PLC農(nóng)田灌溉系統(tǒng)

1、系統(tǒng)簡介近年來，隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，城鎮(zhèn)建設的不斷發(fā)展，城市人口大量集中，工業(yè)和生活用水迅速增加，旅游、休閑、運動場及居民小區(qū)等各種綠地面積越來越大，城市供水的緊張狀況日益突出。傳統(tǒng)的灌溉方式已不能滿足現(xiàn)代灌溉的要求，采用高效的灌水方式勢在必行。只有采用自動化的控制方式才能滿足現(xiàn)代灌溉的要求。現(xiàn)在的蔬菜生產(chǎn)由數(shù)量型轉(zhuǎn)向質(zhì)量型，市民要求常能吃到新鮮的蔬菜，因而蔬菜園的溫室大棚大量出現(xiàn)，同時溫室大棚的控制和灌溉給我們提出了更高的要求。北京昆侖華?？萍加邢薰驹趶V泛的市場調(diào)研和技術(shù)開發(fā)的基礎(chǔ)上，依靠自身的技術(shù)實力，推出了灌溉工程自動控制系統(tǒng)；采用目前主流的工業(yè)自動化控制網(wǎng)絡，來實現(xiàn)系

2、統(tǒng)的網(wǎng)絡管理方式。該系統(tǒng)采用了先進的計算機網(wǎng)絡技術(shù)、工控組態(tài)技術(shù)、和恒壓變頻供水技術(shù)，可以在監(jiān)控室通過電腦監(jiān)視屏就觀察到灌溉系統(tǒng)的運行情況，并自動對系統(tǒng)的運行情況進行記錄，分析，以及實現(xiàn)故障排除等實際有效的功能。實現(xiàn)了泵站現(xiàn)場的無人值守，減少了管理人員，節(jié)省了管理費用，提高了經(jīng)濟效益，真正做到節(jié)能、環(huán)保、節(jié)約用水的目的。系統(tǒng)功能1上位企業(yè)管理功能它是基于服務器的方式來實現(xiàn)，各職能管理部門，通過企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)絡，使用系統(tǒng)自帶的標準瀏覽器，就能對現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)和設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)控。領(lǐng)導即使出差遠在千里之外，也能夠通過撥號上網(wǎng)，瀏覽現(xiàn)場的設備工作狀態(tài)。2.2全自動化監(jiān)控功能采用當今最流行的全中文工

3、控組態(tài)軟件，利用組態(tài)軟件開發(fā)監(jiān)控應用軟件，可以動態(tài)直觀地顯示灌溉系統(tǒng)的實際運轉(zhuǎn)情況，同時對灌溉設備的數(shù)據(jù)完成存儲，統(tǒng)計分析，報表顯示，打印記錄等功能。控制功能我們采用德國西門子公司的系列可編程控制器，該性能穩(wěn)定、可靠，安裝簡便，現(xiàn)場接線迅速,編程簡單，標準的梯形圖編程使得工程人員易學易用，同時總線接口控制模塊采用標準的工業(yè)總線通訊協(xié)議，滿足監(jiān)控系統(tǒng)通訊的要求。2.4恒壓變頻供水控制功能采用交流電動機變頻調(diào)速技術(shù)，由閉環(huán)控制，能自動按照系統(tǒng)用水量和設定的壓力調(diào)節(jié)其供水量,不僅使系統(tǒng)供水壓力恒定，還達到最理想的節(jié)能效果。同時不同的設定壓力可以滿足不同的灌溉方式的需要。2.5自動除沙和過濾功能在灌溉

4、工程自動控制系統(tǒng)中，我們設計了新型的自動除沙器和自動過濾器。通過檢測系統(tǒng)中灌溉水的壓力，自動開啟除沙器和過濾器除去系統(tǒng)管道水中的沙粒和懸浮物，使灌溉系統(tǒng)能順暢運行，延長噴頭的使用壽命。1灌溉工程自動控制系統(tǒng)原理示意圖2灌溉工程自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明.上1位管理層使用基于服務器的方式來實現(xiàn)。各職能管理部門，通過企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)絡，使用系統(tǒng)自帶的標準瀏覽器，就能對現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)和設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)控。也能夠通過撥號上網(wǎng)，瀏覽現(xiàn)場的設備工作狀態(tài)。調(diào).度2監(jiān)控層由工業(yè)控制計算機和現(xiàn)場工業(yè)總線控制卡構(gòu)成；兩套工業(yè)控制計算機構(gòu)成雙機熱備份系統(tǒng)，使整個系統(tǒng)的可維護性、可擴充性和可管理性得到大幅度提高，使系統(tǒng)的第

