1 灌溉控制系統(tǒng) 項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案 1 緒論 題背景及目的 題背景 發(fā)展伴隨著我國(guó)節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)從 70 年代開始進(jìn)行節(jié)水的地面灌溉技術(shù)的研究和應(yīng)用工作， 30 多年來取得了顯著的成績(jī)，平整土地，推廣小畦灌溉或溝灌是最早采用的改進(jìn)技術(shù)，具有一定的節(jié)水效果，已普遍為農(nóng)民所接受，我國(guó)科技工作者也對(duì)膜上灌河涌流灌的節(jié)水機(jī)理進(jìn)行了一定的探索，在地面灌溉理論研究方面也取得了進(jìn)展，尤其是畦田規(guī)格，單寬流量灌溉定額等節(jié)水因素優(yōu)化，制定灌溉技術(shù)方案從而節(jié)約用水量，由于改進(jìn)的地面灌溉技術(shù)簡(jiǎn)單實(shí)用，易 于推廣，對(duì)緩解和解決水資源短缺起了很大的作用。 雖然我國(guó)在地面節(jié)水灌溉方面取得了一定的成就，但仍存在一些問題和需要深化研究的方面，包括地面灌水技術(shù)和節(jié)水機(jī)理，各種節(jié)水地面灌溉技術(shù)的適應(yīng)條件，灌溉均勻度對(duì)作物的影響，以及各種改進(jìn)地面灌溉技術(shù)的優(yōu)化組合方式，另外波涌灌溉和激光平地水平畦灌等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用尚屬空白，需要進(jìn)一步研究解決和推廣。 當(dāng)前，隨著電氣信息技術(shù)在節(jié)水灌溉工程中的應(yīng)用，發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、以色列、荷蘭、加拿大、澳大利亞等成功開發(fā)了一系列用途廣泛、功能極強(qiáng)的灌溉控制器。而我國(guó)在開發(fā)灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)方面與 發(fā)達(dá)國(guó)家差距較大，還處于研制、試用階段，隨著水資源的日趨緊張及信息技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)不僅具有廣闊的市場(chǎng)前景，而且具有巨大的社會(huì)效益。 在溫室中培育苗木 , 適量的灌溉是其中一道很重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。首要的是控制土壤濕度 , 既不能使土壤被水浸泡 , 又不可長(zhǎng)期干旱。灌水量和灌水周期還應(yīng) 2 根據(jù)氣候和用水量進(jìn)行調(diào)節(jié) , 以防止土壤濕度突然變化 , 影響苗木的生長(zhǎng) , 同時(shí)要根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕邓闆r確定灌水的間隔和次數(shù)。因此 , 要做到定時(shí)定量的對(duì)其進(jìn)行灌水和循環(huán)控制。目前 , 在一些大型的灌區(qū)采用一種用組態(tài) 軟件開發(fā)出的節(jié)水灌溉遠(yuǎn)程自動(dòng)控制系統(tǒng) , 但其價(jià)格昂貴 , 控制元件多 , 投資大 , 其經(jīng)濟(jì)因素及適用性和針對(duì)性對(duì)中小型的溫室大棚而言并不適用。因此 , 以 控制核心、為上位控制機(jī)的溫 ( 網(wǎng) ) 室灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng) , 能實(shí)現(xiàn)灌溉的定時(shí)、定量控制和循環(huán)控制。滿足中小規(guī)模的溫 ( 網(wǎng) ) 室中灌溉的要求。 題研究目的 （ 1）通過自動(dòng)噴灌的 制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使學(xué)生進(jìn)一步熟悉有關(guān) 制的理論知識(shí)。 （ 2）掌握 結(jié)構(gòu)、組成、工作原理，掌握根據(jù)控制要求用 行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制程序設(shè)計(jì)方 案和步驟。 （ 3）熟悉掌握外文資料的查找、閱讀與翻譯。 溉控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和研究現(xiàn)狀綜述 溉控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 隨著可編程控制器技術(shù)的發(fā)展，其發(fā)展趨勢(shì)將體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （ 1）進(jìn)一步加快 處理速度 （ 2）變革操作控制方式 （ 3）發(fā)展智能化模塊 （ 4）進(jìn)一步提高可靠性 （ 5）提供更方便靈活的編程方法，讓 用更加方便 （ 6） 結(jié)構(gòu)和規(guī)模更趨向兩極分化，即大型化和小型化 （ 7） 加規(guī)范化，標(biāo)準(zhǔn)化 （ 8）加強(qiáng) 聯(lián)網(wǎng)功能 （ 9） 儲(chǔ)容量及存儲(chǔ)特性 灌溉 技術(shù)改進(jìn)和發(fā)展趨勢(shì)主要包括以下幾個(gè)方面： （ 1）采用激光平地等技術(shù)進(jìn)行精細(xì)平地，促進(jìn)田間水均勻分布。 （ 2）田間灌水設(shè)施自動(dòng)化。 （ 3）研究應(yīng)用地面灌溉自適應(yīng)控制系統(tǒng)，形成灌溉早期入滲速度，行水控制， 3 停水時(shí)間和灌溉效率的水管理系統(tǒng)。 （ 4）建立區(qū)域供水管理系統(tǒng)，采用計(jì)算機(jī)， 新技術(shù)進(jìn)行水管理，并實(shí)現(xiàn)鐘建輕管向重改重管的改變。 溉控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀綜述 我國(guó)把節(jié)水灌溉作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)重要措施和戰(zhàn)略任務(wù)，同時(shí)也是建設(shè)幫保護(hù)干旱、半干旱地區(qū)生態(tài)環(huán)境的一條重要途徑，目前，世界上許多工 業(yè)國(guó)家把 使用作為衡量電氣控制水平的標(biāo)志， 集了超大規(guī)模集成電路的眾多優(yōu)點(diǎn)，把它應(yīng)用在節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)中，能夠簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)、提高可靠性、增加靈活性，可收到人們常說的“以軟 (件 )代硬 (件 )”的效果，研制和推廣節(jié)水灌溉技術(shù)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的需要。 我國(guó)在開發(fā)灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)方面與發(fā)達(dá)國(guó)家差距較大，還處于研制、試用階段，隨著水資源的日趨緊張及信息技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)不僅具有廣闊的市場(chǎng)前景，而且具有巨大的社會(huì)效益。 灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)已朝著自動(dòng)化和智能化的方向發(fā)展，基于 灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，介紹了可編程序控制器 (節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，系統(tǒng)能根據(jù)用戶要求設(shè)定各灌區(qū)的灌溉順序和灌溉時(shí)間，通過內(nèi)置程序把濕度傳感器測(cè)定的土壤濕度信號(hào)輸入到 土壤最佳含水量對(duì)比，進(jìn)一步控制電機(jī)和電磁閥的啟閉 1。 近三、四十年科技的發(fā)展，拉開了新的農(nóng)業(yè)技術(shù)革命的序幕。灌溉水管理技術(shù)的應(yīng)用可以減少水在渠系調(diào)配過程中的損失，達(dá)到節(jié)水的目的。該技術(shù)還可以使水量分配合理，增加水量分布的均勻性，因此也是使作物增產(chǎn)增效的有效途徑。以色列、美國(guó)、荷蘭等國(guó)家對(duì)不同作物的灌溉制度進(jìn)行了深入的研究 ，己取得了豐富的成果，主要體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)信息的獲取和及時(shí)處理、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模擬、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)決策支持系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易信息化等。 一、國(guó)外研究狀況 國(guó)外由于節(jié)水灌溉發(fā)展時(shí)間長(zhǎng)，電子技術(shù)水平較高，所以與節(jié)水灌溉配套的自動(dòng)控制系統(tǒng)也較完善和先進(jìn)。節(jié)水灌溉發(fā)達(dá)國(guó)家已普遍采用計(jì)算機(jī)控制灌溉系統(tǒng)，用埋在地下的濕度傳感器可以測(cè)得土壤濕度信息，還有的智能系統(tǒng)能通過檢 4 測(cè)植物莖、果的直徑變化，來決定對(duì)作物的灌溉計(jì)劃和灌溉量。在溫室等設(shè)施內(nèi)較多使用小型灌溉控制器，這種設(shè)備通常能控制 幾路或十幾路電磁閥，內(nèi)有若干套灌溉管理程序，可預(yù)先設(shè)定灌水開始、結(jié)束時(shí)間和灌水間隔時(shí)間，操作方便，自動(dòng)化、智能化控制運(yùn)行精密、可靠，節(jié)省人力，對(duì)灌溉過程的控制可達(dá)到相當(dāng)精度。近年來，發(fā)達(dá)國(guó)家為滿足對(duì)灌溉系統(tǒng)管理的靈活、準(zhǔn)確、快捷的要求，將空間信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)應(yīng)用到節(jié)水灌溉的控制與管理上來，這些技術(shù)是目前節(jié)水灌溉研究的熱點(diǎn)。 二、國(guó)內(nèi)研究狀況 我國(guó)的節(jié)水灌溉技術(shù)和設(shè)備自 20 世紀(jì) 50 年代從國(guó)外引進(jìn)后，由于設(shè)計(jì)、管理及設(shè)備上的一些問題，沒有得到大面積的應(yīng)用，相配套的自動(dòng)控制系統(tǒng)就更少了。