基于PLC的水肥一体机控制系统设计与开发

乔大壮 冯永辉 孙圆 徐现乐 宋卫海

摘 要：随着我国农业技术方面的迅速发展，将水和肥料的有效结合已成为我国现代农业发展的趋势。本论文通过深入研究农作物对水肥的要求，分析并利用PLC控制功能实现对作物进行灌溉施肥，设计了可以实现其功能的硬件结构。在该系统中，由传感器采集到的湿度和电导率值的数据，传送给4AD转换模块，然后经过PLC对信息进行处理，实现水和肥料的有效结合灌溉。

关键词：面向农业;室内模拟实验;水肥一体;PLC+触摸屏技术

0.引言

根据调查显示，我国耕地所需的水量仅占世界平均水量的19%，约有0.07亿hm2的灌溉面积由于缺水而得不到有效灌溉。因此，在我国，农业缺水的形势将面临非常严峻的挑战。基于PLC控制的水肥一体机控制系统是一种先进的工业控制计算机，它的应用非常广泛。

1.系统硬件设计

1.1 系统硬件设计

基于PLC的水肥一体机控制系统主要由控制中心系统，灌溉施肥系统、土壤墒情采集系统三部分构成。整体硬件主要包括电源、土壤电导率传感器和温湿度变送器、4AD转换模块、FX2N-48MR主单元、触摸显示屏、肥料桶和电磁阀、搅拌器和电动机、施肥罐和电磁阀。系统原理框图如图1.1.1所示。

1.2 电气原理图

水肥一体机控制中心系统是核心部分，由传感器对作物的实时数据进行采集，将数据传给PLC，再由触摸屏显示，继而对作物进行灌溉施肥。其电气原理图如图1.2.1所示。

1.3 土壤电导率传感器

本设备采用的土壤电导率传感器可直接与PLC的4AD转换模块相连接，采用DC24V电源供电。

1.4 温湿度变送器

本设备采用仁科RS-WS-V10-2型温湿度传感器，安全可靠、安装方便。它通过485总线安装;输入通道为1或2通道;AD转换分辨率为10或12位;采集电流信号为4～20mA。

1.5 PLC控制器

在本设计中，采用的是三菱FX2N-48MR系列PLC可编程控制器，三菱FX2N系列的PLC是FX家族中最先进的系列。该PLC在实时模式下具有响应速度快、通讯功能强、实时性强等特点。

整个系统的系列特点：

（1）强大的性能

（2）可靠性高

（3）丰富的I/O接口模块

（4）编程简单易学

（5）安装简单、维修方便

（6）体积小

1.6 触摸显示屏

本设备的控制中心模块选用的触摸屏型号为TPC7062KX的触摸显示屏，此显示屏的输入为DC24V，可直接与三菱FX2N-48MR系列的PLC相连接。

1.7 搅拌装置

本系统的搅拌装置主要由一个DC24V，型号为ZYTD520的直流电动机和搅拌器构成。主要作用为对水分和肥料进行混合，然后搅拌，继而进行灌溉施肥。

2.系统软件设计

2.1 系统软件设计

本装置的软件设计主要包括采集作物的湿度和电导率值，并将其数据传送给PLC控制系统，然后控制系统依据所写程序进行控制，决定各种补给的多少。同时查资料可知，作物所需肥料表如表2.1.1所示。

2.2 温湿度及电导率控制

FX2N-4AD转换模块将传感器检测到的湿度值及电导率值进行模数转换，并将数据传给PLC主单元，PLC主单元对数据进行换算和处理并由触摸屏进行显示。

2.3 报警装置

报警装置是用来提醒操作人员进行故障排除的，通过报警及时通知操作人员，方便操作人员对系统的维护。其系统流程图如图2.3.1所示。

3. 总结

本论文完成了基于PLC的水肥一体机控制系统的设计与开

发，该系统是一套集灌溉、施肥、触摸屏、PLC、传感器于一体的易操作、智能化、精准化的水肥一体化系统。

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（作者单位：山东农业工程学院 机械电子工程学院，山东 济南 250100）