基于PLC的全自動灌溉控制系統(tǒng)的設計

基于PLC的全自動澆灌限制系統(tǒng)的設計[摘要]介紹了可編程序限制器(PLC)在節(jié)水澆灌限制系統(tǒng)中的應用,系統(tǒng)具有手動澆灌模式,能依據(jù)用戶要求設定各灌區(qū)的澆灌依次和澆灌時間;同時系統(tǒng)具有自動澆灌模式,通過內置程序把濕度傳感器測定的土壤濕度信號輸入到PLC,與土壤最佳含水量對比,進一步限制電機和電磁閥的啟閉;為了減小水泵電機的啟動電流,減輕對電網(wǎng)形成的沖擊,減小能耗,系統(tǒng)啟動采納Y/啟動。[關鍵詞]PLC;節(jié)水澆灌;土壤濕度;Y/啟動;自動澆灌限制系統(tǒng)當前,隨著電氣信息技術在節(jié)水澆灌工程中的應用,發(fā)達國家如美國、以色列、荷蘭、加拿大、澳大利亞等勝利開發(fā)了一系列用途廣泛、功能極強的澆灌限制器。而我國在開發(fā)自動澆灌限制系統(tǒng)方面與發(fā)達國家差距較大,還處于研制、試用階段,隨著水資源的日趨驚慌及信息技術的發(fā)展,開發(fā)具有自主學問產(chǎn)權的節(jié)水澆灌限制系統(tǒng)不僅具有廣袤的市場前景,而且具有巨大的社會效益[1,2]。本文以PLC為核心,選用C40C型可編程限制器來開發(fā)了一套澆灌限制系統(tǒng),所開發(fā)的限制系統(tǒng)能手動設置對各輪灌區(qū)定時澆灌,也可以通過土壤濕度傳感器與限制器形成全自動閉環(huán)限制系統(tǒng)。同時為了削減水泵電機啟動電流,減輕對電網(wǎng)形成的沖擊,減小能耗,水泵電機采納Y/啟動。1PLC輸入/輸出點安排及系統(tǒng)結構框圖本文所選用的C40C可編程序限制器輸入24點(X0~X23),輸出16點(Y0~Y15),帶有RS232口及日歷/時鐘功能,供電電源為24V直流或100~240V溝通,同時可以限制4路A/D、4路D/A。系統(tǒng)可以便利地擴展輸入/輸出口,系統(tǒng)中除濕度傳感器為模擬信號外,其它輸入/輸出信號均為開關量,PLC各個輸入/輸出點安排狀況見表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、雨量傳感器和各類按鈕,執(zhí)行輸出器件包括電磁閥,帶動水泵的電機,報警裝置為報警指示閃耀燈或報警電鈴,同時當系統(tǒng)處于某個工作狀態(tài)時對應的指示燈亮,假如在大規(guī)模的灌區(qū)中,要實現(xiàn)集中化管理,可以通過PLC的RS232口與管理機通信,限制系統(tǒng)的結構框圖見圖1。2限制系統(tǒng)各部分功能及設計限制系統(tǒng)包括電機Y/啟動,手動限制模式,自動限制模式。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力能滿意要求。PLC的容量包括I/O點數(shù)、用戶存儲器的容量。系統(tǒng)采納FP1可編程限制器專用編程軟件編制梯形圖。2.1電機Y/啟動系統(tǒng)要求當按下啟動按鈕時,首先電動機運行,帶動水泵抽水。同時系統(tǒng)中電機采納Y/啟動,啟動時繼電器KMY接通。2s后KMY斷開,繼電器KM接通,即完成Y/啟動,限制梯形圖見圖2。.2.2手動澆灌模式系統(tǒng)具有手動設定各電磁閥的開啟時間和開啟依次的功能,當某個電磁閥閉合時相應的指示燈亮。當雨量傳感器有信號,即下雨時,將停止?jié)补?同時雨量報警器報警,本澆灌系統(tǒng)要求為一號灌區(qū)澆灌10min,打開2號灌區(qū)電磁閥灌水5min,然后打開3號灌區(qū)電磁閥灌水15min,最終停止?jié)补唷ＫO計的限制梯形圖見圖3。圖3手動澆灌模式梯形圖.3自動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,與設定的適于作物生長的土壤濕度進行比較,然后確定是否澆灌,自動進行電機與各電磁閥的起閉。在本系統(tǒng)中選用2000YZ型土壤負壓傳感器來測量土壤濕度,測量范圍為負壓值0~-85kPa,基本上在植物的需水范圍,一般說來,當土壤吸力大于-70kPa值,土壤就須要灌水,否則會影響植物的生長,該壓阻傳感器輸出為0-50mv;測量深度為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壓表示為-50kPa~-60kPa,即當土壤負壓小于-60kPa時,打開灌水閥門對作物進行澆灌[4]。