基于PLC控制系统的温室灌溉系统设计探究
基于PLC控制系统的温室灌溉系统设计探究
摘 要：温室可以为植物提供有利的生活环境，避免因受到恶劣的天气造成破坏，随着科学技术的不断进步，农业上对于温室的要求越来越高，如何有效的利用科学技术控制温室已经成为了农业上关注的焦点。并且现在全球都面临着水资源匮乏的问题，在农业用水上主张以节俭灌溉为主，所以在控制温室的同时如何有效的自动灌溉也成为了农业上的重点研究问题，本文针对基于PLC控制系统的温室灌溉系统设计进行了研究，研究对于不同的植物所需要的水量进行自动灌溉的控制装置，以西门子S7-200的PLC为控制器[1]，采用水位节点控制和时钟控制以及湿度传感器，实现对水生植物及土壤植物的智能化灌溉。
关键词：PLC控制系统；温室；灌溉；设计
要有一个良好的温室环境需要对环境的温度、CO2浓度湿度以及光照进行有效的监测和控制，而这些工作基本上都是由人们手工完成，工作强度不仅大，效果也同样不佳，造成很多的资源和劳动力的浪费，所以随着科学技术的发展，农业上的生产技术以慢慢趋于自动化，降低人力的消耗，减少资源的浪费，而温室灌溉系统起步于国外，发现其具有节能性和稳定性的特点，并且主要以控制土壤水分为手段，而我国现阶段还没有完全成熟的产品贴近于我国温室的实际情况，所以本文主要根据现代温室控制的一般方法，设计出一种对于环境的温度、CO2浓度湿度以及光照均能进行自动检测的只能控制系统，该系统中应用了 PLC控制系统技术，实现实时检测、人力交互的一种生产模式[2]。本文涉及的PLC系统控制系统成为可编程逻辑控制器，是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统，其内部含有可进行编程的存储器，可以进行运算、排列顺序、定时、计数等操作，之后通过数据来控制机器设备和生产过程，其具有可靠性高、编程上手容易、组态灵活、安装方便、运行速度快等特点。所以将其应用在温室灌溉控制系统中。
1温室灌溉系统的软件设计
1.1针对于水生植物
水生植物对于该设计的要求较高，其必须要在一定范围内保持在一个水平面内，并且需要通过投入式水位传感器感受水位信号，并且将其传送到控制器与设定信号最小值和最大值相比较，之后根据两者的差异分别对水和电的阀门进行打开和关闭的指令，当保证水位到达不了规定的范围内时，设置的最小水位报警灯闪亮。水生植物灌溉流程如图一所示[3]。
图一 水生植物灌溉流程图
1.2针对于土壤植物
将土壤所需要的含水量设定一个最小值，保证土壤中的水分含量一直处于最小值之上，并且通过土壤传感器对土壤的湿度进行监测，之后将其数值传送到控制器上与开始设定的最大值和最小值进行比较，根据差异分别对水和电的阀门进行打开和关闭的指令，保证土壤的湿度符合设定的标准，可以使土壤植物有充足的湿度和水分，当土壤中的水量低于设定的最小值时，设置的最小值报警灯亮。见图二。
图二 土壤植物灌溉流程图
1.3定时灌溉设计
可以进行定时灌溉模式[4]，将程序设定成天定时定量的浇灌，例如：（1）可以选择每天白天6点进行自动灌溉，时间为2到3分钟，也可以选择晚上8点进行灌溉，时间为2-3分钟。（2）可以对植物进行每隔一天的定时灌溉，当晚上光敏开关响应时进行浇灌浇水２分钟。这两种模式可以根据水生植物和土壤植物的生长特性而进行决定和替换。见图三。
（a）模式一
（b）模式二
图三 定时灌溉流程图
1.4空气温度控制
为空气温度值设定一个最高值和最低值，当空气的温度不在该范围时将进行自动的升温和降温。
1.5CO2 浓度控制
为空气中的 CO2 浓度设定一个最高值和最低值，当空气中的 CO2 浓度不在该范围时，进行自动的补充和降低，补充则开启，降低则需要自动打开通风通道，进行降低工作
1.6室内光照度控制。
对于室内的光照进行有效的设定，当光照值低于设定值时进行自动的补光工作，当白天光照值高于设定值时则自动关闭。
2.温室灌溉系统的软件设计
本系统主要由 ＰＬＣ、Ａ／Ｄ转换模块、土壤湿度传感器、水位传感器、执行机构和报警装置构成。针对于水生植物和土壤植物有不同的工作原理，见图四。
图四 硬件工作原理图
2.1 PLC的选择
使用西门子S7-200的PLC作为控制器，其含有14各输入端口和10个输出端口，可以连接相应的扩展模块，满足系统的控制要求。
2.2土壤湿度传感器的选择
采用FDR中的HA2001.FDR土壤传感器，其运用电磁脉冲的工作原理达到监测土壤水分的工作效果，具有快速、安全、便捷、自动、定点的特点。
2.3水位传感器的选择
本次控制系统采用DATA-51的投入式水位传感器[5]，通过感受到的水位信号传达到水位控制器上，并且将实际的水位情况和设定的水位情况进行对比，从而得出打开还是关闭的控制结论，保证水位的所需量。
2.4 A/D转换器的选择
根据本系统对输入量的要求，采用EM231模拟量输入模块，将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC的CPU可以接收的数字量，为12位二进制数，数字量位数越多的模块分辨率就越高。
3结语
本文针对基于PLC控制系统的温室灌溉系统设计进行了研究，研究对于不同的植物所需要的水量进行自动灌溉的控制装置，以西门子S7-200的PLC为控制器，采用水位节点控制和时钟控制以及湿度传感器，实现对水生植物及土壤植物的智能化灌溉。基于PLC控制系统的温室灌溉系统效果佳并且减轻了工作强度，操作简单，缓解了劳动力的压力，非常适合在农业上进行推广，并且该设计还有很大的发展空间，值得继续研究和推广。
参考文献
[1]吴小伟,武文娟.温室环境在线控制方式应用分析[J].江苏农机化,2015,24（2）:31-33.
[2]何国荣.基于PLC和MCGS的温室环境控制系统设计[J].信息技术,2016,32（9）:59－61，64
[3]吴淑娟.基于PLC的智能交通灯控制系统设计[J].闽西职业技术学院学报,2016,18(4):106-110.
[4]秦彧.移动式大棚智能喷灌系统[J].中国科技纵横,2016,36（5）：38-39［３］
[5]赵德奇．基于ＰＬＣ的现代农业温室灌溉系统设计[J]．农机使用与维修，2013（9）：17-18
