基于PLC的自動灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計-本科畢業(yè)設(shè)計

緒論1.1課題背景及意義我國淡水資源短缺，利用率低，水浪費嚴(yán)重，供需矛盾突出。傳統(tǒng)灌溉設(shè)備單一，灌溉難度大，費時費力，嚴(yán)重制約我國社會經(jīng)濟的發(fā)展。因此需要合理灌溉，采用自動灌溉系統(tǒng)。農(nóng)業(yè)是整個人類社會中最古老，最原始的行業(yè)，是各行各業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，也是整個人類賴以生存的根本和先決條件。農(nóng)業(yè)發(fā)展的根本出路在于科技的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的提高在于教育方式的轉(zhuǎn)變。由傳統(tǒng)的古老的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，由粗放型經(jīng)營方式到集約型經(jīng)營方式的轉(zhuǎn)變，就必須要求農(nóng)業(yè)科技水平有一個顯著的提高，所以就要求必須進行一次新的農(nóng)業(yè)技術(shù)的革命。而且我國當(dāng)今的農(nóng)業(yè)相比于其他行業(yè),如工業(yè),交通運輸業(yè)的發(fā)展仍然處于比較落后的階段，特別是我國的農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)需要提高。灌溉系統(tǒng)自動化水平的高低是衡量我國高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個決定因素。自動灌溉系統(tǒng)的進步與提高對于緩解我國水資源緊缺現(xiàn)象、節(jié)約勞動力資源和成本，擴大灌溉面積、實現(xiàn)“兩個轉(zhuǎn)變”戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、以及提高我國農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)力水平有著十分重大的意義。有效、合理的灌溉是農(nóng)作物正常生長和發(fā)育并獲得高產(chǎn)的重要前提和基本保障，因此可取得良好的生理效應(yīng)和生態(tài)效應(yīng)，并且增產(chǎn)效果十分顯著。另一方面，國外的一些噴灌系統(tǒng)設(shè)備，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)成本較高，而且國外產(chǎn)品在安裝和維護過程所需要的程序都很復(fù)雜，并不適合在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力大的地區(qū)使用。相比較而言,由我國研發(fā)并制造的噴灌設(shè)備其成本相對比較低廉，但是其中大部分系統(tǒng)采用的是普通繼電器控制系統(tǒng)，對其的調(diào)試與維護工作比較困難，靈敏度也不夠高，不能完全實現(xiàn)定時定量噴灌，所以該類產(chǎn)品的市場占有率不是很高。PLC的優(yōu)點是體積小、功能強、編程簡單、可靠性高和組裝靈活，這些優(yōu)點使其能夠廣泛應(yīng)用于國防、電力和通訊等領(lǐng)域，但是在我國現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域方面應(yīng)用很少。因此本文設(shè)計了一種自動灌溉裝置的PLC控制系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破?簡稱PLC)應(yīng)用在節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)的工程設(shè)計中能夠使硬件結(jié)構(gòu)，具有可靠性、靈活性好和能在各種環(huán)境條件下運行等一系列優(yōu)點，并且在維持系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)不變的情況下，僅僅通過更改軟件設(shè)置來迎合多種運行方式的需求，是繼我國傳統(tǒng)電器的理想替代品，特別是在農(nóng)田水利系統(tǒng)的小型泵站中可以實現(xiàn)無人值守或半無人值守狀態(tài)，具有廣闊的應(yīng)用前景和有效的使用價值[1]?