到 20 世紀(jì) 80 年代，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源的緊張及國(guó)家的重視，節(jié)水灌溉得到了迅猛地發(fā)展，從國(guó)外引進(jìn)許多先進(jìn)節(jié)水灌溉設(shè)備，同時(shí)我國(guó)在滴灌等節(jié)水灌溉技術(shù)上的研究也取得長(zhǎng)足進(jìn)步，但是在自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)方面仍屬空白，與國(guó)外相比，我國(guó)技術(shù)還比較落后，基本上還沒有自行研制的成型的自動(dòng)控制產(chǎn)品。那些引進(jìn)的國(guó)外灌溉自動(dòng)控制設(shè)備，是為國(guó)外的具體情況設(shè)計(jì)的，沒有考慮我國(guó)的氣候、土壤條件、作物類型等因素，并不適合我國(guó)的國(guó)情，不能充分發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)。凡此種種，在我國(guó)推廣引進(jìn)國(guó)外控制設(shè)備不可行的。目前我國(guó)許多溫室大棚都己配備了滴灌、噴灌 等各種微水灌溉設(shè)備，但是缺乏與之配套的節(jié)水灌溉自動(dòng)控制產(chǎn)品，這些溫室大棚仍然采用手動(dòng)開關(guān)閥門的方式來控制灌溉，耗費(fèi)人力，而水的利用效率仍然不高。 因此，加速開發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的成套、適用、可靠、低成本、高效率、先進(jìn)的智能節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)是十分必要和緊迫的，也是我國(guó)今后節(jié)水灌溉設(shè)備發(fā)展的主要方向。 題內(nèi)容和任務(wù) 本課題內(nèi)容包括（ 1)方案總體設(shè)計(jì)，（ 2）灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，（ 3）程序的仿真與調(diào)試。課題任務(wù)要求為：用 制植物的灌溉。 A 類植物是水生植物，要求通過液位開關(guān)控制液位在最小值和最大值之間。 B 類 植物需要定時(shí)灌溉，要求 6： 000 之間， 23： 0030 之間打開噴灌系統(tǒng)。 C 類植物需要每隔一天的晚上 23:10 灌溉一次，每次 10 分鐘。 5 2 灌溉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 概述 特點(diǎn) （ 1）體積小 （ 2）可靠性高 （ 3）柔性好，可在線更改程序 （ 4）對(duì)環(huán)境條件無要求 （ 5）價(jià)格低廉 展史 ： 第一代： 1969 年 1972 年，代表產(chǎn)品有 (1) 美國(guó) 司的 (2) 日本立石電機(jī)公司的 (3) 日本北辰電機(jī)公司的 第二代： 1973 年 1975 年，代表產(chǎn)品有 (1) 美國(guó) 司的 (2) 德國(guó) 司的 3、 列 (3) 日本富士電機(jī)公司的 列 第三代： 19761983 年，代表產(chǎn)品有 (1) 美國(guó) 司的 484、 584、 684、 884 (2) 德國(guó) 司的 5 系列 (3) 日本三菱公司的 550 第四代： 1983 年 現(xiàn)在，代表產(chǎn)品有 6 (1) 美國(guó) 司的 (2) 德國(guó)西門子公司的 列 展方向 （ 1） 是 絡(luò)化技術(shù)的發(fā)展，其中有兩個(gè)趨勢(shì)：一方面， 絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)不再是自成體系的封閉系統(tǒng)，而是迅速向開放式系統(tǒng)發(fā)展，各大品牌 絡(luò)系統(tǒng)，完成設(shè)備控制任務(wù)之外，還可以與上位計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息交流，成為整個(gè)信息管理系統(tǒng)的一部分 ;另一方面，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)得到廣泛的采用， 其他安裝在現(xiàn)場(chǎng)的智能化設(shè)備，比如智能儀表、傳感器、智能型電磁閥、智能型 驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，通過一根傳輸介質(zhì) (比如雙絞線、同軸電纜、光纜 )鏈接起來，并按照同一通信規(guī)約互相傳輸信息，由此構(gòu)成一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)與單純的 程網(wǎng)絡(luò)相比，配置更靈活，擴(kuò)展更方便，造價(jià)更低，性能價(jià)格比更好，也更具開放意義。 （ 2） 是 高性能小型化方向發(fā)展， 功能正越來越豐富，而體積則越來越小。比如三菱的 列 小的機(jī)種，體積僅為 609075當(dāng)于一個(gè)繼電器，但卻具有高速計(jì)數(shù)、斜坡、交替輸出及 16 位四則運(yùn)算等能力，還具有可調(diào)電位器時(shí)間設(shè)定功能。 不再 是早期那種只能進(jìn)行開關(guān)量邏輯運(yùn)算的產(chǎn)品了，而是具有越來越強(qiáng)的模擬量處理能力，以及其他過去只有在計(jì)算機(jī)上才能具有的高級(jí)處理能力，如浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、 節(jié)、溫度控制、精確定位、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)、報(bào)表統(tǒng)計(jì)等。