《基于PLC的自动灌溉系统设计（附IO表和程序梯形图）》14000字

基于PLC的自动灌溉系统设计摘要本设计使用的是西门子的可编程序控制器进行的自动灌溉控制系统的设计。本系统共设计了三个系统对三个系统区域进行控制，A区，B区，C区。每个区域系统分别采用不同的灌溉方式进行灌溉。第一个系统区域A区，每次喷灌2分钟，暂停5分钟，重复循环十次后停止。第二个系统区域B区采用喷头式水管进行喷灌，每次喷灌工作5分钟，暂停20分钟,循环三次。第三个系统区域C区，每两天喷灌1次,每次20分钟。本系统通过设定各区灌溉开始和结束时间，跟读取的系统实时小时进行比较，控制自动启动各区进行灌溉。本次系统采用的是温度传感器和湿度传感器对所选区域进行检测，作为简单的控制条件。湿度高停止灌溉。温度高停止灌溉。本次自动灌溉系统具有手动和自动操作两种可调模式，系统工作可靠，操作简单。通过本次设计的控制要求，对本次设计进行了总体设计，进行了硬件选择和主电路和控制电路的设计，设计了PLC的输入输出电路图，绘制了主要控制程序流程图，使用PLC编程软件编写了梯形图，最后进行了调试。关键词：可编程控制器；自动灌溉；梯形图目录摘要 2引言 6第1章绪论 71.1设计目的和意义 71.2国内外发展概况 91.3设计内容 12第2章总体设计 142.1控制要求 142.2设计方案 14第3章硬件设计 173.1器件选择 173.1.1PLC选择 173.1.2模拟量输入模块 203.1.3温湿度传感器 213.2主电路图 223.3控制电路图 233.4PLC输入和输出分配表 243.5外部PLC输入和输出接线图 25第4章软件设计 264.1PLC内部使用地址 264.2程序流程图 274.3自动灌溉模式 31第5章程序仿真测试 335.1程序仿真软件介绍 335.2程序仿真测试 33结论与展望 48参考文献 50附录AIO表 51附录B程序梯形图 53

引言自动灌溉系统是在人们的日常生活中和工作生产中很重要的一部分，它可以有效的减少浪费水资源的可能性，对人们农业灌溉工作中的工作世界有着极大的减少。随着时间的推移和社会的进步，自动灌溉系统的技术也越来越先进，在工农业中各种面对复杂的灌溉系统也越来越从容，其未来的发展是潜力无穷。本次设计是针对于农业中自动灌溉系统。在本次设计当中主要是采用以PLC为核心的控制系统，设置PLC内部定时器的时间来控制水泵的开启时间，通过一个温度传感器，湿度圈来采集农业地方状态，将这些状态反馈给PLC，PLC通过信号分析与处理，来判断并控制各个区域的水泵开启时间。通过这些元器件的配合可以大大提高自动灌溉的准确性以及可变性，对土地的状态有着非常好的调节作用，所以本设计具有较高的设计意义。第1章绪论1.1设计目的和意义中国的农业必须摆脱低效小农户的传统经济模式，在技术和自动化的道路上，农业节水灌溉自动化技术是促进农业现代化的重要措施，而不仅仅是参考。利用资源促进农业生产，那个技术就是互联网技术，信息技术和通信技术的结合是技术发展的产物。农业节水自动灌溉自动化系统的发展滞后，依然存在不足，在对待灌溉的农田进行认真处理之后，分析了最有利于植物生长，有效促进和保存植物生长以及有效利用水资源的灌溉数据。农业本身对水的需求量就是很大，而且是水的主要用处，近年来约占所有经济和社会用水绝大部分。大力研究农业节水技术，如何扩大灌溉面积，怎样改善灌溉的安全性和如何维护农业用水的相对稳定，是促进水资源可持续利用快速发展，确保水资源不被浪费，加快农业经济发展的重要措施。中国是农业大国，水资源的利用率普遍地下。地区人均水资源匮乏，农业灌溉缺水现象明显，如何有效利用水资源，采用自动控制技术进行正确灌溉，合理利用现代节水灌溉技术，如雨水灌溉和微型灌溉。灌溉，改变人为操作的随意性，降低管理成本，不断改善水资源的利用重要研究内容。随着自动化信息技术和电气信息技术在节水灌溉项目中的应用。美国，以色列，加拿大，澳大利亚等国家已经对农业灌溉控制系统有了相对的研究成果，具有各种相应系统。但是由于全球水资源较少，自动化电气技术的发展，自主开发各种相对应的自动化灌溉控制系统，不仅具在市场上会有不错的效应，在科学研究技术发展有着很大的推动。自动化灌溉已成为我国全民经济可持续发展的重要手段和战略任务，水资源的需求量已经严重对我国产生了重大影响。