【灌溉系统】-PLC农田灌溉系统

PLC农田灌溉系统 PLC农田灌溉系统一．系统简介近年来，随着社会的发展和人们生活水平的提高，城镇建设的不断发展，城市人口大量集中，工业和生活用水迅速增加，旅游、休闲、运动场及居民小区等各种绿地面积越来越大，城市供水的紧张状况日益突出。传统的灌溉方式已不能满足现代灌溉的要求，采用高效的灌水方式势在必行。只有采用自动化的控制方式才能满足现代灌溉的要求。现在的蔬菜生产由数量型转向质量型，市民要求常能吃到新鲜的蔬菜，因而蔬菜园的温室大棚大量出现，同时温室大棚的控制和灌溉给我们提出了更高的要求。北京昆仑华海科技有限公司在广泛的市场调研和技术开发的基础上，依靠自身的技术实力，推出了灌Internat节能、环保、节约用水的目的。二．系统功能上位企业管理功能WWWWindows全自动化监控功能采用当今最流行的全中文工控组态软件，利用组态软件开发监控应用软件，可以动态直观地显示灌溉系统的实际运转情况，同时对灌溉设备的数据完成存储，统计分析，报表显示，打印记录等功能。PLCS7PLC恒压变频供水控制功能PID自动除沙和过滤功能在灌溉工程自动控制系统中，我们设计了新型的自动除沙器和自动过滤器。通过检测系统中灌溉水的压力，自动开启除沙器和过滤器除去系统管道水中的沙粒和悬浮物，使灌溉系统能顺畅运行，延长喷头的使用寿命。三．系统结构灌溉工程自动控制系统原理示意图灌溉工程自动控制系统结构说明上位管理层WWWWindows调度监控层由工业控制计算机和现场工业总线控制卡构成；两套工业控制计算机构成双机热备份系统，使整个系统的可维护性、可扩充性和可管理性得到大幅度提高，使系统的第三层--上位企业管理层能够快速方便地实现。现场采集层完成对安装在泵房里现场设备的运行状态和检测数据的实时采集和控制。四．上位管理系统管理系统功能WWWWindows网上发布：能够将灌溉系统的数据和图像在将来建成的企业内部网上发布，基地的各级管理部门可以根据不同的权限，通过局域网浏览和下载自己所需要的信息。管理系统硬件组成WWW网络版组态软件服务器HUB集线器网卡五．自动化监控系统自动监控系统概况随着社会的发展和进步，人们对生产的要求也越来越高，要求生产能实时，连续地监控。正是基于这种需求，我们开发了全自动化灌溉监控系统。全自动化灌溉监控系统采用了当今社会最流行的组态软件技术，利用组态软件为用户开发提供了良好的人机界面，直观易懂。能够实时，连续地将整个灌溉系统的生产，运行情况在集中监控室中显示，并进行记录，分析，以及实现故障排查等实际有效的功能。出于设备和人员的安全考虑，自动监控系统系统能够根据所收集的信息确定泵房内的灌溉设备的运行状况良好与否。对于超出安全标准或工艺要求的数据要设置报警功能，并且要按照即定的操作规程尽可能快速的采取措施，排除故障或危险，或恢复系统正常运行。自动监控系统功能采集现场环境的状况如温度、湿度、照度、大气压等等；接收各泵站内的电磁流量计所产生的流量信号，进行计算累加和统计打印；接收各泵站内的差压传感器所产生的压差信号，并在压差达到设定值时，自动启动除沙器和过滤器的电磁阀进行排污冲洗；可在中控室对泵房的水泵及电磁阀进行自动启停和频率设定。并对水泵及电磁阀的工作状态自动监控并动态模拟显示各泵站的水泵、电磁阀、电磁流量计、除沙器、过滤器的工作状态在中控室可用监控画面与大屏幕投影仪同时模拟显示灌溉系统泵房位置，与各泵站水泵工作状态，显示各级输配水管路布置系统及灌溉田间苗木种植结构平面图；各泵房的水泵及电磁阀、除沙器、变频系统均设置报警装置，若在运行中有一处控制设备出现故障，则警灯闪亮、发出报警声并在瞬间自动切断电源，停止水泵运行并显示、记录、打印故障；并能通过手机短信的方式通知维护人员处理。