從這種意義上說， 統(tǒng)與 散控制系統(tǒng) )的差別越來越小了，用 樣可以構(gòu)成一個(gè)過程控制系統(tǒng)。 （ 3） 是 作向簡(jiǎn)易化方向發(fā)展。目前 廣的難度之一就是復(fù)雜的編程使得用戶望而卻步，而且不同廠商 有編程的語言也不盡相同，用戶往往需要掌握更多種編程語言，難度較大。 制、網(wǎng)絡(luò)通信、高速計(jì)數(shù)器 、位置控制、數(shù)據(jù)記錄、配方和文本顯示器等編程和應(yīng)用也是 序設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，用普通的方法對(duì)它們編程時(shí)，需要熟悉有關(guān)的特殊存儲(chǔ)器的意義，在編程時(shí)對(duì)它們賦值，運(yùn)行時(shí)通過訪問它們來實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能。這些程序往往還與中斷有關(guān)，編程的過程既繁瑣又容易出錯(cuò)，阻礙了 進(jìn)一步推廣應(yīng)用。 發(fā)展必然朝著操作簡(jiǎn)化對(duì)復(fù)雜任務(wù)的編程，在這一點(diǎn)上西門子就充當(dāng)了先行者，西門子 編程軟件設(shè)計(jì)了大量的編程向?qū)?，只需要在?duì)話框中輸入一些 7 參數(shù)，就可以自動(dòng)生成包括中斷程序在內(nèi)的用戶程序，大大方便了用戶的使用。 分類 （一）按結(jié)構(gòu)分： （ 1）整體型 (2) 組合型 (二 ) 按 I/O 點(diǎn)數(shù)及內(nèi)存容量分： （ 1）超小型：小于 64 點(diǎn)， 2561（ 2）小 型： 65128 點(diǎn)， 1 （ 3）中 型： 129512 點(diǎn)， 13（ 4）大 型： 513896 點(diǎn)，大于 13（ 5）超大型：大于 896 點(diǎn)，大于 13制灌溉系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) (1) 編程方便 ,現(xiàn)場(chǎng)可修改程序 (2) 維修方便 ,采用模塊化結(jié)構(gòu) (3) 可靠性高于繼電器控制裝置 (4) 體積小于繼電器控制裝置 (5) 數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī) (6) 成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng) (7) 輸入可以是交流 115V (8) 輸出為交流 115V,2A 以上 ,能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥 ,接觸器等 (9) 在擴(kuò)展時(shí) ,原系統(tǒng)只要很小變更 (10) 用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到 4K。 （ 11）在灌溉控制系統(tǒng)中采用了 軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)灌溉系統(tǒng)的自動(dòng)控制，可靠性大大提高 （ 12）去掉了大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外部線路簡(jiǎn)化 （ 13） 實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地 增加或改變控制功能 （ 14） 進(jìn)行故障自動(dòng)檢測(cè)與報(bào)警顯示，提高運(yùn)行安全性，并便于檢修 （ 15）用于群控調(diào)配和管理，并提高灌溉控制系統(tǒng)運(yùn)行效率 （ 16）更改控制方案時(shí)不需改動(dòng)硬件接線 8 3 灌溉系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 體設(shè)計(jì) 備配置 (1) 灌溉設(shè)備：確定選用 3 臺(tái) 級(jí)單吸清水離心泵作為灌水泵，其型號(hào)初步確定為 滿足農(nóng)業(yè)灌溉，水溫，泵流量和揚(yáng)程的要求。 同時(shí)分析計(jì)算，確定選用 3 臺(tái)型號(hào)為 三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)作為水泵的原動(dòng)機(jī)。并初步 確定搖臂式噴頭作為系統(tǒng)的灌水器。 （ 2）控制器 ;確定選用一臺(tái)可靠性和性價(jià)比比較高的 列 為控制系統(tǒng)的主控元件。 （ 3）外圍設(shè)備：確定選用 流接觸器作為系統(tǒng)的自動(dòng)控制電路，電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)由熱繼電器實(shí)現(xiàn)。 機(jī)啟動(dòng)方法 由電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)可知，三相交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)電流較大，一般是額定電流的 5。故對(duì)功率較大的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)采用降壓起動(dòng)方式， 壓起動(dòng)是常用的方法之一。 