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

商丘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)I水是我們維持生命活動(dòng)必不可少的物質(zhì)。當(dāng)今社會(huì)水資源利用不合理，造成了極大的浪費(fèi)。如我國(guó)的甘肅、陜西等地水資源匱乏，人們?nèi)粘Ｉ钣盟貌坏奖ＷC，所以人們要更加合理利用水資源。水資源絕大部分浪費(fèi)在農(nóng)田灌溉，主要是因?yàn)槿藗儾捎么笏?，不僅浪費(fèi)了水資源，更增加了勞動(dòng)量。因此，本文設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)灌溉裝置的PLC控制系統(tǒng)。首先分析了自動(dòng)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(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。其中硬件設(shè)計(jì)主要包括PLC選型、I/O分配表和I/O外部接線(xiàn)圖，軟件設(shè)計(jì)包括了控制流程圖設(shè)計(jì)和梯形圖程序設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)采用PLC技術(shù)為控制核心，使其體積更小、功能更強(qiáng)、編程更簡(jiǎn)單、可靠性更高、控制更靈活。reasonableintheutilizationofwaterresources,causedgreatwaste.Suchasgansu,thatpeoplelivesdaily,soweneedtomorerationaluseofwater.Wastemostofthewasteofwaterresourcesinirrigation,becausepeopleusingfloodirrigation,wastewaternotonly,makemorepeopletoincreasedlabor.Therefore,thisarticledesignedakindofPLCcontrolsystemofanequipmentofautomaticirrigation.Firstanalyzedthestructureandworkingprincipleofautomaticirrigationdevice,thusdeterminedtheworkrequirements.Thenthehardwardesigned.Hardwaredesignedincludingthedesignedofthehardwareprinciple,typeselectionofPLC,I/Oallocationtableandexternalprogramming.ThesystemusesPLCasthedesignedcore,smallvolume,strongfunction,simpleprogramming,highreliabilityandflKeywords:Automaticirrigationdevice;PLCcontrolsystem;Hardwaredesign;商丘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11.1課題背景及意義 11.2國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀 21.2.1國(guó)外研究發(fā)展現(xiàn)狀 21.2.2國(guó)內(nèi)研究發(fā)展現(xiàn)狀 32自動(dòng)灌溉裝置的控制要求 3 32.2工作過(guò)程 42.3控制要求 53自動(dòng)灌溉PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 53.1系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)原則 5 63.3I/O分配表 73.4I/O外部接線(xiàn)圖 84自動(dòng)灌溉PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 94.1系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)原則 94.2控制流程圖設(shè)計(jì) 94.3梯形圖程序設(shè)計(jì) 4.3.1A類(lèi)水生植物梯形圖程序設(shè)計(jì) 4.3.2B類(lèi)植物梯形圖程序設(shè)計(jì) 4.3.3C類(lèi)水生植物梯形圖程序設(shè)計(jì) 5PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試與程序的仿真 5.1PLC控制系統(tǒng)的安裝與布線(xiàn) 5.2程序的仿真 6結(jié)論 參考文獻(xiàn) 20 24商丘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)11.1課題背景及意義我國(guó)淡水資源短缺，利用率低，水浪費(fèi)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(fèi)時(shí)費(fèi)力，嚴(yán)重制約我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此需要合理灌溉，采用自動(dòng)灌溉農(nóng)業(yè)是整個(gè)人類(lèi)社會(huì)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(gè)人類(lèi)賴(lài)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(yíng)方式到集約型經(jīng)營(yíng)方式的轉(zhuǎn)變，就必須要求農(nóng)業(yè)科技水平有一個(gè)顯著的提高，所以就要求必須進(jìn)行一次新的農(nóng)業(yè)技術(shù)的革命。