基于PLC的農(nóng)作物噴灌控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文/馮錢東 趙娟

基于PLC的農(nóng)作物噴灌控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文/馮錢東 趙娟

本設(shè)計(jì)中采用三菱FX2N系列的PLC作為控制設(shè)備，結(jié)合PLC功能指令實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物噴灌控制系統(tǒng)，對(duì)各區(qū)采用不同的噴灌方式進(jìn)行灌溉，系統(tǒng)操作簡單可靠、實(shí)現(xiàn)方便、運(yùn)行穩(wěn)定。

PLC 噴灌 農(nóng)作物

以人工勞動(dòng)力噴灌為主的農(nóng)作物噴灌系統(tǒng)不僅耗時(shí)耗力達(dá)不到農(nóng)作物需水要求，不能滿足我國人口對(duì)糧食的需求，為了提高工作效益和節(jié)省人工，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，促進(jìn)生產(chǎn)自動(dòng)化，采用自動(dòng)化系統(tǒng)控制的模式進(jìn)行農(nóng)作物噴灌控制是適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一種方式。

目前，許多國家研制出了一系列高效節(jié)能的灌溉控制器，用途十分廣泛，而我國在灌溉技術(shù)上還待成熟。實(shí)現(xiàn)操作簡單、功能強(qiáng)大、適應(yīng)力廣泛、應(yīng)用簡易的節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)不僅有巨大的社會(huì)效益還有很長遠(yuǎn)的發(fā)展前景。

1 基于PLC的農(nóng)作物噴灌控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

控制噴灌系統(tǒng)的方法有很多，主要有單片機(jī)控制方法和PLC控制方法，無論采用單片機(jī)控制還是PLC控制都有著不同的優(yōu)缺點(diǎn)。單片機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)周期比較長，系統(tǒng)調(diào)試耗時(shí)長且復(fù)雜。除此之外，單片機(jī)抗干擾能力比較弱，所以對(duì)現(xiàn)場工作環(huán)境要求很苛刻。穩(wěn)定性差，成本低。PLC控制系統(tǒng)性能高、價(jià)格昂貴、但體系結(jié)構(gòu)封閉，各生產(chǎn)廠家硬件體系互不兼容、指令和編程系統(tǒng)異同。本設(shè)計(jì)選用三菱公司的可編程序控制器（PLC）作為主控制器。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)兩種操作方式。噴灌控制系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1：噴灌控制系統(tǒng)組成框圖

2 噴灌控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)將自動(dòng)控制與噴灌系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合起來，其控制系統(tǒng)功能示意圖如圖2所示。

圖2：控制系統(tǒng)功能示意圖

用PLC對(duì)農(nóng)作物噴灌控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制，其控制要求具體如下。首先，A灌區(qū)采用噴灌，噴霧2分鐘，停止5分鐘，如此反復(fù)，直到完工；在B灌區(qū)，以旋轉(zhuǎn)式噴頭噴灌，分2組，每組噴霧5分鐘，停止20分鐘，如此反復(fù)，直到完工；在C灌區(qū)，分2組，交替噴灌工作，灌溉1次；有手動(dòng)、自動(dòng)控制水泵，控制電磁閥開關(guān)，達(dá)到開/停目的；配備濕度測控裝置；自動(dòng)報(bào)警裝置；光報(bào)警系統(tǒng)、報(bào)警器試驗(yàn)按鈕，如遇意外，會(huì)自動(dòng)停止。

本設(shè)計(jì)選用為三菱公司的FX2N—80MR-001型為PLC主機(jī)；型號(hào)為FX2N-4AD的輸入模塊；三臺(tái)Y系列型號(hào)為Y200L-4的四級(jí)電動(dòng)機(jī)；CJX2-5011系列的直動(dòng)式交流接觸器；JR1型號(hào)的熱繼電器；ISW150-315B水泵機(jī)；FDR型的土壤濕度傳感器；LA系列的按鈕；LF-1000型橢圓型濾波器；FMD-116-型聲光報(bào)警器；BZCA-1P-K系列的電磁閥；220VPLC的供電電源；380V電機(jī)電源；220V控制電路負(fù)載電壓。

水泵電機(jī)主電路圖如圖3所示。PLC的控制電路圖如圖4所示。通過PLC噴灌系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)A灌區(qū)、B灌區(qū)和C灌區(qū)的啟動(dòng)、停止、復(fù)位、濕度達(dá)標(biāo)、手動(dòng)灌溉切換等功能。

圖3：水泵電機(jī)主電路圖

圖4：PLC的控制電路圖

3 噴灌控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)流程圖如圖5所示。

圖5：系統(tǒng)流程圖

PLC梯形圖程序設(shè)計(jì)采用模塊化編程，包括系統(tǒng)的主程序；A、B、C三個(gè)灌區(qū)的灌溉程序等。手動(dòng)模式下在A、B、C三個(gè)灌區(qū)工作時(shí)間內(nèi)隨時(shí)控制各區(qū)域工作時(shí)間內(nèi)隨時(shí)控制各區(qū)域的開始以及停止。自動(dòng)模式下，系統(tǒng)則按照工作要求自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行遇到緊急情況時(shí)，報(bào)警狀態(tài)采用手動(dòng)方式切除。

4 系統(tǒng)測試

在PLC程序設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)測試部分是不可缺少的，它起到保證系統(tǒng)可靠性，驗(yàn)證程序是否正確的作用。根據(jù)噴灌控制系統(tǒng)控制要求編寫好的程序輸入到PLC中，確認(rèn)無誤后在機(jī)器上進(jìn)行實(shí)際模擬調(diào)試。由于程序設(shè)計(jì)中輸入接口太多不便于實(shí)際操作，故對(duì)A、B、C三個(gè)罐區(qū)分別進(jìn)行測試。

5 結(jié)論

基于PLC的自動(dòng)化控制農(nóng)作物噴灌系統(tǒng)是將自動(dòng)控制與噴灌系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合起來，智能灌溉系統(tǒng)，利用硬件配置與軟件設(shè)置，構(gòu)建了一個(gè)溫度、濕度、雨量、壓力相結(jié)合。采用PLC為主控制系統(tǒng)，克服了繼電器等系統(tǒng)的不足，安全性和可靠性提高了。

[1]史國生.電氣控制及可編程控制器[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.

[2]魏德仙.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京:中國水利水電出版社,2009.

[3]廖常初.FX系列PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

[4]袁秀英.組態(tài)控制技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.

[5]董愛華.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京:中國電力出版社,2014.

[6]漆漢宏.PLC電氣控制技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

[7]范國偉.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社,2013.

作者單位荊楚理工學(xué)院學(xué)院 湖北省荊門市 448200

荊楚理工學(xué)院自然科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)算法的盲均衡技術(shù)及其在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信中的應(yīng)用研究、項(xiàng)目編號(hào)：ZR201514。