農田遠程自動灌溉組態控制系統的設計

周志博

（江西工業職業技術學院，江西 南昌 330000）

1 系統整體結構

本系統采用西門子S7-200型PLC為控制核心，通過組態編程實現農田遠程自動灌溉啟停及監控功能。系統的主要部分為：①輸入部分。由水庫水量監測傳感器、農田水量監測傳感器及相應外圍電氣電路組成，實現對水庫實時水位、放水水量、農田當前灌溉水量的采集，并將采集的水量數據反饋給PLC，由PLC對水量水位的預設值和當前值進行比較，根據比較結果自動控制灌溉水泵和水閥的啟停。②輸出部分。由水庫放水閥、灌溉過濾水泵、灌溉進水閥及相應的控制電機、繼電器等組成，PLC可根據灌溉作業的實際需求，通過程序向輸出單位的電機和繼電器發出指令，以控制水閥和水泵的通斷，實現自動灌溉作業。③雙向通信部分。由昆侖通態TPC7062K觸摸屏和PLC組成，將編寫好的灌溉組態自動控制程序下載至TPC7062K觸摸屏中，技術人員可操作觸摸屏上的相關功能按鈕實現農田灌溉的遠程控制。系統整體結構見圖1。

圖1 系統整體結構圖Fig.1 The overall structure of the system

2 系統組態模塊設計

2.1 登錄組態

系統登錄模塊由MCGS軟件中的標簽、輸入框、標準按鈕、時鐘、位圖等控件組成，為灌溉操作技術人員提供了權限登錄平臺，授權用戶會有單獨的用戶名和密碼，正確輸入用戶名和密碼才能夠成功進入灌溉控制界面。主要組態腳本程序為：

2.2 灌溉控制組態

灌溉控制模塊由MCGS軟件中的流動塊、水泵電機、水閥、指示燈、輸入框、標簽、組合按鈕、標準按鈕等控件組成，為技術人員提供了遠程控制農田灌溉啟停的平臺。實際作業的操作方法為：①打開水庫放水出水閥開關、過濾水泵開關、灌溉進水閥開關，水庫中的水流向灌溉區；②灌溉作業進行時，各指示燈能夠進行作業指示；③操作人員可點擊“主界面”“報警界面”“圖表界面”3個按鈕，在各控制組態界面間進行切換。此外，通過水量采集傳感器的工作，水庫和灌溉區的當前水量能夠實時顯示在組態界面上，以便進行自動監控，見圖2。

圖2 灌溉控制組態Fig.2 The irrigation control configuration

2.3 灌溉水量圖表顯示組態

灌溉水量圖表顯示模塊由MCGS軟件中的標簽、標準按鈕、實時曲線構件等組成，當系統灌溉作業時，紅色粗線條實時顯示水庫水量，褐色細線條實時顯示農田灌溉區水量，以便技術人員進行監控操作。水量變量與PLC的水量傳感器監測輸入位關聯。此外，該模塊設置“主界面”“報警界面”“控制界面”3個按鈕，技術人員可點擊按鈕在各控制界面間進行切換，見圖3。

圖3 灌溉水量圖表顯示組態Fig.3 The diagram display configuration of irrigation water volume

3 系統自動灌溉程序設計

采用梯形圖語言設計系統自動灌溉程序，編程的思路為：技術人員在遠程控制端手動點擊“放水出水閥”“過濾水閥”“灌溉進水閥”按鈕，啟動系統進行灌溉作業；然后各報警、圖表、指示連接變量“置位”工作，各水閥和水泵繼電器“置位”工作；接著傳感器采集水庫和灌溉區水量，并反饋給PLC進行比較，若灌溉預設置水量大于灌溉區實際水量時，系統正常進行灌溉作業；若灌溉預設置水量小于灌溉區實際水量時，系統自動停止灌溉作業。此外，灌溉作業過程中，技術人員也可隨時手動關閉水閥水泵開關，停止整個灌溉作業。自動灌溉梯形圖程序的執行流程圖，見圖4。

圖4 系統梯形圖程序執行流程圖Fig.4 The system ladder program execution flow chart

4 結語

本系統以組態和PLC為控制核心，解決了農田灌溉作業中存在的無法遠程啟停、無法實時監控灌溉量、無法即時報警等問題，有利于提升農業灌溉作業的自動化水平和效率，具有非常廣泛的應用前景。隨著農業機械自動化生產水平的不斷提升，以組態為核心的農業生產作業自動控制系統應用也將越來越廣泛。