基于PLC的植物灌溉控制系統設計

文/靳瑞生 裴瑞婷

隨著我國科學技術的不斷發展壯大，現實中有很多的人工操作已經被自動化操作替代，我國把節水灌溉作為國民經濟發展的重點項目，同時對半干旱地區的生態環境也有所改善，利用PLC系統后，不僅大大節約了人工成本，也使自動化系統在現實生活中得到廣泛應用，目前大多數工業地區用PLC系統作為電器控制水平的衡量標準。根據環境監測得出的結論，對植物進行自動澆灌，該系統為配合控制，并且對檢測到的參數進行準確的實時監測，以此對所澆灌的植物進行控制。

1 系統組成

1.1 PLC的造型及擴展模塊的選定

可編程控制器是以微處理器作為基礎，綜合了一種新型的工業控制裝置系統，如計算機，自動控制及通信系統等技術，它的優點是：結構比較簡單，編程很方便，可靠性非常高等。它廣泛適用于工業生產過程，和工業裝置的自動化控制中，成為工業控制的重要手段，和工業中重要的基礎控制設備。隨著我國科技的不斷創新，PLC的功能也在不斷完善并加強，PLC系統的工作方式與工業控制計算機相比較是不完相同的，同時它的開發與計算機進行控制的開發相比也是不完全相同，因此，PLC控制系統的設計理念遵循原則是：盡最大極限地滿足被控對象所要達到的控制要求，同時盡量使控制系統變得越來越簡單，而且經濟適用，使用戶更加方便的進行使用及合理的維護，充分保證系統的安全可靠性，最終達到一定的可擴展性。本控制系統分為A，B，C三個模塊，根據不同的區域以及不同植物的生長規律和要求，利用灌溉系統進行不同控制要求。如在A區我們釆用噴霧式灌溉，年噴3分鐘，然后休息6分鐘，工作時間以早九晚五為準。在B區我們釆用旋轉式的噴頭進行灌溉，分為兩個小組來進行灌溉，每組每工作5分鐘，休息20分鐘，從每天早上九點開始，到下午兩點結束。在C區同樣分為兩個小組進行交替灌溉工作，每隔兩天進行灌溉一次，工作系統分手動和自動兩種控制工作方式，如果遇到天氣變化或者陰雨天氣，系統將自動停止對植物的灌溉，同時系統還受時間的控制，對植物的溫度及濕度都有一定的測試控制功能，也就是說，當植物的溫度和濕度都達到某一個設定的控制點時，系統將會自動報警，并且能自動改變該程序的運行方式，還能運用自動和手動功能來控制水泵的運行，和停止，更有效地控制各個電磁閥的開和關。

1.2 觸摸屏的選擇

根據系統顯示以及控制的相關需求，我們所選用的觸摸屏型號為LEVI777A富昌維控觸摸屏，該屏幕尺寸為10.2寸，分辨率可以達到800x400，COM1為其通訊端口，輸入范圍可以達到28VDC范圍內。

1.3 傳感器的選擇

在選擇傳感器的過程中，需要綜合考慮傳感器所測量的靈敏度，準確度，穩定性。因此我們在本次研究中采用的型號為HYDZ-102WS，溫度和濕度變送器以及一體投入式的液位傳感變送器，型號為TS-8020D。圖1所示的就是溫度和濕度變送器。

這種變送器能夠同時對環境中的溫度和濕度進行參數模擬，并輸出信號為20毫安范圍內，傳輸量程為1米，濕度可以達到100%RH，溫度在零下40℃到120℃，可以在12到24VDC的電壓范圍內運行。我們選擇的一體投入式液位傳感變送器型號TS-8020D，在其投入水中時即可以完成測量，準確測量末端到液面的高度，且量程為一米范圍內，工作電壓為24VDC，輸出信號控制在4到20毫安范圍內。

2 植物澆灌系統PLC相關程序設計

我們所采用的植物灌溉系統是一種循環程序的控制流程圖，當系統進行正常運行時，首先會進入初始化狀態，需要對各個寄存器進行賦值，變送器可以采集參數，并將這些參數轉化為實際的溫度信號和濕度信號，儲存于計算機中，然后系統會自動檢測本次程序是自動式還是手動式。如果是自動控制，則需要將寄存器中的儲存值和設定溫度上限以及濕度下限進行比較，如果都上限和濕度值低于下限，此時會開啟指示燈，如果溫度沒有達到上限時或者濕度也沒有低于下限時，則此時電磁閥和指示燈會處于關閉狀態。如果液位值超過上限，電磁閥和指示燈會同時關閉，以防灌溉過多水分，如果選擇手動控制時則需要人為進行電磁閥按鈕的控制。

圖1

3 小結

在本次研究中，我們基于PLC植物灌溉控制系統，實現了對植物的自動灌溉，通過對一些參數的監測能夠準確對植物灌溉進行自動化控制，包括溫度，濕度以及液位值。結果發現該系統能夠穩定運行，而且在數據處理，檢測方面具有較強的能力，操作簡便，具有廣泛的使用價值。