，F(xiàn)代化的智能型控制系統(tǒng)和程序的應(yīng)用是對現(xiàn)今農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)和田間管理的有效手段和工具，它可提高灌溉系統(tǒng)操作的準(zhǔn)確性，有利于在灌溉過程中進行科學(xué)、有效的管理，降低對操作者本身知識素養(yǎng)的需求?，F(xiàn)代化的灌溉系統(tǒng)的應(yīng)用，除了能大大的減少從事生產(chǎn)的生產(chǎn)者的勞動量，更重要的是它能夠、定量、準(zhǔn)確、定時、高效地給農(nóng)作物自動補充水分，還能夠增加養(yǎng)分，以達(dá)到提高農(nóng)作物產(chǎn)量、質(zhì)量，并節(jié)水、節(jié)能的要求。PLC控制系統(tǒng)還有以下優(yōu)點：（1）編程方便，現(xiàn)場可修改程序。（2）維修方便，有模塊化結(jié)構(gòu)。（3）可靠性高于繼電器控制裝置。（4）體積小于繼電器控制裝置。（5）數(shù)據(jù)可以直接送入管理計算機。（6）成本可與繼電器控制裝置競爭。（7）輸入可以是交流115V。（8）能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等。（9）在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更。（10）用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K。（11）在灌溉控制系統(tǒng)中采用了PLC，用軟件實現(xiàn)對灌溉系統(tǒng)的控制，提高可靠性。（12）去除了大部分繼電器，控制系統(tǒng)機構(gòu)簡單，外部線路簡化。（13）PLC可實現(xiàn)對各種繁瑣的系統(tǒng)的控制。（14）PLC可對故障進行自動檢測與報警提示，提高安全性并便于檢修。（15）用于群控調(diào)配和管理，并提高灌溉系統(tǒng)運行效率。（16）更改控制方案時不需要改動硬件接線。1.2國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1國外研究發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)今全球灌溉技術(shù)比較先進的國家主要是西歐的法國、英國、意大利、荷蘭、西班牙，美國，亞洲的日本，中東的以色列等生產(chǎn)力水平較高的國家[2]。因為這些國家的自動灌溉系統(tǒng)的研究起步較早，發(fā)展較快，其研發(fā)系統(tǒng)及技術(shù)水平比我國高。特別是一些有著先進技術(shù)的國家,它們在自動灌溉控制發(fā)展和提高的基礎(chǔ)上，更不斷研究各種最先進的灌溉控制技術(shù)及適用于不同農(nóng)作物的不同營養(yǎng)液的配方和營養(yǎng)液自動混合技術(shù)的進步，并進一步發(fā)展行成并擁有了灌溉專家系統(tǒng)。這些國家同時不斷的把先進的生產(chǎn)控制技術(shù)成功的應(yīng)用于灌溉系統(tǒng)中,有效的促進了其國家的農(nóng)業(yè)發(fā)展水平[3]。世界上灌溉技術(shù)的發(fā)展最具有代表性的國家應(yīng)首推以色列。以色列擁有像普拉斯托、耐特費姆、美滋一雷鷗等一系列世界級的著名的灌溉公司。并且已經(jīng)出現(xiàn)了利用電子計算機對灌溉過程實行全部控制(包括無線、有線)的農(nóng)場的場主。1.2.2國內(nèi)研究發(fā)展現(xiàn)狀目前我國現(xiàn)代自動灌溉技術(shù)的發(fā)展主要是在引進、消化技術(shù)的基礎(chǔ)上，從無到有，逐步被人們認(rèn)識和接受。雖然灌溉技術(shù)在我國近十幾年來得到了一定速度的發(fā)展，但是和西方先進國家相比,我國的綜合環(huán)境對其的控制力還不夠高，自動灌溉技術(shù)以及施肥控制系統(tǒng)的發(fā)展目前還僅僅局限于引進吸收階段?，F(xiàn)今，我國的自動灌溉系統(tǒng)的發(fā)展水平相對于先進國家依然存在的差距是：（1）營養(yǎng)液的自動混合控制水平較低。營養(yǎng)液的混合技術(shù)僅僅應(yīng)用于利用施肥器混合水和液體肥，通過管網(wǎng)送到作物周圍的階段,該技術(shù)的發(fā)展水平還較低。（2）自動灌溉控制系統(tǒng)不夠完善，我們國家目前為止還沒有生產(chǎn)出成型的設(shè)備，除了購買外國的先進的設(shè)備之外，現(xiàn)今大部分還是人工控制閥門的設(shè)備的生產(chǎn)和加工。（3）灌溉依然是僅僅局限于一個單一的方面，不能實現(xiàn)和其他環(huán)境問題的協(xié)調(diào)發(fā)展。（4）不能實現(xiàn)灌溉系統(tǒng)的全面應(yīng)用。