淺談基于PLC農作物噴灌系統的設計

李晨晨　孫歆鈺

【摘 要】本文以農作物噴灌系統為主題，探討基于PLC的噴灌系統中與設計相關的問題。首先結合現代農業的發展現狀，從概念、特征、作用等方面進行了簡要概述；主要以三菱FX2N型PLC控制設備為主，探討了系統控制的要求，并通過硬件設計、軟件設計兩大方面，對系統的總體設計進行說明。希望通過本文初步論述可以引起更多的關注與交流，同時希望可以為該方面的研究工作提供一些有價值的信息，以供參考。

【關鍵詞】PLC；農作物；噴灌系統；設計

我國屬于農業大國，隨經濟的增長，產業結構的調整與優化，農業也在向現代化的方向不斷轉型。從目前發展來看，出現了自動化控制的噴灌系統，還有大棚農業的發展，加上產業鏈的發展，諸多地區也發展了具有特色的“農業一條龍”產業，通過農產品的深加工，以及企業化模式等，帶動了我國農村地區經濟的增長，同時，也改變了人民的物質生活條件以及生產生活方式；從發展趨勢分析，未來我國農村將會迎來全新的發展，并出現農業發展的新局面。

0 概述

基于PLC的自動化控制系統，可以使噴灌更加智能，它是將智能設備、農業噴灌系統有機結合，通過軟件編程，達到在無人看管的情況下，實現定時定向的噴灌；其特征主要體現在高效、快速、精耕細作、節約水資源等方面，而且，可以通過軟件的更改與重新設置，增加其適應性，充分的將其功能性顯示出來；從發展應用的趨勢來看，其前景廣闊、極具使用價值。在基于PLC的自動化控制系統中，需要通過PLC、PID控制結合，建立起農作物噴灌控制器，從而為農業耕作提供智能化服務。以本次研究所討論的對象來看，系統控制要求，在本系統中，以區域、作物特點為基本條件，按照相關要求，完成對I、II、III，三個區域的農作物噴灌、停止，從而展示其自動控制系統。

1 系統總體設計

具體的控制要求有7個方面，具體如下述：首先，在I區，從8：00（開始）——18：00（停止），噴霧3分鐘，停止8分鐘，如此反復，直到完工；其次，在II區，從8：00（開始）——17：00（停止），以旋轉式噴頭噴灌，分2組，每組噴霧6分鐘，停止15分鐘，如此反復，直到完工；第三，在III區，分2組，交替噴灌，3天1次；第四，有手動、自動控制水泵，控制電磁閥開關，達到開/停目的；第五，配備溫度濕度測控裝置，如遇陰雨天，會自動停止；第六，配備自動報警裝置，一旦出錯或故障，會自動停止；第七，配聲光報警系統、報警器試驗按鈕，如遇意外，會自動停止，每次運行前會自動檢測。

1.1 硬件設計

首先，選擇器件型號；以三菱可編程序控制器FX2N—64MR為PLC主機；擴展功能模塊以FX2N—4AD為主（針對溫度濕度模擬量）；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是FX2N—4AD—PT；在具體的設計硬件配置中，還需要土壤溫度濕度傳感器、雨量傳感器、水泵、電機、電磁閥、熱繼電器、聲光報警器、熔斷器、隔離開關、接觸器、按鈕、隔離變壓器、低通濾波器等，這些器件的型號、數量，都以該系統要求為準；可參考三菱可編程控制系統的配置說明。具體的系統功能示意圖如下圖1所示。

其次，傳感器方面，需要設置獨立電源，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，有系統總電路、系統主電路、土壤濕度檢測模塊。主要是通過控制溫度、濕度，來達到運行周期的PID運算與設定。

1.2 軟件設計

首先，需要制定程序流程圖，當控制器電源接通——PLC啟動——手動/自動掃描系統——系統初始化（設置參數）——（利用濕度信號/溫度信號）傳送A/D轉換模塊FX2N—4AD（數字量）——PLC（執行PID功指令）；其次，溫度以0——25攝氏度為可超過范圍進行噴灌，0攝氏度以下停止；根據上面的7點要求，嚴格操作。其交，在本次的設計中，上位機以組態王軟件為主，組態界面也實現了動畫連接，可以很好的實現顯示測量結果、自動發送控制指令，嚴格以控制要求完成噴灌任務。系統流程如圖2所示。

總之，智能灌溉系統，利用硬件配置與軟件設置，將與植物需水量相關的氣象參量（溫度、相對濕度、降雨量、輻射、風速等）通過單向傳輸的方式，自動將氣象信息轉化成數字信息傳遞給時序控制器。使用時只需將每個站點的信息（坡度、作物種類、土壤類型、噴頭種類等）設定完畢，無需對控制器設定開啟、運行、關閉時間，整個系統將根據當地的氣象條件、土壤特性、作物類別等不同情況，實現自動化精確灌溉。

2 結束語

在新時代，就應該堅持與時俱進、因時制宜；當前信息技術的發展以及應用，帶動了工業領域、農業領域的智能化，這種自動一體化的發展，有助于將人從機械的勞作中解放出來，并且，可以提高生產效率，降低人力成本，增加產業向可持續方向發展，尤其是通過這種革新與產業調整，能夠形成與傳統農業完全不同的經營模式，從而推動農村人民的生活方式、生產行為向著更為先進的方向邁進，也有助于為我國的經濟發展、社會進步，平添新的動力。

【參考文獻】

[1]丁濤，王芳.基于PRO-F土壤濕度傳感器的干旱地區自動噴灌系統研究[J].價值工程，2013（1）.

[2]鄭芳.AutoCAD在園林綠地噴灌系統中的應用研究與開發[J].同濟大學軟件學院院報，2012（15）.

[責任編輯：楊玉潔]