绿植自动灌溉PLC控制程序设计与分析

时间：2024-05-18

王权，汪一鸣，王港宁，刘振江

（郑州科技学院机械工程学院，河南郑州 450064）

随着城市化的发展，居民楼层越建越高，很多有情调的居民开始在自家阳台上种植绿色植物，以净化空气、陶冶情操。同时，人们的生活节奏加快，使得他们少有时间去打理。PLC是专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车等领域都得到了长足发展[1-2]，运用PLC控制自动门具有较高的可靠性，且维修方便。利用三菱FX系列PLC实现对阳台绿色植物的无人化管理具有很好的应用价值。

1 控制要求

实现对阳台植物的自动灌溉功能，重点在于控制系统的搭建与控制程序的编写。本系统的控制目标是在无人参与的情况下对绿色植物实现浇水功能，这样不仅能够节省人们的管理时间，还能够通过更加精细的控制环节节约水资源。控制系统的主令控制有两个控制按钮，一个控制启动，另一个控制停止，分别连接PLC的输入继电器X0和X1。输出信号时控制出水的若干电磁阀（根据所要灌溉的植物种类与数量确定，以控制一种为例进行说明）连接PLC的输出继电器Y0。控制要求是当系统通电工作时，输出继电器能够在特定的情况下接通或断开，以此来控制系统给绿植浇水。

2 程序实现

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，当PLC投入运行后，其工作过程一般分为3个阶段，即输入采样、程序执行和输出刷新[3]。输入采样阶段用来感应外部控制信号的状态变化，将变化后的信号存储于输入数据暂存区；在程序执行阶段，根据输入处理阶段读入的数据执行程序，执行的结果存储在输出状态暂存区；输出刷新阶段实现输出信号的变化。控制系统的实现就是要求输出继电器Y0能够按照一定的要求完成置位和复位，有多种实现方式。

2.1 时间原则控制程序实现

依照平常对绿植的灌溉习惯，在每天的确定时间补充一定量的水分，这种控制利用时间原则实现。PLC常用的时间原则控制是采用定时器T进行控制，定时器的定时时间有限，要借助多个定时器或计数器C完成较长时间的定时延时控制。而本控制系统需要每隔数个小时之久进行控制，显然利用定时器完成延时控制是不可取的。我们发现，本控制系统需要在每天特定的时间对输出继电器进行控制，因此可以采用时钟调用的方法来实现。

三菱PLC中有专门寄存时间的特殊数据寄存器D8013-D8018，利用数据传送指令MOV将数据传入D10-D15中。根据实际情况可以设定在每天的下午6：00进行一次灌溉，只需要将寄存小时的寄存器D12与设定值18进行比较即可。具体过程为：按下启动按钮（X0），系统运行，利用M8000作为常闭触点，通过比较指令CMP使D12与设定值K18进行实时数据比较。当两个数据相等时M10有输出，此时取M10的上升沿信号置位M0，用M0去控制一个定时器T0，定时时间为灌溉时间。如果是10S，那么就是T0 K100，将时间调整到复位M0。这个过程就是在特定的时间下午6：00进行灌溉的过程，具体流程如图1所示。

图1 程序流程图

2.2 闭环控制

利用时间原则实现对控制系统的控制，能够模拟人们的灌溉习惯，但是由于温度、湿度以及四季等的变化，下午6：00进行灌溉并不一直是个恰当的灌溉时间，可以采用让控制系统与周围环境进行信息交互，给控制系统增加一个反馈环节，形成一个闭环的方法，实现机器与环境相交互的自动控制功能。这种控制方法是将湿度传感器检测到的土壤湿度信号传递给PLC，PLC内部对其进行判断，当湿度低于一定值时驱动PLC的输出继电器Y0进行工作，同时湿度传感器保持信息的传递；当湿度达到设定值时，Y0停止工作不再浇水。由于传感器传送的是模拟量信号而非开关信号，因此不能直接将传感器与PLC基本模块的输入继电器相连，需要给PLC增加一个AD转换模块。