我國的灌溉技術(shù)和水平離一些先進國家還有很大的差距，我國現(xiàn)今的灌溉控制基本上還是按照勞動人民的經(jīng)驗去進行，并沒有很大的進步和提高?？偠灾诂F(xiàn)代灌溉技術(shù)的開發(fā)和研制方面，一些國外的先進國家還是在很多方面領(lǐng)先與我國的，根據(jù)我國現(xiàn)階段灌溉的現(xiàn)象和狀況，當(dāng)務(wù)之急需要解決的關(guān)鍵技術(shù)還存在著很多問題，尤其是在自動控制系統(tǒng)方面需要加大研發(fā)力度。2自動灌溉裝置的控制要求2.1結(jié)構(gòu)介紹（1）灌溉設(shè)備方面：可選用3臺IS級單吸離心泵作為灌入的水泵，該灌水泵的型號確定為IS200-150-250的控制系統(tǒng)，同時確定使用型號為Y225S-4的三臺異步電動機，作為該水泵的原動機，并確定該系統(tǒng)的灌水器。（2）外圍設(shè)備：確定選用CJ10交流接觸器作為系統(tǒng)的自動控制的電路，電動機的過載保護由熱繼電器實現(xiàn)。CJ10交流接觸器中間的是由三根三相電源線組成，兩邊的分別是一對常開的觸點和一對常閉的觸點，它們的作用是進行自鎖和連鎖。液體位置的開關(guān)和閉合首先要確定的是液體位置的高度，然后依據(jù)這個高度來輸出進行開關(guān)量的信號。而液位傳感器的功效是將液位的高度轉(zhuǎn)化為以電為信號的形式進行輸出?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，如圖2.1所示。根據(jù)灌溉植物的特點，對其控制應(yīng)滿足植物的需要，因此選用PLC作為灌溉控制系統(tǒng)的核心。該灌溉系統(tǒng)主要由PLC控制器FX2N-32MR-001，220V交流電源提供電，啟停按鈕，執(zhí)行器包括電磁閥，數(shù)據(jù)采集器件包括液位開關(guān)，實時鐘，帶動水泵的電機等組成[7]。實時鐘信號實時鐘信號PLC繼電器控制盤水泵1水泵2水泵3注水管噴頭1噴頭2水源液位開關(guān)圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖M8012為特殊輔助繼電器。M8012為100ms時鐘脈沖繼電器。由計數(shù)器C0與M8012的組合，使計數(shù)器產(chǎn)生計時功能。采用三種水泵分別控制水管，噴頭1，噴頭2，以控制澆灌三種不同類型的植物，使時鐘的信號和液位傳感器的信號輸入到PLC，通過繼電器的作用控制水泵1，水泵2，水泵3，并使其在設(shè)定時間的啟停，從而控制灌溉三種植物。2.2工作過程如圖2.1所示，本系統(tǒng)采用PLC來控制植物的灌溉。A類植物是水生植物，要求通過液位開關(guān)控制液位在最小值和最大值之間。在不同的水量的位置，水的壓力就會不同，當(dāng)水位處于最低點時，液位開關(guān)將會輸出信號到PLC，從而控制X002閉合，一號電磁閥得到電力開始啟動進行工作，一號電磁閥指示燈亮，一號電機先進行星形連接。2秒后電機三角形進行連接，一號電機打動水泵1開始工作，開始往水池里注水。當(dāng)水位處于最高點時，液位開關(guān)將會輸入信號到PLC，從而控制X003閉合，同時1號電磁閥將會斷電，1號電磁閥指示燈熄滅，一號電機停止工作，水泵1將會停止運轉(zhuǎn)，水泵1往水池里注水的任務(wù)也將停止。B類植物需要定時灌溉，要求6:00-6:30之間，23:00-23:30之間打開噴灌系統(tǒng)。通過實時鐘來實現(xiàn)灌溉系統(tǒng)在規(guī)定時間段的啟動或斷開，在每天23:00二號電磁閥開啟，二號電磁閥指示燈亮，2號電機啟動，帶動水泵2工作，到了23:30，二號電磁閥斷開。二號電機停止運轉(zhuǎn)，從而水泵2停止工作，停止對B類植物澆灌。在每天6：00二號電磁閥開啟，二號電機轉(zhuǎn)動帶動水泵2工作，延續(xù)到6:30，二號電磁閥斷開，二號電機停止運轉(zhuǎn)?？刂茋婎^1在6:00-6:30噴水。C類植物需要每隔一天的晚上23:00灌溉一次，每次10分鐘。通過時鐘來實現(xiàn)灌溉系統(tǒng)在規(guī)定時間段的啟動或斷開，每隔一天的晚上23:00灌溉一次，這里用兩個計數(shù)器已達(dá)到延時10分鐘的目的，這樣就達(dá)到了每次澆灌10分鐘的目的。每隔一天即隔48小時候的23:00噴頭2在此噴水。三號電機運轉(zhuǎn)帶動水泵3工作，控制噴頭2，澆灌C類植物。這里關(guān)鍵是把計數(shù)器作為時間繼電器用。2.3控制要求A類的水生植物：在水位的高地方面，水壓大小的方面，當(dāng)水位處于最低點時液位開關(guān)將會輸出控制信號到PLC控制系統(tǒng)，控制X002閉合，一號電磁閥得到電力開始啟動，一號電磁閥指示燈亮，一號電機將進形連接。