灌溉控制系统项目设计方案

灌溉控制系统项目设

计方案

1绪论

1.1 课题背景及目的

1.1.1 课题背景

PLC的发展伴随着我国节水灌溉技术的发展，我国从70年代开始进行节水的地面灌溉技术的研究和应用工作，30多年来取得了显著的成绩，平整土地，推广小畦灌溉或沟灌是最早采用的改进技术，具有一定的节水效果，已普遍为农民所接受，我国科技工作者也对膜上灌河涌流灌的节水机理进行了一定的探索，在地面灌溉理论研究方面也取得了进展，尤其是畦田规格，单宽流量灌溉定额等节水因素优化，制定灌溉技术方案从而节约用水量，由于改进的地面灌溉技术简单实用，易于推广，对缓解和解决水资源短缺起了很大的作用。

虽然我国在地面节水灌溉方面取得了一定的成就，但仍存在一些问题和需要深化研究的方面，包括地面灌水技术和节水机理，各种节水地面灌溉技术的适应条件，灌溉均匀度对作物的影响，以及各种改进地面灌溉技术的优化组合方式，另外波涌灌溉和激光平地水平畦灌等先进技术应用尚属空白，需要进一步研究解决和推广。

当前，随着电气信息技术在节水灌溉工程中的应用，发达国家如美国、以色列、荷兰、加拿大、澳大利亚等成功开发了一系列用途广泛、功能极强的灌溉控制器。而我国在开发灌溉自动控制系统方面与发达国家差距较大，还处于研制、试用阶段，随着水资源的日趋紧及信息技术的发展，开发具有自主知识产权的节水灌溉控制系统不仅具有广阔的市场前景，而且具有巨大的社会效益。

在温室中培育苗木, 适量的灌溉是其中一道很重要的技术环节。首要的是控制土壤湿度, 既不能使土壤被水浸泡, 又不可长期干旱。灌水量和灌水周期还应

根据气候和用水量进行调节, 以防止土壤湿度突然变化, 影响苗木的生长, 同时要根据当地的降水情况确定灌水的间隔和次数。因此, 要做到定时定量的对其进行灌水和循环控制。目前, 在一些大型的灌区采用一种用组态软件开发出的节水灌溉远程自动控制系统 , 但其价格昂贵, 控制元件多, 投资大, 其经济因素及适用性和针对性对中小型的温室大棚而言并不适用。因此, 以PLC为控制核心、PC 机为上位控制机的温( 网) 室灌溉自动控制系统, 能实现灌溉的定时、定量控制和循环控制。满足中小规模的温( 网) 室中灌溉的要求。

1.1.2 课题研究目的

（1）通过自动喷灌的PLC控制系统设计，使学生进一步熟悉有关PLC控制的理论知识。

（2）掌握PLC的结构、组成、工作原理，掌握根据控制要求用PLC进行控制系统设计及控制程序设计方案和步骤。

（3）熟悉掌握外文资料的查找、阅读与翻译。

1.2 灌溉控制系统的发展趋势和研究现状综述

1.2.1 灌溉控制系统的发展趋势

随着可编程控制器技术的发展，其发展趋势将体现在以下几个方面：

（1）进一步加快CPU的处理速度

（2）变革操作控制方式

（3）发展智能化模块

（4）进一步提高可靠性

（5）提供更方便灵活的编程方法，让PLC使用更加方便

（6）PLC的结构和规模更趋向两极分化，即大型化和小型化

（7）PLC更加规化，标准化

（8）加强PLC的联网功能

（9）PLC存储容量及存储特性

灌溉技术改进和发展趋势主要包括以下几个方面：

（1）采用激光平地等技术进行精细平地，促进田间水均匀分布。

（2）田间灌水设施自动化。

（3）研究应用地面灌溉自适应控制系统，形成灌溉早期入渗速度，行水控制，

停水时间和灌溉效率的水管理系统。

（4）建立区域供水管理系统，采用计算机，PLC等新技术进行水管理，并实现钟建轻管向重改重管的改变。

1.2.2 灌溉控制系统的研究现状综述

我国把节水灌溉作为国民经济可持续发展的一项重要措施和战略任务，同时也是建设帮保护干旱、半干旱地区生态环境的一条重要途径，目前，世界上许多工业国家把PLC的使用作为衡量电气控制水平的标志，PLC汇集了超大规模集成电路的众多优点，把它应用在节水灌溉控制系统中，能够简化硬件结构、提高可靠性、增加灵活性，可收到人们常说的“以软(件)代硬(件)”的效果，研制和推广节水灌溉技术是实现农业现代化的需要。