监控系统采用人机对话操作，根据画面提示，按步骤操作就可实现各项控制功能，操作简单、容易掌握。自动监控系统组成自动监控系统主要由三部分组成：监控计算机和大屏幕显示系统及Profibus总线控制卡。监控计算机组态软件技术：监控计算机采用计算机网络组态软件技术。组态软件是自动化监控领域流行一种软件开发包，由于它能够提供丰富而又形象的图形资源，简单易学的编程环境，强大的扩展能力，并且随着生产、经营的不断需求，它在数据处理、网络通讯等方面的能力也日益增强。我们采用全中文工控组态软件，这个软件的特点和主要功能如下：★全中文、可视化、面向窗口的组态开发界面，真正的32位程序，支持多任务、多线程，可运行于Windows95/98/Me/NT/2000等多种操作系统；★庞大的标准图形库、完备的绘图工具集以及丰富的多媒体支持，使您能够快速地开发出集图像、声音、动画等于一体的漂亮、生动的工程画面；ActiveXBasicMCGS★方便的报警设置、丰富的报警类型、报警存贮与应答、实时打印报警报表以及灵活的报警处理函数。★提供了一套完善的安全机制，用户能够自由设定菜单、按钮及退出系统的操作权限。此外，还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能，以保护组态开发者的成果。★良好的可扩充性，可通过OPC、DDE、ODBC、ActiveX等机制，方便地扩展。★使用WWW网络版组态软件，能够方便地实现设备管理与企业管理的集成。在整个企业范围内，使用IE浏览器就可以方便地浏览到实时和历史的生产信息。双机热备份技术：Profibus大屏幕显示系统组成:投影仪 B.投影仪分频器 C.投影仪屏幕（电挂）功能:利用投影仪将画面以及其他宣传资料投影到大屏幕上，供参观者浏览Profibus现场总线是在最近五六年内在自动化领域兴盛起来的新概念、新模式，它融合了自动控制、计算机、网络、通讯等高科技的核心技术，为自动化系统的开发、应用提供了新的实现方法和工作机制。现场总线的特点是：★所有的检测信号、控制信号都是以数字量的形式传输，速度更快，抗干扰能力更强；Profibus（现场采集层、调度监控层、上位管理层）的解决方案。这是一种典型的分布式数据采集系统，为数据的安全、可靠提供了保证，并且具有良好的扩展性。自动监控系统工作原理过程Profibus的企业内部网上发布，基地的各级管理部门可以根据不同的权限，通过局域网浏览和下载自己所需要的信息。通过投影仪将监控计算机上灌溉系统运行画面以及其他宣传资料投影到大屏幕上，供参观者浏览。自动监控系统工作界面图例灌溉系统用户登录界面灌溉系统设备状态监控界面六．现场PLC控制和联网可编程控制器简介及特点PLC可编程控制器特点：★可编程控制器已在各个行业得到普遍使用。大量的应用案例已证明了PLC的可用性、可靠性。★安装简便，现场接线迅速，节省工作人员大量时间；产品结构紧凑，组合灵活，扩展方便；ProfibusProfibus2Mbps，最7.8★Profibus总线的通讯介质要求是屏蔽双绞线，因而降低工程施工造价，节省了投资；★可编程控制器产品的编程简单，标准的梯形图编程使得工程人员易学易用。