桃園水肥藥一體化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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開(kāi)啟文本圖片集

我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)作物種植的粗放模式簡(jiǎn)單造成水資源浪費(fèi)，加重環(huán)境污染，水肥藥一體化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。本文介紹了水肥藥一體化技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，闡述了基于PLC的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)際應(yīng)用效果。本系統(tǒng)具有儉約資源、降低環(huán)境污染和生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率、可靠性高等特點(diǎn)，并具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

水肥藥一體化;PLC

DesignofIntegratedControlsystemforTaoyuanWater，F(xiàn)ertilizerandMedicine

WangHongfu1，2ZhaoMingfu1

（1HenanInstituteofScienceandTechnology453003;2ChangyuanVocationalSecondaryProfessionalSchool453400）

[Abstract]TheextensivemodeoftraditionalcropcultivationinChinaiseasytocausethewasteofwaterresources，theenvironmentpollutionisaggravated，andtheintegrationtechnologyofwaterandfertilizercanbeupgradedtothetransformationofmodernagriculture.Inthispaper，theapplicationofwaterandfertilizerintegrationtechnologyinpracticalproductionisintroduced，andthedesignandapplicationeffectofthecontrolsystembasedonPLCaredescribed.Thesystemhasthecharacteristicsofsavingresources，reducingenvironmentalpollutionandproductioncost，improvingproductionefficiency，highreliabilityandthelike，andhascertainpracticalapplicationvalue.

[Keywords]waterandfertilizerintegration;PLC

當(dāng)前，農(nóng)業(yè)澆灌的方式多采用傳統(tǒng)的漫灌方式，造成水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。我國(guó)是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家，地下水位不斷下降，水資源危機(jī)日益加重。面對(duì)如此嚴(yán)峻的形勢(shì)，儉約用水勢(shì)在必行。在施肥方面，我國(guó)化肥使用量占世界首位，施肥時(shí)帶有很大的盲目性，施肥過(guò)量的現(xiàn)象比比皆是，給水土帶來(lái)嚴(yán)重的污染，造成很大的資源浪費(fèi)。在農(nóng)業(yè)施藥方面，農(nóng)藥生產(chǎn)和使用量位居世界前列，施藥不科學(xué)，帶來(lái)成本增加、環(huán)境污染等問(wèn)題。因此，發(fā)浮現(xiàn)代農(nóng)業(yè)是大勢(shì)所趨，而水肥藥一體化是發(fā)浮現(xiàn)代種植業(yè)的必然選擇。

1意義

水肥藥一體化技術(shù)是將可溶性固體肥料或液體肥料及土壤用藥配兌而成的肥藥液，通過(guò)滴灌系統(tǒng)均勻而滴入作物根區(qū)土壤的一種方式。澆灌水以水滴的形式進(jìn)入作物根部土壤[1]。采用滴灌的方式可以有效減少水、化肥和農(nóng)藥的用量，提高資源利用效率，儉約成本，減輕環(huán)境污染，提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)。

目前，水肥藥一體化控制系統(tǒng)多采用單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，存在穩(wěn)定性和可靠性不高的現(xiàn)象?？删幊炭刂破鳎≒rogrammableLogicController，簡(jiǎn)稱PLC）自1969年問(wèn)世以來(lái)，以其編程簡(jiǎn)單、可靠性高等特點(diǎn)，在自動(dòng)控制領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱之一，采用PLC控制可以提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

水肥藥一體化系統(tǒng)由澆灌系統(tǒng)、注肥系統(tǒng)、施藥系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。澆灌系統(tǒng)中設(shè)置水箱用來(lái)儲(chǔ)水，注肥系統(tǒng)設(shè)置肥料罐，施藥系統(tǒng)設(shè)置藥物罐，在實(shí)現(xiàn)澆灌的同時(shí)也可以進(jìn)行施肥、施藥。

在水箱上設(shè)置上限位傳感器和下限位傳感器用來(lái)控制注水量，當(dāng)水位上升至上水位傳感器時(shí)，水泵電動(dòng)機(jī)自動(dòng)中止;當(dāng)水位下降至下水位傳感器時(shí)，自行起動(dòng)水泵電動(dòng)機(jī)，進(jìn)行注水;從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。水箱、澆灌管道、出水閥連成輸水通道，實(shí)現(xiàn)澆灌功能。

