李星宇 趙 野 蘇志鵬 鄭長富
(長春工業大學電氣與電子工程學院,吉林 長春 130012)
基于觸摸屏和PLC的太陽能自動灌溉系統研究
李星宇 趙 野 蘇志鵬 鄭長富
(長春工業大學電氣與電子工程學院,吉林 長春 130012)
該研究以太陽能作為系統電源,基于觸摸屏和PLC,以沈稻11為試材,通過檢測稻田的實際土壤溫濕度,并與水稻生長的最適濕度進行比較,根據實際農業灌溉過程中建立的PID控制規則,實現了稻田的自動節水灌溉。該系統響應時間大約1 s,穩態誤差小于2%,對濕度控制精確,水稻生長良好。
太陽能自動灌溉系統;溫濕度檢測;觸摸屏;PLC
我國太陽能資源豐富,農業灌溉用水用電極為短缺。利用太陽能給自動灌溉系統供電,環保省電,應用自動灌溉系統可以高效地利用現有水電資源,達到科學灌溉,實現農作物的增產。水稻生長最適濕度范圍在50%~90%,高溫有利于光合作用,而濕度高通常會使溫度降低,所以在允許范圍內,應盡量降低土壤濕度,達到節水、增產的目的[1]。
自動灌溉系統由西門子S7-200XP和西門子MP277-8寸觸摸屏組成,S7-200XP通過模擬量輸入模塊和土壤溫濕度傳感器、空氣溫度傳感器、液位傳感器、流量計采集農田的溫度、濕度,空氣的溫度、水塔水位高度和出水口流量信號,控制抽水水泵、灌溉水泵和電磁閥,抽水水泵完成向水塔抽水,灌溉水泵實現恒定流量灌溉,使水稻生長在最適濕度。PLC與觸摸屏通過MPI電纜連接,在觸摸屏上可進行稻田灌溉區域及控制模式的選擇。觸摸屏可以顯示實時的土壤溫度、濕度值、空氣溫度值、水塔水位高度值、濕度曲線、水塔水位高度曲線、出水口流量值和PID曲線;且土壤濕度值、水塔水位高度值、出水口流量值和PID參數可以通過觸摸屏進行設置,通過觸摸屏給PLC發送指令,以控制現場的執行機構。
評判自動控制系統最重要的參數是響應時間和穩定性,對于稻田灌溉系統來說,響應時間的要求不是很高,達到3 s左右就能滿足灌溉要求[2],本系統響應時間大約1 s,穩態誤差小于1%,太陽能自動灌溉系統組成如圖1所示。
圖1 太陽能自動灌溉系統組成框圖
MP277-8寸觸摸屏作為上位機,PLC作為下位機,采用MPI通信,波特率187.5 kb/s。PLC接收來自上位機的各種命令,控制整個系統的協調工作:觸摸屏作為上位機,用于進行各種參數設置、報警反饋、工作模式選擇、設備運行狀態監控等。西門子觸摸屏組態軟件WinCC flexible 2008中文版界面友好直觀,可以對MP277-8寸Touch進行組態[3-5]。
該系統中組態畫面包括:
(1) 初始畫面如圖2所示,作為起始畫面,用于對系統主要功能的選擇,包括進入主畫面、系統實時參數、系統參數設置、曲線記錄、報警畫面、用戶注銷。
圖2 初始畫面
(2) 主畫面如圖3所示,顯示系統的整體結構,對控制模式的選擇,實時參數的顯示,有利于用戶使用。當現場設備出現故障或者參數超出范圍時會在報警畫面進行提示。報警器響并顯示報警信息。工作人員可根據畫面中的信息找到故障。排除故障后,報警信息消失。
圖3 主畫面
PLC穩定的控制功能結合上觸摸屏的人機交互界面,大大減少了電氣接線,操作方便。實時顯示被控系統的參數值、顯示曲線、控制、報警、記錄及設置參數等功能,實現了農業生產的優化控制。
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[2] 魏凱,安進強,孔彥龍.基于PLC與觸摸屏模糊滴灌系統設計[J].中國農村水利水電,2013(12):72~76
[3] 張錚,饒志訓,黃志峰,等.基于WinCC Flexible和PLC的高壓發泡機控制系統設計[J].自動化應用,2013(4):71~73
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2014-09-25
李星宇(1987—),男,吉林白山人,碩士研究生,研究方向:工業自動化。