基于PLC控制系统的温室灌溉系统设计研究

季建珍

（江苏省宜兴中等专业学校，江苏 宜兴 214200）

一个良好的温室环境需要对环境温度、CO2浓度、湿度及光照进行有效监测和控制。如果这些工作都由人们手动完成，不仅工作强度大，最终的控制效果也会不尽如人意，造成劳动力和资源浪费。随着科学技术发展，农业生产技术趋于自动化，人力和资源消耗得到了有效控制。温室灌溉系统起步于国外，具有节能性高、稳定性强等特点。本文主要根据现代温室控制的一般方法，设计出一种对于环境的温度、CO2浓度、湿度与光照均能进行自动检测的温室灌溉系统。该系统应用了PLC控制技术，真正意义上实现了实时检测、人力交互的生产模式［1］。本文设计的温室灌溉系统，主要基于PLC系统，内部含有可进行编程存储器，可以进行运算、排列顺序、定时和计数等操作，具有可靠性高、编程容易、组态灵活、安装方便以及运行速度快等特点。

1 温室灌溉系统的软件设计

1.1 针对水生植物

水生植物对灌溉系统要求较高。本设计通过投入式水位传感器感受水位信号，并且将其传送到控制器进行分析，与设定信号最小值和最大值相比较，之后根据两者差异分别对水和电阀门进行打开或关闭指令，当水位到达不了规定范围内时，最小水位报警灯闪亮［2］。水生植物灌溉流程如图1所示。

1.2 针对土壤植物

本系统将土壤所需含水量设定为一个最小值，保证土壤中水分含量一直处于最小值之上，并且通过土壤传感器对土壤湿度进行监测，之后将相关数值传送到控制器上，与开始设定的最大值和最小值进行比较，根据差异分别对水和电阀门进行打开或关闭指令，保证土壤湿度符合设定标准，从而使土壤植物有充足湿度和水分［3］。当土壤中水量低于设定最小值时，设置最小值报警灯闪亮。土壤植物灌溉流程如图2所示。

图1 水生植物灌溉流程

图2 土壤植物灌溉流程图

1.3 定时灌溉设计

本系统具有定时灌溉模式，即可以按照设置完成定时、定量浇灌任务，如可以选择每天06：00进行自动灌溉，持续2～3 min；或者选择16：00进行灌溉，持续2～3 min［4］。另外，还可以进行每隔一天的定时灌溉，当晚上光敏开关响应时，进行浇灌浇水，持续2 min。这两种模式可以根据水生植物和土壤植物生长特性进行调整，具体流程如图3所示。

图3 定时灌溉流程

1.4 空气温度控制

本文系统在空气温度值检测过程中，设定一个最高值和最低值，当空气温度不在该范围时，将进行自动升温和降温操作。

1.5 CO2浓度控制

同控制温度控制类似，设定一个CO2浓度最高值和最低值，当空气中CO2浓度不在该范围时，进行自动补充或降低操作。

1.6 室内光照度控制。

本系统还能够对室内光照进行有效控制，当光照值低于设定值时，进行自动补光工作；当白天光照值高于设定值时，则自动关闭该功能。

2 温室灌溉系统的软件设计

本文设计的温室灌溉系统主要由PLC、A/D转换模块、土壤湿度传感器、水位传感器、执行机构和报警装置构成。针对于水生植物和土壤植物有不同的工作原理，如图4所示。

2.1 PLC的选择

使用西门子S7-200PLC作为控制器，其含有14个输入端口和10个输出端口，可以相互连接成为扩展模块，满足系统控制要求。

图4 硬件工作原理

2.2 土壤湿度传感器的选择

采用FDR中的HA2001 FDR土壤传感器，该土壤传感器主要运用了电磁脉冲工作原理达到监测土壤水分效果，具有快速、安全、便捷、自动和定点准确的优点。

2.3 水位传感器的选择

本次控制系统采用DATA-51的投入式水位传感器，该水位传感器将水位信号传达到水位控制器上，并将实际水位情况和设定水位情况进行对比，从而发出打开或关闭的质量，保证水位所需量稳定［5］。

2.4 A/D转换器的选择

根据本系统对输入量的要求，采用EM231模拟量输入模块，将现场由传感器检测产生的连续模拟量信号转换成PLC可以接收的12位二进制数信号，数字量位数越多，表明模块分辨率越高。

3 结语

本文基于PLC控制技术设计了一套温室灌溉系统。该温室灌溉系统能够对不同植物所需水量进行自动控制，以西门子S7-200的PLC为控制器，采用水位节点控制、时钟控制以及湿度传感器，对水生植物及土壤植物进行智能化灌溉。通过研究分析发现，该温室灌溉系统减轻了工作强度，缓解了劳动压力，适合进一步推广。