而且我國(guó)當(dāng)今的農(nóng)業(yè)相比于其他行業(yè)，如工業(yè)，交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展仍然處于比較落后的階段，特別是我國(guó)的農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)需要提高。灌溉系統(tǒng)自動(dòng)化水平的高低是衡量我國(guó)高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)決定因素。自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的進(jìn)步與提高對(duì)于緩解我國(guó)水資源緊缺現(xiàn)象、節(jié)約勞動(dòng)力資源和成本，擴(kuò)大灌溉面積、實(shí)現(xiàn)“兩個(gè)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(guó)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(zhǎng)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(guó)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(guó)外產(chǎn)品在安裝和維護(hù)過(guò)程所需要的程序都很復(fù)雜，并不適合在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力大的地區(qū)使用。相比較而言，由我國(guó)研發(fā)并制造的噴灌設(shè)備其成本相對(duì)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(duì)其的調(diào)試與維護(hù)工作比較困難，靈敏度也不夠高，不能完全實(shí)現(xiàn)定時(shí)定量噴灌，所以該類(lèi)產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率不是很高。PLC的優(yōu)點(diǎn)是體積小、功能強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、可靠性高和組裝靈活，這些優(yōu)點(diǎn)使其能夠廣泛應(yīng)用于國(guó)防、電力和通訊等領(lǐng)域，但是在我國(guó)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(jì)了一種自動(dòng)灌溉裝置的PLC控制系統(tǒng)。可編程序控制器(簡(jiǎn)稱(chēng)PLC)應(yīng)用在節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)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(yùn)行等一系列優(yōu)點(diǎn)，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(guò)更改軟件設(shè)置來(lái)迎合多種運(yùn)行方式的需求，是繼我國(guó)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(shí)現(xiàn)無(wú)人值守或半無(wú)人值守狀態(tài)，具有廣闊的應(yīng)用前景和有效的使用價(jià)值[1]?，F(xiàn)代化的智能型控制系統(tǒng)和程序的應(yīng)用是對(duì)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(guò)程中進(jìn)行科學(xué)、有效的管理，降低對(duì)操作者本身知識(shí)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?gòu)氖律糖饘W(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)2產(chǎn)的生產(chǎn)者的勞動(dòng)量，更重要的是它能夠、定量、準(zhǔn)確、定時(shí)、高效地給農(nóng)作物自動(dòng)補(bǔ)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(diǎn)：(1)編程方便，現(xiàn)場(chǎng)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(jì)算機(jī)。(6)成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)。(7)輸入可以是交流115V。(8)能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥，接觸器等。(9)在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小變更。