我国水资源的利用率相对去其他发达国家来说已经远远落后，我国又是一个农业大国，灌溉用水量大，所以，合理高效利用水资源是一大重点。当前，国外一些灌溉系统的安装和维护比较复杂，价格昂贵，不能满足我国的实际需求，我国开发的一些灌溉系统成本较低，但不能采用通用控制系统，市场份额低。其他发达国家在对于自动化灌溉的研究已经很早就开始了，关于我国的卫生控制体系，由于缺乏成熟的产品，根据中国的实际情况开发温室监测灌溉系统具有重要的现实意义。充足的灌溉是作物正常生长和生产的重要保证，传统的灌溉方式简单，灌溉困难，费时，麻烦，严重阻碍了中国农业的发展。在农业灌溉中，耗水量很高，节水灌溉系统不仅有助于节水，而且可以提高利用率。其优点包括：节约用水。全自动集成设备具有电子信息收集功能，可以根据植物的生长情况实时检测农业环境，适当灌溉耕地，减少水资源浪费。灌溉可以有效地控制水量，并均匀，定量和定期使用管道，喷嘴或喷嘴形成灌溉区域，从而节省了一些无用的水；由于地理条件，环境气候和土壤的不同，可以限制农作物的生长，但是节水灌溉系统将允许对土壤进行实时监控，有效改善土壤环境，改善植物生长条件；降低人工成本。我们知道农业面积很大，灌溉需要大量时间和人力。低水灌溉是一种具有PC显示平台和远程控制手持终端的全自动灌溉方法。PLC体积小，功能强大，编程简单，可靠性高，灵活性和适应不同环境条件的好处；在不更改系统硬件配置的情况下更改软件参数以满足不同操作模式的需求是传统继电器控制的理想选择。这是计划。特别是在小型农业液压泵站。具有广阔的应用前景和应用价值。因此研究基于PLC的自动灌溉系统具有重要的意义。本文设计的PLC自动控制灌溉系统可以根据实际需要实现合理，科学，绝对的灌溉系统。该小型自动控制系统具有成本低，可靠性高，性能号，价格低的特点。此外，只要可以改变材质。1.2国内外发展概况自动化节水灌溉在国外的发展已经有了近百年的历史，其他各种发达国家早在上个世纪就开始应用管道输水供给，利用压力管道给农业用水已经在农业上占有了很大面积。上个世纪经历过战争的影响后，西方各发达国家的经济复苏的很块，科学研究方面得到了迅速发展，经历了半个世纪的发展，由于工业、农业的飞速发展，塑料工业相对于其他方面发展的更快，用塑料为原材料的管道，在自动化灌溉系统中慢慢发展了起来，当时国外发达国家更多的使用滴灌和喷灌的技术，在上个世纪末的时候各发达国家就已经使用了。并且取得的不错的成果。目前，全世界有上百个国家和地区采用这种技术实现自动化节水喷灌。像英国、德国等工业发达国家已经率先采用了先进的自动化灌溉系统。并且，如美国、法国、日本等发达国家也相继研究出了先进的自动化节水喷灌系统，而且整个系统自动化程度高。自动化灌溉系统的发展是各个国家视自己国家的具体情况，考虑国家农业发展状况，技术、环境等因素，采用更实用于自己国家国情的自动化灌溉技术。近年来，我国在自动化灌溉系统的研究方面也取得不错的研究成果，中国农业机械化研究院研制的2000型室温地洞灌溉系统，拥有多种控制喷管方式，适用于在室内使用。在当今，随着人类社会的不断发展，人民的经济情况都有提升，农业生活逐渐进入大多数人的生活当中，所以现代社会的主要问题是喷灌问题。由于人工喷灌指挥存在着缺点，每天都会造成各种各样的水资源浪费情况。就这样，自动喷灌系统灯也应运而生了。自动喷灌系统的出现时间不长，但发展迅速。到目前为止，几乎每个国家的农业上都在使用，从国自动喷灌技术的发展现状来看，它从19世纪就开始发展，然后人们不断尝试各种各样的方法形式。喷灌所使用的材料也在不断发展，从不能长期使用到能够适应现在的生活。1.时序控制灌溉系统在连接到符号面板的共用隔膜阀中，电动阀通常为24位。螺线管的打开和关闭被延迟了一定时间，这有效地防止了管道溢流并损坏了系统的第二束，保护它不被接受。目前，该国的自动灌溉管理系统主要由时间顺序控制。2.ET智能灌溉系统ET智能灌溉系统可以自动传输与气象信息和植物需水量有关的单向数字信息（温度，相对湿度，降雨量，复制量）。在使用中，有关控制器操作，启动和工作场所的信息（坡度，作物类型，土壤类型，喷雾器类型等）无“停止时间”整个系统可以设置本地天气条件，并根据土壤特性自动准确地灌溉和农作物的种类。3.中央计算机控制灌溉系统当前，制造节水灌溉设备的公司数量正在迅速增长。几家公司同时生产相同的产品。