可编程控制器联网Profibus现场泵房控制原理现场泵房控制过程恒压供水控制：通过安装在管网上的压力传感器，把水压转换成4～20mAPLC(可编PID自动除沙过滤控制：通过接受差压传感器测得的压差信号，并且在压差达到设定值时，自动地启动除沙器和过滤器，达到排除沙石和悬浮渣滞的目的，使灌溉系统能顺畅运行；自动施肥控制：通过调节施肥调压阀，达到自动施肥目的。现场泵房控制原理图七．恒压变频供水控制系统恒压供水系统概况该供水系统采用国际上九十年代广泛应用的交流电动机变频调速新技术，不需要水塔、高位水箱等设施，且能自动按照系统用水量和设定的压力调节其供水良，除能保持系统供水压力恒定之外，还可以达到最理想的节能效果。所选用的变频调速装置，是用大功率晶体管逆变器和微机矢量控制系统，输出电压为正弦波。在变频范围、动态响应、调速精度、工作效率、功率因数以及可靠性方面，优于其它任何一种交流调速方式，它具有瞬间停电保护、瞬时过电流保护、欠电压保护、过电压保护、过负载保护、过热保护等多种保护功能，故安全可靠。恒压供水系统特点技术先进：采用先进的矢量型变频器、完善可靠的可编程控制器（PLC），对水泵机组进行控制，实现恒压变量供水、智能化供水；自动化高：采用数字控制、水泵循环软启动，操作方便。模块式设计、标准化接口适应各种供水方式；高效节能：设备自动根据水压的变化调节水泵的供水量，达到节能的目的。变频器循环对电机进功能齐全：设备具有手动、自动、远距离操纵方式，定期自动巡检和手动检测功能，可手动/自动设定1～4个工作水压，系统压力LED显示，变频器、电机工况及故障指示；保护完善：设备具有完善的电气安全保护及故障自诊断、处理功能、断水及液位低停机和水泵故障自动跨越功能，如过流、过压、欠压、过载等；对15KW以上的水泵使用软启动控制技术，对单台水泵实现系统不停机维护，方便调试和维修。恒压供水系统图恒压供水系统原理系统由可编程控制器，变频器和电动机组成，采用可编程序控制器控制变频调速器，具有控制4～20mAPIDPID当电机出现故障（即：过压、过流、过载、电机过热保护）后，系统会自动停止运行，当系统恢复后，再重新按操作步骤进行操作。八．自动除沙和过滤系统自动除沙和过滤系统概况自动除沙和过滤系统采用了国际上先进的除沙和过滤技术，不需要人工操作，能自动按设定的时间或根据差压传感器测得的压力差值，自动地开启除沙器或过滤器，达到排除沙石和悬浮物的目的，使灌溉系统能顺畅运行。自清式鱼雷除沙器鱼雷除沙器由一个滤网和一个滤网内的鱼雷形分流梭组成，鱼雷形分流梭是一个静止的流体装置，它占据了滤筒内的大部分空间，从而引起了沿滤网方向的高流速，这样就可以阻止颗粒滞留于滤网上，定期打开电磁排放阀可将污物排出积沙区，而无须打开过滤器来清洗。自清式鱼雷除沙器控制过程：当系统运行一段时间后，由于水中含沙粒，沙粒积累在除沙器的滤筒，从而使得除沙器进出口产生了压差。当差压传感器测得的压差值达到开始设定值，则差压传感器传递一个PLC注：有关鱼雷除沙器的详细数据资料请参看相关样本。自清式过滤器工作原理过滤程序：水从进水口进入过滤装置，经过装置内的过滤网过滤后，水从出水口连续流出，过滤的精度可根据用户的要求选择。经过一段时间，在滤网表面会产生压差，通过排污阀可排出。整个过滤过程是连续的，并且设计成很小的压降。0.05MPa30控制程序：系统的控制过程是根据过滤装置进出口的压力的变化来实现的。给差压开关一个设定值，PLC,PLC结构组成注：有关鱼雷除沙器的详细数据资料请参看相关样本。小结：1.