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            基于PLC控制系統的溫室灌溉系統設計探究

            江蘇省宜興中等專業學校 季建珍 2019/3/3 9:38:05

               基于PLC控制系統的溫室灌溉系統設計探究
               摘 要:溫室可以為植物提供有利的生活環境,避免因受到惡劣的天氣造成破壞,隨著科學技術的不斷進步,農業上對于溫室的要求越來越高,如何有效的利用科學技術控制溫室已經成為了農業上關注的焦點。并且現在全球都面臨著水資源匱乏的問題,在農業用水上主張以節儉灌溉為主,所以在控制溫室的同時如何有效的自動灌溉也成為了農業上的重點研究問題,本文針對基于PLC控制系統的溫室灌溉系統設計進行了研究,研究對于不同的植物所需要的水量進行自動灌溉的控制裝置,以西門子S7-200的PLC為控制器[1],采用水位節點控制和時鐘控制以及濕度傳感器,實現對水生植物及土壤植物的智能化灌溉。
               關鍵詞:PLC控制系統;溫室;灌溉;設計
              
               要有一個良好的溫室環境需要對環境的溫度、CO2濃度濕度以及光照進行有效的監測和控制,而這些工作基本上都是由人們手工完成,工作強度不僅大,效果也同樣不佳,造成很多的資源和勞動力的浪費,所以隨著科學技術的發展,農業上的生產技術以慢慢趨于自動化,降低人力的消耗,減少資源的浪費,而溫室灌溉系統起步于國外,發現其具有節能性和穩定性的特點,并且主要以控制土壤水分為手段,而我國現階段還沒有完全成熟的產品貼近于我國溫室的實際情況,所以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濃度濕度以及光照均能進行自動檢測的只能控制系統,該系統中應用了 PLC控制系統技術,實現實時檢測、人力交互的一種生產模式[2]。本文涉及的PLC系統控制系統成為可編程邏輯控制器,是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作電子系統,其內部含有可進行編程的存儲器,可以進行運算、排列順序、定時、計數等操作,之后通過數據來控制機器設備和生產過程,其具有可靠性高、編程上手容易、組態靈活、安裝方便、運行速度快等特點。所以將其應用在溫室灌溉控制系統中。
               1溫室灌溉系統的軟件設計
               1.1針對于水生植物
               水生植物對于該設計的要求較高,其必須要在一定范圍內保持在一個水平面內,并且需要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與設定信號最小值和最大值相比較,之后根據兩者的差異分別對水和電的閥門進行打開和關閉的指令,當保證水位到達不了規定的范圍內時,設置的最小水位報警燈閃亮。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針對于土壤植物
               將土壤所需要的含水量設定一個最小值,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土壤的濕度進行監測,之后將其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的閥門進行打開和關閉的指令,保證土壤的濕度符合設定的標準,可以使土壤植物有充足的濕度和水分,當土壤中的水量低于設定的最小值時,設置的最小值報警燈亮。見圖二。
              
               圖二 土壤植物灌溉流程圖
               1.3定時灌溉設計
               可以進行定時灌溉模式[4],將程序設定成天定時定量的澆灌,例如:(1)可以選擇每天白天6點進行自動灌溉,時間為2到3分鐘,也可以選擇晚上8點進行灌溉,時間為2-3分鐘。(2)可以對植物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2分鐘。這兩種模式可以根據水生植物和土壤植物的生長特性而進行決定和替換。見圖三。
              
               (a)模式一
              
               (b)模式二
               圖三 定時灌溉流程圖
               1.4空氣溫度控制
               為空氣溫度值設定一個最高值和最低值,當空氣的溫度不在該范圍時將進行自動的升溫和降溫。
               1.5CO2 濃度控制
               為空氣中的 CO2 濃度設定一個最高值和最低值,當空氣中的 CO2 濃度不在該范圍時,進行自動的補充和降低,補充則開啟,降低則需要自動打開通風通道,進行降低工作
               1.6室內光照度控制。
               對于室內的光照進行有效的設定,當光照值低于設定值時進行自動的補光工作,當白天光照值高于設定值時則自動關閉。
               2.溫室灌溉系統的軟件設計
               本系統主要由 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(未完,下一頁

              
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