同时，大多数公司的生产经营水平低，资金少，技术水平低，或者没有更完整的技术体系，因此专家和技术人员可以适当地匹配。发展和创新能力差，开发新产品有困难；技术含量高，技术要求高的产品与国外同类产品仍有较大差距。由于设备的生产和管理，一些公司的产品质量不稳定。目前，由于安装和维护的复杂性，一些国外灌溉系统无法满足中国的实际需求。一些灌溉设备是在中国设计和制造的。尽管成本很低，但是由于使用了传统的控制系统，因此无法对继电器进行长期的定量评估，也无法以更加敏感和复杂的方式对其进行调试和维护。因此，市场份额很小由于条件的复杂性，在不同类型的喷雾器中，重点是“全景”型的全自动喷雾器，包括中央支撑轴，自动挠性盘和手动管蒸发器。全世界的国家都非常重视节水的有效方法。为了进行选择，首先是选择各种节水作物，二是培育节水新品种。在世界范围内，就节水和节水而言，地下灌溉被认为是最有前途的灌溉技术之一，但其应用仍然缓慢。研究农业灌溉节水技术，如激光找平，洒水灌溉等；采用计算机网络管理，精确灌溉和需水量，以满足不同时期产量，真空度和产量的增长。质量;在田间规划中，由于土壤平坦，主要在长峡谷或长峡谷和高流量稻田中灌溉。在发达国家，节水灌溉技术的主要特点是技术先进，投资质量高，现代化管理和效率高，是节水灌溉可持续发展的基础。自1960年代以来，喷泉技术一直是大规模机械化灌溉的主要技术。该技术被广泛用于各种喷灌机的制造，技术，经济和适应性评估，并且在世界范围内推广了三种流行的喷灌机，平移式自动喷灌机和移动式管道喷灌机以及人工喷灌机。1.3设计内容目标是使用PLC作为核心，外围设备是温度传感器，湿度传感器以及必要的输入和输出硬件。泵和其他电路由适当的传感器组成，以便在经过一定的逻辑设计后获得外部环境的参数。启动或停止水泵；自动注水可确保逻辑控制解决方案不会频繁运行，并且在泵停止运行时，添加了简单的控制策略系统，该系统可使系统在自动和手动模式之间切换，从而提高灌溉效率。节约能源。同时，它减轻了灌溉工人的负担，巩固了直接灌溉方面的科学专业知识和对种植经验的要求。降低并提高生产率。该系统由中央控制系统，启动装置，软管，泵，马达，电磁阀传感器等组成。整个系统分为四个部分：自动测量模块每个需要喷灌的区域为一个模块，并安装一套自动测量仪器，比如温度传感器、湿度传感器。以及其他可以用于检测天气情况和土壤情况的传感器。（2）PLC下位机中央控制器（PLC）收集并处理由自动测量模块传输的标准。当指示器满足灌溉要求时，中央控制器发出灌木站命令，还要检查下一次关机的实际操作状态并查看结果（3）PC上位机在PCPLCRS232上进行集中管理。作为主机，计算机定期收集系统数据，并定期和定量地监测灌溉情况。（4）灌溉工作站接受中央控制器的指示，并按照指示操作电磁阀，泵马达等。同时，实际的工作状态被传输到中央控制器。本文结构：（1）介绍自动化灌溉系统结构；（2）分析自动灌溉控制系统，测试了检测系统，并确定了控制系统设计的一般方法；（3）通过采用西门子S7-200系列PLC作为自动清洗控制组件，正确选择了PLC型号，并开发了捆束控制程序。（4）控制程序仿真调试。（5）所设计的自动灌溉控制程序，应符合自动灌溉控制系统运行规则。如假设共有3块不同的灌溉区域，每块区域对灌溉的要求不相同，每块区域都有单独的灌溉泵和阀门。系统具有手动和自动控制功能。手动时，可以手动单独对任何一块区域进行手动灌溉和停止。自动时，根据温度和湿度情况，以及系统所设定时间自动启动、关闭。（6）使用硬件原理，I/O配置图，程序顺序和相应的命令进行配置。

第2章总体设计2.1控制要求现有三个区域需要进行自动灌溉，分为区域A，区域B，区域C，每个灌溉区域使用一台灌溉泵和一个电动阀进行控制。在区域A中循环10次后，喷嘴在操作5分钟后将在区域B中自动停止，在停止20分钟后即进行3个循环。在后部区域C，自动灌溉停止，并且每两天和每20分钟自动灌溉一次，如此这样。本次系统设计共设计有手动模式和自动模式两种模式，分为喷灌区域A、B、C。其中手动模式下A、B、C可以通过手动模式随意控制，在自动控制模式下A区域每次喷灌两分钟，暂停五分钟，以此循环10次；B区域每次喷灌五分钟，暂停二十分钟，以此循环三次；C区域每次喷灌二十分钟，两天循环一次。检测到温度低于一定温度，则停止灌溉。检测到湿度超过一定值，也自动停止灌溉。同时检测到下雨，也自动停止灌溉。