我国在开发灌溉自动控制系统方面与发达国家差距较大，还处于研制、试用阶段，随着水资源的日趋紧及信息技术的发展，开发具有自主知识产权的节水灌溉控制系统不仅具有广阔的市场前景，而且具有巨大的社会效益。

灌溉控制系统设计已朝着自动化和智能化的方向发展，基于PLC的灌溉控制系统设计，介绍了可编程序控制器(PLC)在节水灌溉控制系统中的应用，系统能根据用户要求设定各灌区的灌溉顺序和灌溉时间，通过置程序把湿度传感器测定的土壤湿度信号输入到PLC，与土壤最佳含水量对比，进一步控制电机和电磁阀的启闭[1]。

近三、四十年科技的发展，拉开了新的农业技术革命的序幕。灌溉水管理技术的应用可以减少水在渠系调配过程中的损失，达到节水的目的。该技术还可以使水量分配合理，增加水量分布的均匀性，因此也是使作物增产增效的有效途径。以色列、美国、荷兰等国家对不同作物的灌溉制度进行了深入的研究，己取得了丰富的成果，主要体现在农业信息的获取和及时处理、农业系统模拟、农业生产管理、农业专家系统、农业决策支持系统、农业计算机网络应用和农产品贸易信息化等。

一、国外研究状况

国外由于节水灌溉发展时间长，电子技术水平较高，所以与节水灌溉配套的自动控制系统也较完善和先进。节水灌溉发达国家已普遍采用计算机控制灌溉系统，用埋在地下的湿度传感器可以测得土壤湿度信息，还有的智能系统能通过检

测植物茎、果的直径变化，来决定对作物的灌溉计划和灌溉量。在温室等设施较多使用小型灌溉控制器，这种设备通常能控制几路或十几路电磁阀，有若干套灌溉管理程序，可预先设定灌水开始、结束时间和灌水间隔时间，操作方便，自动化、智能化控制运行精密、可靠，节省人力，对灌溉过程的控制可达到相当精度。近年来，发达国家为满足对灌溉系统管理的灵活、准确、快捷的要求，将空间信息技术、计算机技术和网络技术等高新技术应用到节水灌溉的控制与管理上来，这些技术是目前节水灌溉研究的热点。

二、国研究状况

我国的节水灌溉技术和设备自20世纪50年代从国外引进后，由于设计、管理及设备上的一些问题，没有得到大面积的应用，相配套的自动控制系统就更少了。到20世纪80年代，随着经济的发展，水资源的紧及国家的重视，节水灌溉得到了迅猛地发展，从国外引进许多先进节水灌溉设备，同时我国在滴灌等节水灌溉技术上的研究也取得长足进步，但是在自动灌溉控制系统方面仍属空白，与国外相比，我国技术还比较落后，基本上还没有自行研制的成型的自动控制产品。那些引进的国外灌溉自动控制设备，是为国外的具体情况设计的，没有考虑我国的气候、土壤条件、作物类型等因素，并不适合我国的国情，不能充分发挥它的优势。凡此种种，在我国推广引进国外控制设备不可行的。目前我国许多温室大棚都己配备了滴灌、喷灌等各种微水灌溉设备，但是缺乏与之配套的节水灌溉自动控制产品，这些温室大棚仍然采用手动开关阀门的方式来控制灌溉，耗费人力，而水的利用效率仍然不高。因此，加速开发适合我国国情的成套、适用、可靠、低成本、高效率、先进的智能节水灌溉控制系统是十分必要和紧迫的，也是我国今后节水灌溉设备发展的主要方向。

1.3 课题容和任务

本课题容包括（1)方案总体设计，（2）灌溉控制系统设计，（3）程序的仿真与调试。课题任务要求为：用PLC控制植物的灌溉。A类植物是水生植物，要求通过液位开关控制液位在最小值和最大值之间。B类植物需要定时灌溉，要求6：00-6;30之间，23：00-23：30之间打开喷灌系统。C类植物需要每隔一天的晚上23:10灌溉一次，每次10分钟。