(10)用戶(hù)程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4K。(11)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)的控制，提高可靠(12)去除了大部分繼電器，控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，外部線(xiàn)路簡(jiǎn)化。(13)PLC可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種繁瑣的系統(tǒng)的控制。(14)PLC可對(duì)故障進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)與報(bào)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(yùn)行效率。(16)更改控制方案時(shí)不需要改動(dòng)硬件接線(xiàn)。1.2國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)今全球灌溉技術(shù)比較先進(jìn)的國(guó)家主要是西歐的法國(guó)、英國(guó)、意大利、荷蘭、西班牙，美國(guó)，亞洲的日本，中東的以色列等生產(chǎn)力水平較高的國(guó)家[2]。因?yàn)檫@些國(guó)家的自動(dòng)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(guó)高。特別是一些有著先進(jìn)技術(shù)的國(guó)家，它們?cè)谧詣?dòng)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(jìn)的灌溉控制技術(shù)及適用于不同農(nóng)作物的不同營(yíng)養(yǎng)液的配方和營(yíng)養(yǎng)液自動(dòng)混合技術(shù)的進(jìn)步，并進(jìn)一步發(fā)展行成并擁有了灌溉專(zhuān)家系統(tǒng)。這些國(guó)家同時(shí)不斷的把先進(jìn)的生產(chǎn)控制技術(shù)成功的應(yīng)用于世界上灌溉技術(shù)的發(fā)展最具有代表性的國(guó)家應(yīng)首推以色列。以色列擁有像普拉斯托、耐特費(fèi)姆、美滋一雷鷗等一系列世界級(jí)的著名的灌溉公司。并且已經(jīng)出現(xiàn)了利用電子計(jì)算商丘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)3機(jī)對(duì)灌溉過(guò)程實(shí)行全部控制(包括無(wú)線(xiàn)、有線(xiàn))的農(nóng)場(chǎng)的場(chǎng)主。目前我國(guó)現(xiàn)代自動(dòng)灌溉技術(shù)的發(fā)展主要是在引進(jìn)、消化技術(shù)的基礎(chǔ)上，從無(wú)到有，逐步被人們認(rèn)識(shí)和接受。雖然灌溉技術(shù)在我國(guó)近十幾年來(lái)得到了一定速度的發(fā)展，但是和西方先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)的綜合環(huán)境對(duì)其的控制力還不夠高，自動(dòng)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(jìn)吸收階段?，F(xiàn)今，我國(guó)的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的發(fā)展水平相對(duì)于先進(jìn)國(guó)家依然存在的差距是：(1)營(yíng)養(yǎng)液的自動(dòng)混合控制水平較低。營(yíng)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(guò)管網(wǎng)送到作物周?chē)碾A段，該技術(shù)的發(fā)展水平還較低。(2)自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)不夠完善，我們國(guó)家目前為止還沒(méi)有生產(chǎn)出成型的設(shè)備，除了購(gòu)買(mǎi)外國(guó)的先進(jìn)的設(shè)備之外，現(xiàn)今大部分還是人工控制閥門(mén)的設(shè)備的生產(chǎn)和加工。(3)灌溉依然是僅僅局限于一個(gè)單一的方面，不能實(shí)現(xiàn)和其他環(huán)境問(wèn)題的協(xié)調(diào)發(fā)展。(4)不能實(shí)現(xiàn)灌溉系統(tǒng)的全面應(yīng)用。我國(guó)的灌溉技術(shù)和水平離一些先進(jìn)國(guó)家還有很大的差距，我國(guó)現(xiàn)今的灌溉控制基本上還是按照勞動(dòng)人民的經(jīng)驗(yàn)去進(jìn)行，并沒(méi)有很大的進(jìn)步和提高。總而言之，在現(xiàn)代灌溉技術(shù)的開(kāi)發(fā)和研制方面，一些國(guó)外的先進(jìn)國(guó)家還是在很多方面領(lǐng)先與我國(guó)的，根據(jù)我國(guó)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(wèn)題，尤其是在自動(dòng)控制系統(tǒng)方面需要加大研發(fā)力度。