2秒后電機三角形機構(gòu)開始連接，一號電機促動水泵1開始工作，往水池里注水。當(dāng)水位處于最高點時，液位開關(guān)將輸出信號到PLC控制系統(tǒng)，控制X003閉合，同時給1號電磁閥斷電，1號電磁閥指示燈熄滅，一號電機停止工作，從而水泵1將停止運轉(zhuǎn)，同時停止往水池注水工作[8]。B類植物：通過實時鐘來實現(xiàn)灌溉系統(tǒng)在規(guī)定時間段的啟動或斷開，在每天23:00二號電磁閥開啟，二號電磁閥指示燈亮，2號電機啟動，帶動水泵2工作，到了23:30，二號電磁閥斷開[9]。二號電機停止運轉(zhuǎn)，從而水泵2停止工作，停止對B類植物澆灌。在每天6：00二號電磁閥開啟，二號電機轉(zhuǎn)動帶動水泵2工作，延續(xù)到6:30，二號電磁閥斷開，二號電機停止運轉(zhuǎn)?？刂茋婎^1在6:00-6:30噴水。C類植物：通過實時鐘來實現(xiàn)灌溉系統(tǒng)在規(guī)定時間段啟動或斷開，每隔一天的晚上23:00灌溉一次，這里用兩個計數(shù)器達(dá)到延時10分鐘的目的[10]，這樣就達(dá)到了每次澆灌10分鐘的目的。每天的23:00噴頭2在此噴水。三號點擊運轉(zhuǎn)帶動水泵3工作，控制噴頭2，澆灌C類植物。這里關(guān)鍵是把計數(shù)器作為時間繼電器用。3自動灌溉PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)硬件的設(shè)計原則系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)遵循以下幾條原則：（1）完整性原則從系統(tǒng)論完整的觀點來說，如果要使系統(tǒng)發(fā)揮其應(yīng)該有的作用，系統(tǒng)的設(shè)置必須完整。因此在對該系統(tǒng)進行設(shè)計的過程中，首先應(yīng)該考慮的是系統(tǒng)的完整性。如果沒有考慮系統(tǒng)的完整性，那么在安裝和使用該系統(tǒng)時就會出現(xiàn)這樣或者那樣的問題，并且會給系統(tǒng)在實際應(yīng)用中帶來很多本來可以避免的麻煩。而且最好使設(shè)計好的系統(tǒng)的使用性能稍高于實際的需求，如果能按這樣的要求設(shè)計，那么系統(tǒng)的擴展性相對而言就會較好，在實際應(yīng)用中能減少很多不必要的麻煩。（2）可靠性原則可靠性原則要求首先需要考慮的是設(shè)計好的系統(tǒng)能否正常、可靠地進行工作，即該系統(tǒng)在一定的條件下和一定的時間內(nèi)所完成規(guī)定任務(wù)的能力得大小。而且該系統(tǒng)是否能滿足重要場合下的可靠性的要求、是否進行冗余配置。對于電子計算機測量控制系統(tǒng)來說，無論該系統(tǒng)在原理上如何的先進、功能如何的全面、精度如何的高級，但如果該系統(tǒng)可靠性較差，頻繁出現(xiàn)故障，而且不能夠進行長期可靠的正常運行，那么該系統(tǒng)就只有價值并沒有使用價值。（3）發(fā)展性原則發(fā)展性原則有兩個重要的方面：①就是要留有發(fā)展余地，在進行系統(tǒng)配置的同時，也要考慮如果系統(tǒng)的規(guī)模增大了怎么辦？如果不能滿足實際需求了怎么辦？②就是要求在研發(fā)過程中盡量選擇技術(shù)壽命長，機器的維修及零部件的補充比較方便的系統(tǒng)，以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。（4）經(jīng)濟性原則在系統(tǒng)的研發(fā)過程中，還要考慮性價比的問題。在系統(tǒng)設(shè)計的過程中并不能一味的追求一些復(fù)雜、繁瑣的高級方案，要在滿足生產(chǎn)力需求的前提下，盡可能多的采用一些簡單實用的方案和設(shè)計方法。但是由于該系統(tǒng)是要求較高的專業(yè)的測量系統(tǒng)，系統(tǒng)的研發(fā)成本是衡量系統(tǒng)造價的重要指標(biāo)，所以要盡可能的采取先進、成熟的測控設(shè)備和方法，以期系統(tǒng)的性價比處于較良好的狀態(tài)。（5）開發(fā)周期短由于經(jīng)濟全球化的發(fā)展，生產(chǎn)力水平更新周期越來越短，時間就是金錢，時間就是效益，所以要竭盡全力的縮短該系統(tǒng)的研發(fā)所需要的時間，求獲得最大的經(jīng)濟效益和社會效益。（6）操作維護方便在系統(tǒng)總體設(shè)計時應(yīng)考慮到操作維護方便，使系統(tǒng)易學(xué)易用。3.2PLC選型PLC選型一般需要考慮以下因素：（1）系統(tǒng)可以方便地擴展，系統(tǒng)中輸入輸出信號均為開關(guān)量。