基于PLC的植物灌溉浇水控制系统设计

基于PLC的植物灌溉浇水控制系统设计

摘要：基于PLC的浇水控制系统主要是由浇水控制系统以及水系统组成。浇水控制系统的执行元件主要是湿度传感器，湿度传感器将土壤湿度经过模拟量转换传输到PLC中，再与标准值进行对比，进而判断是否进行浇水。水系统则是为了浇水提供帮助。水系统主要是由压力传感器和水泵组成，压力传感器负责监测水管的压力及水压状态，而水泵主要是为了稳定水压提供足够的水量。本文主要介绍了浇水控制系统和水系统的设计、规划、组成以及他们如今的发展状况。

关键词:模拟量 稳压  执行元件

Abstract: the watering control system based on PLC is mainly composed of watering control system and water system. The main executing element of watering control system is humidity sensor, which transmits soil moisture to PLC through analog conversion, and then compares it with standard value to judge whether to water or not. The water system is designed to help water. The water system is mainly composed of a pressure sensor and a pump. The pressure sensor is responsible for monitoring the pressure and water pressure of the water pipe, and the pump is mainly to provide sufficient water for the stability of the water pressure. This paper mainly introduces the design, planning, composition and other aspects of the watering control system and the water system. Our present state of development.

 Key words: analog voltage regulator actuator

第一章 课题简介

1.1 课题研究的目的和意义

从古至今植物一直存在生命的周围，随着人类不断地进化，对于植物、绿化的需求是不断提高的，各种各样的植被有着大量的需求。与之一同进步的就是关于植被的日常养护和设计。

在现代生活中无论是在乡村还是在城市中，绿化的要求是越来越高，在绿化面积逐渐增大的情况下，绿化的日常养a护就变得繁重。在乡村大多数人家都有院子，院子里都会种上一两颗树，平日里也就浇浇水偶尔施个肥，一些大棚中则会使用一些有科技含量的方法，大规模的使用洒水装置。在城市中绿化面积就显的集中，大多数情况下都是采用人工洒水以及洒水车来进行洒水。

大陆首个迪士尼——上海迪士尼，他的建设是投入了非常大的资金，在绿化方面更是费了不小的精力、人力、物力。上海迪士尼的植被面积小而分散 ，他采用的是人工洒水和临时自动灌溉。除了设计上的不同，当时对于绿化灌溉的设计还没有现在这么成熟。

环境一直是人们赖以生存的重要基础，他也是人们对于生活的追求。人们对于绿化的要求也越来越高，在要求提高的同时对于如何去科学的操作也让人深思。

传统的定时浇水系统在发达国家已有上百年历史，为城市园林、私家农场和其他养护领域的浇水做出了巨大贡献。但传统的定时浇水已经无法满足现代高要求的绿化，无法实时的做出正确的调整，无法及时的进行调整，无法提供高效、便捷、科学的浇水功能。

实践证明，在大棚这种室内浇水系统中定时浇水更为通用，根据不同的品种设置相应的浇水时段、浇水量，室内的定时浇水系统水管也便于维修，室内的温度、温度也好检测。但小区的绿化、公共绿化带这种大面积的室外绿化定时浇水只能起到最基础的作用。一年四季，不同的季节不同的天气，对应不同的浇水量，室外的湿度也变化不断，定时浇水不足以同时解决这些问题。

现在大众需要的是便捷、高效的方式，在人工成本日益提高的前景下，集检测、运行、监测于一体的新型系统呼之欲出。本文研究的目的就是要实现简单快捷高效的智能浇水系统。

1.2 目前我国普遍使用的灌溉方式的简介

目前，他们中的大多数仍然使用树盘中的洪水和洪水的方法。由于洪水灌溉初期泥质土壤，土壤结构破坏，孔隙度减小，土壤中的空气被水挤压。它不利于土壤中的微生物活动，不利于根系呼吸和生长;从中期来看，随着土壤水分的减少，土壤结构恢复，适合根系的呼吸和生长，有利于根系吸收养分;后期土壤干旱不利于根系吸收和养分的生长。中国是一个水资源贫乏的国家，特别是在北方，水资源已经成为制约中国工农业发展的限制因素。节约用水是我国的战略决策。应大力推广先进的灌溉方法，如滴灌，渗灌和喷灌，以及良好的灌溉效果和节约用水。

（1）滴灌

  滴灌是一种先进的灌溉技术，结合了近几十年来开发的机械化和自动化。通过主管，支管，毛细管再到达树盘，滴头以滴水的形式慢慢落入果树的根部。以浸润的方式补充土壤水分。滴灌水是普通灌溉量的1/4，省工，可与追肥相结合，滴灌可以经常稳定地向根际土壤供水。均匀保持土壤湿润，土壤通风良好，有利于根系生长和养分吸收，促进产量和质量的提高。根据华北农业机械化研究所滴灌组的实验研究，滴灌根部的根系较多，一个根系中有多达93个根。根长达70厘米，果树根部较少，最大仅10根，根长仅37厘米。果实产量和单果滴灌比滴灌高1倍。滴灌的时间，频率和耗水量因气候，土壤和年龄而异，从而实现根系渗透。成年树每天需要大约120个分米和每个植物3个水，并且在每棵树下安装3个滴水。以每小时3.8分钟的小时速率计算，每天滴3小时。滴灌的不足之处在于设备投资大，不易进行深耕轮施肥，滴头易堵等地下管理，难以在一户人家中实现。

