綠植自動灌溉PLC控制程序設(shè)計與分析

王 權(quán)，汪一鳴，王港寧，劉振江

（鄭州科技學院 機械工程學院，河南 鄭州 450064）

隨著城市化的發(fā)展，居民樓層越建越高，很多有情調(diào)的居民開始在自家陽臺上種植綠色植物，以凈化空氣、陶冶情操。同時，人們的生活節(jié)奏加快，使得他們少有時間去打理。PLC是專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置，在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車等領(lǐng)域都得到了長足發(fā)展[1-2]，運用PLC控制自動門具有較高的可靠性，且維修方便。利用三菱FX系列PLC實現(xiàn)對陽臺綠色植物的無人化管理具有很好的應(yīng)用價值。

1 控制要求

實現(xiàn)對陽臺植物的自動灌溉功能，重點在于控制系統(tǒng)的搭建與控制程序的編寫。本系統(tǒng)的控制目標是在無人參與的情況下對綠色植物實現(xiàn)澆水功能，這樣不僅能夠節(jié)省人們的管理時間，還能夠通過更加精細的控制環(huán)節(jié)節(jié)約水資源?？刂葡到y(tǒng)的主令控制有兩個控制按鈕，一個控制啟動，另一個控制停止，分別連接PLC的輸入繼電器X0和X1。輸出信號時控制出水的若干電磁閥（根據(jù)所要灌溉的植物種類與數(shù)量確定，以控制一種為例進行說明）連接PLC的輸出繼電器Y0?？刂埔笫钱斚到y(tǒng)通電工作時，輸出繼電器能夠在特定的情況下接通或斷開，以此來控制系統(tǒng)給綠植澆水。

2 程序?qū)崿F(xiàn)

PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，當PLC投入運行后，其工作過程一般分為3個階段，即輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新[3]。輸入采樣階段用來感應(yīng)外部控制信號的狀態(tài)變化，將變化后的信號存儲于輸入數(shù)據(jù)暫存區(qū)；在程序執(zhí)行階段，根據(jù)輸入處理階段讀入的數(shù)據(jù)執(zhí)行程序，執(zhí)行的結(jié)果存儲在輸出狀態(tài)暫存區(qū)；輸出刷新階段實現(xiàn)輸出信號的變化?？刂葡到y(tǒng)的實現(xiàn)就是要求輸出繼電器Y0能夠按照一定的要求完成置位和復位，有多種實現(xiàn)方式。

2.1 時間原則控制程序?qū)崿F(xiàn)

依照平常對綠植的灌溉習慣，在每天的確定時間補充一定量的水分，這種控制利用時間原則實現(xiàn)。PLC常用的時間原則控制是采用定時器T進行控制，定時器的定時時間有限，要借助多個定時器或計數(shù)器C完成較長時間的定時延時控制。而本控制系統(tǒng)需要每隔數(shù)個小時之久進行控制，顯然利用定時器完成延時控制是不可取的。我們發(fā)現(xiàn)，本控制系統(tǒng)需要在每天特定的時間對輸出繼電器進行控制，因此可以采用時鐘調(diào)用的方法來實現(xiàn)。

三菱PLC中有專門寄存時間的特殊數(shù)據(jù)寄存器D8013-D8018，利用數(shù)據(jù)傳送指令MOV將數(shù)據(jù)傳入D10-D15中。根據(jù)實際情況可以設(shè)定在每天的下午6：00進行一次灌溉，只需要將寄存小時的寄存器D12與設(shè)定值18進行比較即可。具體過程為：按下啟動按鈕（X0），系統(tǒng)運行，利用M8000作為常閉觸點，通過比較指令CMP使D12與設(shè)定值K18進行實時數(shù)據(jù)比較。當兩個數(shù)據(jù)相等時M10有輸出，此時取M10的上升沿信號置位M0，用M0去控制一個定時器T0，定時時間為灌溉時間。如果是10S，那么就是T0 K100，將時間調(diào)整到復位M0。這個過程就是在特定的時間下午6：00進行灌溉的過程，具體流程如圖1所示。

圖1 程序流程圖

2.2 閉環(huán)控制

利用時間原則實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的控制，能夠模擬人們的灌溉習慣，但是由于溫度、濕度以及四季等的變化，下午6：00進行灌溉并不一直是個恰當?shù)墓喔葧r間，可以采用讓控制系統(tǒng)與周圍環(huán)境進行信息交互，給控制系統(tǒng)增加一個反饋環(huán)節(jié)，形成一個閉環(huán)的方法，實現(xiàn)機器與環(huán)境相交互的自動控制功能。這種控制方法是將濕度傳感器檢測到的土壤濕度信號傳遞給PLC，PLC內(nèi)部對其進行判斷，當濕度低于一定值時驅(qū)動PLC的輸出繼電器Y0進行工作，同時濕度傳感器保持信息的傳遞；當濕度達到設(shè)定值時，Y0停止工作不再澆水。由于傳感器傳送的是模擬量信號而非開關(guān)信號，因此不能直接將傳感器與PLC基本模塊的輸入繼電器相連，需要給PLC增加一個AD轉(zhuǎn)換模塊。

3 分析與總結(jié)

庭使用。

第二種方案相對于第一種來說形成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制更加精確，增加了更多的傳感器對植物的生長狀況進行檢查并反饋給PLC，以此來實現(xiàn)更加完善的功能。該方案要增加相應(yīng)的模塊，成本較高，不過可以減少人的參與，適用于規(guī)模稍大的場所。

［1］劉憲武.PLC在工業(yè)自動化控制中的應(yīng)用［J］.中國高新技術(shù)企業(yè)，2013（17）：30-31.

［2］鄧高壽，潘宏俠.PLC在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用及發(fā)展［J］.機械管理開發(fā)，2006（03）：99-100，102.

［3］周立文.淺談可編程控制器的基本組成及工作原理［J］.科學之友，2012（07）：156-157.