可編程控制器在節(jié)水灌溉工程中的應用

自1959年一片IC誕生后，微電子技術有了高速的發(fā)展，集成電路、印制電路板、可編程控邏輯器件等技術逐漸應用于智能儀器和自動化控制。由于集成電路（IC）的系統(tǒng)芯片種類繁多，體積大，設計周期長，費用高；印制電路板（PCB）上元件之間連線的交叉、重疊，不僅工藝復雜，又導致電連線的分布電容增大，加大了對前級電路的負載，增加了系統(tǒng)的干擾，同時PCB的多焊接點和雙面布線的連接孔又導致系統(tǒng)的可靠性下降；而可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心，綜合了計算機技術、通信技術而發(fā)展起來的一種新型、通用的自動控制裝置，具有結構簡單、性能*、可靠性高、靈活通用、易于編程、使用方便等優(yōu)點，近年來在工業(yè)自動控制、機電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到了廣泛的應用。據(jù)有關資料介紹，目前全球不科學的農田灌溉用去了世界淡水資源的70%以上；我國水資源浪費現(xiàn)象嚴重，農業(yè)灌溉用水的利用系數(shù)很低，平均不到0.5。因此我國把節(jié)水灌溉作為國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的一項戰(zhàn)略任務，同時也是建設和保護西北干旱、半干旱地區(qū)生態(tài)環(huán)境的一條主要途徑，是實施西部大開發(fā)戰(zhàn)略的一項主要措施。目前世界節(jié)水灌溉技術發(fā)展迅速，我國已從美國、以色列、荷蘭等引進了一些*技術、優(yōu)質灌溉器材。但是在我國已建成的節(jié)水灌溉示范區(qū)中，大多數(shù)只引進硬件，很少引進灌溉自動監(jiān)控系統(tǒng)，進口的自動監(jiān)控系統(tǒng)價格較高，不適合我國的國情，致使管理技術落后不能有效的發(fā)揮基礎設備的作用。

目前，世界上許多工業(yè)國家把PLC的使用作為衡量電氣控制水平的標志。可編程控制器匯集了超大規(guī)模集成電路的眾多優(yōu)點，同時又使PCB系統(tǒng)可靠性有了明顯提高，因而在智能儀表，計算機和各種數(shù)字系統(tǒng)中得到了廣泛應用。在我國的國防、電力、通迅等領域可編程控制器有了大量的應用，但是由于可編程控制器價格高、技術性強，目前在農業(yè)中應用的很少。把可編程控制器應用在節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)中能夠簡化硬件結構、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。

自動灌溉監(jiān)控系統(tǒng)有如下優(yōu)點：

1、將充分發(fā)揮現(xiàn)有的節(jié)水設備作用，優(yōu)化調度，提高效益。

2、通過自動控制技術的應用，更加節(jié)水節(jié)能，降低灌溉成本，提高灌溉質量。

3、將使灌溉更加科學，方便、提高管理水平。

研制和推廣節(jié)水灌溉控制新技術是實現(xiàn)農業(yè)現(xiàn)代化的需要。本篇論文就是通過一個具體的例子來說明可編程控制器在節(jié)水灌溉中的應用。由于本人水平有限，難免有疏漏和錯誤之處，敬請各位老師和同學批評指正。 

二、基本資料

1、灌溉示范區(qū)概況

西安市雁塔區(qū)魚化鄉(xiāng)節(jié)水灌溉示范區(qū)位于西南郊魚化寨政府以西約4公里處的西晁村附近。該示范區(qū)由陜西東隆綠色食品科技有限公司管理經(jīng)營。面積100多畝，南北長約400米，東西長約200米。已建成溫室大棚90多座，大棚面積為0.5畝，主要種植反季蔬菜，并兼種植部分花卉。該示范區(qū)內已有南、北兩眼水源井（北邊和南邊分別稱為1號井和2號井），其中1號井向種植蔬菜的60多個大棚供水灌溉，滴灌設備為美國雨鳥公司的產(chǎn)品，現(xiàn)已投入運行；2號水井向花卉種植區(qū)供水灌溉，將采用可編程控制器在花卉種植區(qū)實施灌溉自動控制。

