【摘要】 文章以自動(dòng)化滴灌項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)為背景，詳細(xì)介紹了SPLC在系統(tǒng)中的具體應(yīng)用及設(shè)計(jì)思路，展現(xiàn)了SPLC作為一種新興自動(dòng)化控制器件所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，從而為類似的低成本、高性能的自動(dòng)化控制系統(tǒng)提供了另一種解決途徑。

【關(guān)鍵詞】 SPLC；自動(dòng)化滴灌；自動(dòng)化控制

【中圖分類號(hào)】 TV212.5+4【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A【文章編號(hào)】 1005-1074(2009)04-0192-01

1 SPLC的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

我國(guó)早期的自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)是以TP801單板機(jī)為核心構(gòu)成的，隨后的集中式或分散式微灌自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，以及由0831系列單片機(jī)為核心的自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)都屬于同一類型的產(chǎn)品。

由單片機(jī)為核心的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)安裝及操作相對(duì)簡(jiǎn)便，成本低廉，能夠?qū)崿F(xiàn)了一定程度的自動(dòng)控制灌溉，但是單片機(jī)功能單一，不具備模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，編程使用的匯編語(yǔ)言要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員具有很強(qiáng)的專業(yè)性及底層設(shè)備開(kāi)發(fā)能力，系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)及功能擴(kuò)展均受到限制。其次，通訊和數(shù)據(jù)傳輸功能仍是單片機(jī)控制系統(tǒng)的弱項(xiàng)，與目前日益普及的總線控制系統(tǒng)不能同日而語(yǔ)。以PLC為控制核心的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)雖然具備以上所有的優(yōu)勢(shì)，但是其昂貴的價(jià)格令普通農(nóng)業(yè)用戶難以承受。隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，兼顧價(jià)格與功能優(yōu)勢(shì)的SPLC目前已在樓宇控制、機(jī)床、農(nóng)田灌溉等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。SPLC是一種集合單片機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)PLC的新概念可編程控制器。采用簡(jiǎn)單的梯形圖編輯軟件作編碼技術(shù)，能執(zhí)行邏輯控制、順序控制、定時(shí)、記數(shù)等操作指令，非常適合普通工程人員使用。SPLC功能強(qiáng)大，能夠取代復(fù)雜的繼電器組合，也可作為單片機(jī)市場(chǎng)的另一種選擇?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，一項(xiàng)以SPLC為核心的膜下滴灌控制系統(tǒng)已經(jīng)在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)石河子墾區(qū)得到了具體

應(yīng)用。

2 自動(dòng)化滴灌系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

新疆石河子墾區(qū)自動(dòng)化滴灌示范基地共有農(nóng)田1000畝，分為南/北兩個(gè)灌溉片區(qū)，灌溉方式以片區(qū)輪灌模式為主。系統(tǒng)包括水源工程（渠道、沉淀池），首部樞紐（水泵、過(guò)濾設(shè)備、自動(dòng)化滴灌系統(tǒng)），地下輸水管道及配套管件，地表配套滴灌器材（輸水軟管、滴灌帶、管件）等。其中自動(dòng)化滴灌系統(tǒng)是整個(gè)示范項(xiàng)目的核心部分。系統(tǒng)由首部監(jiān)控級(jí)、灌溉控制級(jí)、過(guò)濾器自動(dòng)反沖洗單元、通訊模塊、控制模塊、執(zhí)行單元組成。

3 自動(dòng)化滴灌控制系統(tǒng)原理

過(guò)濾器自動(dòng)反沖洗部分：以SPLC為核心的控制模塊根據(jù)傳感器的反饋信號(hào)或預(yù)先設(shè)定的時(shí)

間量控制執(zhí)行單元，由執(zhí)行單元對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行反沖洗，確保系統(tǒng)供水壓力的穩(wěn)定及水質(zhì)的清潔。

田間灌溉部分：以設(shè)計(jì)院提供的輪灌時(shí)間為控制標(biāo)準(zhǔn)，由首部控制中心（人機(jī)）和SPLC組成時(shí)間（或周期）控制系統(tǒng)，相應(yīng)的執(zhí)行單元能夠以自動(dòng)/手動(dòng)等方式對(duì)灌區(qū)循環(huán)往復(fù)式的灌溉。

4 自動(dòng)化滴灌系統(tǒng)功能與控制說(shuō)明

4.1 過(guò)濾器部分 網(wǎng)式過(guò)濾器部分分為四組，選用4個(gè)SPLC作為控制模塊，當(dāng)控制中心選擇定時(shí)沖洗時(shí)，設(shè)定時(shí)間到達(dá)后，四組過(guò)濾器輪流沖洗5分鐘，每組過(guò)濾器有一常開(kāi)和一常閉同時(shí)轉(zhuǎn)換狀態(tài)保持5分鐘，5分鐘到后自動(dòng)轉(zhuǎn)換到下一組；反沖洗間隔時(shí)間可根據(jù)水質(zhì)情況自由設(shè)定。當(dāng)控制中心選擇壓差沖洗時(shí)，壓差開(kāi)關(guān)（常開(kāi)）閉合時(shí)，執(zhí)行反沖洗過(guò)程同上。

