基于PLC的全自动灌溉控制系统的设计doc.doc
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1、基于PLC的全自动灌溉控制系统的设计【实用文档】doc文档可直接使用可编辑,欢迎下载基于PLC的全自动灌溉控制系统的设计摘要介绍了可编程序控制器(PLC)在节水灌溉控制系统中的应用,系统具有手动灌溉模式,能根据用户要求设定各灌区的灌溉顺序和灌溉时间;同时系统具有自动灌溉模式,通过内置程序把湿度传感器测定的土壤湿度信号输入到PLC,与土壤最佳含水量对比,进一步控制电机和电磁阀的启闭;为了减小水泵电机的启动电流,减轻对电网形成的冲击,减小能耗,系统启动采用Y/启动。关键词C;节水灌溉;土壤湿度;/启动;自动灌溉控制系统当前,随着电气信息技术在节
2、水灌溉工程中的应用,发达国家如美国、以色列、荷兰、加拿大、澳大利亚等成功开发了一系列用途广泛、功能极强的灌溉控制器。而我国在开发自动灌溉控制系统方面与发达国家差距较大,还处于研制、试用阶段,随着水资源的日趋紧张及信息技术的发展,开发具有自主知识产权的节水灌溉控制系统不仅具有广阔的市场前景,而且具有巨大的社会效益,2。本文以PLC为核心,选用C4C型可编程控制器来开发了一套灌溉控制系统,所开发的控制系统能手动设置对各轮灌区定时灌溉,也可以通过土壤湿度传感器与控制器形成全自动闭环控制系统。同时为了减少水泵电机启动电流,减轻对电网形成的冲击,减小能耗,水泵电机采用Y/启动。1
3、83042;PLC输入/输出点分配及系统结构框图本文所选用的0C可编程序控制器输入24点(X0X),输出16点(Y0Y15),带有R232口及日历/时钟功能,供电电源为2V直流或10024V交流,同时可以控制4路A/D、4路D/A。系统可以方便地扩展输入/输出口,系统中除湿度传感器为模拟信号外,其它输入/输出信号均为开关量,各个输入输出点分配情况见表1。根据灌溉控制系统的要求,系统由PL控制器C40C,直流24V电源,起/停按钮,数据采集器件包括土壤湿度传感器、雨量传感器和各类按钮,执行输出器件包括电磁阀,带动水泵的电机,报警装置为报警指示闪烁灯或报警电铃,同时当系统处于某个工作状态时对应的指
4、示灯亮,如果在大规模的灌区中,要实现集中化管理,可以通过PLC的232口与管理机通信,控制系统的结构框图见图1。2控制系统各部分功能及设计控制系统包括电机Y启动,手动控制模式,自动控制模式。因本系统除了湿度传感器和雨量传感器输入为模拟量外,其他输入/输出均为数字量,编程控制器本身的抗干扰能力能满足要求。PL的容量包括I/点数、用户存储器的容量。系统采用FP1可编程控制器专用编程软件编制梯形图。2。电机Y/启动系统要求当按下启动按钮时,首先电动机运行,带动水泵抽水。同时系统中电机采用Y启动,启动时继电器KM
5、接通。2s后KMY断开,继电器KM接通,即完成/启动,控制梯形图见图2。2.手动灌溉模式系统具有手动设定各电磁阀的开启时间和开启顺序的功能,当某个电磁阀闭合时相应的指示灯亮。当雨量传感器有信号,即下雨时,将停止灌溉,同时雨量报警器报警,本灌溉系统要求为一号灌区灌溉10mi,打开2号灌区电磁阀灌水5min,然后打开3号灌区电磁阀灌水1min,最后停止灌溉。所设计的控制梯形图见图3。图3手动灌溉模式梯形图。自动灌溉模式本灌溉控制器能根据土壤湿度传感器得到的土壤湿度信号,与设定的适于作物生长的土壤湿度进行比较,然后决定是否灌溉,
