0 引言

　　溫室大棚環(huán)境中的土壤濕度和營養(yǎng)程度主要靠灌溉來控制，科學(xué)的灌溉與合理調(diào)節(jié)棚內(nèi)土壤濕度是保證大棚農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要措施。由于不同品種的作物需水規(guī)律不一致，采用不同大棚來種植的同種作物需水情況也不盡相同，一天中何時(shí)灌水與作物的習(xí)性和生長周期有關(guān)系，還與氣候和土壤條件的不同有關(guān)系，因此需要對(duì)作物進(jìn)行按需灌溉。

　　灌溉發(fā)展至今，傳統(tǒng)的粗放型無控供水已經(jīng)逐漸被淘汰，各種自動(dòng)控制的供水裝置和節(jié)水灌溉系統(tǒng)不斷推出，但對(duì)作物灌溉時(shí)段的時(shí)長能夠進(jìn)行自由設(shè)置、灌溉的間歇周期能夠自由設(shè)定的控制器使用還并不多見，能滿足這種要求的控制器大多由國外引進(jìn)，設(shè)備功能眾多、價(jià)格昂貴；而國內(nèi)一些灌溉控制器則功能單一，灌溉時(shí)段和灌水量都比較固定，不能按照作物品種、氣候條件和土壤狀況隨意設(shè)置。這樣勢(shì)必導(dǎo)致作物缺水或灌水過多，影響作物的生長。

　　因此，有必要設(shè)計(jì)開發(fā)出能自由設(shè)定灌溉時(shí)段和灌溉間歇周期的控制器，同時(shí)還要成本低、操作方便、簡單實(shí)用，以適應(yīng)農(nóng)民較粗放的操作方式和較低的消費(fèi)水平。

1 自動(dòng)灌

　　系統(tǒng)采用程序控制器實(shí)現(xiàn)噴灌過程的智能化。程序控制器主要由Delta公司的觸摸屏和PLC組成，所有的操作都通過觸摸屏進(jìn)行，操作直觀方便、工作穩(wěn)定可靠，設(shè)備可按照作物不同需求和不同生長環(huán)境任意設(shè)定周期，由控制器控制液壓泵按照設(shè)定時(shí)間周期自動(dòng)運(yùn)行，均勻微量地噴灑到需要灌溉的地方，從而大大減少人力物力，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物生長無人值守。

　　系統(tǒng)構(gòu)成原理框圖，如圖1所示。

圖1 自動(dòng)灌溉系統(tǒng)整體構(gòu)成框圖

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)硬件線路圖，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件線路圖 

　　由于自動(dòng)噴灌系統(tǒng)被控對(duì)象不多，所以控制器硬件線路較為簡單，觸摸屏的使用更是減少了PLC輸入點(diǎn)的占用，也大大簡化了硬件線路。

　　整個(gè)系統(tǒng)IO點(diǎn)只占用了5個(gè)，2個(gè)輸入點(diǎn)、3個(gè)輸出點(diǎn)，因此選用Delta DVPl4Es00R2型PLC，該P(yáng)Lc共有14個(gè)IO點(diǎn)容量，輸入8點(diǎn)、輸出6點(diǎn)，為繼電器輸出型。為了節(jié)約成本，本系統(tǒng)觸摸屏采用Delta公司最小的DOP-AS38BSTD，3.8英寸，8色灰度藍(lán)白液晶屏。

　　PLC本身提供了一路電流容量為400mA的24V直流電源，省去了外置24V開關(guān)電源。該電源除供給觸摸屏使用外，還用來控制2個(gè)繼電器線圈、4個(gè)指示燈和PLC的輸入回路。

　　M1和M2為兩個(gè)240w的單相交流液壓泵電機(jī)，分別用來噴灑水和營養(yǎng)液，兩電機(jī)的起停分別由繼電器KA1和KA2控制；QF1，QF2是控制M1，M2的空氣開關(guān)，對(duì)液壓泵的運(yùn)行起過熱和過流保護(hù)作用，QF3則是PLC的供電空氣開關(guān)；SQl和SQ2是兩個(gè)液位開關(guān)，用來提供水和營養(yǎng)液的液位檢測信號(hào)，若液位低于警戒線，則停泵并報(bào)警指示，防止液壓泵空運(yùn)轉(zhuǎn)。Lamp1～4是4個(gè)狀態(tài)指示燈，分別是電源指示、泵1泵2工作指示和液位報(bào)警指示。

