基于PLC的全自动灌溉控制系统的设计

基于PLC的全自动灌溉控制系统的设计[摘要]介绍了可编程序控制器(PLC)在节水灌溉控制系统中的应用,系统具有手动灌溉模式,能根据用户要求设定各灌区的灌溉顺序和灌溉时间;同时系统具有自动灌溉模式,通过内置程序把湿度传感器测定的土壤湿度信号输入到PLC,与土壤最佳含水量对比,进一步控制电机和电磁阀的启闭;为了减小水泵电机的启动电流,减轻对电网形成的冲击,减小能耗,系统启动采用Y/�启动。[关键词]�PLC;节水灌溉;土壤湿度;Y/�启动;自动灌溉控制系统当前,随着电气信息技术在节水灌溉工程中的应用,发达国家如美国、以色列、荷兰、加拿大、澳大利亚等成功开发了一系列用途广泛、功能极强的灌溉控制器。而我国在开发自动灌溉控制系统方面与发达国家差距较大,还处于研制、试用阶段,随着水资源的日趋紧张及信息技术的发展,开发具有自主知识产权的节水灌溉控制系统不仅具有广阔的市场前景,而且具有巨大的社会效益[1,2]。本文以PLC为核心,选用C40C型可编程控制器来开发了一套灌溉控制系统,所开发的控制系统能手动设置对各轮灌区定时灌溉,也可以通过土壤湿度传感器与控制器形成全自动闭环控制系统。同时为了减少水泵电机启动电流,减轻对电网形成的冲击,减小能耗,水泵电机采用Y/�启动。1�PLC输入/输出点分配及系统结构框图本文所选用的C40C可编程序控制器输入24点(X0~X23),输出16点(Y0~Y15),带有RS232口及日历/时钟功能,供电电源为24V直流或100~240V交流,同时可以控制4路A/D、4路D/A。系统可以方便地扩展输入/输出口,系统中除湿度传感器为模拟信号外,其它输入/输出信号均为开关量,PLC各个输入/输出点分配情况见表1。根据灌溉控制系统的要求,系统由PLC控制器C40C,直流24V电源,起/停按钮,数据采集器件包括土壤湿度传感器、雨量传感器和各类按钮,执行输出器件包括电磁阀,带动水泵的电机,报警装置为报警指示闪烁灯或报警电铃,同时当系统处于某个工作状态时对应的指示灯亮,如果在大规模的灌区中,要实现集中化管理,可以通过PLC的RS232口与管理机通信,控制系统的结构框图见图1。2�控制系统各部分功能及设计控制系统包括电机Y/�启动,手动控制模式,自动控制模式。因本系统除了湿度传感器和雨量传感器输入为模拟量外,其他输入/输出均为数字量,编程控制器本身的抗干扰能力能满足要求。PLC的容量包括I/O点数、用户存储器的容量。系统采用FP1可编程控制器专用编程软件编制梯形图。2.1�电机Y/�启动系统要求当按下启动按钮时,首先电动机运行,带动水泵抽水。同时系统中电机采用Y/�启动,启动时继电器KMY接通。2s后KMY断开,继电器KM�接通,即完成Y/�启动,控制梯形图见图2。.2.2手动灌溉模式系统具有手动设定各电磁阀的开启时间和开启顺序的功能,当某个电磁阀闭合时相应的指示灯亮。当雨量传感器有信号,即下雨时,将停止灌溉,同时雨量报警器报警,本灌溉系统要求为一号灌区灌溉10min,打开2号灌区电磁阀灌水5min,然后打开3号灌区电磁阀灌水15min,最后停止灌溉。所设计的控制梯形图见图3。图3�手动灌溉模式梯形图.3�自动灌溉模式本灌溉控制器能根据土壤湿度传感器得到的土壤湿度信号,与设定的适于作物生长的土壤湿度进行比较,然后决定是否灌溉,自动进行电机与各电磁阀的起闭。在本系统中选用2000YZ型土壤负压传感器来测量土壤湿度,测量范围为负压值0~-85kPa,基本上在植物的需水范围,一般说来,当土壤吸力大于-70kPa值,土壤就需要灌水,否则会影响植物的生长,该压阻传感器输出为0-50mv;测量深度为200mm~2000mm,地面以下部分根据需要而定,总精度为2%左右;使用环境为0~500!。