6、自动进行电机与各电磁阀的起闭.在本系统中选用200Z型土壤负压传感器来测量土壤湿度,测量范围为负压值085kP,基本上在植物的需水范围,一般说来,当土壤吸力大于0kP值,土壤就需要灌水,否则会影响植物的生长,该压阻传感器输出为0-5m;测量深度为2mm000mm,地面以下部分根据需要而定,总精度为2左右;使用环境为050!。在小麦拔节抽穗期土壤最佳含水量用土壤负压表示为50Pa-0a,即当土壤负压小于60ka时,打开灌水阀门对作物进行灌溉4。在该系统中把湿度传感器得到的土壤湿度信号放入PC的数据寄存器DT0中,把所设定的土壤湿度上限值(50a)放入DT,下限值(-60Pa)放入DT2,同时当土
7、壤缺水或适宜时,相应的指示灯亮,所对应的拔节抽穗期自动灌溉程序见图4。3结语本文以0C可编程序控制器为核心来构建节水灌溉控制系统,系统具有手动设定功能,能根据用户要求设定对某一灌区的灌水时间;系统还具有全自动灌溉功能,能根据土壤湿度传感器得到的土壤湿度信号与土壤的最佳湿度值对比,自动做出灌溉计划;系统采用Y/变换启动水泵电机来减少启动电流,减轻对电网形成的冲击,减小能耗.附录托普物联网托普物联网是浙江托普仪器有限公司旗下的重要项目.浙江托普仪器是国内领先的农业仪器研发生产商,依据自身在农业领域的研发实力,和自主研发的配套设备,在农业物联网领域崭露头角!托普物
8、联网以客户需求为源头,结合现代农业科技、通信技术、计算机技术、GS信息技术,以及物联网技术,竭诚为传统行业提供信息化、智能化的产品与端到端的解决方案.主要有:大田种植智能解决方案、畜牧养殖管理解决方案、食品安全溯源解决方案、食用菌种植智能化管理解决方案、水产养殖管理解决方案、温室大棚智能控制解决方案等。托普物联网三大系统产品我们知道物联网主要包括三大层次,即感知层、传输层和应用层.因此托普物联网产品主要以这三个层次延伸,涵盖了感知系统(环境监测传感设备)、传输系统(数据传输处理网络)、应用系统(终端智能控制平台。)托普物联网模块化智能集成系统托普物联网依据自身研发优势,开发了多种模块化智能集成
9、系统。1、传感模块:即环境传感监测系统.它依据各类传感设备可以完成整个园区或完成对异地园区所需数据监测的功能。2、终端模块:即终端智能控制系统。它可以完成整个园区或远程控制异地园区进行自动灌溉、自动降温、自动开启风机,自动补光及遮阳,自动卷帘,自动开窗关窗,自动液体肥料施肥、自动喷药等各类农业生产所需的自动控制。3、视频监控模块:即实时视频监控系统。主要是通过监控中心实时得到植物生长信息,在监控中心或异地互联网上既可随时看到作物的实时生长状况。4、预警模块:即远程植保预警系统。可以通过声光报警、短信报警、语音报警等方式进行预警。、溯源模块:即农产品安全溯源系统.该系统对农产品从种植准备阶段、种
10、植和培育阶段、生长阶段、收获阶段等对作物生长环境、喷药施肥情况、病虫害状况等实施实时信息自动记录,有据可查,在储藏、运输、销售阶段采用二维码或者ID射频技术对各个阶段数据记录,这样就能实现消费者拿到农产品时通过终端设备或网络就能查看到各类信息,才能放心食用。6、作业模块:即中央控制室。可通过总控室对整个区域情况进行监测,包括各个区域采集点参数、控制作业状态、实时视频图像、施肥喷药状况、报警信息等。参考文献张兵,袁寿其,成立。国内外节水灌溉自动化技术发展现状与展望。排灌机械,2003(2):3741张
11、83042;兵。智能化节水灌溉控制系统的设计与研究D镇江:江苏大学,203.3常斗南,李全利,张学武。可编程序控制器原理应用试验M.北京:机械工业出版社,2002.4RentoSilvodFrotaRiei.FuzzylogcbasautomteirrgatonontrosytemotdviaeuraletorksAAissatiprseteforthePTheuniversityofTnessee.Ameica,998:7483.电气工程学院设计题目
