农田远程自动灌溉组态控制系统的设计

周志博

（江西工业职业技术学院，江西 南昌 330000）

1 系统整体结构

本系统采用西门子S7-200型PLC为控制核心，通过组态编程实现农田远程自动灌溉启停及监控功能。系统的主要部分为：①输入部分。由水库水量监测传感器、农田水量监测传感器及相应外围电气电路组成，实现对水库实时水位、放水水量、农田当前灌溉水量的采集，并将采集的水量数据反馈给PLC，由PLC对水量水位的预设值和当前值进行比较，根据比较结果自动控制灌溉水泵和水阀的启停。②输出部分。由水库放水阀、灌溉过滤水泵、灌溉进水阀及相应的控制电机、继电器等组成，PLC可根据灌溉作业的实际需求，通过程序向输出单位的电机和继电器发出指令，以控制水阀和水泵的通断，实现自动灌溉作业。③双向通信部分。由昆仑通态TPC7062K触摸屏和PLC组成，将编写好的灌溉组态自动控制程序下载至TPC7062K触摸屏中，技术人员可操作触摸屏上的相关功能按钮实现农田灌溉的远程控制。系统整体结构见图1。

图1 系统整体结构图Fig.1 The overall structure of the system

2 系统组态模块设计

2.1 登录组态

系统登录模块由MCGS软件中的标签、输入框、标准按钮、时钟、位图等控件组成，为灌溉操作技术人员提供了权限登录平台，授权用户会有单独的用户名和密码，正确输入用户名和密码才能够成功进入灌溉控制界面。主要组态脚本程序为：

2.2 灌溉控制组态

灌溉控制模块由MCGS软件中的流动块、水泵电机、水阀、指示灯、输入框、标签、组合按钮、标准按钮等控件组成，为技术人员提供了远程控制农田灌溉启停的平台。实际作业的操作方法为：①打开水库放水出水阀开关、过滤水泵开关、灌溉进水阀开关，水库中的水流向灌溉区；②灌溉作业进行时，各指示灯能够进行作业指示；③操作人员可点击“主界面”“报警界面”“图表界面”3个按钮，在各控制组态界面间进行切换。此外，通过水量采集传感器的工作，水库和灌溉区的当前水量能够实时显示在组态界面上，以便进行自动监控，见图2。

图2 灌溉控制组态Fig.2 The irrigation control configuration

2.3 灌溉水量图表显示组态

灌溉水量图表显示模块由MCGS软件中的标签、标准按钮、实时曲线构件等组成，当系统灌溉作业时，红色粗线条实时显示水库水量，褐色细线条实时显示农田灌溉区水量，以便技术人员进行监控操作。水量变量与PLC的水量传感器监测输入位关联。此外，该模块设置“主界面”“报警界面”“控制界面”3个按钮，技术人员可点击按钮在各控制界面间进行切换，见图3。

图3 灌溉水量图表显示组态Fig.3 The diagram display configuration of irrigation water volume

3 系统自动灌溉程序设计

采用梯形图语言设计系统自动灌溉程序，编程的思路为：技术人员在远程控制端手动点击“放水出水阀”“过滤水阀”“灌溉进水阀”按钮，启动系统进行灌溉作业；然后各报警、图表、指示连接变量“置位”工作，各水阀和水泵继电器“置位”工作；接着传感器采集水库和灌溉区水量，并反馈给PLC进行比较，若灌溉预设置水量大于灌溉区实际水量时，系统正常进行灌溉作业；若灌溉预设置水量小于灌溉区实际水量时，系统自动停止灌溉作业。此外，灌溉作业过程中，技术人员也可随时手动关闭水阀水泵开关，停止整个灌溉作业。自动灌溉梯形图程序的执行流程图，见图4。

图4 系统梯形图程序执行流程图Fig.4 The system ladder program execution flow chart

4 结语

本系统以组态和PLC为控制核心，解决了农田灌溉作业中存在的无法远程启停、无法实时监控灌溉量、无法即时报警等问题，有利于提升农业灌溉作业的自动化水平和效率，具有非常广泛的应用前景。随着农业机械自动化生产水平的不断提升，以组态为核心的农业生产作业自动控制系统应用也将越来越广泛。