2自動(dòng)灌溉裝置的控制要求(1)灌溉設(shè)備方面：可選用3臺(tái)IS級(jí)單吸離心泵作為灌入的水泵，該灌水泵的型號(hào)確定為IS200-150-250的控制系統(tǒng)，同時(shí)確定使用型號(hào)為Y225S-4的三臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)，作為該水泵的原動(dòng)機(jī)，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(dòng)控制的電路，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由三根三相電源線(xiàn)組成，兩邊的分別是一對(duì)常開(kāi)的觸點(diǎn)和一對(duì)常閉的觸點(diǎn)，它們的作用是進(jìn)行自鎖和連鎖。液體位置的開(kāi)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(gè)高度來(lái)輸出進(jìn)行開(kāi)關(guān)量的信號(hào)。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(hào)的形式進(jìn)行輸控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，如圖2.1所示。根據(jù)灌溉植物的特點(diǎn)，對(duì)其控制應(yīng)滿(mǎn)足植物的需4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(kāi)關(guān)，實(shí)時(shí)鐘，帶動(dòng)水泵的電機(jī)等組成[7]。繼電器控制盤(pán)繼電器控制盤(pán)水泵1水泵2水泵3注水管?chē)婎^1噴頭2液位開(kāi)關(guān)實(shí)時(shí)鐘信號(hào)水源圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖M8012為特殊輔助繼電器。M8012為100ms時(shí)鐘脈沖繼電器。由計(jì)數(shù)器C0與M8012的組合，使計(jì)數(shù)器產(chǎn)生計(jì)時(shí)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(lèi)型的植物，使時(shí)鐘的信號(hào)和液位傳感器的信號(hào)輸入到PLC,通過(guò)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(shí)間的啟停，從而控制灌溉三種植物。如圖2.1所示，本系統(tǒng)采用PLC來(lái)控制植物的灌溉。A類(lèi)植物是水生植物，要求通過(guò)液位開(kāi)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(huì)不同，當(dāng)水位處于最低點(diǎn)時(shí)，液位開(kāi)關(guān)將會(huì)輸出信號(hào)到PLC,從而控制X002閉合，一號(hào)電磁閥得到電力開(kāi)始啟動(dòng)進(jìn)行工作，一號(hào)電磁閥指示燈亮，一號(hào)電機(jī)先進(jìn)行星形連接。2秒后電機(jī)三角形進(jìn)行連接，一號(hào)電機(jī)打動(dòng)水泵1開(kāi)始工作，開(kāi)始往水池里注水。當(dāng)水位處于最高點(diǎn)時(shí)，液位開(kāi)關(guān)將會(huì)輸入信號(hào)到PLC,從而控制X003閉合，同時(shí)1號(hào)電磁閥將會(huì)斷電，1號(hào)電磁閥指示燈熄滅，一號(hào)電機(jī)停止工作，水泵1將會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，水泵1往水池里注水的任務(wù)也將停止。B類(lèi)植物需要定時(shí)灌溉，要求6:00-6:30之間，23:00-23:30之間打開(kāi)噴灌系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)灌溉系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間段的啟動(dòng)或斷開(kāi)，在每天23:00二號(hào)電磁閥開(kāi)啟，二號(hào)電磁閥指示燈亮，2號(hào)電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)水泵2工作，到了23:30,二號(hào)電磁閥斷開(kāi)。商丘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)5二號(hào)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，從而水泵2停止工作，停止對(duì)B類(lèi)植物澆灌。在每天6:00二號(hào)電磁閥開(kāi)啟，二號(hào)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)水泵2工作，延續(xù)到6:30,二號(hào)電磁閥斷開(kāi)，二號(hào)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)?？刂茋婎^1在6:00-6:30噴水。C類(lèi)植物需要每隔一天的晚上23:00灌溉一次，每次10分鐘。