淺談基于PLC農(nóng)作物噴灌系統(tǒng)的設計

李晨晨　孫歆鈺

【摘 要】本文以農(nóng)作物噴灌系統(tǒng)為主題，探討基于PLC的噴灌系統(tǒng)中與設計相關(guān)的問題。首先結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，從概念、特征、作用等方面進行了簡要概述；主要以三菱FX2N型PLC控制設備為主，探討了系統(tǒng)控制的要求，并通過硬件設計、軟件設計兩大方面，對系統(tǒng)的總體設計進行說明。希望通過本文初步論述可以引起更多的關(guān)注與交流，同時希望可以為該方面的研究工作提供一些有價值的信息，以供參考。

【關(guān)鍵詞】PLC；農(nóng)作物；噴灌系統(tǒng)；設計

我國屬于農(nóng)業(yè)大國，隨經(jīng)濟的增長，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整與優(yōu)化，農(nóng)業(yè)也在向現(xiàn)代化的方向不斷轉(zhuǎn)型。從目前發(fā)展來看，出現(xiàn)了自動化控制的噴灌系統(tǒng)，還有大棚農(nóng)業(yè)的發(fā)展，加上產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，諸多地區(qū)也發(fā)展了具有特色的“農(nóng)業(yè)一條龍”產(chǎn)業(yè)，通過農(nóng)產(chǎn)品的深加工，以及企業(yè)化模式等，帶動了我國農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟的增長，同時，也改變了人民的物質(zhì)生活條件以及生產(chǎn)生活方式；從發(fā)展趨勢分析，未來我國農(nóng)村將會迎來全新的發(fā)展，并出現(xiàn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的新局面。

0 概述

基于PLC的自動化控制系統(tǒng)，可以使噴灌更加智能，它是將智能設備、農(nóng)業(yè)噴灌系統(tǒng)有機結(jié)合，通過軟件編程，達到在無人看管的情況下，實現(xiàn)定時定向的噴灌；其特征主要體現(xiàn)在高效、快速、精耕細作、節(jié)約水資源等方面，而且，可以通過軟件的更改與重新設置，增加其適應性，充分的將其功能性顯示出來；從發(fā)展應用的趨勢來看，其前景廣闊、極具使用價值。在基于PLC的自動化控制系統(tǒng)中，需要通過PLC、PID控制結(jié)合，建立起農(nóng)作物噴灌控制器，從而為農(nóng)業(yè)耕作提供智能化服務。以本次研究所討論的對象來看，系統(tǒng)控制要求，在本系統(tǒng)中，以區(qū)域、作物特點為基本條件，按照相關(guān)要求，完成對I、II、III，三個區(qū)域的農(nóng)作物噴灌、停止，從而展示其自動控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設計

具體的控制要求有7個方面，具體如下述：首先，在I區(qū)，從8：00（開始）——18：00（停止），噴霧3分鐘，停止8分鐘，如此反復，直到完工；其次，在II區(qū)，從8：00（開始）——17：00（停止），以旋轉(zhuǎn)式噴頭噴灌，分2組，每組噴霧6分鐘，停止15分鐘，如此反復，直到完工；第三，在III區(qū)，分2組，交替噴灌，3天1次；第四，有手動、自動控制水泵，控制電磁閥開關(guān)，達到開/停目的；第五，配備溫度濕度測控裝置，如遇陰雨天，會自動停止；第六，配備自動報警裝置，一旦出錯或故障，會自動停止；第七，配聲光報警系統(tǒng)、報警器試驗按鈕，如遇意外，會自動停止，每次運行前會自動檢測。

1.1 硬件設計

首先，選擇器件型號；以三菱可編程序控制器FX2N—64MR為PLC主機；擴展功能模塊以FX2N—4AD為主（針對溫度濕度模擬量）；溫度傳感器為PT—100型；濕度傳感器為PT—100型；因此，模擬量輸入模塊的型號是FX2N—4AD—PT；在具體的設計硬件配置中，還需要土壤溫度濕度傳感器、雨量傳感器、水泵、電機、電磁閥、熱繼電器、聲光報警器、熔斷器、隔離開關(guān)、接觸器、按鈕、隔離變壓器、低通濾波器等，這些器件的型號、數(shù)量，都以該系統(tǒng)要求為準；可參考三菱可編程控制系統(tǒng)的配置說明。具體的系統(tǒng)功能示意圖如下圖1所示。

其次，傳感器方面，需要設置獨立電源，以12V（土壤傳感器直流電源）、5V（濕度傳感器直流電源）為宜；在可編程序控制器I/O分配方面，有系統(tǒng)總電路、系統(tǒng)主電路、土壤濕度檢測模塊。主要是通過控制溫度、濕度，來達到運行周期的PID運算與設定。

1.2 軟件設計

首先，需要制定程序流程圖，當控制器電源接通——PLC啟動——手動/自動掃描系統(tǒng)——系統(tǒng)初始化（設置參數(shù)）——（利用濕度信號/溫度信號）傳送A/D轉(zhuǎn)換模塊FX2N—4AD（數(shù)字量）——PLC（執(zhí)行PID功指令）；其次，溫度以0——25攝氏度為可超過范圍進行噴灌，0攝氏度以下停止；根據(jù)上面的7點要求，嚴格操作。其交，在本次的設計中，上位機以組態(tài)王軟件為主，組態(tài)界面也實現(xiàn)了動畫連接，可以很好的實現(xiàn)顯示測量結(jié)果、自動發(fā)送控制指令，嚴格以控制要求完成噴灌任務。系統(tǒng)流程如圖2所示。

總之，智能灌溉系統(tǒng)，利用硬件配置與軟件設置，將與植物需水量相關(guān)的氣象參量（溫度、相對濕度、降雨量、輻射、風速等）通過單向傳輸?shù)姆绞剑詣訉庀笮畔⑥D(zhuǎn)化成數(shù)字信息傳遞給時序控制器。使用時只需將每個站點的信息（坡度、作物種類、土壤類型、噴頭種類等）設定完畢，無需對控制器設定開啟、運行、關(guān)閉時間，整個系統(tǒng)將根據(jù)當?shù)氐臍庀髼l件、土壤特性、作物類別等不同情況，實現(xiàn)自動化精確灌溉。

2 結(jié)束語

在新時代，就應該堅持與時俱進、因時制宜；當前信息技術(shù)的發(fā)展以及應用，帶動了工業(yè)領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的智能化，這種自動一體化的發(fā)展，有助于將人從機械的勞作中解放出來，并且，可以提高生產(chǎn)效率，降低人力成本，增加產(chǎn)業(yè)向可持續(xù)方向發(fā)展，尤其是通過這種革新與產(chǎn)業(yè)調(diào)整，能夠形成與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)完全不同的經(jīng)營模式，從而推動農(nóng)村人民的生活方式、生產(chǎn)行為向著更為先進的方向邁進，也有助于為我國的經(jīng)濟發(fā)展、社會進步，平添新的動力。

【參考文獻】

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[2]鄭芳.AutoCAD在園林綠地噴灌系統(tǒng)中的應用研究與開發(fā)[J].同濟大學軟件學院院報，2012（15）.

[責任編輯：楊玉潔]