起動(dòng)時(shí)，定子繞組首先接成星形，待轉(zhuǎn)速上升接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，再將定子繞組的接線換成三角形，電動(dòng) 機(jī)便進(jìn)入全電壓正常運(yùn)行狀態(tài)，這種起動(dòng)方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)，起動(dòng)電流小，缺點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，且起動(dòng)電壓不能按實(shí)際需要調(diào)節(jié)。系統(tǒng)采用 換起動(dòng)水泵電機(jī)來減少起動(dòng)電流，減輕對(duì)電網(wǎng)形成的沖擊，減少能耗。 該系統(tǒng)包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)兩部分。執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，通過控制各臺(tái)電機(jī)的啟動(dòng)和停止來控制泵工作，從而給植物進(jìn)行灌溉?？刂茩C(jī)構(gòu)主要是 編程控制器。 9 水泵電機(jī)控制方法 (1) 當(dāng) A 類水生植物的水位低于最小值時(shí)，下液位開關(guān) 閉合，開關(guān)量信號(hào)輸入 控制水泵電機(jī)接通電 源。當(dāng)水位高于最大值時(shí)，上液位開關(guān) 時(shí)開關(guān)信號(hào)輸入 控制水泵斷電。 （ 2） B 和 C 類植物通過 實(shí)時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)灌溉系統(tǒng)在時(shí)間段的起動(dòng)和斷開。 入和輸出接口 輸入、輸出接口是 受和發(fā)送各類信號(hào)接點(diǎn)的總稱，含主要用于連接開關(guān)量的輸入口、輸出口，以總線形式出現(xiàn)的總線擴(kuò)展接口及以通信方式連接外部信號(hào)的通信口 23。 （ 1）開關(guān)量輸入口。開關(guān)量輸入接口用于鏈接按鈕、選擇開關(guān)行程開關(guān)、光電開關(guān)數(shù)字撥碼開關(guān)及各類傳感器的執(zhí)行接點(diǎn)，是 主要輸入接口。開關(guān)量輸入口有交流輸入和直流 輸入兩種形式，此設(shè)計(jì)選用直流輸入單元。如圖 3 3流輸入單元 (2) 開關(guān)量輸出口。開關(guān)量輸出口用于連接繼電器、接觸器、電磁閥的線圈。是 主要輸出接口。根據(jù)機(jī)內(nèi)輸出器件的不同。 關(guān)量輸出口通常有繼電器輸出、晶體管輸出、及晶閘管輸出三種輸出電路。此設(shè)計(jì)采用繼電器輸出方式。如圖 310 圖 3電器輸出方式 入和輸出模塊的選擇 可編程控制器輸入模塊是檢測(cè)并轉(zhuǎn)換來自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（按鈕，限位開關(guān)，接近開關(guān)等）的高電平信號(hào)，模型類型分直流 5、 12、 48、 60V 幾種；交流 115V 和220V 兩種。 模塊輸出的任務(wù)是將機(jī)器內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)換為外部過程的控制信號(hào)。輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的電流累計(jì)值必須小于公共段所允許通過的電流值，輸出模塊的電流必須大于負(fù)載電流的額定值。 源 小型整體式可編程控制器內(nèi)部設(shè)有一個(gè)開關(guān)電源，可為機(jī)內(nèi)電路及擴(kuò)展單元供電，另一方面還可為外部輸入元件及擴(kuò)展模塊提供 24V 的 源。 應(yīng)時(shí)間的分析 可編程控制器順序掃描的工作方式使它不能可靠的接受持續(xù)時(shí)間小于掃描周期的輸入信號(hào)。系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間是指輸入信號(hào)產(chǎn)生時(shí)刻與由此而使輸出信號(hào)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)刻的時(shí)間間隔。系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間 =輸入濾波時(shí)間 +輸出濾波時(shí)間 +掃描周期。 型的確定 此設(shè)計(jì) 型是關(guān)鍵，根據(jù)灌溉系統(tǒng)控制的要求，選用三菱32 點(diǎn)輸入， 32 點(diǎn)繼電器輸出，帶有 及日歷時(shí)鐘功能，供電電源為 24V 直流或 100 240 V 交流，同時(shí)可以控制 4 路 A D、 4 路D A。系統(tǒng)可以方便地?cái)U(kuò) 展輸入輸出口，系統(tǒng)中除液位傳感器為模擬信號(hào)外， 11 其它輸入偷出信號(hào)均為開關(guān)量。 制系統(tǒng)的組成 系統(tǒng)主要由 分，液位 傳感器，執(zhí)行器件等組成。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下 4： 圖 3制系統(tǒng)組成圖 備配置確定 (1) 灌溉設(shè)備：確定選用 3 臺(tái) 級(jí)單吸清水離心泵作為灌水泵，其型號(hào)確定為 時(shí)分析計(jì)算，確定選用 3 臺(tái)型號(hào)為 三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)作為水泵的原動(dòng)機(jī)。