基于PLC控制系統的溫室灌溉系統設計研究

季建珍

（江蘇省宜興中等專業學校，江蘇 宜興 214200）

一個良好的溫室環境需要對環境溫度、CO2濃度、濕度及光照進行有效監測和控制。如果這些工作都由人們手動完成，不僅工作強度大，最終的控制效果也會不盡如人意，造成勞動力和資源浪費。隨著科學技術發展，農業生產技術趨于自動化，人力和資源消耗得到了有效控制。溫室灌溉系統起步于國外，具有節能性高、穩定性強等特點。本文主要根據現代溫室控制的一般方法，設計出一種對于環境的溫度、CO2濃度、濕度與光照均能進行自動檢測的溫室灌溉系統。該系統應用了PLC控制技術，真正意義上實現了實時檢測、人力交互的生產模式［1］。本文設計的溫室灌溉系統，主要基于PLC系統，內部含有可進行編程存儲器，可以進行運算、排列順序、定時和計數等操作，具有可靠性高、編程容易、組態靈活、安裝方便以及運行速度快等特點。

1 溫室灌溉系統的軟件設計

1.1 針對水生植物

水生植物對灌溉系統要求較高。本設計通過投入式水位傳感器感受水位信號，并且將其傳送到控制器進行分析，與設定信號最小值和最大值相比較，之后根據兩者差異分別對水和電閥門進行打開或關閉指令，當水位到達不了規定范圍內時，最小水位報警燈閃亮［2］。水生植物灌溉流程如圖1所示。

1.2 針對土壤植物

本系統將土壤所需含水量設定為一個最小值，保證土壤中水分含量一直處于最小值之上，并且通過土壤傳感器對土壤濕度進行監測，之后將相關數值傳送到控制器上，與開始設定的最大值和最小值進行比較，根據差異分別對水和電閥門進行打開或關閉指令，保證土壤濕度符合設定標準，從而使土壤植物有充足濕度和水分［3］。當土壤中水量低于設定最小值時，設置最小值報警燈閃亮。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

1.3 定時灌溉設計

本系統具有定時灌溉模式，即可以按照設置完成定時、定量澆灌任務，如可以選擇每天06：00進行自動灌溉，持續2～3 min；或者選擇16：00進行灌溉，持續2～3 min［4］。另外，還可以進行每隔一天的定時灌溉，當晚上光敏開關響應時，進行澆灌澆水，持續2 min。這兩種模式可以根據水生植物和土壤植物生長特性進行調整，具體流程如圖3所示。

圖3 定時灌溉流程

1.4 空氣溫度控制

本文系統在空氣溫度值檢測過程中，設定一個最高值和最低值，當空氣溫度不在該范圍時，將進行自動升溫和降溫操作。

1.5 CO2濃度控制

同控制溫度控制類似，設定一個CO2濃度最高值和最低值，當空氣中CO2濃度不在該范圍時，進行自動補充或降低操作。

1.6 室內光照度控制。

本系統還能夠對室內光照進行有效控制，當光照值低于設定值時，進行自動補光工作；當白天光照值高于設定值時，則自動關閉該功能。

2 溫室灌溉系統的軟件設計

本文設計的溫室灌溉系統主要由PLC、A/D轉換模塊、土壤濕度傳感器、水位傳感器、執行機構和報警裝置構成。針對于水生植物和土壤植物有不同的工作原理，如圖4所示。

2.1 PLC的選擇

使用西門子S7-200PLC作為控制器，其含有14個輸入端口和10個輸出端口，可以相互連接成為擴展模塊，滿足系統控制要求。

圖4 硬件工作原理

2.2 土壤濕度傳感器的選擇

采用FDR中的HA2001 FDR土壤傳感器，該土壤傳感器主要運用了電磁脈沖工作原理達到監測土壤水分效果，具有快速、安全、便捷、自動和定點準確的優點。

2.3 水位傳感器的選擇

本次控制系統采用DATA-51的投入式水位傳感器，該水位傳感器將水位信號傳達到水位控制器上，并將實際水位情況和設定水位情況進行對比，從而發出打開或關閉的質量，保證水位所需量穩定［5］。

2.4 A/D轉換器的選擇

根據本系統對輸入量的要求，采用EM231模擬量輸入模塊，將現場由傳感器檢測產生的連續模擬量信號轉換成PLC可以接收的12位二進制數信號，數字量位數越多，表明模塊分辨率越高。

3 結語

本文基于PLC控制技術設計了一套溫室灌溉系統。該溫室灌溉系統能夠對不同植物所需水量進行自動控制，以西門子S7-200的PLC為控制器，采用水位節點控制、時鐘控制以及濕度傳感器，對水生植物及土壤植物進行智能化灌溉。通過研究分析發現，該溫室灌溉系統減輕了工作強度，緩解了勞動壓力，適合進一步推廣。