái)控制水泵電機(jī)接通電源。當(dāng)土壤濕度高于最大值時(shí)，上液位開(kāi)關(guān)S1則閉合，此時(shí)開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入PLC來(lái)控制水泵斷電。A和C類植物通過(guò)PLC的土壤濕度以及土壤PH值來(lái)實(shí)現(xiàn)灌溉系統(tǒng)的起動(dòng)和斷開(kāi)。3.2 輸入和輸出接口輸入、輸出接口是PLC接受和發(fā)送各類信號(hào)接點(diǎn)的總稱，含主要用于連接開(kāi)關(guān)量的輸入口、輸出口，以總線形式出現(xiàn)的總線擴(kuò)展接口及以通信方式連接外部信號(hào)的通信口。開(kāi)關(guān)量輸入口。開(kāi)關(guān)量輸入接口用于鏈接按鈕、選擇開(kāi)關(guān)行程開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)數(shù)字撥碼開(kāi)關(guān)及各類傳感器的執(zhí)行接點(diǎn)，是PLC的主要輸入接口。開(kāi)關(guān)量輸入口有交流輸入和直流輸入兩種形式，此設(shè)計(jì)選用直流輸入單元。如圖3

28、-1圖3-1 直流輸入單元開(kāi)關(guān)量輸出口。開(kāi)關(guān)量輸出口用于連接繼電器、接觸器、電磁閥的線圈。是PLC的主要輸出接口。根據(jù)機(jī)內(nèi)輸出器件的不同。PLC開(kāi)關(guān)量輸出口通常有繼電器輸出、晶體管輸出、及晶閘管輸出三種輸出電路。此設(shè)計(jì)采用繼電器輸出方式。如圖3-2圖3-2 繼電器輸出方式3.3 輸入和輸出模塊的選擇可編程控制器輸入模塊是檢測(cè)并轉(zhuǎn)換來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（按鈕，限位開(kāi)關(guān)，接近開(kāi)關(guān)等）的高電平信號(hào)，模型類型分直流5、12、48、60V幾種；交流115V和220V兩種。模塊輸出的任務(wù)是將機(jī)器內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)換為外部過(guò)程的控制信號(hào)。輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的電流累計(jì)值必須小于公共段所允許通過(guò)的電流值，輸出模塊的電流必

29、須大于負(fù)載電流的額定值。3.4 電源小型整體式可編程控制器內(nèi)部設(shè)有一個(gè)開(kāi)關(guān)電源，可為機(jī)內(nèi)電路及擴(kuò)展單元供電，另一方面還可為外部輸入元件及擴(kuò)展模塊提供24V的DC電源。3.5 響應(yīng)時(shí)間的分析可編程控制器順序掃描的工作方式使它不能可靠的接受持續(xù)時(shí)間小于掃描周期的輸入信號(hào)。系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間是指輸入信號(hào)產(chǎn)生時(shí)刻與由此而使輸出信號(hào)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)刻的時(shí)間間隔。系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間=輸入濾波時(shí)間+輸出濾波時(shí)間+掃描周期。3.6 機(jī)型的確定此設(shè)計(jì)PLC選型是關(guān)鍵，根據(jù)灌溉系統(tǒng)控制的要求，選用三菱FX2N-64MR-001，32點(diǎn)輸入，32點(diǎn)繼電器輸出，帶有RS232口及日歷時(shí)鐘功能，供電電源為24V 直流或100240

30、V交流，同時(shí)可以控制4路AD、4路DA。系統(tǒng)可以方便地?cái)U(kuò)展輸入輸出口，系統(tǒng)中除液位傳感器為模擬信號(hào)外，其它輸入偷出信號(hào)均為開(kāi)關(guān)量。3.7 控制系統(tǒng)的組成系統(tǒng)主要由PLC部分，土壤濕度傳感器土壤鹽堿度傳感器，執(zhí)行器件等組成?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下：圖3-3 控制系統(tǒng)組成圖3.8 設(shè)備配置確定灌溉設(shè)備：確定選用3臺(tái)IS單級(jí)單吸清水離心泵作為灌水泵，其型號(hào)確定為IS200-150-250。同時(shí)分析計(jì)算，確定選用3臺(tái)型號(hào)為Y225S-4的三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)作為水泵的原動(dòng)機(jī)。并確定搖臂式噴頭作為系統(tǒng)的灌水器。 控制器;確定選用一臺(tái)可靠性和性價(jià)比比較高的FX2N系列PLC作為控制系統(tǒng)的主控元件，在此選用