2.2设计方案该系统由中央控制系统，启动装置，泵，传感器，电磁阀等组成。整个系统分为四个部分：（1）自动测量模块每个需要喷灌的区域为一个模块，并安装一套自动测量仪器，比如温度传感器、湿度传感器。以及其他可以用于检测天气情况和土壤情况的传感器。（2）PLC下位机中央控制器（PLC）收集并处理由自动测量模块传输的标准。当指示器满足灌溉要求时，中央控制器发出灌木站命令，还要检查下一次关机的实际操作状态并查看结果。（3）PC上位机在PCPLCRS232上进行集中管理。作为主机，计算机定期收集系统数据，并定期和定量地监测灌溉情况。（4）灌溉工作站接受中央控制器的指示，并按照指示操作电磁阀，泵马达等。同时，实际的工作状态被传输到中央控制器。控制方式一般有三种，单片机方式，继电器-接触器方式，PLC控制方式。单片机方式成本低，单制作周期长，要求掌握的基本知识多，可靠性和抗干扰性差；继电器-接触器方式，器件容易购买，成本低，但接线多，后期维修和维护，更改功能不容易实现；PLC控制方式，通过购买成品的PLC，进行简单的编程和简单的接线，就可以实现功能，制作周期短，可靠性高，抗干扰性好，但成本较高，随着PLC价格的降低，小型PLC已经很低廉了，故可以选择PLC控制方式，进行灌溉控制。图2-1控制方框图控制方框图如图2-1所示。外部有启动按钮，停止按钮，手动模式开关，自动模式开关。A，B，C区手动启动按钮，A，B，C区手动停止按钮，A，B，C区电机故障检测等，接PLC的输入，为数字量输入信号，共15路数字量输入。外部的温度传感器加变送器，将温度信号变成0-10V的电压信号，接PLC的模拟量输入，用于灌溉控制。外部的湿度传感器加变送器，将湿度信号变成0-10V的电压信号，接PLC的模拟量输入，用于灌溉控制。系统共使用了2路模拟量输入。第3章硬件设计3.1器件选择3.1.1PLC选择在很多工业项目的生产控制过程当中，都会使用到顺序控制，顺序控制就是根据用户编写的程序按照顺序来进行逻辑控制，在控制过程中，会收集很多的离散信号。一般情况下，这种控制方式是采用电气或者机械。在1968年，一家美国的公司想要创造一款新的控制方式。隔年，另一家美国的数字公司发明了一种基于集成电路以及电子技术的控制设备。该设备首次使用程序来顺序控制。这就是第一代的可编程控制器。PLC具有很多不同的定义。国际电工委员会对于PLC的定义是:可编程控制器是一种通过对程序里的数字运算在进行操作的设备，该系统经过特殊编程，可以在不同的工业环境下使用，它具备不同的硬件设施来实现不同的功能，如程序的执行，顺序控制，定时器定时，计数器计数和算术运算之类不同的指令，并通过其强大的驱动能力来驱动各个工程元件。可编程控制器于其它控制装置构成一个整体。1980到1990年期间，是PLC快速发展的时期，每年的增长率为40%。在这个期间，PLC的个项能力都得到了提高，有模拟处理能力，数字运算能力，人机交互界面等等。PLC已经向过程控制领域迈进，甚至在某些地方取代了DCS控制系统。PLC具有可靠性高、操作简单、适应性强、维修方便、可变性强等诸多优良特性。在未来，PLC的地位将无可取代。经第2章分析，系统共为小型自动化应用。S7-200交换机是一个小型软件控制器，用于自动检测，控制和管理各个部门。S7-200系列的性能可实现完全控制。因此，S7-200SiReiz具有更高的输出功率和更高的成本，S7是在分布式自动化系统中使用2000Siluz特性，例如工厂，印刷机，橡胶化工机械等。中央空调，电梯控制，运动系统。以便于控制，从而可以实现更大的模块化扩展；更快的性能和更强的内部集成。1.CPU模块通过PLC中相应的功能来执行用户所写的程序以及存入的数据。通过不断扫描来读取现场输入端的各个状态，读取到的状态会储存到相应的储存单元中。PLC的编程软件可以在编程过程中自动诊断PLC的状态以及编程语法是否出现问题。进入运行状态后，会执行写入到程序储存器的程序，根据写入的程序的逻辑状态和指令的功能来控制输入或者输入信号的状态。CPU是由算术单元，控制器，寄存器和总线组成。CPU部分是由集成的电路、总线接口和核心芯片构成。我们使用者可以不去了解它的主要构成部分，但必须对它每个部分的功能都要求掌握。CPU控制器是用来控制CPU来执行工作的，包括读取程序，执行程序等。算术单元的作用是在控制器的控制下进行各种不同的运算，。