李宜汀，盧劍鋒 ，楊肖委，潘振

(貴州大學機械工程學院，貴州貴陽550000)

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基于PLC和GPRS模塊的山地智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計

李宜汀，盧劍鋒 ，楊肖委，潘振

(貴州大學機械工程學院，貴州貴陽550000)

摘要：智能灌溉技術(shù)大幅縮減了人力、物力資源，提高了灌溉效率及精確度[1]。但山地環(huán)境普遍惡劣，不利于上位機布線及工作站點的設(shè)置。為此提出了一種遠程控制[2]灌溉電磁閥門并監(jiān)測傳感器數(shù)值的方法。該設(shè)備采用GPRS無線模塊與西門子PLC S7-200 224xp經(jīng)RS485協(xié)議連接，利用組態(tài)軟件通過配置OPC在電腦上或直接發(fā)送手機短信進行無線控制PLC并讀出PLC模擬量模塊EM231的土壤濕度，水壓，水流量以供相關(guān)人員隨時判斷灌溉與否[3]。此方法從根本上解決了環(huán)境因素對實際工程的影響，并且結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，操作方便，適合廣大山地丘陵地區(qū)的中小灌溉區(qū)域推廣。

關(guān)鍵詞：智能灌溉山地環(huán)境PLC無線控制

4總結(jié)

本文是根據(jù)家具生產(chǎn)廠家的實際生產(chǎn)需求設(shè)計的一套板材冷壓線控制系統(tǒng)，能實現(xiàn)板材冷壓生產(chǎn)的自動化。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試后，該系統(tǒng)運行正?？煽?，而且人機界面友好，操作簡單，普通工人經(jīng)過簡單培訓即可掌握操作方法[5]。在實際生產(chǎn)中大大降低了工人的勞動強度，改善了工作環(huán)境，降低了人工成本，提高了生產(chǎn)效率。本設(shè)計的思想和方法也能為其它相同類型的控制系統(tǒng)設(shè)計提供參考和借鑒，具有很好的實用價值。

參考文獻

[1]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術(shù)[M].北京航空航天大學出版社，2013.

[2]SIEMENS公司. SIMATIC S7-200 SMART系統(tǒng)手冊[S].西門子(中國)有限公司,2013,10.

[3]王學良,張秋菊.基于PLC的機械手自動上下料控制系統(tǒng)設(shè)計[J].中國制造業(yè)信息化,2012，41(15)：59-62.

[4]馮清秀,田志賓,湯漾平,方波,朱林森,王俊慧.基于PLC控制的大型沖壓設(shè)備自動上下料裝置[J].鍛壓技術(shù),2006(02)65-66+81.

[5]張建. 自動化控制系統(tǒng)設(shè)計要點淺析[J]. 科技致富向?qū)?2013(15)229.

0引言

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，智能灌溉技術(shù)正逐漸取代傳統(tǒng)灌溉技術(shù)并實現(xiàn)普及化。它做到了控制設(shè)備與相關(guān)人員經(jīng)驗的結(jié)合，使灌溉精確化，簡易化。而諸如貴州、云南等多為山地或丘陵地勢的農(nóng)業(yè)種植地區(qū)，由于工作環(huán)境的局限性，大都不便在山坡設(shè)置工作站點以及遠距離與上位機的布線連接。這對實現(xiàn)智能灌溉造成了阻礙。本文針對地理環(huán)境對實現(xiàn)自動化灌溉影響的問題，提出了一套具有無線控制功能的設(shè)備。該設(shè)備具有無線讀寫傳感器數(shù)據(jù)以及控制電磁閥門開關(guān)功能。

1智能灌溉系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

該系統(tǒng)由傳感器，管件，控制系統(tǒng)，水泵電機，電磁閥門以及上位機工作站組成。整個系統(tǒng)分為4個部分。

(1)數(shù)據(jù)采樣模塊

每一個灌溉工作站均安裝了土壤濕度傳感器，水流壓力傳感器和水液體渦輪流量計。三種傳感器將測量模擬量數(shù)據(jù)經(jīng)EM231模塊A/D轉(zhuǎn)換后進行相應換算，將數(shù)據(jù)顯示在上位機中，便于了解環(huán)境對灌溉的影響情況[4]。

(2)下位機模塊

觸摸屏、GPRS無線模塊與PLC構(gòu)成了能遠程GPRS或短信控制各灌溉區(qū)域的下位機模塊[5]。GPRS模塊與PLC相應繼電器輸出位關(guān)聯(lián)后，通過監(jiān)控采樣部分的數(shù)據(jù)，工作人員遠距離遙控無線模塊即可控制下位機進行相應輸出實現(xiàn)灌溉。觸摸屏則方便了工作人員上山作業(yè)時直接在各下位機站點處發(fā)出指令[6]。

(3)上位機模塊

GPRS模塊通過OPC協(xié)議與PC連接后，PC作為上位機利用組態(tài)軟件對采樣數(shù)據(jù)進行分析并進行相應報警供工作人員參考，并提供相應控制面板進行下位機控制[7]。

(4)灌溉工作站

灌溉工作站各站點直接由其下位機直接控制閥門開關(guān)和水泵電機的啟動停止，并將閥門和電機的狀態(tài)進行反饋，方便監(jiān)控和管理。

整個系統(tǒng)如圖1所示。

圖1　控制系統(tǒng)流程圖

2硬件設(shè)計

山地環(huán)境普遍采光性好，故本系統(tǒng)選用了由太陽能板產(chǎn)生電能，蓄電池儲存并供電的供能方式。此方式不僅綠色環(huán)保，更提供了能供各裝置使用的24 V穩(wěn)壓電源，無需進行電壓轉(zhuǎn)換以及復雜布線。整個系統(tǒng)硬件包括了PLC、GPRS無線模塊、空氣開關(guān)、繼電器、脈沖式電磁閥門、土壤濕度傳感器、水壓傳感器、液體渦輪流量計和觸摸屏。各部件選型如表1所示。

