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基于PLC控制系統(tǒng)的溫室灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)探究
江蘇省宜興中等專業(yè)學(xué)校 季建珍 2019/3/3 9:38:05
基于PLC控制系統(tǒng)的溫室灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)探究
摘 要：溫室可以為植物提供有利的生活環(huán)境，避免因受到惡劣的天氣造成破壞，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，農(nóng)業(yè)上對(duì)于溫室的要求越來越高，如何有效的利用科學(xué)技術(shù)控制溫室已經(jīng)成為了農(nóng)業(yè)上關(guān)注的焦點(diǎn)。并且現(xiàn)在全球都面臨著水資源匱乏的問題，在農(nóng)業(yè)用水上主張以節(jié)儉灌溉為主，所以在控制溫室的同時(shí)如何有效的自動(dòng)灌溉也成為了農(nóng)業(yè)上的重點(diǎn)研究問題，本文針對(duì)基于PLC控制系統(tǒng)的溫室灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，研究對(duì)于不同的植物所需要的水量進(jìn)行自動(dòng)灌溉的控制裝置，以西門子S7-200的PLC為控制器[1]，采用水位節(jié)點(diǎn)控制和時(shí)鐘控制以及濕度傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)水生植物及土壤植物的智能化灌溉。
關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；溫室；灌溉；設(shè)計(jì)
要有一個(gè)良好的溫室環(huán)境需要對(duì)環(huán)境的溫度、CO2濃度濕度以及光照進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和控制，而這些工作基本上都是由人們手工完成，工作強(qiáng)度不僅大，效果也同樣不佳，造成很多的資源和勞動(dòng)力的浪費(fèi)，所以隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)上的生產(chǎn)技術(shù)以慢慢趨于自動(dòng)化，降低人力的消耗，減少資源的浪費(fèi)，而溫室灌溉系統(tǒng)起步于國(guó)外，發(fā)現(xiàn)其具有節(jié)能性和穩(wěn)定性的特點(diǎn)，并且主要以控制土壤水分為手段，而我國(guó)現(xiàn)階段還沒有完全成熟的產(chǎn)品貼近于我國(guó)溫室的實(shí)際情況，所以本文主要根據(jù)現(xiàn)代溫室控制的一般方法，設(shè)計(jì)出一種對(duì)于環(huán)境的溫度、CO2濃度濕度以及光照均能進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)的只能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)中應(yīng)用了 PLC控制系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)、人力交互的一種生產(chǎn)模式[2]。本文涉及的PLC系統(tǒng)控制系統(tǒng)成為可編程邏輯控制器，是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，其內(nèi)部含有可進(jìn)行編程的存儲(chǔ)器，可以進(jìn)行運(yùn)算、排列順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)等操作，之后通過數(shù)據(jù)來控制機(jī)器設(shè)備和生產(chǎn)過程，其具有可靠性高、編程上手容易、組態(tài)靈活、安裝方便、運(yùn)行速度快等特點(diǎn)。所以將其應(yīng)用在溫室灌溉控制系統(tǒng)中。
1溫室灌溉系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
1.1針對(duì)于水生植物
水生植物對(duì)于該設(shè)計(jì)的要求較高，其必須要在一定范圍內(nèi)保持在一個(gè)水平面內(nèi)，并且需要通過投入式水位傳感器感受水位信號(hào)，并且將其傳送到控制器與設(shè)定信號(hào)最小值和最大值相比較，之后根據(jù)兩者的差異分別對(duì)水和電的閥門進(jìn)行打開和關(guān)閉的指令，當(dāng)保證水位到達(dá)不了規(guī)定的范圍內(nèi)時(shí)，設(shè)置的最小水位報(bào)警燈閃亮。水生植物灌溉流程如圖一所示[3]。
圖一 水生植物灌溉流程圖
1.2針對(duì)于土壤植物
將土壤所需要的含水量設(shè)定一個(gè)最小值，保證土壤中的水分含量一直處于最小值之上，并且通過土壤傳感器對(duì)土壤的濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，之后將其數(shù)值傳送到控制器上與開始設(shè)定的最大值和最小值進(jìn)行比較，根據(jù)差異分別對(duì)水和電的閥門進(jìn)行打開和關(guān)閉的指令，保證土壤的濕度符合設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，可以使土壤植物有充足的濕度和水分，當(dāng)土壤中的水量低于設(shè)定的最小值時(shí)，設(shè)置的最小值報(bào)警燈亮。見圖二。
圖二 土壤植物灌溉流程圖
1.3定時(shí)灌溉設(shè)計(jì)
可以進(jìn)行定時(shí)灌溉模式[4]，將程序設(shè)定成天定時(shí)定量的澆灌，例如：（1）可以選擇每天白天6點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)灌溉，時(shí)間為2到3分鐘，也可以選擇晚上8點(diǎn)進(jìn)行灌溉，時(shí)間為2-3分鐘。（2）可以對(duì)植物進(jìn)行每隔一天的定時(shí)灌溉，當(dāng)晚上光敏開關(guān)響應(yīng)時(shí)進(jìn)行澆灌澆水２分鐘。這兩種模式可以根據(jù)水生植物和土壤植物的生長(zhǎng)特性而進(jìn)行決定和替換。見圖三。
（a）模式一
（b）模式二
圖三 定時(shí)灌溉流程圖
1.4空氣溫度控制
為空氣溫度值設(shè)定一個(gè)最高值和最低值，當(dāng)空氣的溫度不在該范圍時(shí)將進(jìn)行自動(dòng)的升溫和降溫。
1.5CO2 濃度控制
為空氣中的 CO2 濃度設(shè)定一個(gè)最高值和最低值，當(dāng)空氣中的 CO2 濃度不在該范圍時(shí)，進(jìn)行自動(dòng)的補(bǔ)充和降低，補(bǔ)充則開啟，降低則需要自動(dòng)打開通風(fēng)通道，進(jìn)行降低工作
1.6室內(nèi)光照度控制。
對(duì)于室內(nèi)的光照進(jìn)行有效的設(shè)定，當(dāng)光照值低于設(shè)定值時(shí)進(jìn)行自動(dòng)的補(bǔ)光工作，當(dāng)白天光照值高于設(shè)定值時(shí)則自動(dòng)關(guān)閉。
2.溫室灌溉系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)（未完，下一頁）
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