寄存器也是在它的控制下进行存储操作。2.I/O模块I/O模块分为输入模块和输出模块，输入模块主要由输入寄存器构成，输出模块主要由输出暂存器构成。输入寄存器的功能就存储输入信号的状态，而输出暂存器就是将要输出的状态寄存。输入模块是将外部电路产生的电信号转化数字信号给PLC处理，输出模块正好相反。I/O模块有4钟类别，分为模拟输入、模拟输出、数字输入、输出I/O模块的数量是由用户自己来定制的，如果有很多的输入信号，可以多加一些输入模块。拓展的模块一般都放在机架的插槽里，所以数量由机架所限制。3.电源模块PLC电源模块的主要作用是给CPU模块，I/O模块以及其他拓展模块供电。PLC的电源输入类型有交流电源220VAC或110VAC，直流电源24VDC。4.编程器PLC为了满足实际的生产需要，就必须满足用户的程序编程需要，通常PLC编程是在外部进行的，需要连接一个编程器。在工业生产中，PLC通常配备具有编程功能的LCD触摸屏，用于编写PLC程序。同时，我们还可以通过该屏幕了解PLC的工作状态，程序的执行步骤，故障位置，系统中每个原件的状态以及其他信息。也可以通过计算机进行编程，通过PLC的开发软件进行编辑，然后通过通讯接口复制到PLC中，也可以进行检测。此方法通常用于新项目的开发中。在实际的工业生产中，由于程序编写早已编写完成，因此第一个程序通常用于了解系统的实时状态。5.通信模块通过现在发展迅速的工业网络技术，能够快速的采集和传输各种信号以及数据。所以，网络的重要性也越来越明显。PLC具有可以联网的模块，不同的PLC可以通过这个模块连接在一起，也可以和其它具有同一接口的设备连接，实现一体化，能过更加方便的控制。一般情况下，PLC都具有RS-232通信接口，有一些PLC还有自己内置的通信协议。国际电工委员会设定了现场采用的总线使用的标准，所有PLC制造商都必须要遵守这些标准。对于自动化项目，特别是那些大中型控制系统，选择的网络必须要非常严格。首先，选择的网络要是开放性的，不同的设备都可以通过这一网络来连接。其次，要考虑选择的网络的形式，必须要满足在任何设备上都能够有很好的传输效率。最后，要考虑兼容性、成本、现场环境、材料等一些问题，最终选择合适的网络层。3.1.2模拟量输入模块模拟输入模块是一种用于从远程计算机收集模拟信号的设备。使用RS-485总线作为数据链接提供485模拟值转换可以通过RS-485总线将8通道模拟值输入模块传输到计算机。RS-如果将485接口用作通信接口，则可以将多个模块组合在一起以提供模拟信号。您可以在485线上识别地址代码，然后直接连接到MODBUSRTU协议设置程序。模拟量输入模块是一个智能模块，可以收集模拟量值（电压，电流，热电偶，热敏电阻等）。其通信协议使用MODBUSRTU协议进行工业现场数据采集和单点登录，并且编程也很容易。采集多径模拟输入，并使用工业终端来支持导轨安装。485接口输入连接到计算机，并且485接口提供光电隔离。借助RTU通信协议，客户可以轻松地与主机的管理平台集成。仿真模块可通过485接口串行使用，以方便系统扩展。图3-1模拟量输入模块EM2313.1.3温湿度传感器温度和湿度传感器主要使用混合温度和湿度检测器作为温度测量的一部分，以收集温度和湿度信号。经过相应的内部处理后转化为相应的电流和电压信号进行输出。湿度传感器是带有相应测量湿度的传感器，主要用于进行测量湿度和显示测量结果还是没有出现在现场。温湿度检测器性能稳定，集成的温度和湿度传感器通常用于生产和生活的各个领域，是一种具有数字处理电路的集成数字传感器。所以，在测量环境的温度和湿度的时候它都是转化为相应的数字信号可供采集、处理。并且可以外部接一些可以处理其信号的测试工具和仪表。图3-2温湿度传感器技术参数如下：直流供电：DC9V-24V；最大功耗：0.4W；精度：湿度+/-0.5%RH，温度：+/-0.1度；测量范围：温度0-100度，湿度:0-100%RH；长期稳定性：温度<=1%/年;温度<=0.1度/年；输出信号：0-10V3.2主电路图主电路如图3-4所示。QF1是总断路器，可以通断整台设备。FU1是总熔断器，对整台设备起到过流保护作用。M1-灌溉区域A，由泵A供电的QF2-灌溉区域的电动泵保险丝，FU2-灌溉区域A的电磁铁，FR1-热泵保护继电器KM1-灌溉区域A。