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摘 要
水是我们维持生命活动必不可少的物质。当今社会水资源利用不合理，造成了极大的浪费。如我国的甘肃、陕西等地水资源匮乏，人们日常生活用水得不到保证，所以人们要更加合理利用水资源。水资源绝大部分浪费在农田灌溉，主要是因为人们采用大水漫灌，不仅浪费了水资源，更增加了劳动量。因此，本文设计了一种自动灌溉装置的PLC控制系统。首先分析了自动灌溉装置的结构及工作原理，从而确定了控制要求，然后进行了硬件设计和软件设计。其中硬件设计主要包括PLC选型、I/O分配表和I/O外部接线图，软件设计包括了控制流程图设计和梯形图程序设计。该系统采用PLC技术为控制核心，使其体积更小、功能更强、编程更简单、可靠性更高、控制更灵活。
关键词：自动灌溉装置;PLC控制系统;硬件设计;软件设计
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Abstract
Water is essential for us to maintain life activities. In today's society is not reasonable in the utilization of water resources, caused great waste. Such as gansu, shanxi and other places in China water resources shortage area, water not assured that people lives daily, so we need to more rational use of water. Waste most of the waste of water resources in irrigation, because people using flood irrigation, waste water not only, make more people to increased labor. Therefore, this article designed a kind of PLC control system of an equipment of automatic irrigation. First analyzed the structure and working principle of automatic irrigation device, thus determined the work requirements. Then the hardware designed and software designed. Hardware designed including the designed of the hardware principle, type selection of PLC, I/O allocation table and external I/O wiring diagram. Software designed including the designed principle and ladder diagram programming. The system uses PLC as the designed core, small volume, strong function, simple programming, high reliability and flexible assembly.
Keywords：Automatic irrigation device; PLC control system; Hardware design; Software design
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目 录
1 绪论 ...................................................................................................................................... 1 1.1 课题背景及意义 ......................................................................................................... 1 1.2 国内外研究发展现状 ................................................................................................. 2 1.2.1 国外研究发展现状 .............................................................................................. 2 1.2.2 国内研究发展现状 .............................................................................................. 3 2 自动灌溉装置的控制要求 ................................................................................................ 3 2.1 结构介绍 ..................................................................................................................... 3 2.2 工作过程 ..................................................................................................................... 4 2.3 控制要求 ..................................................................................................................... 5 3 自动灌溉PLC控制系统的硬件设计 ............................................................................... 5 3.1 系统硬件的设计原则 ................................................................................................. 5 3.2 PLC选型 ..................................................................................................................... 6 3.3 I/O分配表 ................................................................................................................... 7 3.4 I/O外部接线图 ........................................................................................................... 8 4 自动灌溉PLC控制系统的软件设计 ............................................................................... 9 4.1 系统软件的设计原则 ................................................................................................. 