（2）輸入和輸出模塊模塊輸出的主要工作是將機器內(nèi)部系統(tǒng)信號電流轉(zhuǎn)換為外部過程的控制信號。（3）電源小型整體式可編程控制器系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有一個可控的開關(guān)電源，一方面可為機器內(nèi)部電路擴展為大的單元供電。（4）響應(yīng)時間分析可編程控制器按照順序掃描的工作形式，使它不能依照可靠的接收持續(xù)時間不大于掃描周期所使用的輸入信號。系統(tǒng)的響應(yīng)時間是指輸入信號產(chǎn)生的那一時刻與由此而使輸出信號狀態(tài)所發(fā)生得時刻變化的時間間隔。系統(tǒng)的響應(yīng)時間=輸入濾波的時間+輸出濾波的時間+掃描的周期，即為該系統(tǒng)的響應(yīng)時間。根據(jù)灌溉系統(tǒng)控制要求需要5個輸入點，12個輸出點，按照預(yù)留10%~15%容量的原則，預(yù)留該系統(tǒng)共需20個I/O點，因為三菱FX2N-32MR-001PLC有16點輸入點，和16點輸出點，滿足要求，因此綜合考慮選用三菱FX2N-32MR-001型PLC。3.3I/O分配表PLC輸入/輸出點分配如表3.2所示。表3.2輸入、輸出點分配表輸入設(shè)備名稱輸入點輸出設(shè)備名稱輸出點電機啟動按鈕X000一號電機星形接通Y000停機按鈕X001一號電機三角形接通Y001液位開關(guān)（下）X002二號電機星形接通Y010液位開關(guān)（上）X003二號電機三角形接通Y011初始化脈沖M8002三號電機星形接通Y020運行監(jiān)視器M8000三號電機三角形接通Y021二號電磁閥置位開關(guān)X004一號電磁閥Y002二號電磁閥Y003三號電磁閥Y004一號電磁閥指示燈Y005二號電磁閥指示燈Y006三0號電磁閥指示燈Y0073.4I/O外部接線圖I/O外部線圖如圖3.4所示。主電路圖如圖3.5所示，三相異步電動機在發(fā)動的過程中，會產(chǎn)生較大的啟動電流。為了避免電網(wǎng)產(chǎn)生較大的壓降，要求啟動電流不能太大，同時希望產(chǎn)生足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩。為了降低電壓，減小電流，采用Y／△啟動，這種啟動是最常見也是最常用的一種降壓啟動電路。Y／△發(fā)動降壓發(fā)動電路是指電動機在發(fā)動的時候，把定子組繞組接成星星的形狀，以降低啟動電壓的水平，達(dá)到縮小啟動電流的目的；待電動機發(fā)動后，再把定子繞組改接成三角形的形狀，使電動機進行全壓運行。故本系統(tǒng)采用降壓啟動方式的處理系統(tǒng)。圖3.4I/O外部接線圖圖3.5電機啟動主電路圖4自動灌溉PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)軟件的設(shè)計原則自動灌溉系統(tǒng)軟件設(shè)計應(yīng)當(dāng)做到以下幾點：（1）準(zhǔn)確性：灌溉系統(tǒng)的全自動控制不僅能實現(xiàn)整個系統(tǒng)的不同灌溉單元精確控制打開和關(guān)閉的時間,并確保整個地區(qū)灌溉時間的一致性和準(zhǔn)確性。（2）高效性：采用自動化控制，讓灌水單元在設(shè)定好的程序下自動運行，大大節(jié)省了人力的開支。（3）節(jié)水性：體現(xiàn)在時間的精準(zhǔn)控制上自動停止灌溉，避免長時灌溉所造成水的浪費。（4）便利性：田間操作控制器將管理一定區(qū)域下的灌水操作系統(tǒng)，只需進行幾個簡單的編程或是啟動一鍵開啟操作系統(tǒng)就可以完成這個區(qū)域的日常灌水任務(wù)。（5）安全性：自動控制系統(tǒng)，所有管路設(shè)施以及控制設(shè)施全部安裝隱蔽在地下。4.2控制流程圖設(shè)計根據(jù)控制要求設(shè)計控制流程圖如圖4.1所示。Y主程序Y主程序6:00-6:3023:00-23:30PLC初始化自動灌溉一號電磁閥斷開一號電機停止水位≤S2一號電磁閥開啟一號電機啟動水位≥S1每隔一天23:00-23:10三號電磁閥斷開三號電磁閥開啟三號電機停止二號電磁閥開啟二號電機啟動二號電磁閥斷開二號電機停止三號電機啟動YYYNNN圖4.1自動灌溉系統(tǒng)控制流程圖4.3梯形圖程序設(shè)計根據(jù)控制流程圖設(shè)計梯形圖程序如附錄A所示。4.3.1A類水生植物梯形圖程序設(shè)計（1）A類植物灌溉控制流程圖設(shè)計A類植物灌溉控制流程圖如圖4.2所示。