同样M2-B区中的泵，QF3-B区中的保险丝，FU3-B区中的保险丝，FR2-B区中的过热保护继电器，KM2-B区中的传感器电动机。同样，M3是C区的灌溉电机，QF4是C区的保险丝.FU4是C区的保险丝，FR3是C区的安全继电器，KM3是C区的工作传感器电机。图3-3主电路图3.3控制电路图控制电路如图3-5所示。220V交流电源，经L，N为控制电路提供交流电源。QF5是控制电路断路器，FU5是控制电路熔断器。KM1-泵A的灌溉区域。KA1-泵A的灌溉区域。正常触点，用于控制线圈的电源触点KA1KA1PLC始终打开，触点KM1接通，KM1始终断开和闭合主触点，起始区域A和区域A中的泵单元，用于灌溉。同样，KM2是用于灌溉泵B的连接件，该连接件通过传感器触点断开。正常情况下，它在KA2KM3继电器上切换到on并激活洒水区域C中的传感器连接，该触点由触点控制，触点由KA3继电器断开。同样的YV2是B区电动阀，YV3是C区电动阀，分别通过KA5和KA6继电器常开触点进行控制。图3-4控制电路图3.4PLC输入和输出分配表PLC输入和输出IO分配表如表3-1,3-2，3-3所示：表3-1PLC数字量输入分配表名称PLC地址外部编号自动启动按钮I0.0SB1自动停止按钮I0.1SB2手动模式选择开关I0.2SA1-1自动模式选择开关I0.3SA1-2下雨检测传感器I0.4S1报警消音按钮I0.5SB3A区手动启动按钮I0.6SB4A区手动停止按钮I0.7SB5B区手动启动按钮I1.0SB6B区手动停止按钮I1.1SB7C区手动启动按钮I1.2SB8C区手动停止按钮I1.3SB9A区电机故障I1.4FR1B区电机故障I1.5FR2C区电机故障I1.6FR3表4-2PLC数字量输出分配表名称PLC地址外部编号A区电机启动Q0.0KA1B区电机启动Q0.1KA2C区电机启动Q0.2KA3A区电动阀Q0.3KA4B区电动阀Q0.4KA5C区电动阀Q0.5KA6自动运行指示灯Q0.6HL1下雨报警指示灯Q0.7HL2故障指示灯Q1.0HL3表3-3PLC模拟量输入分配表3.5外部PLC输入和输出接线图PLC外部接线图如图3-7所示。本系统采用S7-200PLC的226PLC，总共可以输入26路数字量，输出16路数字量。图3-7EM231模拟量输入接线图第4章软件设计4.1PLC内部使用地址为了方便编程和容易阅读，定义了内部使用地址，主站内部地址如下表4-1所示表4-1主站内部使用变量名称PLC地址A区灌溉标志M0.0B区灌溉标志M0.1C区灌溉标志M0.2A区自动灌溉条件M2.0A区允许灌溉条件M2.1B区自动灌溉条件M2.2B区允许灌溉条件M2.3C区自动灌溉条件M2.4C区允许灌溉条件M2.5自动启动标志M10.0A区灌溉定时T101A区灌溉停止定时T102B区灌溉定时T103B区灌溉暂停定时T104C区灌溉定时T105时VB3A区开始白天时间VB10B区开始白天时间VB12C区开始白天时间VB16停止温度0度VD20启动湿度VD24停止湿度VD28温度读取VD100湿度读取VD104温度测量范围VD108湿度测量范围VD112C区时间VW14A区灌溉次数计数VW40B区灌溉次数计数VW424.2程序流程图当按下启动按钮时，系统开始初始化，系统开机运行扫描。此时可以通过相应的软件硬件设定系统的温度设定值和湿度设定值。当系统扫描开始若温度和湿度到达所设定的值时，系统此时会报警。即设定A喷灌区域系统。B喷灌区域系统，C喷灌区域系统。各个系统开始时都需要设定其自动喷灌开始时间，自动喷灌停止时间。同时也可设定其工作模式。系统启动时各传感器开始工作，在设定系统的温度和湿度设定值完成时，系统会自动开始扫描，并且处理各传感器给出的信号，系统会自动进行对比，完成判断是否运训灌溉，停止灌溉。图4-1总控制流程图当按下启动按钮后，系统会先初始化所有的数据内容，当初始化完毕以后，系统会按照正常流程运行。A区喷灌开始，每次喷管两分钟，暂停五分钟，循环十次后自动停止。图4-SEQ图表\*ARABIC2A区喷灌流程图当按下启动按钮后，系统会先初始化所有的数据内容，当初始化完毕以后，系统会按照正常流程运行。B区喷灌开始，每次喷管五分钟，暂停二十分钟，循环三次后自动停止。图4-2B区喷灌流程图当按下启动按钮后，系统会先初始化所有的数据内容，当初始化完毕以后，系统会按照正常流程运行。