5、三層-上位企業(yè)管理層能夠快速方便地實現(xiàn)。.2現(xiàn).場3采集層完成對安裝在泵房里現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)和檢測數(shù)據(jù)的實時采集和控制。四上位管理系統(tǒng)4.1管理系統(tǒng)功能網(wǎng)上瀏覽：上位企業(yè)管理層使用基于服務器的方式來實現(xiàn)。各職能管理部門，通過企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)絡，使用系統(tǒng)自帶的標準瀏覽器，就能對現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)和設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)控。還能夠通過撥號上網(wǎng)，瀏覽現(xiàn)場的設備工作狀態(tài)；網(wǎng)上發(fā)布：能夠?qū)⒐喔认到y(tǒng)的數(shù)據(jù)和圖像在將來建成的企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)上發(fā)布，基地的各級管理部門可以根據(jù)不同的權(quán)限，通過局域網(wǎng)瀏覽和下載自己所需要的信息。4.2管理系統(tǒng)硬件組成網(wǎng)絡版組態(tài)軟件服務器集線器網(wǎng)卡五自動化監(jiān)控系統(tǒng)自1動監(jiān)控系統(tǒng)概況隨著社會的發(fā)展

6、和進步，人們對生產(chǎn)的要求也越來越高，要求生產(chǎn)能實時，連續(xù)地監(jiān)控。正是基于這種需求，我們開發(fā)了全自動化灌溉監(jiān)控系統(tǒng)。全自動化灌溉監(jiān)控系統(tǒng)采用了當今社會最流行的組態(tài)軟件技術(shù)，利用組態(tài)軟件為用戶開發(fā)提供了良好的人機界面，直觀易懂。能夠?qū)崟r，連續(xù)地將整個灌溉系統(tǒng)的生產(chǎn)，運行情況在集中監(jiān)控室中顯示，并進行記錄，分析，以及實現(xiàn)故障排查等實際有效的功能。出于設備和人員的安全考慮，自動監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)能夠根據(jù)所收集的信息確定泵房內(nèi)的灌溉設備的運行狀況良好與否。對于超出安全標準或工藝要求的數(shù)據(jù)要設置報警功能，并且要按照即定的操作規(guī)程盡可能快速的采取措施，排除故障或危險，或恢復系統(tǒng)正常運行。5.自2動監(jiān)控系統(tǒng)功能采集

7、現(xiàn)場環(huán)境的狀況如溫度、濕度、照度、大氣壓等等；接收各泵站內(nèi)的電磁流量計所產(chǎn)生的流量信號，進行計算累加和統(tǒng)計打??；接收各泵站內(nèi)的差壓傳感器所產(chǎn)生的壓差信號，并在壓差達到設定值時，自動啟動除沙器和過濾器的電磁閥進行排污沖洗；可在中控室對泵房的水泵及電磁閥進行自動啟停和頻率設定。并對水泵及電磁閥的工作狀態(tài)自動監(jiān)控并動態(tài)模擬顯示各泵站的水泵、電磁閥、電磁流量計、除沙器、過濾器的工作狀態(tài)在中控室可用監(jiān)控畫面與大屏幕投影儀同時模擬顯示灌溉系統(tǒng)泵房位置，與各泵站水泵工作狀態(tài)，顯示各級輸配水管路布置系統(tǒng)及灌溉田間苗木種植結(jié)構(gòu)平面圖；各泵房的水泵及電磁閥、除沙器、變頻系統(tǒng)均設置報警裝置，若在運行中有一處控制設備

8、出現(xiàn)故障，則警燈閃亮、發(fā)出報警聲并在瞬間自動切斷電源，停止水泵運行并顯示、記錄、打印故障；并能通過手機短信的方式通知維護人員處理。監(jiān)控系統(tǒng)采用人機對話操作，根據(jù)畫面提示，按步驟操作就可實現(xiàn)各項控制功能，操作簡單、容易掌握。5.自3動監(jiān)控系統(tǒng)組成自動監(jiān)控系統(tǒng)主要由三部分組成：監(jiān)控計算機和大屏幕顯示系統(tǒng)及總線控制卡。.監(jiān)1控計算機在計算機技術(shù)飛速發(fā)展的今天，計算機在各行各業(yè)的應用越來越廣泛；各類應用軟件不斷被開發(fā)出來，給生產(chǎn)和管理帶來了巨大的變化，數(shù)字技術(shù)在灌溉系統(tǒng)中也發(fā)揮著重要作用。5.3.1組.態(tài)1軟件技術(shù)：監(jiān)控計算機采用計算機網(wǎng)絡組態(tài)軟件技術(shù)。組態(tài)軟件是自動化監(jiān)控領(lǐng)域流行一種軟件開發(fā)包，由于

