基于觸摸屏和PLC的太陽能自動灌溉系統研究

李星宇 趙 野 蘇志鵬 鄭長富

(長春工業大學電氣與電子工程學院，吉林 長春 130012)

基于觸摸屏和PLC的太陽能自動灌溉系統研究

李星宇 趙 野 蘇志鵬 鄭長富

(長春工業大學電氣與電子工程學院，吉林 長春 130012)

該研究以太陽能作為系統電源，基于觸摸屏和PLC，以沈稻11為試材，通過檢測稻田的實際土壤溫濕度，并與水稻生長的最適濕度進行比較，根據實際農業灌溉過程中建立的PID控制規則，實現了稻田的自動節水灌溉。該系統響應時間大約1 s，穩態誤差小于2%，對濕度控制精確，水稻生長良好。

太陽能自動灌溉系統；溫濕度檢測；觸摸屏；PLC

0 引言

我國太陽能資源豐富，農業灌溉用水用電極為短缺。利用太陽能給自動灌溉系統供電，環保省電，應用自動灌溉系統可以高效地利用現有水電資源，達到科學灌溉，實現農作物的增產。水稻生長最適濕度范圍在50%～90%，高溫有利于光合作用，而濕度高通常會使溫度降低，所以在允許范圍內，應盡量降低土壤濕度，達到節水、增產的目的[1]。

1 系統的組成

自動灌溉系統由西門子S7-200XP和西門子MP277-8寸觸摸屏組成，S7-200XP通過模擬量輸入模塊和土壤溫濕度傳感器、空氣溫度傳感器、液位傳感器、流量計采集農田的溫度、濕度，空氣的溫度、水塔水位高度和出水口流量信號，控制抽水水泵、灌溉水泵和電磁閥，抽水水泵完成向水塔抽水，灌溉水泵實現恒定流量灌溉，使水稻生長在最適濕度。PLC與觸摸屏通過MPI電纜連接，在觸摸屏上可進行稻田灌溉區域及控制模式的選擇。觸摸屏可以顯示實時的土壤溫度、濕度值、空氣溫度值、水塔水位高度值、濕度曲線、水塔水位高度曲線、出水口流量值和PID曲線；且土壤濕度值、水塔水位高度值、出水口流量值和PID參數可以通過觸摸屏進行設置，通過觸摸屏給PLC發送指令，以控制現場的執行機構。

評判自動控制系統最重要的參數是響應時間和穩定性，對于稻田灌溉系統來說，響應時間的要求不是很高，達到3 s左右就能滿足灌溉要求[2]，本系統響應時間大約1 s，穩態誤差小于1%，太陽能自動灌溉系統組成如圖1所示。

圖1 太陽能自動灌溉系統組成框圖

2 觸摸屏設計

MP277-8寸觸摸屏作為上位機，PLC作為下位機，采用MPI通信，波特率187.5 kb/s。PLC接收來自上位機的各種命令，控制整個系統的協調工作：觸摸屏作為上位機，用于進行各種參數設置、報警反饋、工作模式選擇、設備運行狀態監控等。西門子觸摸屏組態軟件WinCC flexible 2008中文版界面友好直觀，可以對MP277-8寸Touch進行組態[3-5]。

該系統中組態畫面包括：

(1) 初始畫面如圖2所示，作為起始畫面，用于對系統主要功能的選擇，包括進入主畫面、系統實時參數、系統參數設置、曲線記錄、報警畫面、用戶注銷。

圖2 初始畫面

(2) 主畫面如圖3所示，顯示系統的整體結構，對控制模式的選擇，實時參數的顯示，有利于用戶使用。當現場設備出現故障或者參數超出范圍時會在報警畫面進行提示。報警器響并顯示報警信息。工作人員可根據畫面中的信息找到故障。排除故障后，報警信息消失。

圖3 主畫面

3 結語

PLC穩定的控制功能結合上觸摸屏的人機交互界面，大大減少了電氣接線，操作方便。實時顯示被控系統的參數值、顯示曲線、控制、報警、記錄及設置參數等功能，實現了農業生產的優化控制。

[1] 何創新，李彥明，劉成良，等.溫室微灌恒壓組態輪灌自動控制系統[J].計算機工程，2010，36(27)：222～224

[2] 魏凱，安進強，孔彥龍.基于PLC與觸摸屏模糊滴灌系統設計[J].中國農村水利水電，2013(12)：72～76

[3] 張錚，饒志訓，黃志峰，等.基于WinCC Flexible和PLC的高壓發泡機控制系統設計[J].自動化應用，2013(4)：71～73

[4] 西門子(中國)有限公司自動化與驅動集團.深入淺出西門子人機界面[M].北京：北京航空航天大學出版社，2009

[5] 廖常初.西門子人機界面[M].北京：機械工業出版社，2007

2014-09-25

李星宇(1987—)，男，吉林白山人，碩士研究生，研究方向：工業自動化。