　　PLC與觸摸屏之間的通信采用RS485聯(lián)接，將觸摸屏COM端口的R+，T+短接為D+接至PLC的485+；R-，T-短接為D-接至PLC的485-。

　　系統(tǒng)采用30個(gè)噴頭，每個(gè)噴頭噴霧量以60mL/min計(jì)，則設(shè)計(jì)流量約1.8L/min，安全系數(shù)取1.2，則液壓泵計(jì)算規(guī)格為：流量2．16L/min；額定壓力0.4～0.67MPa(即60-100psi)，最高壓力1MPa(即150psi)。本系統(tǒng)選擇的是上海立肯機(jī)械工程有限公司代理的意大利福力德(nuid—o—Tech)扣環(huán)式高壓葉片泵。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件由兩部分組成：一部分是PLC梯形圖程序，這部分程序在PLC中按照掃描周期不斷循環(huán)運(yùn)行，主要用來接收和處理用戶設(shè)置的系統(tǒng)參數(shù)，并按照參數(shù)完成對(duì)輸出點(diǎn)的控制；另一部分是觸摸屏軟件，主要是控制操作界面的切換和參數(shù)的輸入，同時(shí)還執(zhí)行部分宏程序，分擔(dān)PLC的部分邏輯控制功能。

　　3.1 軟件開發(fā)環(huán)境

　　PLC梯形圖程序在Delta DVP-PLC的編程軟件工具WPLSoft-2.08中開發(fā)，該軟件除了一般PLC程序的規(guī)劃及wINDOWS的一般編輯功能(如剪切、粘貼、復(fù)制、多窗口等)外，另提供多種中/英文批注編輯及其它便利功能(如寄存器編輯、設(shè)定、文件讀取及各接點(diǎn)圖標(biāo)監(jiān)測與設(shè)定等)。觸摸屏程序在screen Editor 1.05.78中開發(fā)，該軟件主要用來編輯畫面和觸摸屏宏程序，支持任意字體的面面編輯，利用宏功能可以有效地幫助PLC處理復(fù)雜的運(yùn)算及分擔(dān)PLC控制器的工作量。用戶還可可以使用該軟件配合通訊宏指令自行編寫通信協(xié)議，并通過串行口與不同廠家的特定系統(tǒng)或控制器連接。

　　3.2 功能設(shè)計(jì)

　　灌溉系統(tǒng)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，手動(dòng)運(yùn)行時(shí)可手動(dòng)開停噴灌液壓泵；自動(dòng)運(yùn)行時(shí)。可以選擇7個(gè)不同的工作程序。每個(gè)程序可以根據(jù)不同的作物生長需要每日任意設(shè)置8個(gè)工作時(shí)間段，如8：23-1O：35，15：10-16：20，還可以任意設(shè)置工作時(shí)間段內(nèi)的泵開停周期，如開2min，停15min，參數(shù)設(shè)好后，液壓泵可按設(shè)定參數(shù)全天候自動(dòng)運(yùn)行。另外，系統(tǒng)還設(shè)有液位檢測開關(guān)，當(dāng)水或營養(yǎng)液液位低于警戒位置時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停泵，并用指示燈進(jìn)行警示，同時(shí)報(bào)警蜂鳴器嗚叫。

　　3.3 觸摸屏畫面設(shè)計(jì)

　　在screen Editor環(huán)境中進(jìn)行界面開發(fā)時(shí)，首先要選擇人機(jī)界面種類、Base Port控制器(即與人機(jī)相聯(lián)接的控制器，一般為PLC)型號(hào)，本系統(tǒng)選擇觸摸屏型號(hào)為DOP—AS38BSrI．D，Base P0rt控制器選擇DeltaDVP PLC；然后新建好各個(gè)畫面，定義好各畫面的名稱，在各畫面上使用編輯功能添加好按鈕、指示燈、數(shù)字輸人框和文本。本系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)有歡迎畫面、自動(dòng)手動(dòng)方式選擇畫面、手動(dòng)操作畫面，自動(dòng)操作畫面、參數(shù)設(shè)置畫面和報(bào)警畫面。

　　系統(tǒng)的主要畫面，如圖3所示。

圖3系統(tǒng)主要觸摸屏界面

　　圖3中左上部為手動(dòng)操作畫面，可以對(duì)噴水泵和營養(yǎng)液泵分別進(jìn)行手動(dòng)啟停控制，并有指示燈指示；右上部為自動(dòng)操作畫面，當(dāng)自動(dòng)運(yùn)行按鈕啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)將按照設(shè)定參數(shù)自動(dòng)運(yùn)行，無需人為干預(yù)；左下部為參數(shù)設(shè)置畫面，這里可以選擇每日要運(yùn)行的程序號(hào)和泵開停周期；右下部則是程序段的具體時(shí)間參數(shù)設(shè)置，每日可自由設(shè)定8個(gè)工作時(shí)間段，畫面中下排的按鈕P1P7用于切換到其他各程序時(shí)間段的設(shè)置畫面。

　　3. 4 觸摸屏畫面組態(tài)和地址分配

　　觸摸屏畫面設(shè)計(jì)好后，要對(duì)畫面中的各元件進(jìn)行組態(tài)，如按鈕要設(shè)置元件特性是交替型還是保持型，設(shè)On還是設(shè)Off ;按鈕對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器地址，是寫入還是讀取。對(duì)于有些程序控制按鈕還要編輯On宏程序，Off宏程序，畫面切換按鈕要設(shè)好待切換的畫面名、觸發(fā)位元地址及觸發(fā)方式。