主程序主程序PLC初始化水位≤S2自動灌溉一號電磁閥開啟一號電機啟動水位≥S1一號電磁閥斷開一號電機停止NYNY圖4.2A類植物灌溉（2）A類植物灌溉梯形圖程序設(shè)計根據(jù)如圖4.2所示的A類植物灌溉控制流程圖設(shè)計梯形圖程序如圖4.3所示。當(dāng)PLC控制系統(tǒng)接收到啟動信息后將開啟自動灌溉系統(tǒng)，自動灌溉系統(tǒng)對水位進行檢測，當(dāng)水位低于預(yù)定值S2時一號電磁閥開啟，一號電機啟動進行灌溉，直到水位達(dá)到預(yù)期值時，此信息將被反饋到自動灌溉系統(tǒng)，此時將關(guān)閉一號電磁閥，一號電機停止。如果主程序啟動后，PLC控制系統(tǒng)檢測到水位大于預(yù)期值時一號電磁閥和一號電機不會啟動。A類水生植物梯形圖：當(dāng)X002處于“1”狀態(tài)時程序下行到位后，Y002和M100也都處于“1”的狀態(tài)。此時，T250在短時間內(nèi)“0-1-0”的狀態(tài)變化。此時Y001處于“1”的狀態(tài)。圖4.3A類4.3.2B類植物梯形圖程序設(shè)計（1）B類植物灌溉控制流程圖設(shè)計B類植物灌溉控制流程圖如圖4.4所示。①當(dāng)時鐘到達(dá)23:00分時，二號電磁閥自動閉合，二號電機啟動對B類植物進行灌溉，當(dāng)時鐘到達(dá)23:30分時，二號電磁閥斷開，二號電機停止。②當(dāng)時鐘到達(dá)6:00分時，二號電磁閥自動閉合，二號電機啟動對B類植物進行灌溉，當(dāng)時鐘到達(dá)6:30分時，二號電磁閥斷開，二號電機停止。（2）B類植物灌溉梯形圖程序設(shè)計根據(jù)如圖4.4所示的B類植物灌溉控制流程圖設(shè)計梯形圖程序如圖4.5所示。因早上和晚上的模式相同，故只列舉23:00-23:30之間的梯形圖，梯形圖如圖4.4所示。當(dāng)M8002處于“1”的狀態(tài)時，D100、D101、D102、D110、D111、D112也都處于“1”的狀態(tài)。當(dāng)M8000處于“1”的狀態(tài)，D120也處于“1”狀態(tài)。當(dāng)M103處于“1”的狀態(tài)時，下行到位后，Y003處于“1”的狀態(tài)。此時，M100也處于“1”的狀態(tài)，同時T250將經(jīng)過“0-1-0”狀態(tài)的變化，程序結(jié)束。4.3.3C類水生植物梯形圖程序設(shè)計（1）C類植物灌溉控制流程圖設(shè)計C類植物灌溉控制流程圖如圖4.6所示。對C類植物灌溉的實施方案為每隔24小時進行一次灌溉，時鐘在23:00時三號電磁閥自動閉合，三號電機啟動，到23:10時，三號電磁閥自動斷開，三號電機停止工作，系統(tǒng)停止灌溉。如果在其他時間短內(nèi)三號電磁閥處于斷開狀態(tài)，三號電機處于斷電，系統(tǒng)不工作。（2）C類植物灌溉梯形圖程序設(shè)計C類植物灌溉梯形圖如圖4.6所示。①當(dāng)M8002處于“1”的狀態(tài)時，D30、D31、D32、C0、C1、C2、C3也會由“0”狀態(tài)變?yōu)椤?”狀態(tài)，如果M109處于“1”的狀態(tài)時，M111和Y004將會由“0”變?yōu)椤?”的狀態(tài)。②當(dāng)M109處于“1”狀態(tài)時，下行到位后，M112也將處于“1”的狀態(tài),此時C2也將變?yōu)椤?”狀態(tài),當(dāng)Y004處于“1”狀態(tài)，下行到位后，M100變?yōu)椤?”狀態(tài)，而T250的狀態(tài)會發(fā)生由“0-1-0”的變化。此時結(jié)束。圖4.4B類植物灌溉控制流程圖圖4.5B類植物灌溉梯形圖（23:00-23:30）三號電磁閥開啟三號電磁閥斷開每隔一天23:00-23:10初始化開始三號電機啟動三號電機停止YN三號電磁閥開啟三號電磁閥斷開每隔一天23:00-23:10初始化開始三號電機啟動三號電機停止YN圖4.6C類植物灌溉圖4.7C類植物灌溉梯形圖5PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試與程序的仿真由于PLC裝置生產(chǎn)的特殊性，PLC是專門為符合工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境而專門設(shè)計的控制裝置系統(tǒng)，因此非特殊情況無需采取什么特別措施，就可以在工業(yè)環(huán)境中直接使用。但是如果環(huán)境情況過于惡劣、電磁波干擾強烈，或者在設(shè)備安裝和使用的過程中行為不當(dāng)，都將不能保證PLC安全、可靠、正常的運行。因此，在實際設(shè)計中討論PLC設(shè)計的調(diào)試部分就有著十分重大的意義。本設(shè)計在對采取先分部模擬仿真然后將總程序進行模擬仿真度的方法。