C区喷灌开始，每次喷管二十分钟后自动停止，两天循环一次。图4-3C区喷灌流程图当按下启动按钮后，系统初始化，系统此时会自己扫描一个周期，温度传感器和湿度传感器都始工作，并且会将信号反馈给系统，而系统此时会自己判断温度和湿度。判断系统是否满足报警情况。图4-4系统报警4.3自动灌溉模式灌溉监控器根据从土壤湿度传感器接收到的信号，比较并确定土壤水分和植物生长所需的土壤水分；在灌溉和自动锁止电动机和电磁阀系统中，使用2000YZ真空传感器在0至185kPa的范围内测量土壤湿度，该传感器主要针对工作场所所需的水区域，并且必须充满水。否则，它将影响植物的生长。压力传感器的输出为0-50音乐视频，深度在200毫米至2000百万之间-在i范围内。在0-500摄氏度的范围内，根据地板的要求，韧带的整体度约为2％。小麦提取期间的最大土壤消耗表明负土壤压力在50kPa至160kPa的范围内。如果地面压降小于160kPa，请打开HJ装置的洒水阀。如果土壤干燥或合适，系统会将从湿度传感器接收到的土壤湿度信号放入数据中，因此我将保存DT0PLC。从土壤水分的上限（50kPa）到DT4，从下限（160kPa）到DT2.现有三个区域需要进行自动灌溉，分为区域A，区域B，区域C，每个灌溉区域使用一台灌溉泵和一个电动阀进行控制。A区要求每次喷溉2分钟，暂停5分钟，循环10次后，自动停止。B区采样旋转式喷头进行喷灌，每次工作5分钟，暂停20分钟，循环3次后，自动停止。C灌溉区，每隔2天自动灌溉1次，每次灌溉时间为20分钟。系统有手动控制模式和自动控制模式选择，选择手动控制模式时，按一下自动启动按钮，则A，B，C区都执行灌溉1次。选择手动模式时，可以通过A区，B区，C区相应的手动启动按钮，手动停止按钮，单独启动或者停止相应区域的灌溉。选择自动控制模式时，A区和B区每天自动灌溉一次，C区每两天自动灌溉一次。检测到温度低于一定温度，则停止灌溉。检测到湿度超过一定值，也自动停止灌溉。同时检测到下雨，也自动停止灌溉。

第5章程序仿真测试5.1程序仿真软件介绍为了能更直观的了解软件的仿真情况，使用博途软件自带的WinCC视窗控制中心设计一个触摸屏来控制交通信号灯系统。WinCC（WindowsControlCenter,视窗控制中心），它是西门子TIA构架中基于PC/HMI/SCADA软件系统。首先，它是一个HMI（HumanMachineInterface，人机界面接口），操作人员在WinCC界面上执行一些简单的操作，就可以对工业现场的设备、自动化过程进行控制；而且自动化过程则会将它们的实时状态反馈在WinCC上，供操作人员分析、判断、干预处理等。5.2程序仿真测试如图界面是西门子STEP7梯形图绘制界面。当按下启动按钮时开机初始化，定义线圈SM0.1开始得电，并且开机运行一个扫描周期，定义为白天，Ａ区7点开始，定义Ｂ区９点开始，定义Ｃ区10点开始。图5-1扫描周期按下启动按钮后开机系统初始化。线圈得电，并且系统开始扫描，此时可以给系统定义温度设定值和湿设定值，若满足系统设定值，则系统才会启动。图5-SEQ图表\*ARABIC3定义传感器当图5-SEQ图表\*ARABIC4温度范围和湿度范围按下启动按钮后系统开始运行，系统此时会判断各传感器反馈信号，是否自动启动，启动时系统会自锁，此时系统需要手动按下停止按钮，系统才会停止。图5-SEQ图表\*ARABIC5系统启动停止当A喷灌区域，按下启动按钮，系统会自动扫描并且判断A喷灌区域自己的状态，当A喷灌区域温度传感器，湿度传感器反馈信号未到达系统设定值，并且在系统设定的工作时间内此时A喷灌区域则会开始自动喷灌。图5-5A区灌溉条件当系统启动时，扫描周期完成，A喷灌区域已经开始允许喷灌时，在A喷灌区域水泵电机没有故障的情况下，并且系统自己判断可以开始喷灌时，此时A区开始启动喷灌程序。图5-SEQ图表\*ARABIC7A区允许灌溉当A区允许灌溉，启动自动灌溉模式时，A区水泵电机得电。按照系统所设定开始工作。图5-7A区循环当A区开始自动喷灌，此时A喷灌照设定值正常工资。图5-8A区停止A区灌溉停止定时时间到，则此时使用上升沿，并且开始计数。图5-9A区灌溉次数当A区灌溉停止时间到，此时系统自己判断是否自动停止，此时A区喷灌次数是否达到系统设定值，若达到则系统自动复位。