基于PLC的農作物噴灌控制系統設計

文/馮錢東 趙娟

基于PLC的農作物噴灌控制系統設計

文/馮錢東 趙娟

本設計中采用三菱FX2N系列的PLC作為控制設備，結合PLC功能指令實現農作物噴灌控制系統，對各區采用不同的噴灌方式進行灌溉，系統操作簡單可靠、實現方便、運行穩定。

PLC 噴灌 農作物

以人工勞動力噴灌為主的農作物噴灌系統不僅耗時耗力達不到農作物需水要求，不能滿足我國人口對糧食的需求，為了提高工作效益和節省人工，減輕勞動強度，促進生產自動化，采用自動化系統控制的模式進行農作物噴灌控制是適應現代農業的一種方式。

目前，許多國家研制出了一系列高效節能的灌溉控制器，用途十分廣泛，而我國在灌溉技術上還待成熟。實現操作簡單、功能強大、適應力廣泛、應用簡易的節水自動灌溉系統不僅有巨大的社會效益還有很長遠的發展前景。

1 基于PLC的農作物噴灌控制系統方案設計

控制噴灌系統的方法有很多，主要有單片機控制方法和PLC控制方法，無論采用單片機控制還是PLC控制都有著不同的優缺點。單片機控制系統開發周期比較長，系統調試耗時長且復雜。除此之外，單片機抗干擾能力比較弱，所以對現場工作環境要求很苛刻。穩定性差，成本低。PLC控制系統性能高、價格昂貴、但體系結構封閉，各生產廠家硬件體系互不兼容、指令和編程系統異同。本設計選用三菱公司的可編程序控制器（PLC）作為主控制器。實現自動和手動兩種操作方式。噴灌控制系統組成框圖如圖1所示。

圖1：噴灌控制系統組成框圖

2 噴灌控制系統硬件設計

本設計將自動控制與噴灌系統有機的結合起來，其控制系統功能示意圖如圖2所示。

圖2：控制系統功能示意圖

用PLC對農作物噴灌控制系統實現控制，其控制要求具體如下。首先，A灌區采用噴灌，噴霧2分鐘，停止5分鐘，如此反復，直到完工；在B灌區，以旋轉式噴頭噴灌，分2組，每組噴霧5分鐘，停止20分鐘，如此反復，直到完工；在C灌區，分2組，交替噴灌工作，灌溉1次；有手動、自動控制水泵，控制電磁閥開關，達到開/停目的；配備濕度測控裝置；自動報警裝置；光報警系統、報警器試驗按鈕，如遇意外，會自動停止。

本設計選用為三菱公司的FX2N—80MR-001型為PLC主機；型號為FX2N-4AD的輸入模塊；三臺Y系列型號為Y200L-4的四級電動機；CJX2-5011系列的直動式交流接觸器；JR1型號的熱繼電器；ISW150-315B水泵機；FDR型的土壤濕度傳感器；LA系列的按鈕；LF-1000型橢圓型濾波器；FMD-116-型聲光報警器；BZCA-1P-K系列的電磁閥；220VPLC的供電電源；380V電機電源；220V控制電路負載電壓。

水泵電機主電路圖如圖3所示。PLC的控制電路圖如圖4所示。通過PLC噴灌系統實現A灌區、B灌區和C灌區的啟動、停止、復位、濕度達標、手動灌溉切換等功能。

圖3：水泵電機主電路圖

圖4：PLC的控制電路圖

3 噴灌控制系統軟件設計

系統流程圖如圖5所示。

圖5：系統流程圖

PLC梯形圖程序設計采用模塊化編程，包括系統的主程序；A、B、C三個灌區的灌溉程序等。手動模式下在A、B、C三個灌區工作時間內隨時控制各區域工作時間內隨時控制各區域的開始以及停止。自動模式下，系統則按照工作要求自動進行相應動作。當系統運行遇到緊急情況時，報警狀態采用手動方式切除。

4 系統測試

在PLC程序設計中，系統測試部分是不可缺少的，它起到保證系統可靠性，驗證程序是否正確的作用。根據噴灌控制系統控制要求編寫好的程序輸入到PLC中，確認無誤后在機器上進行實際模擬調試。由于程序設計中輸入接口太多不便于實際操作，故對A、B、C三個罐區分別進行測試。

5 結論

基于PLC的自動化控制農作物噴灌系統是將自動控制與噴灌系統有機的結合起來，智能灌溉系統，利用硬件配置與軟件設置，構建了一個溫度、濕度、雨量、壓力相結合。采用PLC為主控制系統，克服了繼電器等系統的不足，安全性和可靠性提高了。

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作者單位荊楚理工學院學院 湖北省荊門市 448200

荊楚理工學院自然科學技術研究項目、基于神經網絡改進算法的盲均衡技術及其在無線傳感器網絡通信中的應用研究、項目編號：ZR201514。