0 引言
温室大棚环境中的土壤湿度和营养程度主要靠灌溉来控制，科学的灌溉与合理调节棚内土壤湿度是保证大棚农作物优质高产的重要措施。由于不同品种的作物需水规律不一致，采用不同大棚来种植的同种作物需水情况也不尽相同，一天中何时灌水与作物的习性和生长周期有关系，还与气候和土壤条件的不同有关系，因此需要对作物进行按需灌溉。
灌溉发展至今，传统的粗放型无控供水已经逐渐被淘汰，各种自动控制的供水装置和节水灌溉系统不断推出，但对作物灌溉时段的时长能够进行自由设置、灌溉的间歇周期能够自由设定的控制器使用还并不多见，能满足这种要求的控制器大多由国外引进，设备功能众多、价格昂贵；而国内一些灌溉控制器则功能单一，灌溉时段和灌水量都比较固定，不能按照作物品种、气候条件和土壤状况随意设置。这样势必导致作物缺水或灌水过多，影响作物的生长。
因此，有必要设计开发出能自由设定灌溉时段和灌溉间歇周期的控制器，同时还要成本低、操作方便、简单实用，以适应农民较粗放的操作方式和较低的消费水平。
1 自动灌
系统采用程序控制器实现喷灌过程的智能化。程序控制器主要由Delta公司的触摸屏和PLC组成，所有的操作都通过触摸屏进行，操作直观方便、工作稳定可靠，设备可按照作物不同需求和不同生长环境任意设定周期，由控制器控制液压泵按照设定时间周期自动运行，均匀微量地喷洒到需要灌溉的地方，从而大大减少人力物力，实现农作物生长无人值守。
系统构成原理框图，如图1所示。
图1 自动灌溉系统整体构成框图
2 控制系统硬件设计
系统硬件线路图，如图2所示。
图2 系统硬件线路图
由于自动喷灌系统被控对象不多，所以控制器硬件线路较为简单，触摸屏的使用更是减少了PLC输入点的占用，也大大简化了硬件线路。
整个系统IO点只占用了5个，2个输入点、3个输出点，因此选用Delta DVPl4Es00R2型PLC，该PLc共有14个IO点容量，输入8点、输出6点，为继电器输出型。为了节约成本，本系统触摸屏采用Delta公司最小的DOP-AS38BSTD，3.8英寸，8色灰度蓝白液晶屏。
PLC本身提供了一路电流容量为400mA的24V直流电源，省去了外置24V开关电源。该电源除供给触摸屏使用外，还用来控制2个继电器线圈、4个指示灯和PLC的输入回路。
M1和M2为两个240w的单相交流液压泵电机，分别用来喷洒水和营养液，两电机的起停分别由继电器KA1和KA2控制；QF1，QF2是控制M1，M2的空气开关，对液压泵的运行起过热和过流保护作用，QF3则是PLC的供电空气开关；SQl和SQ2是两个液位开关，用来提供水和营养液的液位检测信号，若液位低于警戒线，则停泵并报警指示，防止液压泵空运转。Lamp1～4是4个状态指示灯，分别是电源指示、泵1泵2工作指示和液位报警指示。
PLC与触摸屏之间的通信采用RS485联接，将触摸屏COM端口的R+，T+短接为D+接至PLC的485+；R-，T-短接为D-接至PLC的485-。
系统采用30个喷头，每个喷头喷雾量以60mL/min计，则设计流量约1.8L/min，安全系数取1.2，则液压泵计算规格为：流量2．16L/min；额定压力0.4～0.67MPa(即60-100psi)，最高压力1MPa(即150psi)。本系统选择的是上海立肯机械工程有限公司代理的意大利福力德(nuid—o—Tech)扣环式高压叶片泵。
3 控制系统软件设计
系统软件由两部分组成：一部分是PLC梯形图程序，这部分程序在PLC中按照扫描周期不断循环运行，主要用来接收和处理用户设置的系统参数，并按照参数完成对输出点的控制；另一部分是触摸屏软件，主要是控制操作界面的切换和参数的输入，同时还执行部分宏程序，分担PLC的部分逻辑控制功能。
3.1 软件开发环境
PLC梯形图程序在Delta DVP-PLC的编程软件工具WPLSoft-2.08中开发，该软件除了一般PLC程序的规划及wINDOWS的一般编辑功能(如剪切、粘贴、复制、多窗口等)外，另提供多种中/英文批注编辑及其它便利功能(如寄存器编辑、设定、文件读取及各接点图标监测与设定等)。触摸屏程序在screen Editor 1.05.78中开发，该软件主要用来编辑画面和触摸屏宏程序，支持任意字体的面面编辑，利用宏功能可以有效地帮助PLC处理复杂的运算及分担PLC控制器的工作量。用户还可可以使用该软件配合通讯宏指令自行编写通信协议，并通过串行口与不同厂家的特定系统或控制器连接。
3.2 功能设计
灌溉系统有手动和自动两种控制方式，手动运行时可手动开停喷灌液压泵；自动运行时。可以选择7个不同的工作程序。每个程序可以根据不同的作物生长需要每日任意设置8个工作时间段，如8：23-1O：35，15：10-16：20，还可以任意设置工作时间段内的泵开停周期，如开2min，停15min，参数设好后，液压泵可按设定参数全天候自动运行。另外，系统还设有液位检测开关，当水或营养液液位低于警戒位置时，系统自动停泵，并用指示灯进行警示，同时报警蜂鸣器呜叫。