　　畫面組態(tài)時(shí)除畫面文本和畫面切換按鈕外，其余元件都要設(shè)置好相應(yīng)的存儲(chǔ)器地址。Delta人機(jī)提供的存儲(chǔ)區(qū)分為3塊:內(nèi)部寄存器區(qū)$0-65536，斷電保持內(nèi)部寄存區(qū)$MO-1023，間接尋址寄存區(qū)*$0-65536。這些寄存器都是16位的R/W數(shù)據(jù)寄存器，各內(nèi)部寄存器既能按字尋址，也能按位尋址，使用時(shí)非常靈活，可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要自由分配地址。

　　本系統(tǒng)具體地址分配，如表1所示。

　　分配地址時(shí)要首先設(shè)定好系統(tǒng)控制區(qū)和狀態(tài)區(qū)的寄存器地址，這兩個(gè)區(qū)都由8個(gè)連續(xù)16位的數(shù)據(jù)寄存器組成，可自行定義控制區(qū)和狀態(tài)區(qū)寄存器的首地址。缺省控制區(qū)地址為PLC的DO一D7，狀態(tài)區(qū)缺省地址是D10-D17，如果不重新設(shè)定區(qū)域地址，在PLC編程時(shí)，一定不要占用這些寄存器。本系統(tǒng)將系統(tǒng)控制區(qū)地址設(shè)為$0-7，狀態(tài)區(qū)設(shè)為$20-27 0

　　3.5 觸摸屏宏程序及PLC梯形圖程序設(shè)計(jì)

　　宏功能的使用可以有效地分擔(dān)PLC程序的負(fù)擔(dān)，優(yōu)化程序設(shè)計(jì)。Delta觸摸屏提供宏的種類非常豐富，共有11種，分為4大類:①元件ON/OFF宏;②元件執(zhí)行前/后宏;③畫面打開/關(guān)閉/Cycle宏;. Initial/Background/Clock/子宏。本系統(tǒng)的初始化和參數(shù)從觸摸屏到PLC的傳遞以及狀態(tài)的顯示都是由觸摸屏的各類宏功能實(shí)現(xiàn)的。

　　以讀取系統(tǒng)時(shí)間為例，由于系統(tǒng)選用的基本型PLC不具有萬年歷功能，沒有內(nèi)建時(shí)鐘，而觸摸屏里具有萬年歷功能，所以需要把觸摸屏的時(shí)間參數(shù)取出傳送到PLC的數(shù)據(jù)寄存器然后進(jìn)行運(yùn)算。傳遞時(shí)間的一段Clock宏程序如下:

　　$10=GETSYSTEMTIME//獲取系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間放人$10開始的觸摸屏內(nèi)部地址單元
　　D100=$14 //當(dāng)前小時(shí)數(shù)導(dǎo)人//PLC的地址單元D100
　　D101=$15//當(dāng)前分鐘數(shù)導(dǎo)人//PLC的地址單元D101
　　D102=$16//當(dāng)前秒數(shù)導(dǎo)人//PLC的地址單元D102
　　D103=$13//當(dāng)前星期數(shù)導(dǎo)人//PLC的地址單元D103

　　該Clock宏按照一定的周期自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行，不斷地把當(dāng)前時(shí)間導(dǎo)入PLC，具體周期在模組參數(shù)Clock宏延遲時(shí)間里可以設(shè)定，本系統(tǒng)設(shè)定為100ms。

　　系統(tǒng)主要的邏輯運(yùn)算和控制功能還是在PLC梯形圖程序里實(shí)現(xiàn)的，PLC程序先根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)日設(shè)定的程序號(hào)選取相應(yīng)的時(shí)間段參數(shù)，將該程序號(hào)對(duì)應(yīng)的各時(shí)間段參數(shù)與由觸摸屏宏程序?qū)�人的�?dāng)前時(shí)間進(jìn)行比較，若在某時(shí)間段中，則液壓泵在設(shè)定周期下間歇式工作。整個(gè)程序流程如圖4所示。

圖4 梯形圖流程圖

4 結(jié)論

　　本自動(dòng)噴灌控制系統(tǒng)特別適合于一天中灌溉的次數(shù)要多而每次灌溉的水量要少的作物。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場的調(diào)試表明，該灌溉控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，能夠按照溫室內(nèi)不同作物需要，進(jìn)行不同時(shí)段和不同周期的噴灌，完全能滿足生產(chǎn)實(shí)際需要，且使用方便，有效地提高了控制和管理水平，也節(jié)約了水和肥料，降低了系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。

　　PLC的采用使得系統(tǒng)功能非常容易擴(kuò)展，這樣可以將多套噴灌控制器通過485總線連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)大區(qū)域多品種的集中灌溉控制，甚至還能將系統(tǒng)通過TCP/IP連上Internet網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)修改控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制。 

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.ezxoed.cn/

本文標(biāo)題：PLC和觸摸屏在自動(dòng)噴灌控制器中的應(yīng)用

本文網(wǎng)址：http://www.ezxoed.cn/html/solutions/1401939576.html