并確定搖臂式噴頭作為系統(tǒng)的灌水器。 （ 2）控制器 ;確定選用一臺(tái)可靠性和性價(jià)比比較高的 列 為控制系統(tǒng)的主控元件，在此選用三菱 (3) 外圍設(shè)備：確定選用 流接觸器作為系統(tǒng)的自動(dòng)控制電路，電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)由熱繼電器實(shí)現(xiàn) 。 流接觸器 中間的是三相電源線線 ， 側(cè)邊的分別是一對(duì)常開觸點(diǎn)和一對(duì)常閉觸點(diǎn) ， 是用作自鎖和連鎖的 。 水泵 2 水泵 3 注水管 噴頭 1 噴頭 2 水泵 1 水源 電器控制盤 液位傳感器 實(shí)時(shí)鐘信號(hào) 12 入輸出點(diǎn)分配及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 此設(shè)計(jì) 型是關(guān)鍵，根據(jù)灌溉系統(tǒng)控制的要求，選用三菱32 點(diǎn)輸入， 32 點(diǎn)繼電器輸出，帶有 及日歷時(shí)鐘功能，供電電源為 24V 直流或 100 240 V 交流，同時(shí)可以控制 4 路 A D、 4 路D A。系統(tǒng)可以方便地?cái)U(kuò)展入、出口，系統(tǒng)中除壓力傳感器為模擬信號(hào)外，其它輸入偷出信號(hào)均為開關(guān)量 56。 入輸出點(diǎn)分配 表 3入點(diǎn)分配 輸入設(shè)備名稱 輸入點(diǎn) 電機(jī)啟動(dòng)按鈕 機(jī)按鈕 位開關(guān) （下） 位開關(guān) （上） 始化脈沖 行監(jiān)視器 號(hào)電磁閥置位開關(guān) 3出點(diǎn) 分配 輸出設(shè)備名稱 輸出點(diǎn) 一號(hào) 電機(jī)星形接通 號(hào)電機(jī) 電機(jī)三角形接通 號(hào)電機(jī)星形接通 號(hào)電機(jī)三角形接通 號(hào)電機(jī)星形接通 號(hào)電機(jī)三角形接通 號(hào)電磁閥 號(hào)電磁閥 號(hào)電磁閥 號(hào)電磁閥指示燈 13 二號(hào)電磁閥指示燈 號(hào)電磁閥指示燈 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù)灌溉植物 的特點(diǎn)，對(duì)其控制應(yīng)滿足植物的需要，因此選用 為灌溉控制系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)由 制器 24V 直流電源電源，啟停按鈕，數(shù)據(jù)采集器件包括壓力傳感器，實(shí)時(shí)鐘，執(zhí)行器件包括電磁閥，帶動(dòng)水泵的電機(jī)。控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如下 71011： 圖 3統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 A/D 源 S 14 4 控制系統(tǒng)各部分功能及設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)包括電機(jī) 動(dòng)。本系統(tǒng)除了液位傳感器輸入為模擬量外，其他輸入輸出均為數(shù)字量。編程控制 器本身的抗干擾能力能滿足要求。 容量包括 I O 點(diǎn)數(shù)，用戶存儲(chǔ)器的容量。系統(tǒng)采用 編程控制器專用編程軟件編制梯形圖。 A 類水生植物 ： 在不同水位，水壓不同，當(dāng)水位位于最低點(diǎn)時(shí)壓力傳感器輸入信號(hào)給 制 合，一號(hào)電磁閥得電開啟， 一號(hào)電磁閥指示燈亮，一號(hào)電機(jī)先星形連接。 2 秒后電機(jī)三角形連接，一號(hào)電機(jī)帶動(dòng)水泵 1 工作， 往水池里注水。當(dāng)水位位于最高點(diǎn)時(shí)，壓力傳感器輸入信號(hào)給 制 合 同時(shí)一號(hào)電磁閥斷電， 一號(hào)電磁閥指示燈熄滅，一號(hào)電機(jī) 停止 工作，從而水泵 1停止運(yùn)轉(zhuǎn)， 往水池里注水 停止 。 B 類植物：通過實(shí)時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)灌溉系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間段的啟動(dòng)或斷開，在每天23： 00 二號(hào)電磁閥開啟， 二號(hào)電磁閥指示燈亮，二號(hào)電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)水泵 2 工作，到了 23： 30，二號(hào) 電磁閥斷開。 二號(hào)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，從而水泵 2 停止工作，停止對(duì) B 類植物澆灌。 在每天 6： 00 二號(hào)電磁閥開啟， 二號(hào)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)水泵 2工作 ，延續(xù)到 6： 30，二號(hào) 電磁閥斷開， 二號(hào)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 控制噴頭 1 在 6：0030 噴水。 