PLC水稻灌溉自动控制系统研究报告

1、个人资料整理 仅限学习使用基于 PLC 的水稻灌溉自动控制系统研究摘要：通过对水稻灌溉技术的研究，提出了一种由 PLC 开发的自动控 制灌溉系统的设计思想，介绍了该系统的工作原理并给出了软、硬件 设计方法,将其应用于水稻灌溉领域中，取得了较好的效果。实践证 明该系统具有节水降耗、提高水稻质量与产量的优点，具有较高的研 究价值。关键词:节水灌溉。PLC。自动控制1 系统组成及结构功能该系统由上位机组态监控系统，PLC,无线数传电台，太阳能加热控制系统，管道灌溉自动控制系统，温湿度等采集系统，土壤监测系统等组成。系统结构框图如图 1 所示。系统结构图(1上位机组态监控系统。上位机选用研华工业控制计

2、算机，在上位 机上采用组态软件动态显示系统进行图，含通讯、控制、人机界面及 数据库处理,可实时监测各项运行参数，进行数据管理，实现网络监 控。(2无线数传电台。采用日本日精超小型 ND250A 数传电台，该电台 功率大，连续工作能力强，抗干扰能力强。考虑到此控制系统应用面 积广,布线耗量大且不方便，所以采集到的数据信息均通过电台传 输。(3太阳能加热控制系统。一般灌溉用地下水水温在 5左右,直接灌溉不利于苗生长，利用太阳能对灌溉水进行加温调控，不仅快速将水调节到理想温度，而且节约能源。通过 太阳能加温使水温升高，将水温控制在设定的上下限温度之间 (18 30 ,当温度个人资料整理 仅限学习使用

3、传感器采样值低于下限值时循环水泵将水送入加热管进行热交换，出来后重新进入晒水池，反复循环，当温度传感器采样值达到上限值后，循环水泵停止工作，此时 水温正适合用于灌溉。(4管道灌溉自动控制系统。用 PLC 控制灌溉电磁阀，并采用低压 管道输水灌溉技术，灌水时仅需较低的压力，通过管道系统，将水直接 输送田间沟畦灌溉农田。本系统最大好处是省水、省人工时、省 地。通过管道输送水，避免渗透地下，自蒸发等损耗。(5温湿度等采样系统。本系统是一种可用于高可靠性环境的实时 监测网络系统，适用于各种需要对温度和湿度等环境参数有监测要求 的场合,尤其是不方便布线的应用场合，能对大范围内多点的温度和 湿度等信息进行

4、联网监测并记录。通过温度、湿度、液位、流量等 传感器采集相应的数据信息，经数传电台送入 PLC 中,程序判断何时 灌溉、灌溉用时以及灌溉用水量。(6 土壤监测系统。通过土壤养分测定仪测出土壤养分含量，将数据 通过 PLC 传入上位机,然后对照土壤养分丰缺指标，就可判断这块土 地的养分含量多寡，将土壤缺乏的养分通过组态监控系统显示，提醒 工作人员及时施肥。2 水稻灌溉自动控制系统设计2. 1 自动控制系统原理 系统控制拓扑图如图 2 所示。该系统的工作原理：系统开始工作时，将温湿度等传感器采集的 数据信息通过无线电台传入 PLC, 方面通过 PLC 内部程序分析数 据做出个人资料整理 仅限学习使

5、用控制判定是否开关水泵、电磁阀，另一方节水灌溉 图 2 系统控制拓扑图面 PLC 将数据信息以及控制信息经以太网传入上位机通过组态软件显示出来，操作人员可以实时看到系统工作信息也可以 通过组态软件手动控制系统工作。2. 2 硬件设计整个灌溉系统对 4 块实验田进行监控，其监测信号包括：太阳能晒水池水温监控、太阳能晒水池液位监控、管道灌溉流量监控、各块实验田的水温、液位、土壤饱和水量以及土壤养分 含量等信息监控，这些监控信号都是模拟量，因此选择 PLC 时 需有模拟量输入点。系统的控制信号包括：太阳能系统循环水 泵以及各块实验田灌溉电磁阀。根据系统控制和监测的要求，经过对系统控制点的分析，统 计