3.3 触摸屏画面设计
在screen Editor环境中进行界面开发时，首先要选择人机界面种类、Base Port控制器(即与人机相联接的控制器，一般为PLC)型号，本系统选择触摸屏型号为DOP—AS38BSrI．D，Base P0rt控制器选择DeltaDVP PLC；然后新建好各个画面，定义好各画面的名称，在各画面上使用编辑功能添加好按钮、指示灯、数字输人框和文本。本系统主要设计有欢迎画面、自动手动方式选择画面、手动操作画面，自动操作画面、参数设置画面和报警画面。
系统的主要画面，如图3所示。
图3系统主要触摸屏界面
图3中左上部为手动操作画面，可以对喷水泵和营养液泵分别进行手动启停控制，并有指示灯指示；右上部为自动操作画面，当自动运行按钮启动时，系统将按照设定参数自动运行，无需人为干预；左下部为参数设置画面，这里可以选择每日要运行的程序号和泵开停周期；右下部则是程序段的具体时间参数设置，每日可自由设定8个工作时间段，画面中下排的按钮P1P7用于切换到其他各程序时间段的设置画面。
3. 4 触摸屏画面组态和地址分配
触摸屏画面设计好后，要对画面中的各元件进行组态，如按钮要设置元件特性是交替型还是保持型，设On还是设Off ;按钮对应的存储器地址，是写入还是读取。对于有些程序控制按钮还要编辑On宏程序，Off宏程序，画面切换按钮要设好待切换的画面名、触发位元地址及触发方式。
画面组态时除画面文本和画面切换按钮外，其余元件都要设置好相应的存储器地址。Delta人机提供的存储区分为3块:内部寄存器区$0-65536，断电保持内部寄存区$MO-1023，间接寻址寄存区*$0-65536。这些寄存器都是16位的R/W数据寄存器，各内部寄存器既能按字寻址，也能按位寻址，使用时非常灵活，可以根据设计需要自由分配地址。
本系统具体地址分配，如表1所示。
分配地址时要首先设定好系统控制区和状态区的寄存器地址，这两个区都由8个连续16位的数据寄存器组成，可自行定义控制区和状态区寄存器的首地址。缺省控制区地址为PLC的DO一D7，状态区缺省地址是D10-D17，如果不重新设定区域地址，在PLC编程时，一定不要占用这些寄存器。本系统将系统控制区地址设为$0-7，状态区设为$20-27 0
3.5 触摸屏宏程序及PLC梯形图程序设计
宏功能的使用可以有效地分担PLC程序的负担，优化程序设计。Delta触摸屏提供宏的种类非常丰富，共有11种，分为4大类:①元件ON/OFF宏;②元件执行前/后宏;③画面打开/关闭/Cycle宏;. Initial/Background/Clock/子宏。本系统的初始化和参数从触摸屏到PLC的传递以及状态的显示都是由触摸屏的各类宏功能实现的。
以读取系统时间为例，由于系统选用的基本型PLC不具有万年历功能，没有内建时钟，而触摸屏里具有万年历功能，所以需要把触摸屏的时间参数取出传送到PLC的数据寄存器然后进行运算。传递时间的一段Clock宏程序如下:
$10=GETSYSTEMTIME//获取系统当前时间放人$10开始的触摸屏内部地址单元
D100=$14 //当前小时数导人//PLC的地址单元D100
D101=$15//当前分钟数导人//PLC的地址单元D101
D102=$16//当前秒数导人//PLC的地址单元D102
D103=$13//当前星期数导人//PLC的地址单元D103
该Clock宏按照一定的周期自动循环运行，不断地把当前时间导入PLC，具体周期在模组参数Clock宏延迟时间里可以设定，本系统设定为100ms。
系统主要的逻辑运算和控制功能还是在PLC梯形图程序里实现的，PLC程序先根据系统当日设定的程序号选取相应的时间段参数，将该程序号对应的各时间段参数与由触摸屏宏程序导人的当前时间进行比较，若在某时间段中，则液压泵在设定周期下间歇式工作。整个程序流程如图4所示。
图4 梯形图流程图
4 结论
本自动喷灌控制系统特别适合于一天中灌溉的次数要多而每次灌溉的水量要少的作物。经实验室和现场的调试表明，该灌溉控制系统稳定可靠，能够按照温室内不同作物需要，进行不同时段和不同周期的喷灌，完全能满足生产实际需要，且使用方便，有效地提高了控制和管理水平，也节约了水和肥料，降低了系统的运行费用。
PLC的采用使得系统功能非常容易扩展，这样可以将多套喷灌控制器通过485总线连成网络，实现大区域多品种的集中灌溉控制，甚至还能将系统通过TCP/IP连上Internet网络，通过网络修改控制参数，实现远程网络控制。
核心关注：拓步ERP系统平台是覆盖了众多的业务领域、行业应用，蕴涵了丰富的ERP管理思想，集成了ERP软件业务管理理念，功能涉及供应链、成本、制造、CRM、HR等众多业务领域的管理，全面涵盖了企业关注ERP管理系统的核心领域，是众多中小企业信息化建设首选的ERP管理软件信赖品牌。
转载请注明出处：拓步ERP资讯网http://www.toberp.com/
本文标题：PLC和触摸屏在自动喷灌控制器中的应用
相关文章