31、三菱FX2N-64MR-001。外圍設(shè)備：確定選用CJ10交流接觸器作為系統(tǒng)的自動(dòng)控制電路，電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)由熱繼電器實(shí)現(xiàn) 。CJ10交流接觸器中間的是三相電源線線，側(cè)邊的分別是一對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)和一對(duì)常閉觸點(diǎn)，是用作自鎖和連鎖的。3.9 PLC輸入輸出點(diǎn)分配及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖此設(shè)計(jì)PLC選型是關(guān)鍵，根據(jù)灌溉系統(tǒng)控制的要求，選用三菱FX2N-64MR-001，32點(diǎn)輸入，32點(diǎn)繼電器輸出，帶有RS232口及日歷時(shí)鐘功能，供電電源為24V 直流或100240 V交流，同時(shí)可以控制4路AD、4路DA。系統(tǒng)可以方便地?cái)U(kuò)展入、出口，系統(tǒng)中除壓力傳感器為模擬信號(hào)外，其它輸入偷出信號(hào)均為開(kāi)關(guān)量。3.9.1 PLC輸

32、入輸出點(diǎn)分配表 3-1 PLC輸入點(diǎn)分配輸入設(shè)備名稱輸入點(diǎn)電機(jī)啟動(dòng)按鈕X000停機(jī)按鈕X001土壤濕度傳感器開(kāi)關(guān)X002土壤鹽堿度傳感器開(kāi)關(guān)X003初始化脈沖M8002運(yùn)行監(jiān)視器M8000二號(hào)電磁閥置位開(kāi)關(guān)X004表 3-2 PLC 輸出點(diǎn)分配輸出設(shè)備名稱輸出點(diǎn)一號(hào)電機(jī)星形接通Y000一號(hào)電機(jī)電機(jī)三角形接通Y001二號(hào)電機(jī)星形接通Y010二號(hào)電機(jī)三角形接通Y011三號(hào)電機(jī)星形接通Y020三號(hào)電機(jī)三角形接通Y021一號(hào)電磁閥Y002二號(hào)電磁閥Y003三號(hào)電磁閥Y004一號(hào)電磁閥指示燈Y005二號(hào)電磁閥指示燈Y006三號(hào)電磁閥指示燈Y0073.9.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù)灌溉植物的特點(diǎn)，對(duì)其控制應(yīng)滿

33、足植物的需要，因此選用PLC作為灌溉控制系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)由PLC控制器FX2N-64MR-001，24V直流電源電源，啟停按鈕，數(shù)據(jù)采集器件包括土壤濕度傳感器、土壤鹽堿度器，執(zhí)行器件包括電磁閥，帶動(dòng)水泵的電機(jī)?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下：圖3-4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖4 控制系統(tǒng)各部分功能及設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)包括電機(jī)Y-啟動(dòng)。本系統(tǒng)除了土壤濕度傳感器以及土壤鹽堿傳感器輸入為模擬量外，其他輸入輸出均為數(shù)字量。編程控制器本身的抗干擾能力能滿足要求。PLC的容量包括IO點(diǎn)數(shù)，用戶存儲(chǔ)器的容量。系統(tǒng)采用FPI可編程控制器專用編程軟件編制梯形圖。A類耐堿不耐旱植物：在不同地域，土壤濕度不同，當(dāng)濕度位于最低點(diǎn)時(shí)土壤濕度傳感器