4.2 田間灌溉部分 在此系統(tǒng)中，以SPLC為控制核心的從站共有32個(gè)，每個(gè)SPLC封裝在獨(dú)立的防水接線盒內(nèi)，與兩個(gè)控制電磁閥共同組成了現(xiàn)場(chǎng)控制單元，每個(gè)閥門(mén)的出口有一個(gè)壓力開(kāi)關(guān)（兩個(gè)常開(kāi)輸入），用來(lái)檢測(cè)閥門(mén)是否在打開(kāi)狀態(tài)。當(dāng)控制中心啟動(dòng)自動(dòng)輪灌后，由SPLC根據(jù)上位的編組自動(dòng)執(zhí)行定時(shí)開(kāi)關(guān)閥門(mén)，輪灌過(guò)程中當(dāng)上一組剩余時(shí)間為一分鐘時(shí)，下一組提前開(kāi)閥，上一組時(shí)間到達(dá)時(shí)閥門(mén)關(guān)閉，如此輪換直至所有的分組執(zhí)行完定時(shí)開(kāi)閥，系統(tǒng)停止運(yùn)行，直到下一次啟動(dòng)自動(dòng)輪灌。分組灌溉時(shí)間可根據(jù)土壤墑情自由設(shè)定。當(dāng)控制中心啟動(dòng)手動(dòng)控制后，灌區(qū)內(nèi)的任意閥門(mén)均可直接打開(kāi)或關(guān)閉。

4.3 報(bào)警條件 系統(tǒng)將在以下條件具備時(shí)由控制中心發(fā)出報(bào)警信號(hào)：①當(dāng)自動(dòng)輪灌時(shí)；非本組閥門(mén)的壓力開(kāi)關(guān)閉合；②操作由自動(dòng)轉(zhuǎn)為手動(dòng)；③輪灌結(jié)束時(shí)；④過(guò)濾器反沖洗時(shí)。

5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1 首部控制中心 自動(dòng)化滴灌系統(tǒng)的控制中心由一臺(tái)威倫人機(jī)、開(kāi)關(guān)電源、LVRT9通訊模塊等組成，其中威倫人機(jī)的組態(tài)頁(yè)面共有以下幾部分：①定時(shí)反沖洗頁(yè)面：設(shè)定每一組過(guò)濾器的定時(shí)啟動(dòng)時(shí)間和反沖洗時(shí)間，顯示過(guò)濾器的工作狀態(tài)；也可以用差壓控制過(guò)濾器的反沖洗啟動(dòng)。②灌溉啟動(dòng)頁(yè)：背景為整個(gè)系統(tǒng)的俯視圖，能夠進(jìn)行輪灌方式的手/自動(dòng)切換，啟動(dòng)、停止自動(dòng)輪灌方式，若選擇手動(dòng)則可在狀態(tài)監(jiān)視頁(yè)直接起停每一個(gè)閥門(mén)。③灌溉狀態(tài)監(jiān)視頁(yè)：以系統(tǒng)南/北分干系統(tǒng)俯視圖為背景，顯示南/北兩條分干上的SPLC及閥門(mén)的工作狀態(tài)，包括閥門(mén)的開(kāi)、關(guān)狀態(tài)，剩余時(shí)間。④輪灌設(shè)定頁(yè)：設(shè)定所有閥門(mén)的分組及執(zhí)行順序；設(shè)定每一組的輪灌時(shí)間。

5.2 SPLC編程 SPLC的編程環(huán)境為梯形圖PLCMAP18版，程序執(zhí)行方式為循環(huán)掃描。

6.3 通訊總線結(jié)構(gòu) 自動(dòng)化滴灌系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)，由廠家自主開(kāi)發(fā)的LVRT9（全隔離遠(yuǎn)距離功放轉(zhuǎn)接器）連接現(xiàn)場(chǎng)控制模塊與首部控制中心（人機(jī)），通訊協(xié)議為Modbus/RTU，本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為主從模式，網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率為9600bit/s，Modbus物理層采用了RS-232串行通信標(biāo)準(zhǔn)，因現(xiàn)場(chǎng)通訊距離較遠(yuǎn)（800米），經(jīng)LVRT9對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行整形、放大后，輸出總線的傳輸距離能夠達(dá)到1200米。由SPLC為核心的現(xiàn)場(chǎng)控制單元構(gòu)成了通信子站，其作用類似于西門(mén)子ET200（分布式I/O），首部控制中心通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與各子站進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，傳輸控制指令和閥位反饋信號(hào)。為避免通訊質(zhì)量受到高溫、潮濕等自然環(huán)境的影響，系統(tǒng)采用了終端電阻進(jìn)行阻抗匹配，在傳輸線末端并接了 560-1K歐姆的電阻，有效提高了系統(tǒng)的抗干擾性?，F(xiàn)場(chǎng)總線的傳輸介質(zhì)由兩部分組成，1、由屏蔽雙絞線（STP）構(gòu)成的通訊線路；2、由2mm×2.5mm護(hù)套電纜構(gòu)成的控制電源線路，現(xiàn)場(chǎng)電磁閥的DC24V驅(qū)動(dòng)電源由此提供。