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      水稻智能排灌系統設計的思路和方案

      來源:劉峰 作者:發明與創新(職業教育)
      發布于:2021-01-08 共1665字

        摘    要: 本文主要介紹使用人機界面與PLC構成水稻智能排水及灌溉系統,將排水或灌溉過程都進行自動化定制,能夠在存水量過多時自動排水,能夠在存水量偏少時自動灌溉,從而保證稻田水位維持在預設高度,保證水稻的正常生長。此種灌溉系統能減少相關人員的勞動強度,提高工作效率,采用自動化的灌溉方式,能夠降低成本,解放人力,有比較好的應用前景。

        關鍵詞: PLC; 人機界面; 排水; 灌溉;

        一、引言

        水稻是全球主要的種植作物之一,其種植歷史悠久,尤其是近年雜交水稻的集中研究,水稻的產量和經濟效益越來越高,為解決全球饑餓問題、維護國際社會穩定做出突出貢獻。水稻的種植方式與其他旱地農作物的種植方式不同,具有喜水耐水特性,常采用淹灌方式。因此,水稻對水量的要求比較苛刻,為了維持水稻的高產量,需要時刻保證水稻對水量的需求。稻田內的存水量需要維持在一定高度,才能最適合水稻的生長,因此需要采取稻田灌溉排水結合的方式,才能及時保證稻田的存水量。然而,現有技術中的水稻種植技術比較落后,成本高、用人多、效率低。往往只偏重排水或灌溉中的某一方面,忽略了另一方面,或者另一方面僅僅采用人工方式進行處理。人在工作時局限性比較大,排水灌溉的水量不均勻,時多時少,而且過程比較耗時,排水灌溉的時間不能同時干別的工作,影響了工作效率。所以重視和發展自動化灌溉系統是大幅度提高水稻產量和品質的重要手段。

        二、設計思路

        本設計以水田內水位為控制對象,使用液位傳感器實時檢測水田中的水量,并通過HMI觸摸屏進行顯示,便于操作人員及時掌握水田內水位狀態,使用PLC作為核心控制器進行液位信息采集,結合觸摸屏設定的液位上限值和下限值控制排水設備、灌溉設備、電磁閥等執行機構,自動運行,從而保證稻田水位維持在預設高度,保證水稻的正常生長。
       

      水稻智能排灌系統設計的思路和方案
       

        三、設計方案

        (一)系統功能

        本系統具有手動控制和自動控制兩種工作模式。1.手動控制工作模式。手動控制主要是根據需要,通過人機界面或控制面板對水田內液位高度進行人工控制。此工作方式主要用于排水灌溉系統現場調試的階段。在人機界面手動起動和停止按鈕,用于手動控制。2.自動控制工作模式。在自動控制工作模式下可以根據水田內液位高度和水位設定值控制排水、灌溉設備自動運行。以上兩控制方式中水田液位高度均可以通過人機界面根據實際需要進行設定。

        (二)系統構成

        系統由可編程序控制器、人機界面、模擬量輸入擴展模塊、執行機構組成,如圖1所示。

        (三)工作原理

        本設計是一種智能水稻排水及灌溉系統,包括硬件:PLC控制系統、觸摸屏、排水設備、灌溉設備、液位傳感器、電磁閥,排水設備分別用于對所述水田內存水量進行抽排;液位傳感器用于檢測水田內水位高度,并對水田內水量進行控制;灌溉設備用于根據接收到的抽水信號將水井內水抽出,并根據接收到的排水信號停止工作;電磁閥,設置在水田的水池口管道中,用于根據接收到的抽水信號控制水池口管道的關閉,還用于根據接收到的排水信號控制水池口管道的打開,以控制水田多余的水排出;觸摸屏,用于設置水田內水位上限閾值和下限閾值,顯示當前水田中水位狀態及各執行機構的工作狀態。系統通過模擬量輸入模塊實時采集水田內水位變化信息,傳送到可編程序控制器,通過用戶程序按照控制要求實現對水田內水位的自動控制,通過人機界面實時監控水田水位狀態和調整水位設置閥值。

        圖1 水稻智能排水及灌溉系統結構圖
      圖1 水稻智能排水及灌溉系統結構圖

        (四)程序設計

        程序是系統的靈魂,應完成系統功能,即滿足控制要求。程序主要包括數據顯示、手動控制和自動控制三項內容。為了增加程序的可讀性和減少程序代碼,程序結構采用主程序依據工作模式調用相應子程序形式,程序流程圖如圖2所示。

        圖2 程序流程圖
      圖2 程序流程圖

        四、結論

        系統采用PLC作為核心處理模塊,通過模擬量擴展模塊EM231與水田內液位傳感器配合,適時采集環境數據。依據采集數據通過程序來控制排水灌溉裝置的工作狀態。并通過人機界面—西門子TP100觸摸屏實現人機數據交換,進行控制參數的設置、修改及顯示。使得水田內水位的控制達到了理想的效果,實現了高效、節能的目標。

        參考文獻

        [1] 廖常初.PLC編程及應用[M].北京:機械工業出版社,2011.
        [2] 呂勇軍.傳感器技術實用教程[M].北京:機械工業出版社,2012.

      作者單位:黑龍江職業學院
      原文出處:劉峰.水稻智能排水及灌溉系統設計[J].發明與創新(職業教育),2020(12):122.
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