34、輸入信號(hào)給PLC，控制X002閉合，一號(hào)電磁閥得電開(kāi)啟，一號(hào)電磁閥指示燈亮，一號(hào)電機(jī)先星形連接。2秒后電機(jī)三角形連接，一號(hào)電機(jī)帶動(dòng)水泵1工作，往水池里注水。當(dāng)濕度位于最高點(diǎn)時(shí)，土壤濕度傳感器輸入信號(hào)給PLC,控制X004閉合 同時(shí)一號(hào)電磁閥斷電，一號(hào)電磁閥指示燈熄滅，一號(hào)電機(jī)停止工作，從而水泵1停止運(yùn)轉(zhuǎn)，往水池里注水停止。B類耐旱不耐堿植物：在不同地域，土壤鹽堿地不同，當(dāng)鹽堿地PH位于最高點(diǎn)時(shí)土壤鹽堿度度傳感器輸入信號(hào)給PLC，控制X003閉合，二號(hào)電磁閥得電開(kāi)啟，二號(hào)電磁閥指示燈亮，二號(hào)電機(jī)先星形連接。2秒后電機(jī)三角形連接，二號(hào)電機(jī)帶動(dòng)水泵2工作，往水池里注水。當(dāng)鹽堿度度PH值位于最高點(diǎn)時(shí)，

35、土壤鹽堿度傳感器輸入信號(hào)給PLC,控制X004閉合 同時(shí)二號(hào)電磁閥斷電，二號(hào)電磁閥指示燈熄滅，二號(hào)電機(jī)停止工作，從而水泵2停止運(yùn)轉(zhuǎn)，往水池里注水停止。C類不耐旱不耐堿植物：在不同地域，土壤鹽堿地不同，土壤濕度不同，當(dāng)鹽堿地PH位于最高點(diǎn)時(shí)土壤鹽堿度度傳感器輸入信號(hào)給PLC，控制X003閉合，二號(hào)電磁閥得電開(kāi)啟，二號(hào)電磁閥指示燈亮，二號(hào)電機(jī)先星形連接。2秒后電機(jī)三角形連接，二號(hào)電機(jī)帶動(dòng)水泵2工作，往水池里注水。當(dāng)鹽堿度度PH值位于最高點(diǎn)時(shí)，土壤鹽堿度傳感器輸入信號(hào)給PLC,控制X004閉合 同時(shí)二號(hào)電磁閥斷電，二號(hào)電磁閥指示燈熄滅，二號(hào)電機(jī)停止工作，從而水泵2停止運(yùn)轉(zhuǎn)，往水池里注水停止。當(dāng)濕度位

36、于最低點(diǎn)時(shí)土壤濕度傳感器輸入信號(hào)給PLC，控制X002閉合，一號(hào)電磁閥得電開(kāi)啟，一號(hào)電磁閥指示燈亮，一號(hào)電機(jī)先星形連接。2秒后電機(jī)三角形連接，一號(hào)電機(jī)帶動(dòng)水泵1工作，往水池里注水。當(dāng)濕度位于最高點(diǎn)時(shí)，土壤濕度傳感器輸入信號(hào)給PLC,控制X004閉合 同時(shí)一號(hào)電磁閥斷電，一號(hào)電磁閥指示燈熄滅，一號(hào)電機(jī)停止工作，從而水泵1停止運(yùn)轉(zhuǎn)，往水池里注水停止。在滿足以上兩種條件時(shí)，鹽堿度PH值高時(shí)，濕度較低時(shí)，應(yīng)該滿足前者要求，當(dāng)鹽堿度PH值正常或略低時(shí)，濕度較高時(shí)，應(yīng)該滿足后者要求。當(dāng)滿足要求時(shí)，三號(hào)電磁閥啟動(dòng)，三號(hào)電機(jī)啟動(dòng)，開(kāi)始澆水。到達(dá)要求后，停止?jié)菜?采用1號(hào)，2號(hào)，3號(hào)水泵分別控制注水管，噴頭1