农业灌溉渠道工程的设计问题1.1使用的材料问题建筑材料是工程设计的基础，农业灌溉最主要的目的就是要将适量的水流引入农田，对农田进行灌溉，因此，在设计农业灌溉渠道工程时，材料应满足防渗原则。一般灌溉渠道多选用混凝土材料，虽然混凝土强度高、防渗性能优良，但是当地资源不一定能满足混凝土原料中砂石料的需求，这将使成本提高，不够实用、经济。不同地域的温度、地势等自然因素不同，对建筑所使用的材料也要求不同。为温差大的地区设计渠道工程，应考虑到材料的热胀冷缩性能；根据所处地势不同，需考虑建筑材料的耐压参数是否合适。除去混凝土这种传统的建筑材料，还有一些轻薄的材料，例如塑料、塑钢等。这些轻薄、防渗性能好的材料可以使用于水资源较缺乏的农田灌溉区。这些轻薄的材料不仅有较强的抗氧化性能，可用时间长，而且由于轻薄有柔性，其材料的连接实施方便，且相对其他材料链接处其防渗功能较好、稳固性较高。1.2水流的地面落差问题农田灌溉渠道工程，重在解决农田中水资源的合理使用问题，当所设计的地区缺水严重时，当然是使系统最大化的节约和利用水资源，然而，一些强降水地区或短期强降水地区的农田灌溉渠道设计，需要合理控制水流的流量的同时还需解决水流附带产生的问题。例如，一些水流有一定的地面落差，为避免出现渠道冲刷的现象，需要在农业灌溉渠道设计中布设一种水工建筑物——跌水。跌水的设置落差高度不宜过大，可以设置多级，使水流地面的高度逐级降低，尽量减缓水流对地面的冲击作用。1.3渠道坡降的选择渠底坡降是农业灌溉渠道工程设计中的一个重要参数。渠底坡降也被称为比降。渠道坡降的选择，不仅关系到农田灌溉渠道的输水能力和渠道的稳定性，而且也影响到渠道和建筑物的工程量以及灌溉面积。选择合适的渠道坡降，应根据上下级渠道衔接要求、实际地面坡度、沿岸土质等因素综合考虑。例如，沿岸土质较轻，则主要根据防止水流冲刷的因素设置坡降，若水源供水含沙量大，则应考虑防止淤积的因素。坡降的选择还与渠道衬砌有关，没有衬砌的坡降应设计较小，以千分之一为宜。渠道坡降大小应该和跌水的布设综合起来设计，增大水渠坡降时，可以使跌水落差减小或将跌水个数减少。2.农田灌溉渠道工程方案的优化2.1与实际有机结合农田灌溉渠道工程设计方案，应该最大化的考虑地理条件优势，与具体实际相结合。为了让系统尽可能的实现自流灌溉，将设计与实际考察的地势高低相结合，可以起到事半功倍的效果。如果一个新修的干渠比支渠地势要低，这会造成支渠引水困难；如果，灌溉渠道比邻近的农田地势还要低，这必然会导致农田供水不足。灌排水渠道应尽量减少分叉的设计，尽量使水流更集中，灌水和排水渠道最好独立设置系统，以方便管理。此外，利用水流趋势，应将灌水设置在上游地势较高的地方，将排水设置在下游地势较低的地方。除了对地势高低因素的考察，还应考虑到附近的溪流、河水等自然条件。农田灌溉渠道最好不要和附近的溪流靠得太近，以免被洪涝灾害的水流所冲毁。农田灌溉渠道工程设计的最终目的就是要将适量的水流引入农田，对农田进行灌溉。2.2注重考虑细节农田灌溉渠道工程的设计受自然因素影响较大，例如雨水、地形地貌等。在工程设计的过程中，需要尽可能多的考虑到这些细节，尽可能真实的仿真模拟出不同自然条件下的工程参数，否则不仅会给工程的实施带来极大不便，还会对农田灌溉渠道的使用效果带来影响，即耗费人力又耗费资源，使工程项目效率降低。例如，雨水季节充沛的降水量容易使山体饱和，水无法从渠道渗进排出，这时，排水孔的合理设计显得尤为重要。有些渠道在侧面设置了回水口，这看似不起眼的结构，却能解决伴渠工路的积水、山区的汇