在該系統(tǒng)中把濕度傳感器得到的土壤濕度信號放入PLC的數(shù)據(jù)寄存器DT0中,把所設定的土壤濕度上限值(-50kPa)放入DT4,下限值(-60kPa)放入DT2,同時當土壤缺水或相宜時,相應的指示燈亮,所對應的拔節(jié)?抽穗期自動澆灌程序見圖4。3結語本文以C40C可編程序限制器為核心來構建節(jié)水澆灌限制系統(tǒng),系統(tǒng)具有手動設定功能,能依據(jù)用戶要求設定對某一灌區(qū)的灌水時間;系統(tǒng)還具有全自動澆灌功能,能依據(jù)土壤濕度傳感器得到的土壤濕度信號與土壤的最佳濕度值對比,自動做出澆灌安排;系統(tǒng)采納Y/變換啟動水泵電機來削減啟動電流,減輕對電網(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目。浙江托普儀器是國內領先的農業(yè)儀器研發(fā)生產(chǎn)商，依據(jù)自身在農業(yè)領域的研發(fā)實力，和自主研發(fā)的配套設備，在農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領域嶄露頭角！托普物聯(lián)網(wǎng)以客戶需求為源頭，結合現(xiàn)代農業(yè)科技、通信技術、計算機技術、GIS信息技術，以及物聯(lián)網(wǎng)技術，竭誠為傳統(tǒng)行業(yè)供應信息化、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、傳輸層和應用層。因此托普物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品主要以這三個層次延長，涵蓋了感知系統(tǒng)（環(huán)境監(jiān)測傳感設備）、傳輸系統(tǒng)（數(shù)據(jù)傳輸處理網(wǎng)絡）、應用系統(tǒng)（終端智能限制平臺。）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，開發(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)測系統(tǒng)。它依據(jù)各類傳感設備可以完成整個園區(qū)或完成對異地園區(qū)所需數(shù)據(jù)監(jiān)測的功能。2、終端模塊：即終端智能限制系統(tǒng)。它可以完成整個園區(qū)或遠程限制異地園區(qū)進行自動澆灌、自動降溫、自動開啟風機，自動補光及遮陽，自動卷簾，自動開窗關窗，自動液體肥料施肥、自動噴藥等各類農業(yè)生產(chǎn)所需的自動限制。3、視頻監(jiān)控模塊：即實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)。主要是通過監(jiān)控中心實時得到植物生長信息，在監(jiān)控中心或異地互聯(lián)網(wǎng)上既可隨時看到作物的實時生長狀況。4、預警模塊：即遠程植保預警系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^聲光報警、短信報警、語音報警等方式進行預警。5、溯源模塊：即農產(chǎn)品平安溯源系統(tǒng)。該系統(tǒng)對農產(chǎn)品從種植打算階段、種植和培育階段、生長階段、收獲階段等對作物生長環(huán)境、噴藥施肥狀況、病蟲害狀況等實施實時信息自動記錄，有據(jù)可查，在貯存、運輸、銷售階段采納二維碼或者RFID射頻技術對各個階段數(shù)據(jù)記錄，這樣就能實現(xiàn)消費者拿到農產(chǎn)品時通過終端設備或網(wǎng)絡就能查看到各類信息，才能放心食用。6、作業(yè)模塊：即中心限制室?？赏ㄟ^總控室對整個區(qū)域狀況進行監(jiān)測，包括各個區(qū)域采集點參數(shù)、限制作業(yè)狀態(tài)、實時視頻圖像、施肥噴藥狀況、報警信息等。參考文獻[1]張兵,袁壽其,成立.國內外節(jié)水澆灌自動化技術發(fā)呈現(xiàn)狀與展望.排灌機械,2003(2):3741.[2]張兵.智能化節(jié)水澆灌限制系統(tǒng)的設計與探討[D].鎮(zhèn)江:江蘇高校,2003.[3]常斗南,李全利,張學武.可編程序限制器原理應用試驗[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002.[4]RenatoSilviodaFrotaRibeiro