9、它能夠提供豐富而又形象的圖形資源，簡單易學的編程環(huán)境，強大的擴展能力，并且隨著生產(chǎn)、經(jīng)營的不斷需求，它在數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡通訊等方面的能力也日益增強。我們采用全中文工控組態(tài)軟件，這個軟件的特點和主要功能如下：全中文、可視化、面向窗口的組態(tài)開發(fā)界面，真正的32位程序，支持多任務、多線程，可運行于等多種操作系統(tǒng)；龐大的標準圖形庫、完備的繪圖工具集以及豐富的多媒體支持，使您能夠快速地開發(fā)出集圖像、聲音、動畫等于一體的漂亮、生動的工程畫面；全新的動畫構(gòu)件，包括存盤數(shù)據(jù)處理、條件曲線、計劃曲線、相對曲線、通用棒圖等，使您能夠更方便、更靈活地處理、顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)。支持目前絕大多數(shù)硬件設備，同時可以方便地定制各種

10、設備驅(qū)動；此外，獨特的組態(tài)環(huán)境調(diào)試功能與靈活的設備操作命令，使硬件設備與軟件系統(tǒng)間的配合天衣無縫。簡單易學的類腳本語言與豐富的策略構(gòu)件，使您能夠輕而易舉地開發(fā)出復雜的流程控制系統(tǒng)。強大的數(shù)據(jù)處理功能，能夠?qū)I(yè)現(xiàn)場產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以各種方式進行統(tǒng)計處理，使管理人員能夠在第一時間獲得有關(guān)現(xiàn)場情況的第一手數(shù)據(jù)。方便的報警設置、豐富的報警類型、報警存貯與應答、實時打印報警報表以及靈活的報警處理函數(shù)。提供了一套完善的安全機制，用戶能夠自由設定菜單、按鈕及退出系統(tǒng)的操作權(quán)限。此外，還提供了工程密碼、鎖定軟件狗、工程運行期限等功能，以保護組態(tài)開發(fā)者的成果。良好的可擴充性，可通過、等機制，方便地擴展。使用網(wǎng)絡版組

11、態(tài)軟件，能夠方便地實現(xiàn)設備管理與企業(yè)管理的集成。在整個企業(yè)范圍內(nèi)，使用瀏覽器就可以方便地瀏覽到實時和歷史的生產(chǎn)信息。1雙.機2熱備份技術(shù)：調(diào)度監(jiān)控站直接采用工業(yè)控制計算機和總線控制卡構(gòu)成。為了確保系統(tǒng)的長期穩(wěn)定工作，做到萬無一失，可以使用兩套工業(yè)控制計算機構(gòu)成雙機熱備份系統(tǒng)，當一臺計算機有問題時，另外一臺自動接替工作。使用雙機熱備份的解決方案把傳統(tǒng)意義的中間工作站和上位監(jiān)控站合二為一，是當今極為流行和實用的解決方案，本方案既保證了系統(tǒng)的可靠性，又簡化了系統(tǒng)的構(gòu)造。使整個系統(tǒng)的可維護性、可擴充性和可管理性得到大幅度提高，使系統(tǒng)的第三層-上位企業(yè)管理層能夠快速方便地實現(xiàn)。大2屏幕顯示系統(tǒng)1組成:投

12、影儀投影儀分頻器投影儀屏幕（電掛）功能利用投影儀將畫面以及其他宣傳資料投影到大屏幕上，供參觀者瀏覽總線控制卡現(xiàn)場總線是在最近五六年內(nèi)在自動化領(lǐng)域興盛起來的新概念、新模式，它融合了自動控制、計算機、網(wǎng)絡、通訊等高科技的核心技術(shù)，為自動化系統(tǒng)的開發(fā)、應用提供了新的實現(xiàn)方法和工作機制?，F(xiàn)場總線的特點是：所有的檢測信號、控制信號都是以數(shù)字量的形式傳輸，速度更快，抗干擾能力更強；真正的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，使得數(shù)據(jù)的共享更方便，系統(tǒng)的組合更方便，通訊服務的效率與可靠性更高。目前許多的大公司都能夠提供完善的，可靠的現(xiàn)場總線產(chǎn)品，如西門子、三菱、通用、霍尼韋爾、歐姆龍等等。經(jīng)綜合比較，我們選擇了德國西門子公司的現(xiàn)場