12、:水塔水位PLC自动控制系统系别:年级专业:学号:学生姓名:指导教师:电气工程学院课程设计任务书课程名称:电气控制与L课程设计基层教学单位:电气工程及自动化系指导教师:学号学生姓名(专业)班级设计题目水塔水位PLC自动控制系统设计技术参数采用PLC构成水塔水位电气控制系统.控制要求查阅相关文献.设计要求1) 根据控制要求,进行电气控制系统硬件电路设计,包括PC硬件配置电路。2) 根据控制要求,编制LC控制程序3) 按要求编写设计说明书并绘制A1幅面图纸一张。参考资料2、图书馆各类期刊文献相关数据库3、相关电气设计手册周次第一周第二周应完成内容完成全部方案设计:周一、二:查、阅相关参考资料周二至
13、周五:方案设计周六、日:设计方案完善周一、二:完成设计说明书周三、四:绘制A设计图纸周五:答辩考核指导教师签字基层教学单位主任签字摘要目前,大量的高位生活用水和工作用水逐渐增多.因此,不少单位自建水塔储水来解决高层楼房的用水问题。最初,大多用人工进行控制,由于人工无法每时每刻对水位进行准确的定位监测,很难准确控制水泵的起停.要么水泵关停过早,造成水塔缺水;要么关停过晚,造成水塔溢出,浪费水资源,给用户造成不便.利用人工控制水位会造成供水时有时无的不稳定供水情况.后来,使用水位控制装置使供水状况有了改变,但常使用浮标或机械水位控制装置,由于机械装置的故障多,可靠性差,给维修带来很大的麻烦。因此为
14、更好的保证供水的稳定性和可靠性,传统的供水控制方法已难以满足现在的要求。本文采用的是三菱FXZN型C可编程控制器作为水塔水位自动控制系统核心,对水塔水位自动控制系统的功能性进行了需求分析。主要实现方法是通过传感器检测水塔的实际水位,将水位具体信息传至C构成的控制模块,来控制水泵电机的动作,同时显示水位具体信息,若水位低于或高于某个设定值时,就会发出危险报警的信号,最终实现对水塔水位的自动。关键词:水位自动控制、三菱X2N、水泵、传感器目录摘要I目录II第一章绪论11。1本课题的选题背景与意义1.2可编程逻辑控制器简述1第二章水塔水位控制系统硬件设计22。1基于PL的水塔水位控制系统基本原理2。
15、水塔水位控制系统要求2。水塔水位控制系统主电路设计2.4 系统硬件元器件选择2。5/O口的分配及L外围接线6第三章水塔水位系统的PL软件设计31 水位控制系统的流程图3。P 控制梯形图3 水位控制系统的具体工作过程1第四章总结18参考文献9第一章绪论11本课题的选题背景与意义在工业生产中,电流、电压、温度、压力、液位、流量、和开关量等都是常用的主要被控参数.其中,水位控制越来越重要。在社会经济飞速发展的今天,水在人们正常生活和生产中起着越来越重要的作用。一旦断了水,轻则给人民生活带来极大的不便,重则可能造成严重的生产事故及损失。因此给水工程往往成为高层建筑或工矿企业中最重要的基础设施之一.任何
16、时候都能提供足够的水量、平稳的水压、合格的水质是对给水系统提出的基本要求。就目前而言,多数工业、生活供水系统都采用水塔、层顶水箱等作为基本储水设备,由一级或二级水泵从地下市政水管补给。传统的控制方式存在控制精度低、能耗大、可靠性差等缺点。可编程控制器(PLC)是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的,是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点,目前水位控制的方式被LC控制取代。同时,又有PD控制技术的发展,因此,如何建立一个可靠安全、又易于维护的给水系统是值得我们研究的课题。在工农业生产以及日常生活应用中,常常会需要对容器中的液位(水位)进行自动控制。比如自动控制水塔、水池