通過(guò)時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)灌溉系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間段的啟動(dòng)或斷開(kāi)，每隔一天的晚上23:00灌溉一次，這里用兩個(gè)計(jì)數(shù)器已達(dá)到延時(shí)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(shí)候的23:00噴頭2在此噴水。三號(hào)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)水泵3工作，控制噴頭2,澆灌C類(lèi)植物。這里關(guān)鍵是把計(jì)數(shù)器作為時(shí)間繼電器用。2.3控制要求A類(lèi)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(diǎn)時(shí)液位開(kāi)關(guān)將會(huì)輸出控制信號(hào)到PLC控制系統(tǒng)，控制X002閉合，一號(hào)電磁閥得到電力開(kāi)始啟動(dòng)，一號(hào)電磁閥指示燈亮，一號(hào)電機(jī)將進(jìn)形連接。2秒后電機(jī)三角形機(jī)構(gòu)開(kāi)始連接，一號(hào)電機(jī)促動(dòng)水泵1開(kāi)始工作，往水池里注水。當(dāng)水位處于最高點(diǎn)時(shí)，液位開(kāi)關(guān)將輸出信號(hào)到PLC控制系統(tǒng)，控制X003閉合，同時(shí)給1號(hào)電磁閥斷電，1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將停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)停止往水池注水工作[8]。B類(lèi)植物：通過(guò)實(shí)時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)灌溉系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間段的啟動(dòng)或斷開(kāi)，在每天23:00二號(hào)電磁閥開(kāi)啟，二號(hào)電磁閥指示燈亮，2號(hào)電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)水泵2工作，到了23:30,二號(hào)電磁閥斷開(kāi)[9]。二號(hào)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，從而水泵2停止工作，停止對(duì)B類(lèi)植物澆灌。在每天6:00二號(hào)電磁閥開(kāi)啟，二號(hào)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)水泵2工作，延續(xù)到6:30,二號(hào)電磁閥斷開(kāi)，二號(hào)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。控制噴頭1在6:00-6:30噴水。C類(lèi)植物：通過(guò)實(shí)時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)灌溉系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間段啟動(dòng)或斷開(kāi)，每隔一天的晚上23:00灌溉一次，這里用兩個(gè)計(jì)數(shù)器達(dá)到延時(shí)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(hào)點(diǎn)擊運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)水泵3工作，控制噴頭2,澆灌C類(lèi)植物。這里關(guān)鍵是把計(jì)數(shù)器作為時(shí)間繼電器用。3自動(dòng)灌溉PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)原則系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)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(diǎn)來(lái)說(shuō)，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(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，首先應(yīng)該考慮的是系統(tǒng)的完整性。如果沒(méi)有考慮系統(tǒng)的完整性，那么在安裝和使用該系統(tǒng)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)這樣或者那樣的問(wèn)題，并且會(huì)給系統(tǒng)在實(shí)商丘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)6際應(yīng)用中帶來(lái)很多本來(lái)可以避免的麻煩。而且最好使設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)的使用性能稍高于實(shí)際的需求，如果能按這樣的要求設(shè)計(jì)，那么系統(tǒng)的擴(kuò)展性相對(duì)而言就會(huì)較好，在實(shí)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(jì)好的系統(tǒng)能否正常、可靠地進(jìn)行工作，即該系統(tǒng)在一定的條件下和一定的時(shí)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(mǎn)足重要場(chǎng)合下的可靠性的要求、是否進(jìn)行冗余配置。