6、出 PLC 需要的各种类型的输入输出点数，输入 15 点均为模拟 量输入点,输出 15 点。通过对各种 PLC 性能指标、适用性及性 价比等方面的比较分析，最后选用美国罗克韦尔公司的 SLC500 系列可编程控制器。 它是一种模块结构的小型 PLC,指令丰富、 功能强大、可靠性高，最主要的是它的模块结构，使得 I/O 口扩 展更加灵活方便。PLC 控制电路图如图 3、图 4 所示,由于选用PLC 为模块式结构，所以控制电路图分为模拟量模块电路与开 关量模块电路。在模拟量电路中，各传感器采集信号通过数传 电台与数模转换设备使 PLC 获取能够识别的模拟量信号。2. 3 PLC 软件设计个人资料整

7、理 仅限学习使用水稻高产节水灌溉技术划分为 3 类：浅水灌溉,浅湿灌溉，浅润灌溉。其中最为有效的灌溉方式为浅湿灌溉。因此为达 到节水灌溉提高水稻的产量与质量的目的，灌溉控制程序需根 据浅湿灌溉的技术方式来设计。 PLC控制程序框图如图 5 所 示,依程序框图编写 PLC 控制梯形图。图 3 模拟量输入模块接线原理该系统分为手动和自动 2 种控制方式，手动运行时可手动 开停灌溉电磁阀。系统软件控制程序中，由于水稻的不同生长 时期需水量不同，因此PLC控制梯形图的编写只需按照流程 图,改变不同灌溉时期的水位与土壤湿度的上下限及灌水时间 即可。根据水稻生长习性，水稻对水温的要求一般在 25 30 比

8、较合适，水温过高对营养物质的积累不利，同时容易引起 病虫害,增加田间杂草。水温过低会使地温降低，肥料不易分 解,稻根生长不良，植株矮,发育迟,稻穗小，产量降低。因此灌 溉水水温在25 左右时最利于水稻生长。为提高灌溉水水 温,抽取灌溉用地下水需经太阳能加热控制系统加温后在进行 灌溉,当太阳能晒水池水温 T（取晒水池4 个温度传感器的平均 值，低于 20 时将池中水经循环泵（M带入太阳能系统，以此 方法循环加温使灌溉水水温始终保持在 25 左右。 灌溉时，通 过检测到得流量、田间液位以及土壤水分，在水稻的不同生长时 期改变他们的预设上下限值，来控制灌水量及灌水时间。2. 4 组态软件设计组态的含

9、义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源58 基于 PLC 的水稻灌溉自动控制系统研究纪建伟 哈 峥 李个人资料整理 仅限学习使用征明等图 4 开关量输出模块接线原理图图 5 软件控制流程图进行配置,达到计算机或软件按照预先设置自动执行特定任务,满足使用者要求的目的。为了更好的对整个灌溉过程进行监控，本系统选用了可以在 Window s 操作系统运行，由美国 Rockwell 公司开发的 RSView 32 软件进行组态控制界面的开发应用，使得在计算机上对系统进行直观的操作控制和各种数据的动态实时显示，运行系统主画面如图 6 所示。该系统开发的主要界面有：系统控制界面：实现系统控制软件化,可通

10、过计算机完成对 PLC 的输出控制以及电器柜上其他控制。状态现实界面：该界面监视现场设备运行情况,模拟整个系统工艺流程。实时数据显示以及曲线图显示界面:实时显示各监测数据信息，如:温度、湿度、液位、PLC 开 图 6 系统运行动态画面 关量参数等，并将重要参数的变化趋势做成直观的曲线图。报表记录界面：其中包括日监测记录、工作日志、月度报告、报表查询等。3 结语该系统本着高效的节水灌溉方式设计，一方面可以集中管个人资料整理 仅限学习使用理，加强控制。一方面可以按时按需定量供水，严格控制灌溉用水量,另一方面,可以通过自动测量设备，实施精确计量，为农业科技实验提供科学数据，以促成农业技术的推广进步和应用。参考文献：1薛迎成.罗克韦尔 PLC 技术基础及应用M .北京：中国电力出 版社,2009.2朱学林,徐志斌.节水灌溉远程控制系统的研制J .水利水电 技术,2004, 35( 9 : 117-119.3官平,谢守勇.基于 PLC 的灌溉控制系统设计J.节水灌溉,2006, ( 6 : 68- 71.4纪春生.水稻节水控制灌溉技术J .黑龙江水利科技，2007,(5 : 205- 206.5朱士江,孙爱华,张忠学.三江平原不同灌溉模式水稻需水规律及 水分利