根據(jù)果樹(shù)生長(zhǎng)期的不同階段的需要，檢測(cè)土壤中氮、磷、鉀等微量元素的含量。手動(dòng)操作，將水注入到肥料罐中至上限位傳感器，將配制好肥料參與肥料罐中，起動(dòng)肥料攪拌電動(dòng)機(jī)進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間可以預(yù)先設(shè)定為5、15、15分鐘，使得肥料充分溶合，開(kāi)啟施肥閥，實(shí)現(xiàn)澆灌注肥功能。澆灌施藥過(guò)程與澆灌施肥過(guò)程相像。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3電氣控制系統(tǒng)組成

FX3U系列三菱PLC是第三代微型可編程控制器，內(nèi)置64K大容量RAM存儲(chǔ)器，指令豐富，指令運(yùn)行速度快，功能強(qiáng)。本系統(tǒng)選用FX3U-32MPLC，有16個(gè)輸入點(diǎn)，16個(gè)輸出點(diǎn)，帶有模擬量輸入輸出模塊和通訊模塊，繼電器輸出類型。系統(tǒng)資源可以充分滿足實(shí)際功能要求。

水肥藥一體化系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)有PLC、接觸器、水泵電動(dòng)機(jī)、肥料攪拌電動(dòng)機(jī)、藥物攪拌電動(dòng)機(jī)、出水電磁閥、出肥電磁閥、出藥電磁閥、水箱上限位傳感器和下限位傳感器、土壤濕度傳感器、方式選擇開(kāi)關(guān)和各種按鈕開(kāi)關(guān)等組成。

4程序設(shè)計(jì)

要保證控制系統(tǒng)的正常工作，需要編寫(xiě)正確的PLC控制程序。系統(tǒng)的工作模式有手動(dòng)工作模式和上位機(jī)工作模式。根據(jù)需要選擇不同的模式，以滿足實(shí)際需求。

4.1手動(dòng)操作模式

4.1.1準(zhǔn)備系統(tǒng)起動(dòng)后，當(dāng)水位低于水箱上限位傳感器時(shí)，接觸器通電，控制水泵電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，進(jìn)行儲(chǔ)水;當(dāng)水位達(dá)到水箱上限位傳感器時(shí)，接觸器斷電，水泵電動(dòng)機(jī)的中止，儲(chǔ)水終止。

4.1.2澆灌方式①當(dāng)澆灌起動(dòng)按鈕按下時(shí)，出水電磁閥的通電開(kāi)啟，通過(guò)流量計(jì)進(jìn)行澆灌;當(dāng)流量計(jì)顯示為零時(shí)，控制出水電磁閥斷電，排水閥關(guān)閉，澆灌終止。

②在自動(dòng)模式下，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，土壤濕度傳感器檢測(cè)土壤濕度，將檢測(cè)值送至模擬量模塊與設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)土壤濕度決定是否進(jìn)行澆灌。

4.1.3水肥方式當(dāng)水肥按鈕按下去，肥料罐進(jìn)水閥開(kāi)啟，與之前倒入的肥料進(jìn)行混合，當(dāng)水位達(dá)到肥料上限位傳感器時(shí)，肥料進(jìn)水閥關(guān)閉，同時(shí)肥料攪拌電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，設(shè)定的時(shí)間（可以由水肥起動(dòng)按鈕按下次數(shù)設(shè)定為5S，10S，15S）達(dá)到之后，肥料攪拌電動(dòng)機(jī)自動(dòng)中止同時(shí)出肥閥和出水閥開(kāi)啟，進(jìn)行水肥工作模式，可以用流量計(jì)控制所加注的量。

4.1.4水藥方式和水肥藥方式與水肥方式類似。

4.2GPRS控制模式：

GPRS是通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)，是2G和3G之間的技術(shù)。具有通信、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程管理等功能，能夠采集PLC串口設(shè)備數(shù)據(jù)。PLC通訊模塊上提供RS485接口，GPRS上面是RS232接口，需要一個(gè)能將485轉(zhuǎn)成232的接口轉(zhuǎn)換器。觸摸屏和GPRS無(wú)線模塊以及PLC構(gòu)成下位機(jī)模塊。GPRS模塊通過(guò)協(xié)議與計(jì)算機(jī)連接后，計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)通過(guò)組態(tài)軟件提供相應(yīng)控制面板進(jìn)行下位機(jī)控制。

還可以通過(guò)手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)，當(dāng)需要澆灌時(shí)，按下滴灌的地塊就可以控制電磁閥關(guān)或開(kāi)，進(jìn)行澆灌。通過(guò)顏色顯示地塊濕度狀態(tài)，白色為干旱，綠色為正常，紅色為正在滴灌。當(dāng)按