基于PLC的全自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于PLC的全自動(dòng)澆灌限制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[摘要]介紹了可編程序限制器(PLC)在節(jié)水澆灌限制系統(tǒng)中的應(yīng)用,系統(tǒng)具有手動(dòng)澆灌模式,能依據(jù)用戶(hù)要求設(shè)定各灌區(qū)的澆灌依次和澆灌時(shí)間;同時(shí)系統(tǒng)具有自動(dòng)澆灌模式,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)一步限制電機(jī)和電磁閥的啟閉;為了減小水泵電機(jī)的啟動(dòng)電流,減輕對(duì)電網(wǎng)形成的沖擊,減小能耗,系統(tǒng)啟動(dòng)采納Y/啟動(dòng)。[關(guān)鍵詞]PLC;節(jié)水澆灌;土壤濕度;Y/啟動(dòng);自動(dòng)澆灌限制系統(tǒng)當(dāng)前,隨著電氣信息技術(shù)在節(jié)水澆灌工程中的應(yīng)用,發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、以色列、荷蘭、加拿大、澳大利亞等勝利開(kāi)發(fā)了一系列用途廣泛、功能極強(qiáng)的澆灌限制器。而我國(guó)在開(kāi)發(fā)自動(dòng)澆灌限制系統(tǒng)方面與發(fā)達(dá)國(guó)家差距較大,還處于研制、試用階段,隨著水資源的日趨驚慌及信息技術(shù)的發(fā)展,開(kāi)發(fā)具有自主學(xué)問(wèn)產(chǎn)權(quán)的節(jié)水澆灌限制系統(tǒng)不僅具有廣袤的市場(chǎng)前景,而且具有巨大的社會(huì)效益[1,2]。本文以PLC為核心,選用C40C型可編程限制器來(lái)開(kāi)發(fā)了一套澆灌限制系統(tǒng),所開(kāi)發(fā)的限制系統(tǒng)能手動(dòng)設(shè)置對(duì)各輪灌區(qū)定時(shí)澆灌,也可以通過(guò)土壤濕度傳感器與限制器形成全自動(dòng)閉環(huán)限制系統(tǒng)。同時(shí)為了削減水泵電機(jī)啟動(dòng)電流,減輕對(duì)電網(wǎng)形成的沖擊,減小能耗,水泵電機(jī)采納Y/啟動(dòng)。1PLC輸入/輸出點(diǎn)安排及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖本文所選用的C40C可編程序限制器輸入24點(diǎn)(X0~X23),輸出16點(diǎn)(Y0~Y15),帶有RS232口及日歷/時(shí)鐘功能,供電電源為24V直流或100~240V溝通,同時(shí)可以限制4路A/D、4路D/A。系統(tǒng)可以便利地?cái)U(kuò)展輸入/輸出口,系統(tǒng)中除濕度傳感器為模擬信號(hào)外,其它輸入/輸出信號(hào)均為開(kāi)關(guān)量,PLC各個(gè)輸入/輸出點(diǎn)安排狀況見(jiàn)表1。依據(jù)澆灌限制系統(tǒng)的要求,系統(tǒng)由PLC限制器C40C,直流24V電源,起/停按鈕,數(shù)據(jù)采集器件包括土壤濕度傳感器、雨量傳感器和各類(lèi)按鈕,執(zhí)行輸出器件包括電磁閥,帶動(dòng)水泵的電機(jī),報(bào)警裝置為報(bào)警指示閃耀燈或報(bào)警電鈴,同時(shí)當(dāng)系統(tǒng)處于某個(gè)工作狀態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)的指示燈亮,假如在大規(guī)模的灌區(qū)中,要實(shí)現(xiàn)集中化管理,可以通過(guò)PLC的RS232口與管理機(jī)通信,限制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖1。2限制系統(tǒng)各部分功能及設(shè)計(jì)限制系統(tǒng)包括電機(jī)Y/啟動(dòng),手動(dòng)限制模式,自動(dòng)限制模式。因本系統(tǒng)除了濕度傳感器和雨量傳感器輸入為模擬量外,其他輸入/輸出均為數(shù)字量,編程限制器本身的抗干擾實(shí)力能滿(mǎn)意要求。PLC的容量包括I/O點(diǎn)數(shù)、用戶(hù)存儲(chǔ)器的容量。系統(tǒng)采納FP1可編程限制器專(zhuān)用編程軟件編制梯形圖。