水稻智能排灌系统设计的思路和方案

　　摘    要：　本文主要介绍使用人机界面与PLC构成水稻智能排水及灌溉系统,将排水或灌溉过程都进行自动化定制,能够在存水量过多时自动排水,能够在存水量偏少时自动灌溉,从而保证稻田水位维持在预设高度,保证水稻的正常生长。此种灌溉系统能减少相关人员的劳动强度,提高工作效率,采用自动化的灌溉方式,能够降低成本,解放人力,有比较好的应用前景。

　　关键词：　PLC; 人机界面; 排水; 灌溉;

　　一、引言

　　水稻是全球主要的种植作物之一,其种植历史悠久,尤其是近年杂交水稻的集中研究,水稻的产量和经济效益越来越高,为解决全球饥饿问题、维护国际社会稳定做出突出贡献。水稻的种植方式与其他旱地农作物的种植方式不同,具有喜水耐水特性,常采用淹灌方式。因此,水稻对水量的要求比较苛刻,为了维持水稻的高产量,需要时刻保证水稻对水量的需求。稻田内的存水量需要维持在一定高度,才能最适合水稻的生长,因此需要采取稻田灌溉排水结合的方式,才能及时保证稻田的存水量。然而,现有技术中的水稻种植技术比较落后,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,或者另一方面仅仅采用人工方式进行处理。人在工作时局限性比较大,排水灌溉的水量不均匀,时多时少,而且过程比较耗时,排水灌溉的时间不能同时干别的工作,影响了工作效率。所以重视和发展自动化灌溉系统是大幅度提高水稻产量和品质的重要手段。

　　二、设计思路

　　本设计以水田内水位为控制对象,使用液位传感器实时检测水田中的水量,并通过HMI触摸屏进行显示,便于操作人员及时掌握水田内水位状态,使用PLC作为核心控制器进行液位信息采集,结合触摸屏设定的液位上限值和下限值控制排水设备、灌溉设备、电磁阀等执行机构,自动运行,从而保证稻田水位维持在预设高度,保证水稻的正常生长。
 

　　三、设计方案

　　(一)系统功能

　　本系统具有手动控制和自动控制两种工作模式。1.手动控制工作模式。手动控制主要是根据需要,通过人机界面或控制面板对水田内液位高度进行人工控制。此工作方式主要用于排水灌溉系统现场调试的阶段。在人机界面手动起动和停止按钮,用于手动控制。2.自动控制工作模式。在自动控制工作模式下可以根据水田内液位高度和水位设定值控制排水、灌溉设备自动运行。以上两控制方式中水田液位高度均可以通过人机界面根据实际需要进行设定。

　　(二)系统构成

　　系统由可编程序控制器、人机界面、模拟量输入扩展模块、执行机构组成,如图1所示。

　　(三)工作原理

　　本设计是一种智能水稻排水及灌溉系统,包括硬件:PLC控制系统、触摸屏、排水设备、灌溉设备、液位传感器、电磁阀,排水设备分别用于对所述水田内存水量进行抽排;液位传感器用于检测水田内水位高度,并对水田内水量进行控制;灌溉设备用于根据接收到的抽水信号将水井内水抽出,并根据接收到的排水信号停止工作;电磁阀,设置在水田的水池口管道中,用于根据接收到的抽水信号控制水池口管道的关闭,还用于根据接收到的排水信号控制水池口管道的打开,以控制水田多余的水排出;触摸屏,用于设置水田内水位上限阈值和下限阈值,显示当前水田中水位状态及各执行机构的工作状态。系统通过模拟量输入模块实时采集水田内水位变化信息,传送到可编程序控制器,通过用户程序按照控制要求实现对水田内水位的自动控制,通过人机界面实时监控水田水位状态和调整水位设置阀值。

　　图1 水稻智能排水及灌溉系统结构图

　　(四)程序设计

　　程序是系统的灵魂,应完成系统功能,即满足控制要求。程序主要包括数据显示、手动控制和自动控制三项内容。为了增加程序的可读性和减少程序代码,程序结构采用主程序依据工作模式调用相应子程序形式,程序流程图如图2所示。

　　图2 程序流程图

　　四、结论

　　系统采用PLC作为核心处理模块,通过模拟量扩展模块EM231与水田内液位传感器配合,适时采集环境数据。依据采集数据通过程序来控制排水灌溉装置的工作状态。并通过人机界面—西门子TP100触摸屏实现人机数据交换,进行控制参数的设置、修改及显示。使得水田内水位的控制达到了理想的效果,实现了高效、节能的目标。

　　参考文献

　　[1] 廖常初.PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社,2011.
　　[2] 吕勇军.传感器技术实用教程[M].北京:机械工业出版社,2012.