對(duì)于電子計(jì)算機(jī)測(cè)量控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，無(wú)論該系統(tǒng)在原理上如何的先進(jìn)、功能如何的全面、精度如何的高級(jí)，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(jìn)行長(zhǎng)期可靠的正常運(yùn)行，那么該系統(tǒng)就只有價(jià)值并沒(méi)有使用價(jià)值。(3)發(fā)展性原則發(fā)展性原則有兩個(gè)重要的方面：①就是要留有發(fā)展余地，在進(jìn)行系統(tǒng)配置的同時(shí)，也要考慮如果系統(tǒng)的規(guī)模增大了怎么辦?如果不能滿(mǎn)足實(shí)際需求了怎么辦?②就是要求在研發(fā)過(guò)程中盡量選擇技術(shù)壽命長(zhǎng)，機(jī)器的維修及零部件的補(bǔ)充比較方便的系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。(4)經(jīng)濟(jì)性原則在系統(tǒng)的研發(fā)過(guò)程中，還要考慮性?xún)r(jià)比的問(wèn)題。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中并不能一味的追求一些復(fù)雜、繁瑣的高級(jí)方案，要在滿(mǎn)足生產(chǎn)力需求的前提下，盡可能多的采用一些簡(jiǎn)單實(shí)用的方案和設(shè)計(jì)方法。但是由于該系統(tǒng)是要求較高的專(zhuān)業(yè)的測(cè)量系統(tǒng)，系統(tǒng)的研發(fā)成本是衡量系統(tǒng)造價(jià)的重要指標(biāo)，所以要盡可能的采取先進(jìn)、成熟的測(cè)控設(shè)備和方法，以期系統(tǒng)的性?xún)r(jià)比處于較良好的狀態(tài)。(5)開(kāi)發(fā)周期短由于經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，生產(chǎn)力水平更新周期越來(lái)越短，時(shí)間就是金錢(qián)，時(shí)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(shí)間，求獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效(6)操作維護(hù)方便在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到操作維護(hù)方便，使系統(tǒng)易學(xué)易用。PLC選型一般需要考慮以下因素：(1)系統(tǒng)可以方便地?cái)U(kuò)展，系統(tǒng)中輸入輸出信號(hào)均為開(kāi)關(guān)量。商丘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)7(2)輸入和輸出模塊模塊輸出的主要工作是將機(jī)器內(nèi)部系統(tǒng)信號(hào)電流轉(zhuǎn)換為外部過(guò)程的控制信號(hào)。小型整體式可編程控制器系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有一個(gè)可控的開(kāi)關(guān)電源，一方面可為機(jī)器內(nèi)部電路擴(kuò)展為大的單元供電。(4)響應(yīng)時(shí)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(shí)間不大于掃描周期所使用的輸入信號(hào)。系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間是指輸入信號(hào)產(chǎn)生的那一時(shí)刻與由此而使輸出信號(hào)狀態(tài)所發(fā)生得時(shí)刻變化的時(shí)間間隔。系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間=輸入濾波的時(shí)間+輸出濾波的時(shí)間+掃描的周期，即為該系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。根據(jù)灌溉系統(tǒng)控制要求需要5個(gè)輸入點(diǎn)，12個(gè)輸出點(diǎn)，按照預(yù)留10%~15%容量的原則，預(yù)留該系統(tǒng)共需20個(gè)I/O點(diǎn)，因?yàn)槿釬X2N-32MR-001PLC有16點(diǎn)輸入點(diǎn)，和16點(diǎn)輸出點(diǎn)，滿(mǎn)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(diǎn)分配如表3.2所示。輸入設(shè)備名稱(chēng)輸入點(diǎn)輸出設(shè)備名稱(chēng)輸出點(diǎn)電機(jī)啟動(dòng)按鈕一號(hào)電機(jī)星形接通停機(jī)按鈕一號(hào)電機(jī)三角形接通液位開(kāi)關(guān)(下)二號(hào)電機(jī)星形接通液位開(kāi)關(guān)(上)二號(hào)電機(jī)三角形接通初始化脈沖M8002三號(hào)電機(jī)星形接通運(yùn)行監(jiān)視器M8000三號(hào)電機(jī)三角形接通二號(hào)電磁閥置位開(kāi)關(guān)一號(hào)電磁閥二號(hào)電磁閥三號(hào)電磁閥一號(hào)電磁閥指示燈二號(hào)電磁閥指示燈三0號(hào)電磁閥指示燈商丘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)8FXFX2N-32MR-001I/O外部線(xiàn)圖如圖3.4所示。