浅谈基于PLC农作物喷灌系统的设计

李晨晨　孙歆钰

【摘 要】本文以农作物喷灌系统为主题，探讨基于PLC的喷灌系统中与设计相关的问题。首先结合现代农业的发展现状，从概念、特征、作用等方面进行了简要概述；主要以三菱FX2N型PLC控制设备为主，探讨了系统控制的要求，并通过硬件设计、软件设计两大方面，对系统的总体设计进行说明。希望通过本文初步论述可以引起更多的关注与交流，同时希望可以为该方面的研究工作提供一些有价值的信息，以供参考。

【关键词】PLC；农作物；喷灌系统；设计

我国属于农业大国，随经济的增长，产业结构的调整与优化，农业也在向现代化的方向不断转型。从目前发展来看，出现了自动化控制的喷灌系统，还有大棚农业的发展，加上产业链的发展，诸多地区也发展了具有特色的“农业一条龙”产业，通过农产品的深加工，以及企业化模式等，带动了我国农村地区经济的增长，同时，也改变了人民的物质生活条件以及生产生活方式；从发展趋势分析，未来我国农村将会迎来全新的发展，并出现农业发展的新局面。

0 概述

基于PLC的自动化控制系统，可以使喷灌更加智能，它是将智能设备、农业喷灌系统有机结合，通过软件编程，达到在无人看管的情况下，实现定时定向的喷灌；其特征主要体现在高效、快速、精耕细作、节约水资源等方面，而且，可以通过软件的更改与重新设置，增加其适应性，充分的将其功能性显示出来；从发展应用的趋势来看，其前景广阔、极具使用价值。在基于PLC的自动化控制系统中，需要通过PLC、PID控制结合，建立起农作物喷灌控制器，从而为农业耕作提供智能化服务。以本次研究所讨论的对象来看，系统控制要求，在本系统中，以区域、作物特点为基本条件，按照相关要求，完成对I、II、III，三个区域的农作物喷灌、停止，从而展示其自动控制系统。

1 系统总体设计

具体的控制要求有7个方面，具体如下述：首先，在I区，从8：00（开始）——18：00（停止），喷雾3分钟，停止8分钟，如此反复，直到完工；其次，在II区，从8：00（开始）——17：00（停止），以旋转式喷头喷灌，分2组，每组喷雾6分钟，停止15分钟，如此反复，直到完工；第三，在III区，分2组，交替喷灌，3天1次；第四，有手动、自动控制水泵，控制电磁阀开关，达到开/停目的；第五，配备温度湿度测控装置，如遇阴雨天，会自动停止；第六，配备自动报警装置，一旦出错或故障，会自动停止；第七，配声光报警系统、报警器试验按钮，如遇意外，会自动停止，每次运行前会自动检测。

1.1 硬件设计

首先，选择器件型号；以三菱可编程序控制器FX2N—64MR为PLC主机；扩展功能模块以FX2N—4AD为主（针对温度湿度模拟量）；温度传感器为PT—100型；湿度传感器为PT—100型；因此，模拟量输入模块的型号是FX2N—4AD—PT；在具体的设计硬件配置中，还需要土壤温度湿度传感器、雨量传感器、水泵、电机、电磁阀、热继电器、声光报警器、熔断器、隔离开关、接触器、按钮、隔离变压器、低通滤波器等，这些器件的型号、数量，都以该系统要求为准；可参考三菱可编程控制系统的配置说明。具体的系统功能示意图如下图1所示。

其次，传感器方面，需要设置独立电源，以12V（土壤传感器直流电源）、5V（湿度传感器直流电源）为宜；在可编程序控制器I/O分配方面，有系统总电路、系统主电路、土壤湿度检测模块。主要是通过控制温度、湿度，来达到运行周期的PID运算与设定。

1.2 软件设计

首先，需要制定程序流程图，当控制器电源接通——PLC启动——手动/自动扫描系统——系统初始化（设置参数）——（利用湿度信号/温度信号）传送A/D转换模块FX2N—4AD（数字量）——PLC（执行PID功指令）；其次，温度以0——25摄氏度为可超过范围进行喷灌，0摄氏度以下停止；根据上面的7点要求，严格操作。其交，在本次的设计中，上位机以组态王软件为主，组态界面也实现了动画连接，可以很好的实现显示测量结果、自动发送控制指令，严格以控制要求完成喷灌任务。系统流程如图2所示。

总之，智能灌溉系统，利用硬件配置与软件设置，将与植物需水量相关的气象参量（温度、相对湿度、降雨量、辐射、风速等）通过单向传输的方式，自动将气象信息转化成数字信息传递给时序控制器。使用时只需将每个站点的信息（坡度、作物种类、土壤类型、喷头种类等）设定完毕，无需对控制器设定开启、运行、关闭时间，整个系统将根据当地的气象条件、土壤特性、作物类别等不同情况，实现自动化精确灌溉。

2 结束语

在新时代，就应该坚持与时俱进、因时制宜；当前信息技术的发展以及应用，带动了工业领域、农业领域的智能化，这种自动一体化的发展，有助于将人从机械的劳作中解放出来，并且，可以提高生产效率，降低人力成本，增加产业向可持续方向发展，尤其是通过这种革新与产业调整，能够形成与传统农业完全不同的经营模式，从而推动农村人民的生活方式、生产行为向着更为先进的方向迈进，也有助于为我国的经济发展、社会进步，平添新的动力。

【参考文献】

[1]丁涛，王芳.基于PRO-F土壤湿度传感器的干旱地区自动喷灌系统研究[J].价值工程，2013（1）.

[2]郑芳.AutoCAD在园林绿地喷灌系统中的应用研究与开发[J].同济大学软件学院院报，2012（15）.

[责任编辑：杨玉洁]