C 類植物：通過實(shí)時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)灌溉系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間段的啟動(dòng)或斷開，每隔一天的晚上 23;10 灌溉一次， 這里用兩個(gè)計(jì)數(shù)器以達(dá)到延時(shí) 10 分鐘的目的，這樣就達(dá)到了每次澆灌 10 分鐘的目的。每隔一天 即隔 48 小時(shí)后的 23:10 噴頭 2 再次噴水。三號(hào)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)水泵 3 工作，控制噴頭 2，澆灌 C 類植物。這里關(guān)鍵是把 計(jì)數(shù)器作時(shí)間繼電器用。 采用 1 號(hào)， 2 號(hào)， 3 號(hào)水泵分別控制注水管，噴頭 1，噴頭 2，以控制澆灌三種植物，實(shí)時(shí)鐘信號(hào)和液位傳感器信號(hào)輸入 過繼電器控制盤控制水泵 1， 15 水泵 2，水泵 3 在設(shè)定時(shí)間的啟停，從而控制灌溉三種不同的植物。 件設(shè)計(jì)程序流程圖 類植物灌溉程序流程圖 圖 4始化 主程序 自動(dòng)？ 水位一號(hào)電磁閥啟動(dòng) 一號(hào)電機(jī)啟動(dòng) 水位一號(hào)電磁閥斷開 一 號(hào) 電機(jī)停止 16 類植物灌溉程序流程圖 圖 4始 初始化 自動(dòng)？ 時(shí)間在 23：0030？ 時(shí)間在 6：0030？ 二號(hào)電磁閥斷開 二號(hào)電機(jī)停止 二號(hào)電磁閥開啟 二號(hào)電機(jī)啟動(dòng) 17 類植物灌溉程序流程圖 圖 4始 初始化 每隔一天 23：0010？ 三號(hào)電磁閥開啟 三號(hào)電機(jī)啟動(dòng) 三號(hào)電磁閥斷開 三號(hào)電機(jī)停止 18 體程序流程圖 圖 4體程序流程圖 19 機(jī) 動(dòng) 系統(tǒng)要求當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕，首先電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，帶動(dòng)水泵抽水。同時(shí)系統(tǒng)中電機(jī)采用 動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)繼電器 通，過段時(shí)間， 開，繼電器 接通，即完成 動(dòng)89。 控制梯形圖與程序如下： 圖 4-啟動(dòng)梯形圖 圖 4-啟動(dòng)程序 類植物灌溉控制 20 當(dāng) A 類水生植物的水位低于最小值時(shí)，下液位開關(guān) 閉合，開關(guān)量信號(hào)輸入 控制水泵電機(jī)接通電源。當(dāng)水位高于最大值時(shí)，上液位開關(guān) 閉合，此時(shí)開關(guān)信號(hào)輸入 控制水泵斷電。 控制梯形圖與程序如下： 圖 4 類水生植物液位控制程序 圖 4 類水生植物液位控制梯形圖 類植物灌溉控制 21 B 類植物通過 實(shí)時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)灌溉系統(tǒng)在時(shí)間段的啟動(dòng)和斷開。時(shí)間可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行編程調(diào)整， B 類植物定時(shí)灌溉要求為： 6： 0030 之間，23： 0030 之間打開噴灌系統(tǒng) 1314。 類植物在 23： 0030 之間灌溉控制梯形圖和程序 圖 4 類植物 23： 0030 之間控制梯形圖 22 圖 4 類植物 23： 0030 之間控制程序 23 類植物在 6： 0030 之間灌溉控制梯形圖和程序 圖 4 類植物 6： 0030 之間控制梯形圖 24 圖 4 類植物 6： 0030 之間控制程序 類植物灌溉控制 C 類植物通過 實(shí)時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)灌溉系統(tǒng)在時(shí)間段的啟動(dòng)或斷開，時(shí)間可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。 C 類植物需要每隔一天的晚上 23:10 灌溉一次，每次10 分鐘 1516。 25 圖 4 類植物灌溉控制梯形圖 26 27 圖 4 類植物灌溉控制程序 28 溉控制系統(tǒng) 總體 程序 和梯形圖 29 30 圖 4體程序圖 31 32 33 圖 4體梯形圖 34 5 程 序的仿真與調(diào)試 真軟件是模擬 運(yùn)行情況，驗(yàn)證和 接離線情況下程序的邏輯關(guān)系或數(shù)據(jù)傳遞或執(zhí)行或輸出或監(jiān)控等是否合符控制要求 。在這里采用 行程序的仿真與調(diào)試 171819。 -啟動(dòng)程序仿真與調(diào)試 X -啟動(dòng)梯形圖邏輯測(cè)試 圖 5-啟動(dòng)邏輯測(cè)試梯形圖 圖 5-啟動(dòng)程序正常運(yùn)行圖 35 T -啟動(dòng)仿真調(diào)試 按下啟動(dòng)按鈕（啟動(dòng) 開關(guān)和停止開關(guān)為點(diǎn)動(dòng)開關(guān)），電機(jī)先星形接通，兩秒后，星形接通斷開，電機(jī)三角形接通 2021。如圖 : 圖 5機(jī)接通圖 按下停止按鈕，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。