PLC的COM1和COM2串口分別與GPRS模塊、觸摸屏經(jīng)RS485協(xié)議相連，使三者之間可以相互交換數(shù)據(jù)。

表1　器件選型表

3軟件設(shè)計

該系統(tǒng)采用了組態(tài)王KingView軟件保證了上位機與下位機之間的通訊。組態(tài)王是一款與PLC兼容性好、操作方便、工程上常用的組態(tài)軟件。利用組態(tài)王與GPRS模塊通過OPC連接可實現(xiàn)其與PLC，GPRS模塊之間的相互地址關(guān)聯(lián)[8]，從而實現(xiàn)遠程控制灌溉系統(tǒng)。在軟件中設(shè)置的報警事件和實時傳感器趨勢圖也更方便工作人員管理和進行相應的操作。其運行界面如圖2。

圖2　組態(tài)王部分運行界面圖

4安裝及調(diào)試

智能灌溉系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場安裝后進行了相應調(diào)試，工作人員可直觀在上位機工作站中進行采樣數(shù)據(jù)監(jiān)測、開關(guān)閥門和啟動/停止水泵電機的操作或直接發(fā)送手機短信到GPRS模塊進行操作。當傳感器數(shù)值超過或低于設(shè)定的上限值或下限值時，GPRS模塊和組態(tài)王同時發(fā)出報警，并且GPRS模塊給相應灌溉站管理人員發(fā)送報警短信。當傳感器數(shù)值恢復正常范圍后報警停止。

調(diào)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)工作時穩(wěn)定可靠，各方面均達到了設(shè)計要求。

5結(jié)束語

本文設(shè)計了一個由PLC和GPRS模塊構(gòu)成主控制系統(tǒng)的智能灌溉系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)加入了無線控制功能，不僅解決了山地丘陵環(huán)境對工作站設(shè)置的阻礙，更提供了上位機以及短信收發(fā)兩種監(jiān)測控制，使相應管理人員即使不身處灌溉工作站或上位機工作站，也能隨時實現(xiàn)對整個系統(tǒng)實施控制和讀寫數(shù)據(jù)的功能。文中闡述了該智能灌溉系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。該設(shè)計不僅成本較低、結(jié)構(gòu)簡單環(huán)保，更以其操作簡單、功能方便齊全的特點滿足了智能灌溉的需求。由于具有節(jié)約水資源且設(shè)備維護簡易的優(yōu)點，該套設(shè)備適用于多種不利環(huán)境下的農(nóng)牧業(yè)灌溉。在今后的研究中，應將各種作物的相應灌溉量、灌溉方式以及灌溉時間進行匯總，真正做到對各種作物實施因材灌溉，達到更好的自動化效果。

[1]姚舟華，魏新華，左志宇，等.自動灌溉施肥機工作狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2012，43(增1)：44-47.

[2]潘崢嶸，張浩，朱翔，等.基于GPRS的灌區(qū)水資源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機測量與控制，2011,19(12)：2958-2960.

[3]李家春，王永濤，張萍,等.基于PC和C8051F的模糊灌溉控制系統(tǒng)[J].中國農(nóng)村水利水電，2012(4)61-63.

[4]夏洪，林剛勇，朱兆優(yōu)，等.一種PLC控制的自動灌溉系統(tǒng)[J].機床與液壓，2007,35(7)：64-65.

[5]張玲,崔曉偉,王婧.基于PLC與GPRS建筑供熱節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)[J].低溫建筑技術(shù)，2009，31(5):107-108.

[6]呂品.PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)的應用[J]. 自動化儀表，2010，31(8)：45-47.

[7]葉建平，鄭萍，李建平,等. 基于多模式無線控制的PLC設(shè)計與研究[J]. 化工自動化及儀表，2011，38(8)：978-981.

[8]張宏坡,康龍云.基于OPC技術(shù)的PLC上位機管理系統(tǒng)[J]. 制造業(yè)自動化，2011，33(18)：72-75.

Design of mountainous intelligent irrigation system based on PLC and GPRS module

LI Yiting，LU Jianfeng，YANG Xiaowei，PAN Zhen

Abstract:Intelligent irrigation technology has greatly reduced human and material resources, greatly improving the efficiency and accuracy of irrigation. But some mountain environment is generally complicated so that it is not easy to set the upper monitor's wiring and work site. In this paper, a method is proposed for the remote control of the electromagnetic valve and the monitoring of the sensor. The equipment adopts GPRS wireless module and Siemens S7-200 PLC 224.By linking with the agreement of the RS485 connection and using configuration software to deploy OPC, the PLC can be wirelessly controlled on computers or through sending text messages with mobile phones. Thus we can read the PLC analog module EM231 for such information as soil moisture, water pressure, water flow so as to decide whether irrigation is necessary or not. This method effectively solves the influence of environmental factors on practical operation. With its simple structure, low cost and convenient operation, it is suitable for small and medium irrigation areas in mountainous and hilly areas.

Keywords:intelligent irrigation; mountainous environment; PLC; wireless control

收稿日期：2015-07-08 2015-07-31

作者簡介：唐江峰(1989-)，男，湖南湘潭人，南華大學在校研究生，主要從事機電一體化方向研究。 李宜汀(1992-)，男，籍貫：山東菏澤，貴州大學機械電子工程碩士研究生。

中圖分類號：TP23

文獻標識碼：A

文章編號：1002-6886(2016)01-0052-03