基于觸摸屏和PLC的太陽能自動灌溉系統(tǒng)研究

李星宇 趙 野 蘇志鵬 鄭長富

(長春工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，吉林 長春 130012)

基于觸摸屏和PLC的太陽能自動灌溉系統(tǒng)研究

李星宇 趙 野 蘇志鵬 鄭長富

(長春工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，吉林 長春 130012)

該研究以太陽能作為系統(tǒng)電源，基于觸摸屏和PLC，以沈稻11為試材，通過檢測稻田的實際土壤溫濕度，并與水稻生長的最適濕度進(jìn)行比較，根據(jù)實際農(nóng)業(yè)灌溉過程中建立的PID控制規(guī)則，實現(xiàn)了稻田的自動節(jié)水灌溉。該系統(tǒng)響應(yīng)時間大約1 s，穩(wěn)態(tài)誤差小于2%，對濕度控制精確，水稻生長良好。

太陽能自動灌溉系統(tǒng)；溫濕度檢測；觸摸屏；PLC

0 引言

我國太陽能資源豐富，農(nóng)業(yè)灌溉用水用電極為短缺。利用太陽能給自動灌溉系統(tǒng)供電，環(huán)保省電，應(yīng)用自動灌溉系統(tǒng)可以高效地利用現(xiàn)有水電資源，達(dá)到科學(xué)灌溉，實現(xiàn)農(nóng)作物的增產(chǎn)。水稻生長最適濕度范圍在50%～90%，高溫有利于光合作用，而濕度高通常會使溫度降低，所以在允許范圍內(nèi)，應(yīng)盡量降低土壤濕度，達(dá)到節(jié)水、增產(chǎn)的目的[1]。

1 系統(tǒng)的組成

自動灌溉系統(tǒng)由西門子S7-200XP和西門子MP277-8寸觸摸屏組成，S7-200XP通過模擬量輸入模塊和土壤溫濕度傳感器、空氣溫度傳感器、液位傳感器、流量計采集農(nóng)田的溫度、濕度，空氣的溫度、水塔水位高度和出水口流量信號，控制抽水水泵、灌溉水泵和電磁閥，抽水水泵完成向水塔抽水，灌溉水泵實現(xiàn)恒定流量灌溉，使水稻生長在最適濕度。PLC與觸摸屏通過MPI電纜連接，在觸摸屏上可進(jìn)行稻田灌溉區(qū)域及控制模式的選擇。觸摸屏可以顯示實時的土壤溫度、濕度值、空氣溫度值、水塔水位高度值、濕度曲線、水塔水位高度曲線、出水口流量值和PID曲線；且土壤濕度值、水塔水位高度值、出水口流量值和PID參數(shù)可以通過觸摸屏進(jìn)行設(shè)置，通過觸摸屏給PLC發(fā)送指令，以控制現(xiàn)場的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

評判自動控制系統(tǒng)最重要的參數(shù)是響應(yīng)時間和穩(wěn)定性，對于稻田灌溉系統(tǒng)來說，響應(yīng)時間的要求不是很高，達(dá)到3 s左右就能滿足灌溉要求[2]，本系統(tǒng)響應(yīng)時間大約1 s，穩(wěn)態(tài)誤差小于1%，太陽能自動灌溉系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 太陽能自動灌溉系統(tǒng)組成框圖

2 觸摸屏設(shè)計

MP277-8寸觸摸屏作為上位機(jī)，PLC作為下位機(jī)，采用MPI通信，波特率187.5 kb/s。PLC接收來自上位機(jī)的各種命令，控制整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作：觸摸屏作為上位機(jī)，用于進(jìn)行各種參數(shù)設(shè)置、報警反饋、工作模式選擇、設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控等。西門子觸摸屏組態(tài)軟件WinCC flexible 2008中文版界面友好直觀，可以對MP277-8寸Touch進(jìn)行組態(tài)[3-5]。

該系統(tǒng)中組態(tài)畫面包括：

(1) 初始畫面如圖2所示，作為起始畫面，用于對系統(tǒng)主要功能的選擇，包括進(jìn)入主畫面、系統(tǒng)實時參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、曲線記錄、報警畫面、用戶注銷。

圖2 初始畫面

(2) 主畫面如圖3所示，顯示系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，對控制模式的選擇，實時參數(shù)的顯示，有利于用戶使用。當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)故障或者參數(shù)超出范圍時會在報警畫面進(jìn)行提示。報警器響并顯示報警信息。工作人員可根據(jù)畫面中的信息找到故障。排除故障后，報警信息消失。

圖3 主畫面

3 結(jié)語

PLC穩(wěn)定的控制功能結(jié)合上觸摸屏的人機(jī)交互界面，大大減少了電氣接線，操作方便。實時顯示被控系統(tǒng)的參數(shù)值、顯示曲線、控制、報警、記錄及設(shè)置參數(shù)等功能，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)化控制。

[1] 何創(chuàng)新，李彥明，劉成良，等.溫室微灌恒壓組態(tài)輪灌自動控制系統(tǒng)[J].計算機(jī)工程，2010，36(27)：222～224

[2] 魏凱，安進(jìn)強(qiáng)，孔彥龍.基于PLC與觸摸屏模糊滴灌系統(tǒng)設(shè)計[J].中國農(nóng)村水利水電，2013(12)：72～76

[3] 張錚，饒志訓(xùn)，黃志峰，等.基于WinCC Flexible和PLC的高壓發(fā)泡機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化應(yīng)用，2013(4)：71～73

[4] 西門子(中國)有限公司自動化與驅(qū)動集團(tuán).深入淺出西門子人機(jī)界面[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009

[5] 廖常初.西門子人機(jī)界面[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007

2014-09-25

李星宇(1987—)，男，吉林白山人，碩士研究生，研究方向：工業(yè)自動化。