如圖： 圖 5機(jī)停止圖 類植物灌溉控制仿真與調(diào)試 36 X 類植物灌溉控制梯形圖邏輯測(cè)試 圖 5 類植物灌溉控制邏輯測(cè)試梯形圖 圖 5 類植物灌溉控制程序正常運(yùn)行圖 T 類植物灌溉控制仿真調(diào)試 37 當(dāng)液位 ，下液位開關(guān)閉合，一號(hào)電磁閥 開啟，一號(hào)電磁閥 指示燈亮，一號(hào)電機(jī)先星形啟動(dòng)，兩秒后一號(hào)電機(jī)三角形啟動(dòng)。如圖： 圖 5號(hào)電機(jī)運(yùn)行圖 當(dāng)液位 ，上液位開關(guān)閉合，控制一號(hào)電機(jī)停止，從而停止往水池里注水。如圖： 圖 5號(hào)電機(jī)停止圖 類植物灌溉控制仿真與調(diào)試 X 類植物灌溉控制梯形圖邏輯測(cè)試 38 圖 5 類植物 23:000 灌溉控制邏輯測(cè)試梯形圖 39 圖 5 類植物 6:000 灌溉控制邏輯測(cè)試梯形圖 40 圖 5 類植物 灌溉控制程序正常運(yùn)行圖 T 類植物灌溉控制仿真調(diào)試 置位開關(guān) 于閉合狀態(tài)，當(dāng)時(shí)間處于 23:000 或 6： 0030 時(shí)，二號(hào)電磁閥開啟，二號(hào)電磁閥指示燈亮，同時(shí)二號(hào)電機(jī)先星形啟動(dòng)，兩秒后二號(hào)電機(jī)三角形啟動(dòng)?？刂茋姽囝^澆灌 B 類植物。如圖： 圖 5號(hào)電機(jī)運(yùn)行圖 當(dāng)時(shí)間不處在 23:000 和 6： 0030 這兩個(gè)時(shí)間段時(shí)，二號(hào)電機(jī)停止運(yùn)行，不進(jìn)行澆灌。如圖： 41 圖 5號(hào)電機(jī)停止圖 類植物灌溉控制仿真與調(diào)試 X 類植物灌溉控制梯形圖邏輯測(cè)試 42 圖 5 類植物灌溉控制邏輯測(cè)試梯形圖 43 圖 5 類植物灌溉控制程序正常運(yùn)行圖 T 類植物灌溉控制仿真調(diào)試 通過實(shí)時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)灌溉系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間段的啟動(dòng)或斷開，每隔一天的晚上23;10 灌溉一次，即隔 48 小時(shí)后的 23:10 噴頭 2 噴水，每次 10 分鐘?？砂延?jì)數(shù)器作時(shí)間繼電器用。在 23： 00 時(shí)，三號(hào)電磁閥開啟，三號(hào)電磁閥指示燈亮，同時(shí)三號(hào)電機(jī)先星形啟動(dòng)，兩秒后三號(hào)電機(jī)三角形 啟動(dòng)，控制噴灌頭灌溉 C 類植物。如圖： 圖 5號(hào)電機(jī)運(yùn)行圖 44 圖 5號(hào)電機(jī)停止圖 6 總結(jié) 45 時(shí)間很快，為期三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)就這么結(jié)束了，接下來就要進(jìn)行答辯了，答辯完了大學(xué)生活也就真正意義上的結(jié)束了。回想這一段時(shí)間，有過畢業(yè)設(shè)計(jì)著手前的迷惘，有過陳老師指點(diǎn)后的豁然，有過畢業(yè)設(shè)計(jì)完成后的釋然。個(gè)中滋味，只有真正經(jīng)歷過的人才會(huì)體會(huì)。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。因?yàn)槭腔?灌溉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，選的 是三菱 列的。所以在設(shè)計(jì) 之初，我并沒有馬上著手設(shè)計(jì)，而是在圖書館借了幾本有關(guān)三菱 書，好好的看了一個(gè)星期，對(duì)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的整體思路有了個(gè)大概的了解。這里我要感謝陳老師給我的指點(diǎn)，盡管整體思路有了，但真正實(shí)施起來還是經(jīng)常會(huì)碰到困難，陳老師每周兩次的答疑給了我很多的指點(diǎn)。讓我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)自己大學(xué)知識(shí)的總結(jié)與提煉。馬虎不得。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)是關(guān)于 就要求必須的對(duì) 全面的了解。大學(xué)期間學(xué)的 皮毛完全不能應(yīng)付畢業(yè)設(shè)計(jì)。查資料，問老師，和同學(xué)討論，自己思考。畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的不 是最后完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，而是獲取知識(shí)，解決問題的能力。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我獲得了知識(shí)，鍛煉了能力，為以后的讀研和工作打下了良好的基礎(chǔ)。 總之， 這三個(gè)月是我人生中無法忘懷的時(shí)光，我學(xué)到了很多。 參考文獻(xiàn) 46 1 張兵，袁壽其，成立，蔣惠鳳 全自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .廣西水利水電 2004 年 第 3 期 2 官平，謝守勇 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