王 權(quán)，汪一鳴，王港寧，劉振江

（鄭州科技學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，河南 鄭州 450064）

隨著城市化的發(fā)展，居民樓層越建越高，很多有情調(diào)的居民開(kāi)始在自家陽(yáng)臺(tái)上種植綠色植物，以凈化空氣、陶冶情操。同時(shí)，人們的生活節(jié)奏加快，使得他們少有時(shí)間去打理。PLC是專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車等領(lǐng)域都得到了長(zhǎng)足發(fā)展[1-2]，運(yùn)用PLC控制自動(dòng)門具有較高的可靠性，且維修方便。利用三菱FX系列PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)陽(yáng)臺(tái)綠色植物的無(wú)人化管理具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

1 控制要求

實(shí)現(xiàn)對(duì)陽(yáng)臺(tái)植物的自動(dòng)灌溉功能，重點(diǎn)在于控制系統(tǒng)的搭建與控制程序的編寫。本系統(tǒng)的控制目標(biāo)是在無(wú)人參與的情況下對(duì)綠色植物實(shí)現(xiàn)澆水功能，這樣不僅能夠節(jié)省人們的管理時(shí)間，還能夠通過(guò)更加精細(xì)的控制環(huán)節(jié)節(jié)約水資源?？刂葡到y(tǒng)的主令控制有兩個(gè)控制按鈕，一個(gè)控制啟動(dòng)，另一個(gè)控制停止，分別連接PLC的輸入繼電器X0和X1。輸出信號(hào)時(shí)控制出水的若干電磁閥（根據(jù)所要灌溉的植物種類與數(shù)量確定，以控制一種為例進(jìn)行說(shuō)明）連接PLC的輸出繼電器Y0?？刂埔笫钱?dāng)系統(tǒng)通電工作時(shí)，輸出繼電器能夠在特定的情況下接通或斷開(kāi)，以此來(lái)控制系統(tǒng)給綠植澆水。

2 程序?qū)崿F(xiàn)

PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為3個(gè)階段，即輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新[3]。輸入采樣階段用來(lái)感應(yīng)外部控制信號(hào)的狀態(tài)變化，將變化后的信號(hào)存儲(chǔ)于輸入數(shù)據(jù)暫存區(qū)；在程序執(zhí)行階段，根據(jù)輸入處理階段讀入的數(shù)據(jù)執(zhí)行程序，執(zhí)行的結(jié)果存儲(chǔ)在輸出狀態(tài)暫存區(qū)；輸出刷新階段實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的變化。控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)就是要求輸出繼電器Y0能夠按照一定的要求完成置位和復(fù)位，有多種實(shí)現(xiàn)方式。

2.1 時(shí)間原則控制程序?qū)崿F(xiàn)

依照平常對(duì)綠植的灌溉習(xí)慣，在每天的確定時(shí)間補(bǔ)充一定量的水分，這種控制利用時(shí)間原則實(shí)現(xiàn)。PLC常用的時(shí)間原則控制是采用定時(shí)器T進(jìn)行控制，定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間有限，要借助多個(gè)定時(shí)器或計(jì)數(shù)器C完成較長(zhǎng)時(shí)間的定時(shí)延時(shí)控制。而本控制系統(tǒng)需要每隔數(shù)個(gè)小時(shí)之久進(jìn)行控制，顯然利用定時(shí)器完成延時(shí)控制是不可取的。我們發(fā)現(xiàn)，本控制系統(tǒng)需要在每天特定的時(shí)間對(duì)輸出繼電器進(jìn)行控制，因此可以采用時(shí)鐘調(diào)用的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

三菱PLC中有專門寄存時(shí)間的特殊數(shù)據(jù)寄存器D8013-D8018，利用數(shù)據(jù)傳送指令MOV將數(shù)據(jù)傳入D10-D15中。根據(jù)實(shí)際情況可以設(shè)定在每天的下午6：00進(jìn)行一次灌溉，只需要將寄存小時(shí)的寄存器D12與設(shè)定值18進(jìn)行比較即可。具體過(guò)程為：按下啟動(dòng)按鈕（X0），系統(tǒng)運(yùn)行，利用M8000作為常閉觸點(diǎn)，通過(guò)比較指令CMP使D12與設(shè)定值K18進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)比較。當(dāng)兩個(gè)數(shù)據(jù)相等時(shí)M10有輸出，此時(shí)取M10的上升沿信號(hào)置位M0，用M0去控制一個(gè)定時(shí)器T0，定時(shí)時(shí)間為灌溉時(shí)間。如果是10S，那么就是T0 K100，將時(shí)間調(diào)整到復(fù)位M0。這個(gè)過(guò)程就是在特定的時(shí)間下午6：00進(jìn)行灌溉的過(guò)程，具體流程如圖1所示。

圖1 程序流程圖

2.2 閉環(huán)控制

利用時(shí)間原則實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的控制，能夠模擬人們的灌溉習(xí)慣，但是由于溫度、濕度以及四季等的變化，下午6：00進(jìn)行灌溉并不一直是個(gè)恰當(dāng)?shù)墓喔葧r(shí)間，可以采用讓控制系統(tǒng)與周圍環(huán)境進(jìn)行信息交互，給控制系統(tǒng)增加一個(gè)反饋環(huán)節(jié)，形成一個(gè)閉環(huán)的方法，實(shí)現(xiàn)機(jī)器與環(huán)境相交互的自動(dòng)控制功能。這種控制方法是將濕度傳感器檢測(cè)到的土壤濕度信號(hào)傳遞給PLC，PLC內(nèi)部對(duì)其進(jìn)行判斷，當(dāng)濕度低于一定值時(shí)驅(qū)動(dòng)PLC的輸出繼電器Y0進(jìn)行工作，同時(shí)濕度傳感器保持信息的傳遞；當(dāng)濕度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，Y0停止工作不再澆水。由于傳感器傳送的是模擬量信號(hào)而非開(kāi)關(guān)信號(hào)，因此不能直接將傳感器與PLC基本模塊的輸入繼電器相連，需要給PLC增加一個(gè)AD轉(zhuǎn)換模塊。

3 分析與總結(jié)

庭使用。

第二種方案相對(duì)于第一種來(lái)說(shuō)形成了一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制更加精確，增加了更多的傳感器對(duì)植物的生長(zhǎng)狀況進(jìn)行檢查并反饋給PLC，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)更加完善的功能。該方案要增加相應(yīng)的模塊，成本較高，不過(guò)可以減少人的參與，適用于規(guī)模稍大的場(chǎng)所。

［1］劉憲武.PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制中的應(yīng)用［J］.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2013（17）：30-31.

［2］鄧高壽，潘宏俠.PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用及發(fā)展［J］.機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2006（03）：99-100，102.

［3］周立文.淺談可編程控制器的基本組成及工作原理［J］.科學(xué)之友，2012（07）：156-157.