在小麦拔节∀抽穗期土壤最佳含水量用土壤负压表示为-50kPa~-60kPa,即当土壤负压小于-60kPa时,打开灌水阀门对作物进行灌溉[4]。在该系统中把湿度传感器得到的土壤湿度信号放入PLC的数据寄存器DT0中,把所设定的土壤湿度上限值(-50kPa)放入DT4,下限值(-60kPa)放入DT2,同时当土壤缺水或适宜时,相应的指示灯亮,所对应的拔节∀抽穗期自动灌溉程序见图4。3�结语本文以C40C可编程序控制器为核心来构建节水灌溉控制系统,系统具有手动设定功能,能根据用户要求设定对某一灌区的灌水时间;系统还具有全自动灌溉功能,能根据土壤湿度传感器得到的土壤湿度信号与土壤的最佳湿度值对比,自动做出灌溉计划;系统采用Y/�变换启动水泵电机来减少启动电流,减轻对电网形成的冲击,减小能耗。附录—托普物联网托普物联网是浙江托普仪器有限公司旗下的重要项目。浙江托普仪器是国内领先的农业仪器研发生产商，依据自身在农业领域的研发实力，和自主研发的配套设备，在农业物联网领域崭露头角！托普物联网以客户需求为源头，结合现代农业科技、通信技术、计算机技术、GIS信息技术，以及物联网技术，竭诚为传统行业提供信息化、智能化的产品与端到端的解决方案。主要有：大田种植智能解决方案、畜牧养殖管理解决方案、食品安全溯源解决方案、食用菌种植智能化管理解决方案、水产养殖管理解决方案、温室大棚智能控制解决方案等。托普物联网三大系统产品我们知道物联网主要包括三大层次，即感知层、传输层和应用层。因此托普物联网产品主要以这三个层次延伸，涵盖了感知系统（环境监测传感设备）、传输系统（数据传输处理网络）、应用系统（终端智能控制平台。）托普物联网模块化智能集成系统托普物联网依据自身研发优势，开发了多种模块化智能集成系统。1、传感模块：即环境传感监测系统。它依据各类传感设备可以完成整个园区或完成对异地园区所需数据监测的功能。2、终端模块：即终端智能控制系统。它可以完成整个园区或远程控制异地园区进行自动灌溉、自动降温、自动开启风机，自动补光及遮阳，自动卷帘，自动开窗关窗，自动液体肥料施肥、自动喷药等各类农业生产所需的自动控制。3、视频监控模块：即实时视频监控系统。主要是通过监控中心实时得到植物生长信息，在监控中心或异地互联网上既可随时看到作物的实时生长状况。4、预警模块：即远程植保预警系统。可以通过声光报警、短信报警、语音报警等方式进行预警。5、溯源模块：即农产品安全溯源系统。该系统对农产品从种植准备阶段、种植和培育阶段、生长阶段、收获阶段等对作物生长环境、喷药施肥情况、病虫害状况等实施实时信息自动记录，有据可查，在储藏、运输、销售阶段采用二维码或者RFID射频技术对各个阶段数据记录，这样就能实现消费者拿到农产品时通过终端设备或网络就能查看到各类信息，才能放心食用。6、作业模块：即中央控制室。可通过总控室对整个区域情况进行监测，包括各个区域采集点参数、控制作业状态、实时视频图像、施肥喷药状况、报警信息等。参考文献[1]�张�兵,袁寿其,成�立.国内外节水灌溉自动化技术发展现状与展望.排灌机械,2003(2):37�41.[2]�张�兵.智能化节水灌溉控制系统的设计与研究[D].镇江:江苏大学,2003.[3]�常斗南,李全利,张学武.可编程序控制器原理�应用�试验[M].北京:机械工业出版社,2002.[4]�RenatoSilviodaFrotaRibeiro.Fuzzylogicbasedauto�matedirrigationcontrolsystemoptimizedvianeuralnet�works[A].AdissertationpresentedforthePHD.Theu�niversityofTennessee.America,1998:74�83.