2023年基于PLC的水肥一体机控制系统设计与开发.doc

基于基于 PLCPLC 的水肥一体机控制系统设计与的水肥一体机控制系统设计与开发开发 乔大壮 冯永辉 孙圆 徐现乐 宋卫海 摘 要：随着我国农业技术方面的迅速发展，将水和肥料的有效结合已成为我国现代农业发展的趋势。本论文通过深入研究农作物对水肥的要求，分析并利用PLC 控制功能实现对作物进行灌溉施肥，设计了可以实现其功能的硬件结构。在该系统中，由传感器采集到的湿度和电导率值的数据，传送给 4AD 转换模块，然后经过 PLC 对信息进行处理，实现水和肥料的有效结合灌溉。关键词：面向农业;室内模拟实验;水肥一体;PLC+触摸屏技术 0.引言 根据调查显示，我国耕地所需的水量仅占世界平均水量的 19%，约有 0.07 亿hm2 的灌溉面积由于缺水而得不到有效灌溉。因此，在我国，农业缺水的形势将面临非常严峻的挑战。基于 PLC 控制的水肥一体机控制系统是一种先进的工业控制计算机，它的应用非常广泛。1.系统硬件设计 1.1 系统硬件设计 基于 PLC 的水肥一体机控制系统主要由控制中心系统，灌溉施肥系统、土壤墒情采集系统三部分构成。整体硬件主要包括电源、土壤电导率传感器和温湿度变送器、4AD 转换模块、FX2N-48MR 主单元、触摸显示屏、肥料桶和电磁阀、搅拌器和电动机、施肥罐和电磁阀。系统原理框图如图 1.1.1 所示。1.2 电气原理图 水肥一体机控制中心系统是核心部分，由传感器对作物的实时数据进行采集，将数据传给 PLC，再由触摸屏显示，继而对作物进行灌溉施肥。其电气原理图如图 1.2.1 所示。1.3 土壤电导率传感器 本设备采用的土壤电导率传感器可直接与 PLC 的 4AD 转换模块相连接，采用DC24V 电源供电。1.4 温湿度变送器 本设备采用仁科 RS-WS-V10-2 型温湿度传感器，安全可靠、安装方便。它通过485 总线安装;输入通道为 1 或 2 通道;AD 转换分辨率为 10 或 12 位;采集电流信号为 420mA。1.5 PLC 控制器 在本设计中，采用的是三菱 FX2N-48MR 系列 PLC 可编程控制器，三菱 FX2N 系列的 PLC 是 FX 家族中最先进的系列。该 PLC 在实时模式下具有响应速度快、通讯功能强、实时性强等特点。整个系统的系列特点：（1）强大的性能（2）可靠性高（3）丰富的 I/O 接口模块（4）编程简单易学（5）安装简单、维修方便（6）体积小 1.6 触摸显示屏 本设备的控制中心模块选用的触摸屏型号为 TPC7062KX 的触摸显示屏，此显示屏的输入为 DC24V，可直接与三菱 FX2N-48MR 系列的 PLC 相连接。1.7 搅拌装置 本系统的搅拌装置主要由一个 DC24V，型号为 ZYTD520 的直流电动机和搅拌器构成。主要作用为对水分和肥料进行混合，然后搅拌，继而进行灌溉施肥。2.系统软件设计 2.1 系统软件设计 本装置的软件设计主要包括采集作物的湿度和电导率值，并将其数据传送给PLC 控制系统，然后控制系统依据所写程序进行控制，决定各种补给的多少。同时查资料可知，作物所需肥料表如表 2.1.1 所示。2.2 温湿度及电导率控制 FX2N-4AD 转换模块将传感器检测到的湿度值及电导率值进行模数转换，并将数据传给 PLC 主单元，PLC 主单元对数据进行换算和处理并由触摸屏进行显示。2.3 报警装置 报警装置是用来提醒操作人员进行故障排除的，通过报警及时通知操作人员，方便操作人员对系统的维护。其系统流程图如图 2.3.1 所示。3.总结 本论文完成了基于 PLC 的水肥一体机控制系统的设计与开 发，该系统是一套集灌溉、施肥、触摸屏、PLC、传感器于一体的易操作、智能化、精准化的水肥一体化系统。参考文献 1王应海，刘凤.监测与控制技术在精准水肥一体化技术实施中的 3 个常见问题J.节水灌溉，2017.2杨林林，张海文，韩敏琦，王成志，杨胜敏.水肥一体化技术要点及应用前景分析J.安徽农业科学，2015.3王留运，叶清平，岳兵.我国微灌技术发展的回顾与预测J.节水灌溉，2000.4李字霞，郭艳玲.节水喷灌技术设备的研究J.林业机械与木工设备，2009.5渠桂芳.国外节水灌溉技术开发与管理J.黄河水利职业技术学院学报，2002.6郭慧滨.推广节水灌溉新技术是节约农业用水的有效举措J.农田水利与小水电，1995.7张承林，邓兰生.水肥一体化技术.中国农业出版社.2012.8刘永宝.国内外滴灌技术对推进甘肃发展现代农业的启示J.甘肃农业，2013.9高鹏，简红忠，魏样，何文，王晓峰.水肥一體化技术的应用现状与发展前景J.现代农业科技，2012.（作者单位：山东农业工程学院 机械电子工程学院，山东 济南 250100）