若温度传感器，湿度传感器此时反馈的信号系统判断为停止，则系统也开始复位。图5-10A区停止条件按下启动按钮后，系统开始扫描，此时B喷灌区域是否满足喷灌需求。若温度传感器，湿度传感器此时反馈的信号系统判断为启动，则此时B区喷管区域水泵线圈得电，则允许B区自动喷灌。图5-11B区灌溉条件当系统按下启动按钮时，系统判断未B区喷灌区域允许自动喷灌，并且B区喷灌区域水泵电机正常，温度传感器，湿度传感器此时反馈给系统的信号达到系统所设定的值，则此时线圈得电有效B区喷灌区域开始启动喷灌程序。图5-12B区允许灌溉当B区允许自动灌溉，此时B区开始执行设定灌溉模式。图5-13B区灌溉模式当系统按下启动按钮后，系统扫描周期内判断为B区喷灌区域允许喷灌，并且温度传感器，湿度传感器此时反馈给系统的信号，系统判断达到设定值时，则B区喷灌区域按照系统设定模式运行。图5-14B区定时器当B区开始执行设定灌溉模式时，此时B区灌溉暂停定时到，进行B区灌溉计数。图5-15B区计数当B区开始执行设定灌溉模式时，当B灌溉停止时间到，此时系统自己判断是否自动停止，此时B喷灌次数是否达到系统设定值，若达到则系统自动复位。若温度传感器，湿度传感器此时反馈的信号系统判断为停止，则系统也开始复位。图5-16B区停止按下启动按钮后C区自动灌溉条件温度大于或者等于停止灌溉温度，同时湿度低于停止灌溉湿度，C区灌溉定时时间不到常闭触点闭合，同时启动C区灌溉标志为ON，同时系统自动运行标志为ON，则C区自动灌溉允许标志M2.4线圈得电，允许C区自动灌溉。图5-1SEQ图表\*ARABIC8C区自动灌溉条件当此时C区允许灌溉，如果此时检测到C区电机没故障则I1.6常闭触点闭合，同时没有下雨，I0.4常闭触点闭合，则M2.5线圈得电，允许C区灌溉标志M2.5有效此时C区开始启动灌溉程序。图5-1SEQ图表\*ARABIC9C区允许灌溉当C区开始自动灌溉，此时C区开始执行设定灌溉模式每两天喷灌1次,每次20分钟。工作时间每天10点开始，到17点停止。图5-19C区灌溉模式图5-20C区计时器当C区开始自动灌溉，此时C区开始执行设定灌溉模式每两天喷灌1次,每次20分钟。1天等于1440分钟，2天等于2880分钟，每分钟使用系统的分钟脉冲加1计数到2880，则系统进行复位，从新计时计数。图5-21C区计数器复位当C区开始自动灌溉到20分钟C区停止灌溉检测到C区灌灌溉定时时间，此时系统自己判断是否停止喷灌，若此时系统判断时间达到20分钟则系统复位，若此时温度传感器，湿度传感器反馈给系统的信号未达到系统设定值则此时系统复位，C区喷灌区域停止工作。图5-22C区报警停止图5-23读取时钟当A区灌溉系统按下启动按钮时，A区自动模式按钮常开触点闭合，检测系统时钟时钟小时3于或者等于10，时间小于，置位M0.0，A区灌溉开始，或者选择手动模式，I0.2常开触点闭合，自动启动A区灌溉。图5-24A区手自动模式B区灌溉时间，自动模式I0.3常开触点闭合，检测系统时钟时钟小时VB3大于或者等于B区开始VB12，同时时间小于停止灌溉时间16#17，置位M0.1，B区灌溉开始，或者选择手动模式，I0.2常开触点闭合，按自动启动按钮SB1，I0.0常开触点闭合，则置位M0.1，自动启动B区灌溉。图5-25B区手自动模式C区灌溉时间，自动模式I0.3常开触点闭合，检测系统时钟时钟小时VB3大于或者等于C区开始VB16，同时时间小于停止灌溉时间16#17，同时C的2天计时VW14小于1440，则置位M0.2，C区灌溉开始，或者选择手动模式，I0.2常开触点闭合，按自动启动按钮SB1，I0.0常开触点闭合，则置位M0.2，自动启动C区灌溉。图5-27C区手自动模式切换温度读取，范围AIW0，范围0-32000，两个整数在AC0上累积，AC0是往复装置，AC0变为浮点并稳定在AC0上，然后AC0浮点变为32000，标准值为0-1，结果为0，沉积在AC0中，再乘以VD108的温度范围，即可得到温度VD100的测量值。图5-28温度读取

结论与展望中国农业需要摆脱传统的低效小规模农业模式，节水灌溉技术和自动化是农业现代化的重要步骤。高效的农业工作不仅出于比较目的，还可以有效地支持农业科学技术的发展。农业灌溉自动化的发展主要是基于科学计算和自动灌溉。农业生产资源的利用是一种