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可編程控制器在節水灌溉工程中的應用
可編程控制器在節水灌溉工程中的應用
自1959年一片IC誕生后，微電子技術有了高速的發展，集成電路、印制電路板、可編程控邏輯器件等技術逐漸應用于智能儀器和自動化控制。由于集成電路（IC）的系統芯片種類繁多，體積大，設計周期長，費用高；印制電路板（PCB）上元件之間連線的交叉、重疊，不僅工藝復雜，又導致電連線的分布電容增大，加大了對前級電路的負載，增加了系統的干擾，同時PCB的多焊接點和雙面布線的連接孔又導致系統的可靠性下降；而可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心，綜合了計算機技術、通信技術而發展起來的一種新型、通用的自動控制裝置，具有結構簡單、性能*、可靠性高、靈活通用、易于編程、使用方便等優點，近年來在工業自動控制、機電一體化、改造傳統產業等方面得到了廣泛的應用。據有關資料介紹，目前全球不科學的農田灌溉用去了世界淡水資源的70%以上；我國水資源浪費現象嚴重，農業灌溉用水的利用系數很低，平均不到0.5。因此我國把節水灌溉作為國民經濟可持續發展的一項戰略任務，同時也是建設和保護西北干旱、半干旱地區生態環境的一條主要途徑，是實施西部大開發戰略的一項主要措施。目前世界節水灌溉技術發展迅速，我國已從美國、以色列、荷蘭等引進了一些*技術、優質灌溉器材。但是在我國已建成的節水灌溉示范區中，大多數只引進硬件，很少引進灌溉自動監控系統，進口的自動監控系統價格較高，不適合我國的國情，致使管理技術落后不能有效的發揮基礎設備的作用。
目前，世界上許多工業國家把PLC的使用作為衡量電氣控制水平的標志。可編程控制器匯集了超大規模集成電路的眾多優點，同時又使PCB系統可靠性有了明顯提高，因而在智能儀表，計算機和各種數字系統中得到了廣泛應用。在我國的國防、電力、通迅等領域可編程控制器有了大量的應用，但是由于可編程控制器價格高、技術性強，目前在農業中應用的很少。把可編程控制器應用在節水灌溉控制系統中能夠簡化硬件結構、提高可靠性、增加靈活性。可收到人們常說的“以軟（件）代硬（件）”的效果。
自動灌溉監控系統有如下優點：
1、將充分發揮現有的節水設備作用，優化調度，提高效益。
2、通過自動控制技術的應用，更加節水節能，降低灌溉成本，提高灌溉質量。
3、將使灌溉更加科學，方便、提高管理水平。
研制和推廣節水灌溉控制新技術是實現農業現代化的需要。本篇論文就是通過一個具體的例子來說明可編程控制器在節水灌溉中的應用。由于本人水平有限，難免有疏漏和錯誤之處，敬請各位老師和同學批評指正。
二、基本資料
1、灌溉示范區概況
西安市雁塔區魚化鄉節水灌溉示范區位于西南郊魚化寨政府以西約4公里處的西晁村附近。該示范區由陜西東隆綠色食品科技有限公司管理經營。面積100多畝，南北長約400米，東西長約200米。已建成溫室大棚90多座，大棚面積為0.5畝，主要種植反季蔬菜，并兼種植部分花卉。該示范區內已有南、北兩眼水源井（北邊和南邊分別稱為1號井和2號井），其中1號井向種植蔬菜的60多個大棚供水灌溉，滴灌設備為美國雨鳥公司的產品，現已投入運行；2號水井向花卉種植區供水灌溉，將采用可編程控制器在花卉種植區實施灌溉自動控制。
2、技術要求
2號井的花卉種植區灌溉方式為分組輪灌，灌水量的控制要求采用自動灌溉控制系統，由控制器自動定時，按序開關各小區的供水電磁閥。采用無塔上水器將壓力控制在0.2—0.45Mpa范圍內。達到既節省人力，又使灌溉時間控制準確，灌溉質量提高的目的。
3、節水灌溉自動控制系統的功能要求
根據花卉生長、研究的特點和要求，示范基地的有關專家對該系統提出以下控制功能：
（1）室外沙床苗圃噴霧
沙床苗圃共分四塊，呈田字形布置，每塊100m2，200個噴霧頭分塊輪流噴霧，每噴2分鐘，停5分鐘，以保證幼苗葉片表面水分不干，土壤始終保持濕潤，但灌水不過量。為了增加一定的動態觀測、欣賞效果，要求田字形的四塊噴霧時能依次順時針或逆時針輪流噴霧。室外沙床苗圃噴霧要求每天9時開始，18時停止。
（2）盆栽花卉區噴灌
盆栽花卉是從苗圃或溫室移栽到花盆，待上市的成品花卉。因為數量多并且苗木比較高大，需要較大的灌溉強度，所以采用旋轉式噴頭，共36個，安裝為6列，每3 列為一組，要求兩組交替噴灌工作。每組工作5分鐘，停20分鐘，每天10時開始15時停止。
（3）溫室花卉滴灌
6個溫室，每個溫室300m2，使用地埋式滴灌帶，滴灌采用定時灌溉方式控制，按照作物栽培專家經驗，針對種植品種確定供水量，定時向作物供水，供水到一定時間后，停止灌水。6個溫室按兩組控制，每3個溫室為一組。兩組交替工作，每隔2天灌溉一天。
（4）手動和自動控制功能
考慮到系統的可靠性和經濟性，要求系統有手動控制和自動控制功能。系統在自動（或手動）工作方式時，能自動（或手動）控制供水水泵的運行與停止和各電磁閥的開關。
（5）其它要求
要求自動監控系統對沙床苗圃和盆栽花卉進行灌溉時，遇到陰雨天會自動停止對沙床苗圃和盆栽花卉的灌溉。溫室滴灌不僅要受時間控制，而且要求在軟件中有溫度、濕度測控功能，即溫度、濕度達到某一控制點就報警并改變程序的運行方式。
4、系統工作原理
通俗地講，可編程控制器實質上就是一臺超微型計算機，其硬件結構基本上與微機相同，即由微處理器（CPU）、存儲器（EPROM、ROM）、輸入輸出（I/O）模塊、外設I/O接口、電源等組成。各部分通過總線（電源總線、控制總線、地址總線、數據總線）連接而成。
可編程控制器的工作方式與微機有較大的不同，可編程控制器不是采用微機的中斷方式，而采用循環掃描工作方式，即對程序進行反復的循環掃描，并對其逐條解釋執行。如一個輸出線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點（常開或常閉）不會像電氣繼電控制中的繼電器那樣立即動作，而必須等到掃描到該觸點時才動作。由于掃描時間一般只有幾十ms，其速度遠高于繼電器動作時間（100ms以上）。可編程控制器的掃描周期一般只有幾十毫秒，兩次采樣之間很短，對一般開關量來說可以認為是沒有因間斷采樣引起的誤差。
可編程控制器投入運行后，要完成一系列的操作，大致分為三類：
（1）以故障診斷和處理為主的操作。
（2）聯系現場狀況的數據I/O操作。
（3）執行用戶程序和服務與外部設備的命令操作。
可編程控制器在灌溉工程中的應用，就是充分利用了可編程控制器的眾多優點滿足灌溉要求，體現科學技術是第一生產力的特點。