喬大壯 馮永輝 孫圓 徐現(xiàn)樂 宋衛(wèi)海

摘 要：隨著我國農(nóng)業(yè)技術(shù)方面的迅速發(fā)展，將水和肥料的有效結(jié)合已成為我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢。本論文通過深入研究農(nóng)作物對水肥的要求，分析并利用PLC控制功能實(shí)現(xiàn)對作物進(jìn)行灌溉施肥，設(shè)計了可以實(shí)現(xiàn)其功能的硬件結(jié)構(gòu)。在該系統(tǒng)中，由傳感器采集到的濕度和電導(dǎo)率值的數(shù)據(jù)，傳送給4AD轉(zhuǎn)換模塊，然后經(jīng)過PLC對信息進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)水和肥料的有效結(jié)合灌溉。

關(guān)鍵詞：面向農(nóng)業(yè);室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn);水肥一體;PLC+觸摸屏技術(shù)

0.引言

根據(jù)調(diào)查顯示，我國耕地所需的水量僅占世界平均水量的19%，約有0.07億hm2的灌溉面積由于缺水而得不到有效灌溉。因此，在我國，農(nóng)業(yè)缺水的形勢將面臨非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)?；赑LC控制的水肥一體機(jī)控制系統(tǒng)是一種先進(jìn)的工業(yè)控制計算機(jī)，它的應(yīng)用非常廣泛。

1.系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

基于PLC的水肥一體機(jī)控制系統(tǒng)主要由控制中心系統(tǒng)，灌溉施肥系統(tǒng)、土壤墑情采集系統(tǒng)三部分構(gòu)成。整體硬件主要包括電源、土壤電導(dǎo)率傳感器和溫濕度變送器、4AD轉(zhuǎn)換模塊、FX2N-48MR主單元、觸摸顯示屏、肥料桶和電磁閥、攪拌器和電動機(jī)、施肥罐和電磁閥。系統(tǒng)原理框圖如圖1.1.1所示。

1.2 電氣原理圖

水肥一體機(jī)控制中心系統(tǒng)是核心部分，由傳感器對作物的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，將數(shù)據(jù)傳給PLC，再由觸摸屏顯示，繼而對作物進(jìn)行灌溉施肥。其電氣原理圖如圖1.2.1所示。

1.3 土壤電導(dǎo)率傳感器

本設(shè)備采用的土壤電導(dǎo)率傳感器可直接與PLC的4AD轉(zhuǎn)換模塊相連接，采用DC24V電源供電。

1.4 溫濕度變送器

本設(shè)備采用仁科RS-WS-V10-2型溫濕度傳感器，安全可靠、安裝方便。它通過485總線安裝;輸入通道為1或2通道;AD轉(zhuǎn)換分辨率為10或12位;采集電流信號為4～20mA。

1.5 PLC控制器

在本設(shè)計中，采用的是三菱FX2N-48MR系列PLC可編程控制器，三菱FX2N系列的PLC是FX家族中最先進(jìn)的系列。該P(yáng)LC在實(shí)時模式下具有響應(yīng)速度快、通訊功能強(qiáng)、實(shí)時性強(qiáng)等特點(diǎn)。

整個系統(tǒng)的系列特點(diǎn)：

（1）強(qiáng)大的性能

（2）可靠性高

（3）豐富的I/O接口模塊

（4）編程簡單易學(xué)

（5）安裝簡單、維修方便

（6）體積小

1.6 觸摸顯示屏

本設(shè)備的控制中心模塊選用的觸摸屏型號為TPC7062KX的觸摸顯示屏，此顯示屏的輸入為DC24V，可直接與三菱FX2N-48MR系列的PLC相連接。

1.7 攪拌裝置

本系統(tǒng)的攪拌裝置主要由一個DC24V，型號為ZYTD520的直流電動機(jī)和攪拌器構(gòu)成。主要作用為對水分和肥料進(jìn)行混合，然后攪拌，繼而進(jìn)行灌溉施肥。

2.系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本裝置的軟件設(shè)計主要包括采集作物的濕度和電導(dǎo)率值，并將其數(shù)據(jù)傳送給PLC控制系統(tǒng)，然后控制系統(tǒng)依據(jù)所寫程序進(jìn)行控制，決定各種補(bǔ)給的多少。同時查資料可知，作物所需肥料表如表2.1.1所示。

2.2 溫濕度及電導(dǎo)率控制

FX2N-4AD轉(zhuǎn)換模塊將傳感器檢測到的濕度值及電導(dǎo)率值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)傳給PLC主單元，PLC主單元對數(shù)據(jù)進(jìn)行換算和處理并由觸摸屏進(jìn)行顯示。

2.3 報警裝置

報警裝置是用來提醒操作人員進(jìn)行故障排除的，通過報警及時通知操作人員，方便操作人員對系統(tǒng)的維護(hù)。其系統(tǒng)流程圖如圖2.3.1所示。

3. 總結(jié)

本論文完成了基于PLC的水肥一體機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計與開

發(fā)，該系統(tǒng)是一套集灌溉、施肥、觸摸屏、PLC、傳感器于一體的易操作、智能化、精準(zhǔn)化的水肥一體化系統(tǒng)。

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（作者單位：山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 機(jī)械電子工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100）