2.1電機(jī)Y/啟動(dòng)系統(tǒng)要求當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí),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)采納Y/啟動(dòng),啟動(dòng)時(shí)繼電器KMY接通。2s后KMY斷開(kāi),繼電器KM接通,即完成Y/啟動(dòng),限制梯形圖見(jiàn)圖2。.2.2手動(dòng)澆灌模式系統(tǒng)具有手動(dòng)設(shè)定各電磁閥的開(kāi)啟時(shí)間和開(kāi)啟依次的功能,當(dāng)某個(gè)電磁閥閉合時(shí)相應(yīng)的指示燈亮。當(dāng)雨量傳感器有信號(hào),即下雨時(shí),將停止?jié)补?同時(shí)雨量報(bào)警器報(bào)警,本澆灌系統(tǒng)要求為一號(hào)灌區(qū)澆灌10min,打開(kāi)2號(hào)灌區(qū)電磁閥灌水5min,然后打開(kāi)3號(hào)灌區(qū)電磁閥灌水15min,最終停止?jié)补?。所設(shè)計(jì)的限制梯形圖見(jiàn)圖3。圖3手動(dòng)澆灌模式梯形圖.3自動(dòng)澆灌模式本澆灌限制器能依據(jù)土壤濕度傳感器得到的土壤濕度信號(hào),與設(shè)定的適于作物生長(zhǎng)的土壤濕度進(jìn)行比較,然后確定是否澆灌,自動(dòng)進(jìn)行電機(jī)與各電磁閥的起閉。在本系統(tǒng)中選用2000YZ型土壤負(fù)壓傳感器來(lái)測(cè)量土壤濕度,測(cè)量范圍為負(fù)壓值0~-85kPa,基本上在植物的需水范圍,一般說(shuō)來(lái),當(dāng)土壤吸力大于-70kPa值,土壤就須要灌水,否則會(huì)影響植物的生長(zhǎng),該壓阻傳感器輸出為0-50mv;測(cè)量深度為200mm~2000mm,地面以下部分依據(jù)須要而定,總精度為

2%左右;運(yùn)用環(huán)境為0~500!。在小麥拔節(jié)?抽穗期土壤最佳含水量用土壤負(fù)壓表示為-50kPa~-60kPa,即當(dāng)土壤負(fù)壓小于-60kPa時(shí),打開(kāi)灌水閥門(mén)對(duì)作物進(jìn)行澆灌[4]。在該系統(tǒng)中把濕度傳感器得到的土壤濕度信號(hào)放入PLC的數(shù)據(jù)寄存器DT0中,把所設(shè)定的土壤濕度上限值(-50kPa)放入DT4,下限值(-60kPa)放入DT2,同時(shí)當(dāng)土壤缺水或相宜時(shí),相應(yīng)的指示燈亮,所對(duì)應(yīng)的拔節(jié)?抽穗期自動(dòng)澆灌程序見(jiàn)圖4。3結(jié)語(yǔ)本文以C40C可編程序限制器為核心來(lái)構(gòu)建節(jié)水澆灌限制系統(tǒng),系統(tǒng)具有手動(dòng)設(shè)定功能,能依據(jù)用戶(hù)要求設(shè)定對(duì)某一灌區(qū)的灌水時(shí)間;系統(tǒng)還具有全自動(dòng)澆灌功能,能依據(jù)土壤濕度傳感器得到的土壤濕度信號(hào)與土壤的最佳濕度值對(duì)比,自動(dòng)做出澆灌安排;系統(tǒng)采納Y/變換啟動(dòng)水泵電機(jī)來(lái)削減啟動(dòng)電流,減輕對(duì)電網(wǎng)形成的沖擊,減小能耗。附錄—托普物聯(lián)網(wǎng)托普物聯(lián)網(wǎng)是浙江托普儀器有限公司旗下的重要項(xiàng)目。浙江托普儀器是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的農(nóng)業(yè)儀器研發(fā)生產(chǎn)商，依據(jù)自身在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)實(shí)力，和自主研發(fā)的配套設(shè)備，在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域嶄露頭角！托普物聯(lián)網(wǎng)以客戶(hù)需求為源頭，結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、GIS信息技術(shù)，以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，竭誠(chéng)為傳統(tǒng)行業(yè)供應(yīng)信息化、智能化的產(chǎn)品與端到端的解決方案。主要有：大田種植智能解決方案、畜牧養(yǎng)殖管理解決方案、食品平安溯源解決方案、食用菌種植智能化管理解決方案、水產(chǎn)養(yǎng)殖管理解決方案、溫室大棚智能限制解決方案等。托普物聯(lián)網(wǎng)三大系統(tǒng)產(chǎn)品我們知道物聯(lián)網(wǎng)主要包括三大層次，即感知層、傳輸層和應(yīng)用層。