西门子PLC在自动浇灌系统中的应用（鸿控整理）

2020-02-07 22:50:48

1 自动浇灌系统简介

系统采用自行研制的湿度传感器监测土壤的湿度情况，当土壤湿度低于所要求的值后，自动开启水泵电机和电磁阀，对该土壤浇水，当湿度达到所要求的值后，停止浇水。

为满足不同作物或同种作物在不同生长期对土壤湿度要求的不同，本系统采用PLC多路控制，在PLC的程序中设定相应的比较值（上下限），以便每一路均可设定不同的湿度控制范围。工作中把传感器的当前信号与程序的设定值进行比较，根据比较的结果决定土壤是否需要浇水，若当前信号达到设定的下限值，则开启浇灌系统对作物进行灌溉;当土壤湿度达到设定的上限值，则关闭浇灌系统。

2 电气原理

图1 自动浇灌装置电源图

图1中输入电压是AC220V。空气开关选用DC47-60 C5。是一种即有手动开关作用又能自动进行欠电压、失电压、过载和短路保护的开关。KHDY1开关电源具有两路输出，一路是DC24V，为PLC供电；另一路是DC5V，为湿度传感器电路和水位自动控制电路提供电源。KHDY2开关电源输出DC24V,为电磁阀和继电器提供电源。两个开关电源均为50W。

图2 PLC控制接线图

图2中 PLC（可编程逻辑控制器）[1]采用的是TAIAN GENIE，型号为10HR-D。电源电压为直流24V，本身带有LCD显示屏及按键操作盘，可方便地编辑程序及修改程序。具有6个开关输入点，2个类比输入点，4个RELAY继电器输出点。当主令开关SA1打到自动工作方式,然后再按下SB3按钮，此装置进入自动工作状态。当主令开关SA1置于手动工作方式下,然后再按下SB1按钮，此装置1路工作。按下SB2按钮，此装置2路工作。当水箱的水位下降到下限时，水位控制器控制继电器J3闭合，通过PLC的逻辑控制控制水泵电机停止工作，保护了水泵电机，同时控制面板上蜂鸣器发出报警声、报警指示灯闪亮，提示为水箱加水。SB4是紧急停止按钮，当它按下时PLC停止工作，并且报警指示灯亮。在输入电路中串入FU1保险进行保护，在输出电路中串入FU2保险进行保护。

湿度检测装置是我们自行研制的[2]。此电路用了比较器电路、R-S触发器电路、门电路、输出电路等。把湿度信号转化为模拟电信号送入到PLC的类比输入端A1、A2，与PLC的上下限比较，以确定是否需要浇灌。

水泵电机采用直流电机，控制直流电机的电枢电压，就能控制电机的转速，而控制电机的转速就能控制水泵的出水量，再结合软件控制，使电机间歇运转，正好达到滴灌。

3 PLC原理

图3 PLC梯形图

上图是PLC梯形图。[3]有用功能块：

时间继电器 T1 状态ON 延时5S

时间继电器 T2 状态ON 延时15S

时间继电器 T3 状态ON 延时5S

时间继电器 T4 状态ON 延时15S

比较器 G1 1路 参考值 <=3.5

比较器 G2 1路 参考值 >=0.5

比较器 G3 2路 参考值 <=3

比较器 G4 2路 参考值 >=0.5

中间继电器 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 MA

输出继电器 Q1 Q2 Q3 Q4

输入点:I1 I2 I3 I4 I5 I6(A1 A2)

输出点： Q1 Q2 Q3 Q4

当主令开关打到自动状态时，输入点I1闭合，按下自动按钮SB3，输入点I4闭合，中间继电器M9输出为1并自锁，系统处于自动状态。第一路湿度传感器的输出信号已接入PLC的模拟输入端A1，作为当前值，G1为上限类比比较器，其参考值可以根据要求随意定；G2为下限类比比较器，其参考值可以根据要求随意定。当A1>=G1时，继电器M2输出为0，继电器M4输出为0，输出继电器Q1为0，1号水阀YV1关闭。时间继电器T1、T2输出为0，继电器M3输出为0，输出继电器Q3为0，水泵关闭。当A1<=G2时，继电器M2输出为1，继电器M4输出为1，输出继电器Q1为1，1号水阀YV1打开。时间继电器T1为1并延时5秒后断开M3,水泵打水5秒钟；T2延时15秒后断开T1,T2也输出为0，T1又为1并延时5秒后断开M3,水泵打水5秒钟；T2延时15秒后断开T1,T2也输出为0，T1又为1，就这样周而复始，使水泵打水5秒、停15秒。（时间继电器所控时间可按要求随意定）。第二路湿度传感器的输出信号已接入PLC的模拟输入端A2，作为当前值，G3为上限类比比较器，其参考值可以根据要求随意定；G4为下限类比比较器，其参考值可以根据要求随意定。工作原理与第一路相同。当水位下降到下限时，输入点I6为1，中间继电器MA为1，断开输出继电器Q3，水泵停止工作，并接通输出继电器Q4，使蜂鸣器发出声音报警，达到保护的目的。

4 发展前景

当前国内的浇灌系统多采用时间控制，浇水量完全由时间决定，不能精确控制土壤的湿度。有些浇灌系统虽然也采用湿度控制，但没有根据土壤不同的湿度要求实现多路控制和每一路的自由调节。本系统采用PLC控制多路不同土壤，浇灌的开启和停止完全由土壤的湿度信号控制，能使土壤的湿度值保持在作物生长所需要的最佳范围之内。这样既有利于作物的生长，又能节约宝贵的水资源。

本系统可用于农场大片田地的浇灌管理，也可用于家庭名贵花草的养护，只需选择合适的传感器和调整PLC程序中湿度的设定值即可。本系统由于成本低，适用的范围宽，其推广应用的前景是比较乐观的。