17、、水槽、锅炉等容器中的蓄水量,生活中抽水马桶的自动补水控制、自动电热水器、电开水机的自动进水控制等。虽然各种水位控制的技术要求不同,精度不同.但其原理都大同小异。特别是在实际操作系统中,稳定、可靠是控制系统的基本要求。因此如何设计一个精度高、稳定性好的水位控制系统就显得日益重要。采用PL控制技术能很好的解决以上问题,使水位控制在要求的位置.1.可编程逻辑控制器简述可编程逻辑控制器简称L,是从早期的继电器逻辑电气控制系统发展而来,它不断吸收微型计算机控制技术,使之功能不断增强。逐渐适合复杂的电气控制系统。PC之所以有较强的生命力,在于它更加适应工业现场和市场要求。具有可靠性高、抗干扰能力强、编程
18、方便、价格低、寿命长等特点。第二章水塔水位控制系统硬件设计21基于PLC的水塔水位控制系统基本原理如下图整个系统由水位传感器,一台LC和水泵以及若干部件组成。安装于水塔上的传感器将水塔的水位转化成15伏的电信号;电信号到达PC将控制控制水泵的开关。水箱水位自动控制系统由PLC核心控制部件高低位水箱的水位检测电路高低水位信号传送给PLC水泵电动机控制电路P 控制启停及主备切换。图1 基于PLC的供水系统原理框图在水塔水位检测系统中通过液位传感器将水位信号转换为电信号输入P中,在通过LC控制水泵的启动或关闭。在系统运行中当水为低于最低值时PL将启动水泵向水塔中加水,当水塔中的水达到最高值时PLC使
19、水泵停止运转即水泵停止向水塔供水。等到水塔水位再次达到控制最低水位时系统再次重复这个过程.2。水塔水位控制系统要求图2 水塔水位控制装置图)水塔供水系统的一般装置如上图所示,应当保持水池的水位在S2S3之间,当水池水位低于下限液位开关S3,此时S为OF,控制电磁阀打开,开始往水池里注水,当10S以后,若水池水位没有超过水池下限液位开关S3时,则系统发出警报;若系统正常运行,此时水池下限液位开关3为ON,表示水位高于下限水位。当液面高于上限水位S2时,则2为ON,电磁阀关闭,同时检测水池液面是否会超过超上S1处,若超过,则水池水将溢出,S1液位开关为ON,向PLC发出信号启动上限报警,提醒工作人
20、员立即排除故障。2)保持水塔的水位在S5S6之间,当水塔水位低于水塔下限水位开关6时,则水塔下限液位开关S为FF,则驱动电机M开始工作,向水塔供水,电机启动0秒后,若S仍旧为OF,则发出水塔下限无水报警。当S3为ON时,表示水塔水位高于水塔下限水位水泵继续抽水给水塔。当水塔液面高于水塔上限水位开关S5时,则S为O,水泵停止抽水,同时检测水塔液面是否会超过超上S4处,若超过,则水塔水将溢出,S液位开关为ON,向PLC发出信号启动上限报警,提醒工作人员立即排除故障。3)当水池水位也低于下限水位时,不论水塔水位是否低于下限,电机M都不能启动.23水塔水位控制系统主电路设计图2 水塔水位控制系统主电路
21、1)本次设计使用了两个水泵,通过程序控制当水塔下限无水且水池下限有水时同时启动将水池中的水抽向水塔,并通过定时在两水泵同时运行一段时间后停止其中一个水泵,通过这种工作方式可以在较大地减少用户缺水的情况,提高了供水的可靠性及效率,同时停止的水泵做为继续工作水泵的暗备用,在另一水泵出现故障之后,通过PC程序实现手动切换,这样既保证供水系统有备用水泵, 又有效地防止因为备用水长期不用发生锈死现象,提高了设备的综合利用率,降低了维护费用,整个供水系统性能得到极大提高.2)因为本次设计选用的水泵额定功率较大,初始运行时的起动电流较大,故在主电路中设置星三角减压变换起动电路,以防止起动时的过电流,通过软件
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