基于PLC的全自动灌溉控制系统的设计

基于基于 PLC 的全自动灌溉控制系统的设计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 RenatoSilviodaFrot