主電路圖如圖3.5所示，三相異步電動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生較大的啟動(dòng)電流。為了避免電網(wǎng)產(chǎn)生較大的壓降，要求啟動(dòng)電流不能太大，同時(shí)希望產(chǎn)生足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。為了降低電壓，減小電流，采用Y/△啟動(dòng)，這種啟動(dòng)是最常見(jiàn)也是最常用的一種降壓?jiǎn)?dòng)電路。Y/△發(fā)動(dòng)降壓發(fā)動(dòng)電路是指電動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)的時(shí)候，把定子組繞組接成星星的形狀，以降低啟動(dòng)電壓的水平，達(dá)到縮小啟動(dòng)電流的目的；待電動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)后，再把定子繞組改接成三角形的形狀，使電動(dòng)機(jī)進(jìn)行全壓運(yùn)行。故本系統(tǒng)采用降壓?jiǎn)?dòng)方式的處理系統(tǒng)。啟動(dòng)停止液位開(kāi)關(guān)(下)液位開(kāi)關(guān)(上)二號(hào)電磁閥液位開(kāi)關(guān)工X000X002X003X004Y00OYO10YO11Y020YO21Y002Y003Y004Y005Y006Y007電磁閥2H圖3.4I/O外部接線(xiàn)圖KMKM1FRKM4FR圖3.5電機(jī)啟動(dòng)主電路圖商丘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)94自動(dòng)灌溉PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)原則自動(dòng)灌溉系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)做到以下幾點(diǎn)：(1)準(zhǔn)確性：灌溉系統(tǒng)的全自動(dòng)控制不僅能實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的不同灌溉單元精確控制打開(kāi)和關(guān)閉的時(shí)間，并確保整個(gè)地區(qū)灌溉時(shí)間的一致性和準(zhǔn)確性。(2)高效性：采用自動(dòng)化控制，讓灌水單元在設(shè)定好的程序下自動(dòng)運(yùn)行，大大節(jié)省了人力的開(kāi)支。(3)節(jié)水性：體現(xiàn)在時(shí)間的精準(zhǔn)控制上自動(dòng)停止灌溉，避免長(zhǎng)時(shí)灌溉所造成水的浪費(fèi)。(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(jìn)行幾個(gè)簡(jiǎn)單的編程或是啟動(dòng)一鍵開(kāi)啟操作系統(tǒng)就可以完成這個(gè)區(qū)域的日常灌水任務(wù)。(5)安全性：自動(dòng)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(jì)根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)控制流程圖如圖4.1所示。主程序主程序一號(hào)電磁閥斷開(kāi)一號(hào)電磁閥開(kāi)啟N23:00-23:1NY三號(hào)電磁閥開(kāi)啟二號(hào)電機(jī)啟動(dòng)Y二號(hào)電磁閥開(kāi)啟N三號(hào)電磁閥斷開(kāi)二號(hào)電磁閥斷開(kāi)機(jī)停止二號(hào)電機(jī)停止一號(hào)電機(jī)啟動(dòng)自動(dòng)灌溉三電號(hào)Y圖4.1自動(dòng)灌溉系統(tǒng)控制流程圖4.3梯形圖程序設(shè)計(jì)根據(jù)控制流程圖設(shè)計(jì)梯形圖程序如附錄A所示。4.3.1A類(lèi)水生植物梯形圖程序設(shè)計(jì)(1)A類(lèi)植物灌溉控制流程圖設(shè)計(jì)A類(lèi)植物灌溉控制流程圖如圖4.2所示。主程序自動(dòng)灌溉NY閥斷開(kāi)一號(hào)電機(jī)停止一號(hào)電磁閥開(kāi)啟一號(hào)電機(jī)啟動(dòng)NY圖4.2A類(lèi)植物灌溉控制流程圖(2)A類(lèi)植物灌溉梯形圖程序設(shè)計(jì)根據(jù)如圖4.2所示的A類(lèi)植物灌溉控制流程圖設(shè)計(jì)梯形圖程序如圖4.3所示。當(dāng)PLC控制系統(tǒng)接收到啟動(dòng)信息后將開(kāi)啟自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，自動(dòng)灌溉系統(tǒng)對(duì)水位進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)水位低于預(yù)定值S2時(shí)一號(hào)電磁閥開(kāi)啟，一號(hào)電機(jī)啟動(dòng)進(jìn)行灌溉，直到水位達(dá)到預(yù)期值時(shí)，此信息將被反饋到自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，此時(shí)將關(guān)閉一號(hào)電磁閥，一號(hào)電機(jī)停止。