37、，噴頭2，以控制澆灌三種植物，土壤鹽堿度，土壤濕度信號(hào)輸入PLC，通過(guò)繼電器控制盤(pán)控制水泵1，水泵2，水泵3在設(shè)定的濕度以及PH值內(nèi)啟停，從而控制灌溉三種不同的植物。4.1 軟件設(shè)計(jì)程序流程圖4.1.1 A類植物灌溉程序流程圖圖 4-14.1.2 B類植物灌溉程序流程圖 圖 4-24.1.3 C類植物灌溉程序流程圖圖 4-34.2 電機(jī)Y-啟動(dòng)系統(tǒng)要求當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕，首先電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，帶動(dòng)水泵抽水。同時(shí)系統(tǒng)中電機(jī)采用Y-啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)繼電器KMy接通，過(guò)段時(shí)間，KMy斷開(kāi)，繼電器KM接通，即完成Y-啟動(dòng)?？刂铺菪螆D與程序如下：4.3 A類植物灌溉控制A類耐堿不耐旱植物：在不同地域，土壤濕度不同，當(dāng)

38、濕度位于最低點(diǎn)時(shí)土壤濕度傳感器輸入信號(hào)給PLC，控制X002閉合，一號(hào)電磁閥得電開(kāi)啟，一號(hào)電磁閥指示燈亮，一號(hào)電機(jī)先星形連接。2秒后電機(jī)三角形連接，一號(hào)電機(jī)帶動(dòng)水泵1工作，往水池里注水。當(dāng)濕度位于最高點(diǎn)時(shí)，土壤濕度傳感器輸入信號(hào)給PLC,控制X004閉合 同時(shí)一號(hào)電磁閥斷電，一號(hào)電磁閥指示燈熄滅，一號(hào)電機(jī)停止工作，從而水泵1停止運(yùn)轉(zhuǎn)，往水池里注水停止。控制梯形圖與程序如下：4.4 B類植物灌溉控制B類耐旱不耐堿植物：在不同地域，土壤鹽堿地不同，當(dāng)鹽堿地PH位于最高點(diǎn)時(shí)土壤鹽堿度度傳感器輸入信號(hào)給PLC，控制X003閉合，二號(hào)電磁閥得電開(kāi)啟，二號(hào)電磁閥指示燈亮，二號(hào)電機(jī)先星形連接。2秒后電機(jī)三角

39、形連接，二號(hào)電機(jī)帶動(dòng)水泵2工作，往水池里注水。當(dāng)鹽堿度度PH值位于最高點(diǎn)時(shí)，土壤鹽堿度傳感器輸入信號(hào)給PLC,控制X004閉合 同時(shí)二號(hào)電磁閥斷電，二號(hào)電磁閥指示燈熄滅，二號(hào)電機(jī)停止工作，從而水泵2停止運(yùn)轉(zhuǎn)，往水池里注水停止?？刂铺菪螆D與程序如下：4.5 C類植物灌溉控制C類不耐旱不耐堿植物：在不同地域，土壤鹽堿地不同，土壤濕度不同，當(dāng)鹽堿地PH位于最高點(diǎn)時(shí)土壤鹽堿度度傳感器輸入信號(hào)給PLC，控制X003閉合，二號(hào)電磁閥得電開(kāi)啟，二號(hào)電磁閥指示燈亮，二號(hào)電機(jī)先星形連接。2秒后電機(jī)三角形連接，二號(hào)電機(jī)帶動(dòng)水泵2工作，往水池里注水。當(dāng)鹽堿度度PH值位于最高點(diǎn)時(shí)，土壤鹽堿度傳感器輸入信號(hào)給PLC,控制X004閉合 同時(shí)二號(hào)電磁閥斷電，二號(hào)電磁閥指示燈熄滅，二號(hào)電機(jī)停止工作，從而水泵2停止運(yùn)轉(zhuǎn)，往水池里注水停止。當(dāng)濕度位于最低點(diǎn)時(shí)土壤濕度傳感器輸入信號(hào)給PLC，控制X002