13、總線系列產(chǎn)品，構(gòu)成一個三層結(jié)構(gòu)（現(xiàn)場采集層、調(diào)度監(jiān)控層、上位管理層）的解決方案。這是一種典型的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，為數(shù)據(jù)的安全、可靠提供了保證，并且具有良好的擴展性。5.4自動監(jiān)控系統(tǒng)工作原理過程監(jiān)控計算機通過現(xiàn)場總線與數(shù)據(jù)采集工作站通訊，接收每個數(shù)據(jù)采集站發(fā)送上來的數(shù)據(jù)，對于報警等意外情況，上位機系統(tǒng)能夠給數(shù)據(jù)采集工作站發(fā)出合適的操作命令。同時，利用組態(tài)軟件開發(fā)的監(jiān)控應用軟件，可以實時、動態(tài)地顯示灌溉系統(tǒng)的實際運轉(zhuǎn)情況，也可以對灌溉設備的數(shù)據(jù)完成存儲，統(tǒng)計分析，報表顯示，打印記錄等處理工作。通過網(wǎng)絡可將監(jiān)控計算機上灌溉系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和圖像在將來建成的企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)上發(fā)布，基地的各級管理部門可以根據(jù)不

14、同的權(quán)限，通過局域網(wǎng)瀏覽和下載自己所需要的信息。通過投影儀將監(jiān)控計算機上灌溉系統(tǒng)運行畫面以及其他宣傳資料投影到大屏幕上，供參觀者瀏覽。5.5自動監(jiān)控系統(tǒng)工作界面圖例5.5.灌1溉系統(tǒng)用戶登錄界面.灌2溉系統(tǒng)設備狀態(tài)監(jiān)控界面1可編程控制器簡介及特點1）可編程控制器簡介:可編程控制器已廣泛用于工業(yè)自動控制。它性能穩(wěn)定，抗干擾性強。我們采用接收來自現(xiàn)場采集站的數(shù)據(jù)同時處理接受到的信號發(fā)出驅(qū)動信號?？删幊炭刂破魈攸c：可編程控制器已在各個行業(yè)得到普遍使用。大量的應用案例已證明了的可用性、可靠性。安裝簡便，現(xiàn)場接線迅速，節(jié)省工作人員大量時間；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊，組合靈活，擴展方便；總線接口控制模塊采用標準的總線

15、通訊協(xié)議，總線通訊協(xié)議，速度為，最遠傳輸距離為7.公8里，能夠滿足監(jiān)控系統(tǒng)通訊的要求；總線的通訊介質(zhì)要求是屏蔽雙絞線，因而降低工程施工造價，節(jié)省了投資；可編程控制器產(chǎn)品的編程簡單，標準的梯形圖編程使得工程人員易學易用。6.2可編程控制器聯(lián)網(wǎng)可編程控制器通過現(xiàn)場總線接受到現(xiàn)場泵房的壓力、壓差、流量等模擬量信號并經(jīng)過模擬量轉(zhuǎn)換處理器處理后通過電纜傳給主機（即監(jiān)控計算機），并通過網(wǎng)卡傳給計算機進行顯示、設定壓差值、計算各泵房的流量并進行自動換算累加。6.3現(xiàn)場泵房控制原理現(xiàn)1場泵房控制過程恒壓供水控制：通過安裝在管網(wǎng)上的壓力傳感器，把水壓轉(zhuǎn)換成的模擬信號，通過可編程控制器處理同時發(fā)出輸出信號傳遞給變

16、頻柜里變頻器內(nèi)置的控制器，來改變電動水泵轉(zhuǎn)速，從而達到恒壓供水目的；自動除沙過濾控制：通過接受差壓傳感器測得的壓差信號，并且在壓差達到設定值時，自動地啟動除沙器和過濾器，達到排除沙石和懸浮渣滯的目的，使灌溉系統(tǒng)能順暢運行；自動施肥控制：通過調(diào)節(jié)施肥調(diào)壓閥，達到自動施肥目的。.現(xiàn)2場泵房控制原理圖除秒器過謔器施肥饌L至地溝電晞流呈計逆止閥I灌湧工程自動控制系統(tǒng)泵房原理示意圈卜5-冃差哇傳裁器施吧調(diào)壓藕JL営乍十蓬壓傳遵器IIIIL變頻拒PLC七恒壓變頻供水控制系統(tǒng)7.1恒壓供水系統(tǒng)概況該供水系統(tǒng)采用國際上九十年代廣泛應用的交流電動機變頻調(diào)速新技術(shù)，不需要水塔、高位水箱等設施，且能自動按照系統(tǒng)用水