如果主程序啟動(dòng)后，PLC控制系統(tǒng)檢測(cè)到水位大于預(yù)期值時(shí)一號(hào)電磁閥和一號(hào)電機(jī)不會(huì)啟動(dòng)。A類(lèi)水生植圖4.3A類(lèi)植物灌溉梯形圖(1)B類(lèi)植物灌溉控制流程圖設(shè)計(jì)B類(lèi)植物灌溉控制流程圖如圖4.4所示。當(dāng)時(shí)鐘到達(dá)23:30分時(shí)，二號(hào)電磁閥斷開(kāi)，二號(hào)電機(jī)停止。②當(dāng)時(shí)鐘到達(dá)6:00分時(shí)，二號(hào)電磁閥自動(dòng)閉合，二號(hào)電機(jī)啟動(dòng)對(duì)B類(lèi)植物進(jìn)行灌溉，當(dāng)時(shí)鐘到達(dá)6:30分時(shí)，二號(hào)電磁閥斷開(kāi)，二號(hào)電機(jī)停止。(2)B類(lèi)植物灌溉梯形圖程序設(shè)計(jì)根據(jù)如圖4.4所示的B類(lèi)植物灌溉控制流程圖設(shè)計(jì)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C類(lèi)植物灌溉控制流程圖如圖4.6所示。對(duì)C類(lèi)植物灌溉的實(shí)施方案為每隔24小時(shí)進(jìn)行一次灌溉，時(shí)鐘在23:00時(shí)三號(hào)電磁閥自動(dòng)閉合，三號(hào)電機(jī)啟動(dòng)，到23磁閥自動(dòng)斷開(kāi)，三號(hào)電機(jī)停止工作，系統(tǒng)停止灌溉。如果在其他時(shí)間C類(lèi)植物灌溉梯形圖如圖4.6所示。NY二號(hào)電磁閥開(kāi)啟二號(hào)電機(jī)啟動(dòng)機(jī)停止Y圖4.4B類(lèi)植物灌溉控制流程圖圖4.5B類(lèi)植物灌溉梯形圖(23:00-23:30)開(kāi)始初始化每隔一天23:00-23:10Y三號(hào)電磁閥開(kāi)啟三號(hào)電機(jī)啟動(dòng)N三號(hào)電磁閥斷開(kāi)三號(hào)電機(jī)停止圖4.6C類(lèi)植物灌溉控制流程圖商丘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)041M2002HM8000H248000H-M109HHY004M109M111HM80D2SMOvD32k?—[TRD030D31M108—[RSTM111一M8002M111534上M109M112M8002M112M8002M112上M8002H81|M112HM100M8012HM8012HKED——-[RsTCJM8C12n-[RSTKS0D-(CoKED—(Yo20—T250圖4.7C類(lèi)植物灌溉梯形圖置系統(tǒng)，因此非特殊情況無(wú)需采取什么特別措施，就可以在工業(yè)環(huán)境中直接使用。但果環(huán)境情況過(guò)于惡劣、電磁波干擾強(qiáng)烈，或者在設(shè)備安裝本設(shè)計(jì)在對(duì)采取先分部模擬仿真然后將總程序進(jìn)行模擬仿真度的方法。仿真軟件為(1)輸入接線(xiàn)①輸入接線(xiàn)一般不要超過(guò)30m。但如果環(huán)境干擾較小的情況下，電壓下降不多時(shí)，可(2)電源接線(xiàn)PLC供電電源為50Hz、220V±10%的交流電。由于本設(shè)計(jì)使用的是FX2N系列可編程控制器，所以有直流24V輸出接線(xiàn)端。該接線(xiàn)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(diǎn)，完善接地系統(tǒng)接地的目的一般情殊時(shí)候發(fā)生的電壓沖擊的危害。所以我們必須給可編程控輸入系統(tǒng)梯形圖，轉(zhuǎn)換并點(diǎn)擊開(kāi)始模擬，通過(guò)強(qiáng)制更改原件當(dāng)前值商丘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)圖5.1A類(lèi)灌溉時(shí)序圖B類(lèi)植物通過(guò)PLC的實(shí)時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)灌溉系統(tǒng)在時(shí)間段的啟動(dòng)和斷開(kāi)。控制開(kāi)關(guān)的時(shí)間可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行重新設(shè)定和編程調(diào)整，B類(lèi)植物定時(shí)灌溉的時(shí)間要求為：6:00-6:30,B類(lèi)植物灌時(shí)序圖如圖5.2、圖5.3所示。ER#f?eHDwimWDuiouBmambm調(diào)開(kāi)文如廣對(duì)開(kāi)細(xì)138第n商丘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)件圖5.3B類(lèi)灌溉時(shí)序圖(23:00-23:30)C類(lèi)植物通過(guò)PLC的實(shí)時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)灌溉控制系統(tǒng)在時(shí)間段的啟動(dòng)或斷開(kāi)，時(shí)間可根