顧美PLC一體機(jī)在農(nóng)業(yè)灌溉上的應(yīng)用

前言

近年來，隨著我國的設(shè)施農(nóng)業(yè)和溫室大棚的蓬勃發(fā)展，水的需求量日益增加，加之我國是一個(gè)水資源短缺的國家，尤其是西北干旱、半干旱地區(qū)，節(jié)水灌溉工程已成為國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略任務(wù)。發(fā)展節(jié)水灌溉對(duì)于緩解水資源緊缺矛盾，擴(kuò)大灌溉面積，提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力具有十分重要的意義。于是，顧美PLC一體機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。

我國國內(nèi)制造的灌溉設(shè)備成本相對(duì)低廉，但是由于絕大多數(shù)采用的是普通的繼電器控制系統(tǒng)，調(diào)試、維護(hù)困難，靈敏度不夠高，不能實(shí)現(xiàn)定時(shí)定量噴灌。而基于PLC的自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)既能實(shí)現(xiàn)高效灌溉，提高作物產(chǎn)量，也能在一定程度上節(jié)約水資源。

方案概述

本方案采用顧美PLC一體機(jī)對(duì)灌溉系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化控制，其中，控制器型號(hào)為顧美CX3G-34MT-12AD8DA-A0-A0-485/485，在主要元件上需要電磁閥10個(gè)，變頻器2個(gè)，電機(jī)2個(gè)，比例閥4個(gè)，壓力傳感器2個(gè)，液位傳感器4個(gè)。

技術(shù)效果

一、電磁閥控制

本系統(tǒng)采用10個(gè)電磁閥，這些電磁閥既可以手動(dòng)控制，也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

在自動(dòng)控制模式下，一個(gè)自動(dòng)流程包括10個(gè)步驟，用戶可以指定使用多少個(gè)步驟，以及每個(gè)步驟的電磁閥和通電時(shí)間，按下自動(dòng)啟動(dòng)后，系統(tǒng)將從流程的第一步執(zhí)行到使用的最后一步。

手動(dòng)控制模式則可以直接控制電磁閥的開關(guān)，也可以通過一體機(jī)上的HMI監(jiān)控到電磁閥的開關(guān)狀態(tài)。

二、水泵控制

需要手動(dòng)和自動(dòng)控制。自動(dòng)控制開啟后，一直保持在一個(gè)設(shè)定的壓力值，如果有一個(gè)或多個(gè)閥門開啟，管道壓力降低，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)增加變頻器的運(yùn)行頻率，電機(jī)將加速運(yùn)轉(zhuǎn)，將管道壓力維持在設(shè)定的壓力值，這樣就將壓力保持在恒定的范圍內(nèi)，保持每個(gè)管道的出水口壓力恒定。

關(guān)于水泵運(yùn)行，當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，管道內(nèi)壓力升到設(shè)定值之后，就會(huì)停止，而低于管道壓力時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力，將壓力維持在設(shè)定值。當(dāng)管道壓力超過報(bào)警設(shè)定值后，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警提示壓力過高，低于時(shí)會(huì)報(bào)警提示壓力過低，并停機(jī)保護(hù)電機(jī)。當(dāng)電機(jī)長時(shí)間處于低頻運(yùn)行時(shí)，電機(jī)達(dá)到低頻停機(jī)時(shí)間后，變頻器將自動(dòng)停止運(yùn)行，以保護(hù)電機(jī)。

三、施肥控制

施肥控制部分由4個(gè)比例閥、一個(gè)水泵以及4個(gè)液位計(jì)組成。在施肥過程中，將肥料放在容器中進(jìn)行溶解后，再將四根管道放入容器，并在HMI上設(shè)定四種肥料的比例，控制器將經(jīng)過運(yùn)算調(diào)節(jié)比例閥的開度，控制四種肥料按比例進(jìn)行混合。在施肥控制過程中同樣需要將管道的壓力進(jìn)行設(shè)定控制范圍，開啟后通過系統(tǒng)的設(shè)定和運(yùn)算以及PID調(diào)節(jié)，將施肥壓力維持在恒定的壓力范圍內(nèi)，并且施肥管道的壓力需要比水泵管道的壓力高，這樣才能確保肥料的正常輸送。

施肥是通過手動(dòng)開關(guān)開啟關(guān)閉的。當(dāng)壓力超過設(shè)定的壓力報(bào)警值后，系統(tǒng)開始報(bào)警，當(dāng)肥料桶液位過低時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，提示工作人員進(jìn)行加料，或者注意系統(tǒng)的運(yùn)行，長時(shí)間處于液位過低并抽肥壓力過低，系統(tǒng)自動(dòng)停止抽肥電機(jī)的運(yùn)作，并發(fā)出報(bào)警提示。

四、PID控制

恒壓供水。當(dāng)打開不同數(shù)量的電磁閥時(shí)，需要保持水壓恒定，避免因?yàn)槌鏊孔兇笏畨鹤冃。喔炔坏皆O(shè)定的灌溉范圍，所以要通過PID的調(diào)節(jié)運(yùn)算來改變變頻器的運(yùn)行頻率，從而來改變水泵電機(jī)的運(yùn)行速度，達(dá)到將供水壓力維持在恒定的范圍內(nèi)。

恒壓供肥。在輸送肥料的時(shí)候，輸肥管道的壓力必須大于供水管道的壓力，通過PID的參數(shù)設(shè)置調(diào)節(jié)，將輸肥管道的壓力控制在恒定的設(shè)定值范圍里，保持施肥正常工作運(yùn)行。

方案優(yōu)勢

1、構(gòu)建一個(gè)完善的智能灌溉系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)定量灌溉、定時(shí)灌溉、按需灌溉；

2、建立智能管理化監(jiān)控平臺(tái)，控制系統(tǒng)可幫助用戶自動(dòng)連續(xù)地檢測各灌溉區(qū)的實(shí)際工作情況，并將相關(guān)數(shù)據(jù)顯示在一體機(jī)中的觸摸屏上；

3、操作方便、性能穩(wěn)定、維護(hù)成本低。

方案總結(jié)

顧美PLC一體機(jī)應(yīng)用在節(jié)水灌溉控制工程設(shè)計(jì)中，能夠簡化硬件結(jié)構(gòu)、提高可靠性、增加靈活性，并適用于各種環(huán)境條件，可幫助農(nóng)田水利系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無人值守或半值守，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，是農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的優(yōu)良方案，具有廣闊的應(yīng)用前景和使用價(jià)值。