仿真軟件為GXSimulator仿真軟件。5.1PLC控制系統(tǒng)的安裝與布線（1）輸入接線①輸入接線一般不要超過30m。但如果環(huán)境干擾較小的情況下，電壓下降不多時，可以適當(dāng)?shù)募哟筝斎虢泳€的長度。②輸入、輸出線不能用同一根電纜，輸入、輸出線要分開。③利用普通二極管恰當(dāng)?shù)拇釉赑LC輸入回路的過程中，能有效的防止信號干擾，使得PLC輸入信號的強度大大增強。（2）電源接線PLC供電電源為50Hz、220V±10%的交流電。由于本設(shè)計使用的是FX2N系列可編程控制器，所以有直流24V輸出接線端。該接線端可為輸入傳感器提供直流24V電源。（3）接地要正確選擇接入的地點，完善接地系統(tǒng)接地的目的一般情況下有兩個，第一是以安全為重，第二是為了抑制干擾。設(shè)計合理的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要方法之一。使系統(tǒng)完善接地的方式有三種，一是浮地方式，二是直接接地方式，三是電容接地方式。對PLC可控系統(tǒng)而言，完善的接地方式屬于高速運行低電平控制的裝置，應(yīng)采用直接接地的方式。良好的接地方式是保證PLC可靠、有效運行的重要條件，同時可以減少特殊時候發(fā)生的電壓沖擊的危害。所以我們必須給可編程控制器接上專用的接地線。5.2程序的仿真輸入系統(tǒng)梯形圖，轉(zhuǎn)換并點擊開始模擬，通過強制更改原件當(dāng)前值，可是看出系統(tǒng)按照模擬可以實現(xiàn)A、B、C類植物的灌溉要求，電機按照要求實現(xiàn)了Y-△啟動。實驗結(jié)果如下：當(dāng)A類水生植物的水位沒有高于最小值時，下液位的開關(guān)S2將閉合，開關(guān)量的信號源輸入到PLC來控制水泵電機，使其接通電源。當(dāng)水位不低于于最大值時，上液位開關(guān)S1則關(guān)閉，此時開關(guān)將輸入信號到PLC來控制水泵斷電。圖5.1B類植物通過PLC的實時鐘來實現(xiàn)灌溉系統(tǒng)在時間段的啟動和斷開?？刂崎_關(guān)的時間可根據(jù)實際情況進行重新設(shè)定和編程調(diào)整，B類植物定時灌溉的時間要求為：6:00-6:30，23:00-23:30打開噴灌系統(tǒng)。B類植物灌時序圖如圖5.2、圖5.3所示。圖5.2B類灌溉時序圖（6:00-6:30）圖5.3B類灌溉時序圖（23:00-23:30）C類植物通過PLC的實時鐘來實現(xiàn)灌溉控制系統(tǒng)在時間段的啟動或斷開，時間可根據(jù)實際情況進行調(diào)整。C類植物需要每隔一天的晚上23:10灌溉一次，每次10分鐘。C類植物灌溉時序圖如圖5.4所示。圖5.4C6結(jié)論根據(jù)現(xiàn)今社會經(jīng)濟的發(fā)展和我們農(nóng)業(yè)現(xiàn)在發(fā)展的速度和狀態(tài)，中國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展和改造已經(jīng)是勢在必行，而且有國家政策的大力扶植，創(chuàng)建新農(nóng)村重要舉措的實施，也為我國農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展建設(shè)提供了良好的發(fā)展時機。而在我國的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的建設(shè)中最重要的任務(wù)之一就是進行農(nóng)村水渠灌溉系統(tǒng)的現(xiàn)代化改造工程。該論文首先分析了自動灌溉裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理，從而確定了控制要求，然后進行了硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。其中硬件設(shè)計主要包括PLC選型、I/O分配表和I/O外部接線圖，軟件設(shè)計包括了控制流程圖設(shè)計和梯形圖程序設(shè)計。總結(jié)歸納以后得出本論文的主要研究工作和成績有以下幾點：（1）翻閱、搜集了一些相關(guān)的中、外書籍以及一些文獻資料，結(jié)合本專業(yè)所學(xué)的專業(yè)知識，結(jié)合現(xiàn)實中水利灌溉環(huán)境的特點，利用PLC控制技術(shù)，設(shè)計了灌溉自動控制系統(tǒng)。（2）對系統(tǒng)難點之一定時灌溉進行了研究。針對傳感信息采取，本文采用液位開關(guān)，簡化系統(tǒng)，同時也減少系統(tǒng)的反應(yīng)時間?？朔藗鹘y(tǒng)方式中，灌溉費時、費力難度大的難題，實現(xiàn)了真正意義上的自動灌溉。