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(shè)計(jì)相關(guān)的問(wèn)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(jìn)行了簡(jiǎn)要概述；主要以三菱FX2N型PLC控制設(shè)備為主，探討了系統(tǒng)控制的要求，并通過(guò)硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)兩大方面，對(duì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明。希望通過(guò)本文初步論述可以引起更多的關(guān)注與交流，同時(shí)希望可以為該方面的研究工作提供一些有價(jià)值的信息，以供參考。

【關(guān)鍵詞】PLC；農(nóng)作物；噴灌系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

我國(guó)屬于農(nóng)業(yè)大國(guó)，隨經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，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(lái)看，出現(xiàn)了自動(dòng)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(guò)農(nóng)產(chǎn)品的深加工，以及企業(yè)化模式等，帶動(dòng)了我國(guó)農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，同時(shí)，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(shì)分析，未來(lái)我國(guó)農(nóng)村將會(huì)迎來(lái)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(dòng)化控制系統(tǒng)，可以使噴灌更加智能，它是將智能設(shè)備、農(nóng)業(yè)噴灌系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，通過(guò)軟件編程，達(dá)到在無(wú)人看管的情況下，實(shí)現(xiàn)定時(shí)定向的噴灌；其特征主要體現(xiàn)在高效、快速、精耕細(xì)作、節(jié)約水資源等方面，而且，可以通過(guò)軟件的更改與重新設(shè)置，增加其適應(yīng)性，充分的將其功能性顯示出來(lái)；從發(fā)展應(yīng)用的趨勢(shì)來(lái)看，其前景廣闊、極具使用價(jià)值。在基于PLC的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，需要通過(guò)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(wù)。以本次研究所討論的對(duì)象來(lái)看，系統(tǒng)控制要求，在本系統(tǒng)中，以區(qū)域、作物特點(diǎn)為基本條件，按照相關(guān)要求，完成對(duì)I、II、III，三個(gè)區(qū)域的農(nóng)作物噴灌、停止，從而展示其自動(dòng)控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

具體的控制要求有7個(gè)方面，具體如下述：首先，在I區(qū)，從8：00（開(kāi)始）——18：00（停止），噴霧3分鐘，停止8分鐘，如此反復(fù)，直到完工；其次，在II區(qū)，從8：00（開(kāi)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(fù)，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(dòng)、自動(dòng)控制水泵，控制電磁閥開(kāi)關(guān)，達(dá)到開(kāi)/停目的；第五，配備溫度濕度測(cè)控裝置，如遇陰雨天，會(huì)自動(dòng)停止；第六，配備自動(dòng)報(bào)警裝置，一旦出錯(cuò)或故障，會(huì)自動(dòng)停止；第七，配聲光報(bào)警系統(tǒng)、報(bào)警器試驗(yàn)按鈕，如遇意外，會(huì)自動(dòng)停止，每次運(yùn)行前會(huì)自動(dòng)檢測(cè)。

1.1 硬件設(shè)計(jì)

首先，選擇器件型號(hào)；以三菱可編程序控制器FX2N—64MR為PLC主機(jī)；擴(kuò)展功能模塊以FX2N—4AD為主（針對(duì)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(hào)是FX2N—4AD—PT；在具體的設(shè)計(jì)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(jī)、電磁閥、熱繼電器、聲光報(bào)警器、熔斷器、隔離開(kāi)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(hào)、數(shù)量，都以該系統(tǒng)要求為準(zhǔn)；可參考三菱可編程控制系統(tǒng)的配置說(shuō)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(shè)置獨(dú)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(cè)模塊。主要是通過(guò)控制溫度、濕度，來(lái)達(dá)到運(yùn)行周期的PID運(yùn)算與設(shè)定。

1.2 軟件設(shè)計(jì)

首先，需要制定程序流程圖，當(dāng)控制器電源接通——PLC啟動(dòng)——手動(dòng)/自動(dòng)掃描系統(tǒng)——系統(tǒng)初始化（設(shè)置參數(shù)）——（利用濕度信號(hào)/溫度信號(hào)）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(guò)范圍進(jìn)行噴灌，0攝氏度以下停止；根據(jù)上面的7點(diǎn)要求，嚴(yán)格操作。其交，在本次的設(shè)計(jì)中，上位機(jī)以組態(tài)王軟件為主，組態(tài)界面也實(shí)現(xiàn)了動(dòng)畫連接，可以很好的實(shí)現(xiàn)顯示測(cè)量結(jié)果、自動(dòng)發(fā)送控制指令，嚴(yán)格以控制要求完成噴灌任務(wù)。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(shè)置，將與植物需水量相關(guān)的氣象參量（溫度、相對(duì)濕度、降雨量、輻射、風(fēng)速等）通過(guò)單向傳輸?shù)姆绞?，自?dòng)將氣象信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字信息傳遞給時(shí)序控制器。使用時(shí)只需將每個(gè)站點(diǎn)的信息（坡度、作物種類、土壤類型、噴頭種類等）設(shè)定完畢，無(wú)需對(duì)控制器設(shè)定開(kāi)啟、運(yùn)行、關(guān)閉時(shí)間，整個(gè)系統(tǒng)將根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件、土壤特性、作物類別等不同情況，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化精確灌溉。

2 結(jié)束語(yǔ)

在新時(shí)代，就應(yīng)該堅(jiān)持與時(shí)俱進(jìn)、因時(shí)制宜；當(dāng)前信息技術(shù)的發(fā)展以及應(yīng)用，帶動(dòng)了工業(yè)領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的智能化，這種自動(dòng)一體化的發(fā)展，有助于將人從機(jī)械的勞作中解放出來(lái)，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(guò)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(yíng)模式，從而推動(dòng)農(nóng)村人民的生活方式、生產(chǎn)行為向著更為先進(jìn)的方向邁進(jìn)，也有助于為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步，平添新的動(dòng)力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]丁濤，王芳.基于PRO-F土壤濕度傳感器的干旱地區(qū)自動(dòng)噴灌系統(tǒng)研究[J].價(jià)值工程，2013（1）.

[2]鄭芳.AutoCAD在園林綠地噴灌系統(tǒng)中的應(yīng)用研究與開(kāi)發(fā)[J].同濟(jì)大學(xué)軟件學(xué)院院報(bào)，2012（15）.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]