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新型农田灌溉控制系统浅析
赵洪洋
辽宁省铁岭市水利勘测设计院,辽宁铁岭12008)
摘要】本文主要针对几种新型水利灌溉系统:基于可编程逻辑控制器(PIC)的智能系统、基于单片机的智能
节水灌溉系统,以及手机短信(SMS)远程控制灌溉系统的系统构成、各自的优缺点以及在实际应用中存在蚋问题,
对多种节能节水型控制系统的控制策略进行了总结。
【关键词】农田灌溉;PLC;单片机
控制策略
中图分类号:TV93
文献标志码:A
文章编号:1005-4774(2015)02-0061-03
On Novel Farmland Irrigation Control System
CHAO Hong-yang
Liaoning Tieling Water Conservancy Survey and Design Institute, Tieling 112008, China)
Abstract: The paper mainly aims at several novel water conservancy irrigation systems: intelligent system based on
programmable logic controller(PLC), intelligent water-saving irrigation system based on microcontroller and mobile phone
SMS remote control irrigation system. Control strategies of many energy-saving and water-saving control systems are
on
Ispective strengt
application
Keywords: farmland irrigation PLC; microcontroller; SMS; control strategy
我国人均水资源短缺,尤其是农业灌溉用水,地域的兴趣,并取得了一系列成果。本文主要就目前研究
性分布极其不均,大力发展农田灌溉节能节水控制系较多的基于可编程逻辑控制器(PILC)的智能系统、基
统是目前我国农业灌溉急需攻克的关键性课题。随着于单片机的智能节水灌溉系统,以及手机短信(SMS
计算机技术以及工业自动化技术的进步,越来越多的远程控制灌溉系统的原理和硬件选择进行了讨论。
自动控制系统应用在农田灌溉方面。这些自动化灌溉
基于PC的农田智能灌溉系统
技术较多地应用于农田广岡的地区,通常耕地分块不
作为智能灌溉控制系统的三大类控制核心之一的
或零散或集中,设备的工作条件、工作环境有较大PLC,与单片机和工控机相比具有其特殊优势。PLC较
波动。当前,我国应用的农业灌溉自动化系统多为进之单片机,具有稳定性良好的特点,较之工控机又具有
口,这些系统功能十分全面,适用性比较广泛,但是价较高的普及性,同时还具有单片机低成本、高灵活性的
格太高;多数地区无力承担,无法大范围推广。
特点,目前在智能灌溉系统中应用较多。
针对我国农业灌溉的国情,许多学者对开发适合1.1基于PLC的智能灌溉系统工作流程
我国应用的农田自动灌溉系统这一课题表现出了浓厚
该系统采用模糊控制的理论模型来实现对系统的
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◆水利建设与管理2015年?第2期
控制,该模型对于农作物需水量的推理比较可信。硬压信号与基准值进行比较,确定启动方式并调整晶闻
件系统采用DCS系统,以日本某公司PLC产品作为下管导通角进行输出电压的控制,使电动机转速逐渐变
位机,输入点与输出点一一对应,共计24对,采用24V化,以达到软启动和软停止的目的。
直流电源供电,传感器为国内某公司S302H形湿度传2.2实现策略
感器。系统数据处理过程为:由铺设在田间的多组传
大功率电动机的软启动通常采用两种方式,即限
感器采集湿度信号,经模数转换之后进入PLC系统,并流启动与限压启动。以限压启动为例,限压启动一般
通过上位PC机实现对数据的批量处理、储存以及模糊采用电压负反馈闭环控制策略实现,凋压糢块中输入
模型的模拟、进而对采集到的数据进行图形化处理和电压为直流电压,与电动机运行中的交流电压成复杂
显示工作等,最后将模拟结果作为控制指令通过下位的非线性关系,需对其进行分段分析,输出两者比值,
机对灌溉系统实现控制。该控制主要利用光电效应对直到达到额定电压值。此时,三相开关旁路,电动机并
灌溉硬件系统的电磁阀以及灌溉管道进行管理。
网运行,实现限压软启动。
1.2控制软件的设计
在电动机负载不准突降为零必须缓慢下降的工况
对该DCS系统的控制由两部分实现,第一部分是中,电动机应当采取软停止。该策略的实现主要依靠
对上位机实现控制,采用VB语言设计,主要功能为实三相晶闸管的导通角逐新减小,使电动机输人电压缓
现大量数据的保存以及相应参数的实时监控:第二部慢降低至零,在一段时间内实现电动机的软停止,避免
分为下位机控制软件,由下位机生产公司提供的FXGP水击。
WINC梯形图编程语言完成软件开发。上位机和下
无功补偿设计主要依靠电能计量芯片,对无功功
位机之闯的通信软件采用VB语言开发。
率、有功功率、三相电机无功电能完成测量并根据各自
1.3模糊控制模型特点
的功率因数,确定控制策略,完成相对应电容的接入以
模糊控制模型主娑以土壤相对湿度及含水率的变及移除,实现末端的低压段无功补偿过程。
化作为控制系统的激励信号,利用模糊控制原理建立3手机短信(SMS)远程控制灌溉系统
灌水需求量的预测模型,并通过下位机实现对灌溉系
该控制系统主要借助无线通信方式,采用短信对
统中电磁阀的远程控制。仿貞实验结果表明,该系统淮溉系统进行远程控制,基本模式为手机短信可实时
应用模糊控制模可实现快速计算作物需水量,并对查询农田湿度以及含水率等参数,并分析该参数是否
多种作物建立需水量模型,有效实现不同环境下农旧满足灌溉要求,通过手机短信完成指令发送,进行农田
灌溉的智能控制。
灌溉活动。
基于单片机的智能控制系统
1系统构成
该系统基于16位单片机进行设计,主要对以下几
由下图可知,该系统主要构成为:在田间铺设一定
个方面进行针对性改进:0大功率电动机的软启动以数量土壤温度、湿度传感器,空气温度、湿度传感器在
及软停止控制方式;低压条件下无功补偿策略;实
上壤温度传感器
现对多用户漢溉系统的控制。
土壤混度传感器
手机
2.1创新设计说明
命令执行
线凵固
与信息采↓空气温度传感器
单片机「一限数?话
Atmel
传
电动机软启动与软停止可有效防止电机突停突起集单元
A1T39S9器模机
或P
空气湿度传感器
给电网带来的冲击,降低电网故障的可能性,保证农田
灌溉的顺利进行。该设计软启动模块设计中,在电源
电磁阀控俐单元
以及大功率电动机的转子间加入调压模块,该模块采
下位机
上位
远程控制单元
用MISY-QKL(三相反并联晶闸管),可将检测到的电
手机短信远程控制灌溉系统构成图