參考文獻張兵．智能化節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D]．鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2003:21-22．常斗南，李全利，張學(xué)武．可編程序控制器原理·應(yīng)用·試驗[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2002：65-66．周暢.PLC在苗圃節(jié)水灌溉中的應(yīng)用[J].電腦知識與技術(shù)，2006(12):322-328.李勝多.基于組態(tài)技術(shù)和PLC的節(jié)水灌溉控制技術(shù)[J].農(nóng)機化研究，2010,32(10):127-130.付立思，陳春玲，金莉.利用PLC實現(xiàn)節(jié)水灌溉集散控制的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2003,19(z1):43-49.解建軍.PLC技術(shù)在節(jié)水灌溉工程設(shè)計中的應(yīng)用[J].陜西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007(4):73-81.向巍.基于PLC的茶苗苗圃微噴灌自動化控制系統(tǒng)[J]．中國西部科技，2010，09(28):77-82.陶宇君.PLC在變頻恒壓供水技術(shù)中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計算機，2003,16(11):32-38.鄢光輝.人機界面、PLC和變頻器在灌溉節(jié)水中的應(yīng)用[J].電工技術(shù)，2006(5)：87-93.ChristineHennig，KlausKneupner，DavidKinna.Connectingprogrammablelogiccontrollers(PLC)tocontrolanddataacquisitionacomparisonoftheJETandWendelstein7-Xapproach[J].FusionEngineeringandDesign，2012：32.廖常初.FX系列PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005:12-13.章麗芙.PLC自動控制綜合實驗系統(tǒng)設(shè)計[D].江蘇：東南大學(xué)，2006.宋培卿.節(jié)水灌溉自動化遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].江蘇:河海大學(xué),2004.附錄A圖A(a)自動灌溉系統(tǒng)梯形圖圖A(b)自動灌溉系統(tǒng)梯形圖圖A(c)自動灌溉系統(tǒng)梯形圖圖A(d)自動灌溉系統(tǒng)梯形圖致謝這篇論文完成的過程中我遇到了非常多的困難，同學(xué)的建議，老師的指導(dǎo)都給了我很多幫助。對此我表示深深的感謝。首先感謝我的指導(dǎo)老師史素敏講師，感謝您犧牲休息時間指導(dǎo)我的論文，讓我能順利完成這篇論文。其次感謝導(dǎo)員仝其賓及所有教過我的老師，在這四年的學(xué)習(xí)生活中，你們教給我很多的知識。最后還要感謝這四年陪伴我的同學(xué)和朋友，感謝你們在生活和學(xué)習(xí)中的陪伴，讓我的四年大學(xué)生活充滿意義?；贑8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機應(yīng)用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設(shè)計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機的疊圖機研究與教學(xué)方法實踐基于單片機嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實驗中的應(yīng)用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)單片機嵌入式以太網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)基于51單片機的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)單片機監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機上的應(yīng)用HYPERLINK"