因此托普物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品主要以這三個(gè)層次延長(zhǎng)，涵蓋了感知系統(tǒng)（環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備）、傳輸系統(tǒng)（數(shù)據(jù)傳輸處理網(wǎng)絡(luò)）、應(yīng)用系統(tǒng)（終端智能限制平臺(tái)。）托普物聯(lián)網(wǎng)模塊化智能集成系統(tǒng)托普物聯(lián)網(wǎng)依據(jù)自身研發(fā)優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)了多種模塊化智能集成系統(tǒng)。1、傳感模塊：即環(huán)境傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它依據(jù)各類(lèi)傳感設(shè)備可以完成整個(gè)園區(qū)或完成對(duì)異地園區(qū)所需數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的功能。2、終端模塊：即終端智能限制系統(tǒng)。它可以完成整個(gè)園區(qū)或遠(yuǎn)程限制異地園區(qū)進(jìn)行自動(dòng)澆灌、自動(dòng)降溫、自動(dòng)開(kāi)啟風(fēng)機(jī)，自動(dòng)補(bǔ)光及遮陽(yáng)，自動(dòng)卷簾，自動(dòng)開(kāi)窗關(guān)窗，自動(dòng)液體肥料施肥、自動(dòng)噴藥等各類(lèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的自動(dòng)限制。3、視頻監(jiān)控模塊：即實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。主要是通過(guò)監(jiān)控中心實(shí)時(shí)得到植物生長(zhǎng)信息，在監(jiān)控中心或異地互聯(lián)網(wǎng)上既可隨時(shí)看到作物的實(shí)時(shí)生長(zhǎng)狀況。4、預(yù)警模塊：即遠(yuǎn)程植保預(yù)警系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^(guò)聲光報(bào)警、短信報(bào)警、語(yǔ)音報(bào)警等方式進(jìn)行預(yù)警。5、溯源模塊：即農(nóng)產(chǎn)品平安溯源系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品從種植打算階段、種植和培育階段、生長(zhǎng)階段、收獲階段等對(duì)作物生長(zhǎng)環(huán)境、噴藥施肥狀況、病蟲(chóng)害狀況等實(shí)施實(shí)時(shí)信息自動(dòng)記錄，有據(jù)可查，在貯存、運(yùn)輸、銷(xiāo)售階段采納二維碼或者RFID射頻技術(shù)對(duì)各個(gè)階段數(shù)據(jù)記錄，這樣就能實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者拿到農(nóng)產(chǎn)品時(shí)通過(guò)終端設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)就能查看到各類(lèi)信息，才能放心食用。6、作業(yè)模塊：即中心限制室?？赏ㄟ^(guò)總控室對(duì)整個(gè)區(qū)域狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括各個(gè)區(qū)域采集點(diǎn)參數(shù)、限制作業(yè)狀態(tài)、實(shí)時(shí)視頻圖像、施肥噴藥狀況、報(bào)警信息等。參考文獻(xiàn)[1]張兵,袁壽其,成立.國(guó)內(nèi)外節(jié)水澆灌自動(dòng)化技術(shù)發(fā)呈現(xiàn)狀與展望.排灌機(jī)械,2003(2):3741.[2]張兵.智能化節(jié)水澆灌限制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與探討[D].鎮(zhèn)江:江蘇高校,2003.[3]常斗南,李全利,張學(xué)武.可編程序限制器原理應(yīng)用試驗(yàn)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.[4]RenatoSilviodaFrotaRibeiro