（2）渗灌

  又称微灌，是一种在滴灌的基础上发展起来的灌溉技术。渗水灌溉是在树盘中安装渗水装置

（3）喷灌

  它是通过机械压力，通过管道和喷嘴喷水。土地也不平衡，可以调节小气候，增加湿度。缺点是投资大，喷灌受风力限制。由于空气湿度大，易诱发病害。

（4）沟灌

  由于投资大，滴灌，渗灌和喷灌很难实施。沟渠灌溉是在树冠周围挖沟。灌溉沟用草覆盖，以储存水和滋润。沟灌是通过渗透灌溉的目的，可以节约水分，保持良好的土壤结构和理化性质，有利于根系生长和养分吸收，有利于果树的生长发育。

（5）贮水穴灌水

  在顶篷的周边挖一个深50厘米，直径40厘米的洞。储水孔是建造的。土壤被土壤压实，当水被重新填充时，水从孔中倒出。储水孔灌溉是填料的良好储水能力，长期稳定地向根系供水，不破坏土壤结构。它有利于根系生长，节约用水，并可与追肥相结合。在浇水时，它会用水渗透到土壤中。

  虽然枣树对蟑螂的抵抗力较强，但它们长时间积水，土壤结构被破坏。土壤通风不良，影响土壤中的微生物活动，降低土壤肥力，产生对甲烷有害的物质，如甲烷，硫化氢，一氧化碳等。它严重影响果树根系和地上部分的生长和果实产量和质量。因此，在雨季，应注意排水。特别是，盐碱地需要储存水和碱。如果条件允许，可以在周围建造蓄水池，并且可以存储排水和径流以在需要浇水时施用。

1.3 系统规划

  此次主要进行了系统的设计与衔接，元器件的分类与选用，在设计过程中主要提供对于现在所存在的问题和如何去解决这些问题。本文中不仅要PLC的程序设计，为了提供辅助的水系统还要加深CDA制图的能力。

大体分为以下几个部分:

(1) 控制系统的设计与组成

(2) 水系统的设计与CAD

(3)  水系统的管道接入与稳压措施

（4）控制系统与水系统的有效结合

1.4系统的选用

由于小区和城市绿化多以草坪为主，草坪不如其他植物那般高大，草坪低而且密集所以本文选择的是喷灌。

1.5  章节小结

系统的设计和元件的选择是多方面的，考虑的元素有许多，在设计前应该对系统的每个步骤都有清晰的判断，然后再去设计程序。

本系统的设计主要是提高植被浇水的效率，降低人工资源的支付，为家庭、小区绿化提供便捷。此系统基于PLC实现了自动化与智能化，在此之上用触摸屏以及平板来进行操控和检测使之更符合大众需求，而且本系统除了其本身具有的浇洒功能外还拥有了在停水或缺水时作为后被储藏水源、应急消防水源的功能，若时在别墅中使用时，采用大功率的喷水头时还可以起到一定的防卫作用。

目录

第一章 课题简介

1.1课题研究的目的和意义.....................................................................................................................9

1.2 目前我国普遍使用的灌溉方式的简介.........................................................................................10

1.3 系统规划.........................................................................................................................................11

1.4系统的选用.......................................................................................................................................11

1.5小结...................................................................................................................................................11

第二章浇水控制系统的介绍

2.1系统简述...........................................................................................................................................11

2.2系统设计要求...................................................................................................................................11

2.3控制系统的主要组成.......................................................................................................................12

2.4传感器...............................................................................................................................................12

2.5湿度传感器的分类...........................................................................................................................12

2.6本章小结...........................................................................................................................................13

第三章系统设置

3.1小区浇水控制系统简述...................................................................................................................13

3.2水系统管路介绍...............................................................................................................................14

3.3注意点...............................................................................................................................................14

第四章 PLC的定义

4.1PLC的特点.......................................................................................................................................15

4.2PLC的基本原理...............................................................................................................................15

4.3PLC的选用.......................................................................................................................................15

4.4 小结.................................................................................................................................................15

第五章 系统的设计

5.1灌溉面积的区分...............................................................................................................................16

5.2系统浇水时间的划分.......................................................................................................................16

5.3需要和不需要浇水区间的划分.......................................................................................................16

5.4湿度传感器的选用...........................................................................................................................16

5.5浇水系统的运行...............................................................................................................................16

5.6系统程序图.......................................................................................................................................17

第六章 水系统的设计

6.1水管的选择.......................................................................................................................................21

6.2水管线路的设计...............................................................................................................................21 

6.3水系统的操作及流程.......................................................................................................................21

6.4小结...................................................................................................................................................22

6.5 系统运行.........................................................................................................................................23

论文总结........................................................................................................................................................24

致谢................................................................................................................................................................25

附录................................................................................................................................................................26

参考文献

Appleton，wI.PLC reduces panel size 25%.Design News.1999，54(13):36—37.

陈再平机械工业出版社，2002.

谭沽强.PLC程序设计教程.北京:清华大学出版社，2000

建筑给排水与消防工程.华中科技大学出版社，2017.11

PLC项目化实践教程（S7-200).电子工业出版社，2014.8