17、量和設定的壓力調(diào)節(jié)其供水良，除能保持系統(tǒng)供水壓力恒定之外，還可以達到最理想的節(jié)能效果。所選用的變頻調(diào)速裝置，是用大功率晶體管逆變器和微機矢量控制系統(tǒng)，輸出電壓為正弦波。在變頻范圍、動態(tài)響應、調(diào)速精度、工作效率、功率因數(shù)以及可靠性方面，優(yōu)于其它任何一種交流調(diào)速方式，它具有瞬間停電保護、瞬時過電流保護、欠電壓保護、過電壓保護、過負載保護、過熱保護等多種保護功能，故安全可靠。2恒壓供水系統(tǒng)特點技術(shù)先進：采用先進的矢量型變頻器、完善可靠的可編程控制器（），對水泵機組進行控制，實現(xiàn)恒壓變量供水、智能化供水；自動化高：采用數(shù)字控制、水泵循環(huán)軟啟動，操作方便。模塊式設計、標準化接口適應各種供水方式；高效節(jié)能

18、：設備自動根據(jù)水壓的變化調(diào)節(jié)水泵的供水量，達到節(jié)能的目的。變頻器循環(huán)對電機進功能齊全：設備具有手動、自動、遠距離操縱方式，定期自動巡檢和手動檢測功能，可手動/自動設定個工作水壓，系統(tǒng)壓力顯示，變頻器、電機工況及故障指示；保護完善：設備具有完善的電氣安全保護及故障自診斷、處理功能、斷水及液位低停機和水泵故障自動跨越功能，如過流、過壓、欠壓、過載等；對以上的水泵使用軟啟動控制技術(shù)，對單臺水泵實現(xiàn)系統(tǒng)不停機維護，方便調(diào)試和維修。7.3恒壓供水系統(tǒng)圖壓力傳感器IIrrrrrr（3PLC皿變頻柜機恒壓變頻供水系統(tǒng)示意圖I現(xiàn)逸控制箱133水泵變頻器4恒壓供水系統(tǒng)原理系統(tǒng)由可編程控制器，變頻器和電動機組成，

19、采用可編程序控制器（）控制變頻調(diào)速器，具有控制水泵恒壓供水的功能。通過安裝在管網(wǎng)上的壓力傳感器，把水壓轉(zhuǎn)換成的模擬信號，通過變頻器內(nèi)置的控制器，來改變電動水泵轉(zhuǎn)速。當用戶用水量增大，管網(wǎng)壓力低于設定壓力時，變頻調(diào)速的輸出頻率將增大，水泵轉(zhuǎn)速提高，供水量加大，當達到設定壓力時，電動水泵的轉(zhuǎn)速不在變化，使管網(wǎng)壓力恒定在設定壓力上；反之已然。這樣通過閉環(huán)控制就達到恒壓供水的目的。當電機出現(xiàn)故障（即：過壓、過流、過載、電機過熱保護）后，系統(tǒng)會自動停止運行，當系統(tǒng)恢復后,再重新按操作步驟進行操作。八自動除沙和過濾系統(tǒng)8.1自動除沙和過濾系統(tǒng)概況自動除沙和過濾系統(tǒng)采用了國際上先進的除沙和過濾技術(shù)，不需要人

20、工操作，能自動按設定的時間或根據(jù)差壓傳感器測得的壓力差值，自動地開啟除沙器或過濾器，達到排除沙石和懸浮物的目的，使灌溉系統(tǒng)能順暢運行。8.2自清式魚雷除沙器魚雷除沙器由一個濾網(wǎng)和一個濾網(wǎng)內(nèi)的魚雷形分流梭組成，魚雷形分流梭是一個靜止的流體裝置，它占據(jù)了濾筒內(nèi)的大部分空間，從而引起了沿濾網(wǎng)方向的高流速，這樣就可以阻止顆粒滯留于濾網(wǎng)上，定期打開電磁排放閥可將污物排出積沙區(qū)，而無須打開過濾器來清洗。除砂器自動控制系統(tǒng)示意圖II出水口排渣口.進水口=亠差壓傳感器II自清式魚雷除沙器控制過程：當系統(tǒng)運行一段時間后，由于水中含沙粒，沙粒積累在除沙器的濾筒，從而使得除沙器進出口產(chǎn)生了壓差。當差壓傳感器測得的壓差值達到開始設