9 4.2 控制流程图设计 ......................................................................................................... 9 4.3 梯形图程序设计 ....................................................................................................... 10 4.3.1 A类水生植物梯形图程序设计 ........................................................................ 10 4.3.2 B类植物梯形图程序设计 ................................................................................ 11 4.3.3 C类水生植物梯形图程序设计 ........................................................................ 12 5 PLC控制系统的调试与程序的仿真 .............................................................................. 15 5.1 PLC控制系统的安装与布线 ................................................................................... 15 5.2 程序的仿真 ............................................................................................................... 15 6 结论 .................................................................................................................................. 18 参考文献 ................................................................................................................................ 19 附 录 A ............................................................................................................................. 20 致 谢 .................................................................................................................................... 24
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1 绪论
1.1 课题背景及意义
我国淡水资源短缺，利用率低，水浪费严重，供需矛盾突出。传统灌溉设备单一，灌溉难度大，费时费力，严重制约我国社会经济的发展。因此需要合理灌溉，采用自动灌溉系统。
农业是整个人类社会中最古老，最原始的行业，是各行各业发展的基础，也是整个人类赖以生存的根本和先决条件。农业发展的根本出路在于科技的发展，科学技术水平的提高在于教育方式的转变。由传统的古老的农业生产向现代化农业生产的转变，由粗放型经营方式到集约型经营方式的转变，就必须要求农业科技水平有一个显著的提高，所以就要求必须进行一次新的农业技术的革命。而且我国当今的农业相比于其他行业,如工业,交通运输业的发展仍然处于比较落后的阶段，特别是我国的农业灌溉技术需要提高。灌溉系统自动化水平的高低是衡量我国高效农业发展的一个决定因素。
自动灌溉系统的进步与提高对于缓解我国水资源紧缺现象、节约劳动力资源和成本，扩大灌溉面积、实现“两个转变”战略发展目标、可持续发展战略、以及提高我国农业综合生产力水平有着十分重大的意义。有效、合理的灌溉是农作物正常生长和发育并获得高产的重要前提和基本保障，因此可取得良好的生理效应和生态效应，并且增产效果十分显著。另一方面，国外的一些喷灌系统设备，其产品结构复杂、生产成本较高，而且国外产品在安装和维护过程所需要的程序都很复杂，并不适合在我国农业生产力大的地区使用。相比较而言,由我国研发并制造的喷灌设备其成本相对比较低廉，但是其中大部分系统采用的是普通继电器控制系统，对其的调试与维护工作比较困难，灵敏度也不够高，不能完全实现定时定量喷灌，所以该类产品的市场占有率不是很高。PLC的优点是体积小、功能强、编程简单、可靠性高和组装灵活，这些优点使其能够广泛应用于国防、电力和通讯等领域，但是在我国现阶段的农业领域方面应用很少。因此本文设计了一种自动灌溉装置的PLC控制系统。可编程序控制器( 简称PLC) 应用在节水灌溉控制系统的工程设计中能够使硬件结构，具有可靠性、灵活性好和能在各种环境条件下运行等一系列优点，并且在维持系统硬件组成结构不变的情况下，仅仅通过更改软件设置来迎合多种运行方式的需求，是继我国传统电器的理想替代品，特别是在农田水利系统的小型泵站中可以实现无人值守或半无人值守状态，具有广阔的应用前景和有效的使用价值[1]。
现代化的智能型控制系统和程序的应用是对现今农业灌溉系统和田间管理的有效手段和工具，它可提高灌溉系统操作的准确性，有利于在灌溉过程中进行科学、有效的管理，降低对操作者本身知识素养的需求。现代化的灌溉系统的应用，除了能大大的减少从事生
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产的生产者的劳动量，更重要的是它能够、定量、准确、定时、高效地给农作物自动补充水分，还能够增加养分，以达到提高农作物产量、质量，并节水、节能的要求。
PLC控制系统还有以下优点： （1）编程方便，现场可修改程序。 （2）维修方便，有模块化结构。 （3）可靠性高于继电器控制装置。 （4）体积小于继电器控制装置。 （5）数据可以直接送入管理计算机。 （6）成本可与继电器控制装置竞争。 （7）输入可以是交流115V。 （8）能直接驱动电磁阀，接触器等。 （9）在扩展时，原系统只要很小变更。 （10）用户程序存储器容量至少能扩展到4K。
（11）在灌溉控制系统中采用了PLC，用软件实现对灌溉系统的控制，提高可靠 性。
（12）去除了大部分继电器，控制系统机构简单，外部线路简化。 （13）PLC可实现对各种繁琐的系统的控制。
（14）PLC可对故障进行自动检测与报警提示，提高安全性并便于检修。 （15）用于群控调配和管理，并提高灌溉系统运行效率。 （16）更改控制方案时不需要改动硬件接线。 1.2 国内外研究发展现状 1.2.1 国外研究发展现状
当今全球灌溉技术比较先进的国家主要是西欧的法国、英国、意大利、荷兰、西班牙，美国，亚洲的日本，中东的以色列等生产力水平较高的国家[2]。因为这些国家的自动灌溉系统的研究起步较早，发展较快，其研发系统及技术水平比我国高。特别是一些有着先进技术的国家,它们在自动灌溉控制发展和提高的基础上，更不断研究各种最先进的灌溉控制技术及适用于不同农作物的不同营养液的配方和营养液自动混合技术的进步，并进一步发展行成并拥有了灌溉专家系统。这些国家同时不断的把先进的生产控制技术成功的应用于灌溉系统中,有效的促进了其国家的农业发展水平[3]。
世界上灌溉技术的发展最具有代表性的国家应首推以色列。以色列拥有像普拉斯托、耐特费姆、美滋一雷鸥等一系列世界级的著名的灌溉公司。并且已经出现了利用电子计算
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基于PLC的自动灌溉控制系统设计--本科毕业设计
