季建珍
(江蘇省宜興中等專業(yè)學(xué)校,江蘇 宜興 214200)
一個(gè)良好的溫室環(huán)境需要對(duì)環(huán)境溫度、CO2濃度、濕度及光照進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)和控制。如果這些工作都由人們手動(dòng)完成,不僅工作強(qiáng)度大,最終的控制效果也會(huì)不盡如人意,造成勞動(dòng)力和資源浪費(fèi)。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)趨于自動(dòng)化,人力和資源消耗得到了有效控制。溫室灌溉系統(tǒng)起步于國(guó)外,具有節(jié)能性高、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)。本文主要根據(jù)現(xiàn)代溫室控制的一般方法,設(shè)計(jì)出一種對(duì)于環(huán)境的溫度、CO2濃度、濕度與光照均能進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)的溫室灌溉系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用了PLC控制技術(shù),真正意義上實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)檢測(cè)、人力交互的生產(chǎn)模式[1]。本文設(shè)計(jì)的溫室灌溉系統(tǒng),主要基于PLC系統(tǒng),內(nèi)部含有可進(jìn)行編程存儲(chǔ)器,可以進(jìn)行運(yùn)算、排列順序、定時(shí)和計(jì)數(shù)等操作,具有可靠性高、編程容易、組態(tài)靈活、安裝方便以及運(yùn)行速度快等特點(diǎn)。
水生植物對(duì)灌溉系統(tǒng)要求較高。本設(shè)計(jì)通過(guò)投入式水位傳感器感受水位信號(hào),并且將其傳送到控制器進(jìn)行分析,與設(shè)定信號(hào)最小值和最大值相比較,之后根據(jù)兩者差異分別對(duì)水和電閥門進(jìn)行打開(kāi)或關(guān)閉指令,當(dāng)水位到達(dá)不了規(guī)定范圍內(nèi)時(shí),最小水位報(bào)警燈閃亮[2]。水生植物灌溉流程如圖1所示。
本系統(tǒng)將土壤所需含水量設(shè)定為一個(gè)最小值,保證土壤中水分含量一直處于最小值之上,并且通過(guò)土壤傳感器對(duì)土壤濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè),之后將相關(guān)數(shù)值傳送到控制器上,與開(kāi)始設(shè)定的最大值和最小值進(jìn)行比較,根據(jù)差異分別對(duì)水和電閥門進(jìn)行打開(kāi)或關(guān)閉指令,保證土壤濕度符合設(shè)定標(biāo)準(zhǔn),從而使土壤植物有充足濕度和水分[3]。當(dāng)土壤中水量低于設(shè)定最小值時(shí),設(shè)置最小值報(bào)警燈閃亮。土壤植物灌溉流程如圖2所示。
圖1 水生植物灌溉流程
圖2 土壤植物灌溉流程圖
本系統(tǒng)具有定時(shí)灌溉模式,即可以按照設(shè)置完成定時(shí)、定量澆灌任務(wù),如可以選擇每天06:00進(jìn)行自動(dòng)灌溉,持續(xù)2~3 min;或者選擇16:00進(jìn)行灌溉,持續(xù)2~3 min[4]。另外,還可以進(jìn)行每隔一天的定時(shí)灌溉,當(dāng)晚上光敏開(kāi)關(guān)響應(yīng)時(shí),進(jìn)行澆灌澆水,持續(xù)2 min。這兩種模式可以根據(jù)水生植物和土壤植物生長(zhǎng)特性進(jìn)行調(diào)整,具體流程如圖3所示。
圖3 定時(shí)灌溉流程
本文系統(tǒng)在空氣溫度值檢測(cè)過(guò)程中,設(shè)定一個(gè)最高值和最低值,當(dāng)空氣溫度不在該范圍時(shí),將進(jìn)行自動(dòng)升溫和降溫操作。
同控制溫度控制類似,設(shè)定一個(gè)CO2濃度最高值和最低值,當(dāng)空氣中CO2濃度不在該范圍時(shí),進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)充或降低操作。
本系統(tǒng)還能夠?qū)κ覂?nèi)光照進(jìn)行有效控制,當(dāng)光照值低于設(shè)定值時(shí),進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)光工作;當(dāng)白天光照值高于設(shè)定值時(shí),則自動(dòng)關(guān)閉該功能。
本文設(shè)計(jì)的溫室灌溉系統(tǒng)主要由PLC、A/D轉(zhuǎn)換模塊、土壤濕度傳感器、水位傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和報(bào)警裝置構(gòu)成。針對(duì)于水生植物和土壤植物有不同的工作原理,如圖4所示。
使用西門子S7-200PLC作為控制器,其含有14個(gè)輸入端口和10個(gè)輸出端口,可以相互連接成為擴(kuò)展模塊,滿足系統(tǒng)控制要求。
圖4 硬件工作原理
采用FDR中的HA2001 FDR土壤傳感器,該土壤傳感器主要運(yùn)用了電磁脈沖工作原理達(dá)到監(jiān)測(cè)土壤水分效果,具有快速、安全、便捷、自動(dòng)和定點(diǎn)準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。
本次控制系統(tǒng)采用DATA-51的投入式水位傳感器,該水位傳感器將水位信號(hào)傳達(dá)到水位控制器上,并將實(shí)際水位情況和設(shè)定水位情況進(jìn)行對(duì)比,從而發(fā)出打開(kāi)或關(guān)閉的質(zhì)量,保證水位所需量穩(wěn)定[5]。
根據(jù)本系統(tǒng)對(duì)輸入量的要求,采用EM231模擬量輸入模塊,將現(xiàn)場(chǎng)由傳感器檢測(cè)產(chǎn)生的連續(xù)模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC可以接收的12位二進(jìn)制數(shù)信號(hào),數(shù)字量位數(shù)越多,表明模塊分辨率越高。
本文基于PLC控制技術(shù)設(shè)計(jì)了一套溫室灌溉系統(tǒng)。該溫室灌溉系統(tǒng)能夠?qū)Σ煌参锼杷窟M(jìn)行自動(dòng)控制,以西門子S7-200的PLC為控制器,采用水位節(jié)點(diǎn)控制、時(shí)鐘控制以及濕度傳感器,對(duì)水生植物及土壤植物進(jìn)行智能化灌溉。通過(guò)研究分析發(fā)現(xiàn),該溫室灌溉系統(tǒng)減輕了工作強(qiáng)度,緩解了勞動(dòng)壓力,適合進(jìn)一步推廣。