2、技術要求

2號井的花卉種植區(qū)灌溉方式為分組輪灌，灌水量的控制要求采用自動灌溉控制系統(tǒng)，由控制器自動定時，按序開關各小區(qū)的供水電磁閥。采用無塔上水器將壓力控制在0.2—0.45Mpa范圍內。達到既節(jié)省人力，又使灌溉時間控制準確，灌溉質量提高的目的。

3、節(jié)水灌溉自動控制系統(tǒng)的功能要求

根據(jù)花卉生長、研究的特點和要求，示范基地的有關專家對該系統(tǒng)提出以下控制功能：

（1）室外沙床苗圃噴霧

沙床苗圃共分四塊，呈田字形布置，每塊100m2，200個噴霧頭分塊輪流噴霧，每噴2分鐘，停5分鐘，以保證幼苗葉片表面水分不干，土壤始終保持濕潤，但灌水不過量。為了增加一定的動態(tài)觀測、欣賞效果，要求田字形的四塊噴霧時能依次順時針或逆時針輪流噴霧。室外沙床苗圃噴霧要求每天9時開始，18時停止。

（2）盆栽花卉區(qū)噴灌

盆栽花卉是從苗圃或溫室移栽到花盆，待上市的成品花卉。因為數(shù)量多并且苗木比較高大，需要較大的灌溉強度，所以采用旋轉式噴頭，共36個，安裝為6列，每3 列為一組，要求兩組交替噴灌工作。每組工作5分鐘，停20分鐘，每天10時開始15時停止。

（3）溫室花卉滴灌

6個溫室，每個溫室300m2，使用地埋式滴灌帶，滴灌采用定時灌溉方式控制，按照作物栽培專家經(jīng)驗，針對種植品種確定供水量，定時向作物供水，供水到一定時間后，停止灌水。6個溫室按兩組控制，每3個溫室為一組。兩組交替工作，每隔2天灌溉一天。

（4）手動和自動控制功能

考慮到系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性，要求系統(tǒng)有手動控制和自動控制功能。系統(tǒng)在自動（或手動）工作方式時，能自動（或手動）控制供水水泵的運行與停止和各電磁閥的開關。

（5）其它要求

要求自動監(jiān)控系統(tǒng)對沙床苗圃和盆栽花卉進行灌溉時，遇到陰雨天會自動停止對沙床苗圃和盆栽花卉的灌溉。溫室滴灌不僅要受時間控制，而且要求在軟件中有溫度、濕度測控功能，即溫度、濕度達到某一控制點就報警并改變程序的運行方式。

4、系統(tǒng)工作原理

通俗地講，可編程控制器實質上就是一臺超微型計算機，其硬件結構基本上與微機相同，即由微處理器（CPU）、存儲器（EPROM、ROM）、輸入輸出（I/O）模塊、外設I/O接口、電源等組成。各部分通過總線（電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線）連接而成。

可編程控制器的工作方式與微機有較大的不同，可編程控制器不是采用微機的中斷方式，而采用循環(huán)掃描工作方式，即對程序進行反復的循環(huán)掃描，并對其逐條解釋執(zhí)行。如一個輸出線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點（常開或常閉）不會像電氣繼電控制中的繼電器那樣立即動作，而必須等到掃描到該觸點時才動作。由于掃描時間一般只有幾十ms，其速度遠高于繼電器動作時間（100ms以上）?？删幊炭刂破鞯膾呙柚芷谝话阒挥袔资撩?，兩次采樣之間很短，對一般開關量來說可以認為是沒有因間斷采樣引起的誤差。

可編程控制器投入運行后，要完成一系列的操作，大致分為三類：

（1）以故障診斷和處理為主的操作。

（2）聯(lián)系現(xiàn)場狀況的數(shù)據(jù)I/O操作。

（3）執(zhí)行用戶程序和服務與外部設備的命令操作。

可編程控制器在灌溉工程中的應用，就是充分利用了可編程控制器的眾多優(yōu)點滿足灌溉要求，體現(xiàn)科學技術是第一生產(chǎn)力的特點。