毕业设计采用PLC控制方式来实现智能化施肥灌溉.doc

1 绪 论 农业生产中，各种各样的农产业、蔬菜瓜果在生产过程中出现了很多不便和浪费，而智能化施肥灌溉控制系统设计通过实际应用带动生产通过智能化施肥灌溉不仅能节水、节肥，还可以提高肥料利用率，同时智能化的作用让其更方便简单，减少不必要的劳动力损耗，和传统的施肥灌溉有很大的变化，综合作用更强、更可靠施肥灌溉是将施肥与灌溉结合在一起的一种先进农业技术，它是通过压力灌溉系统，配合使用固体或液体肥料，从而产生含有作物营养需求的灌溉水进行施肥灌溉1.1 智能化施肥灌溉的提出在当今社会中，农业的发展必不可少，所以降低损失提高产物量是迫在眉睫的由于经济技术水平落后，很多农民浇地一般都采用大水漫灌，这是一种落后的、粗放的灌溉方式，其缺点较多一是浪费水严重；二是大量多余水渗入地下，导致地下水位升高，水蒸发量增大，作物产量下降；三是肥料流失严重漫溉会使水累积在田地里面，不仅浪费水源还会导致作物窒息，许多供作物生长的有机成分溶入水中，渗入地下，造成肥料深层渗漏，让作物不能吸收所需原料灌水量较多，致使灌溉成本升高，使有机肥料不被吸收浪费肥料，特别是在蓄水灌溉区域，浪费电力、人力更为突出，现在农业发展水平对施肥灌溉管理的要求,进一步证明农作物自动化控制施肥灌溉的必要性。

本课题主要是对施肥灌溉及对营养液摄取的研究 现在采用智能化施肥灌溉技术控制是一种简便易行的施肥灌溉方式，这种方式投入资金少，见效快，简单易学还方便更好的灌溉施肥以往的灌溉水每亩次灌水量高达70～80立方米，比实际作物需水量高出40%左右土壤是一个复杂的四维异质体，其中包含许多使植物养分失效的因子，无机化学肥料施入土壤后，只有部分养分被作物吸收，有的分子或离子以气态损失，有的则被土壤固定，有的则随地下水而流失污染了水源、河流和湖泊不难想象，这种施肥灌溉方式不仅化肥利用率低造成环境污染，所浪费的肥料和水量也很庞大 伴随近年来农业技术生产水平的发展，自动化控制是现代农业发展的必由之路很多新农业的出现要求产量价值高、技术水平拓展，希望避免铺张浪费让先进技术带动生产如何提高施肥灌溉的研发质量，缩短设计周期，降低研发成本，借助计算机、PLC控制作为新的设计工具，来进行智能化施肥灌溉技术的研发，已成为此项技术控制设计工作人员密切关心和研讨的问题1.2 施肥灌溉技术的历史、现状与发展趋势智能化施肥灌溉技术根据所需灌溉施肥的农产物不同，可以分为几类其目的都是将水源和肥料灌进农作物中能使农作物获得所需的水分肥料补充，所以得到了农业生产行业中的广泛认可，相信在不久此项技术将会普遍得到农业行业的推广，农产业也将会上升一个阶段。

在我国施肥灌溉技术的发展始于1974年，随着科学技术的推广，这种施肥灌溉技术在不断的发展进步智能化施肥灌溉系统是通过PLC可编程控制器进行施肥灌溉，把农作物生长发育的两个基本因素水分和养分相结合起来建立施肥和灌溉的技术系统该技术从研发到投入生产使用都经历了一个漫长时期的推敲与考验，几经研究后，因其技术在农业生产中能节水、省肥、省工、高产、优质、高效、环保等优点成为现代农业技术的重要组成部分，在发达国家的农业生产中不可或缺 1.2.1 施肥灌溉技术的历史 近30年来，智能化施肥灌溉技术在研制过程中采用PLC程序来控制可未是做到了精益求精此项技术从历史发展至今大体经历了三个相对来说较重要的阶段：第一阶段（1974-1980年）：进行国内生产设备的研制，开展了相应的施肥灌溉应用试验1980年我国第一代成套设备诞生　 第二阶段（1981-1996年）：引进国外先进工艺技术，设备国产规模化生产基础逐渐形成该技术由开始的小面积应用到较大面积的推广，试验研究已经取得了丰硕的成果，被农业生产的很多人认可。

　 第三阶段（1996年至今）：由于此技术的实用性，这种施肥灌溉技术的理论及技术的应用日趋被重视，很多地方根据各自的情况开展了技术研讨和技术培训班，施肥灌溉技术已在大面积推广1.2.2 施肥灌溉技术的现状施肥灌溉作为一种新的模式，最适合于中国目前水资源缺乏的现状近年来，中欧美地区的农产业变化较大从欧美市场对施肥灌溉技术的需求状况来看当前国内外对施肥灌溉技术的研究也在抓紧从2010年开始，中国西南部遭遇了特大干旱后农产业量已大幅度下降，2011年春季和夏季，季节的轮回中国的北部以及周边多个地方，还有湖北、湖南、江西、安徽及长江中上下游素来以水乡著称的城市，又分别遭遇了2次特大干旱中国最大的内湖鄱阳湖又干涸见底，田地干裂、庄稼几近颗粒无收，旱情越来越严重无不让人触目惊心传统农业生产中采用的灌溉方式过于落后，输水渠道大部分是土渠，工程巨大和配套不全，利用率较少，当前我国农业用水的利用率只有少数40%，也就是说，农业用水的一半以上60%的水资源就被浪费掉了在面对严重旱情的面前，农业中的节水和大力发展节水农业已经成为中国未来农业发展中的重中之重了用PLC把施肥与灌溉相结合，水肥一体化新技术已作为一项革命性的措施，是解决我国农业的根本性措施。

自2002年以来，农业部把该技术引入到农产业蔬菜瓜果、果树等作物的栽培管理生产中，作为节水施肥灌溉发展的一个重要过程，并被公认为是当今世界上提高水肥资源利用率较高的最佳技术从低级到高级，从简单到复杂，随着生产力的发展和对控制精度要求的不断提高，该控制技术也将迅速发展，当前采用基于PLC 的控制系统进行设计1.2.3 施肥灌溉技术的发展趋势    当前，应农业需要社会开始参与和关注高效的施肥灌溉技术了施肥灌溉的实质就是“适合灌溉施肥的肥料+正确科学的施肥方法+节约用水”，农业若能达到这样会有很好的的发展前景而智能化施肥灌溉技术在施肥灌溉过程中，配合各个地区区域特征、气候特征及种子品种、耕作方法、施肥配套设备等，全面开展这项系统工程，真正做到了“水从管来，肥随水走，省肥省水，均衡高效，作物品质好”的效果处理能力也较强如果通过智能化施肥灌溉这套方法科学规范的操作，可以实现将市场上现有的优质复合肥和农民的设施结合起来，既降低成本，又能最大化提高肥料利用率智能化施肥灌溉技术除了向大中地区发展之外，还向很多农业需求生产精良、可靠性良好、产量高及自动控制技术先进等方向发展，此外还拓宽领域，发展多用途的新设备。

采用全自动的施肥灌溉、自主运行、plc计算机控制等，从而可适合远程操作近年来除对农业要求较高的地区在重视这一类智能化施肥灌溉技术，还有很多小农家也在开始使用这一类智能化施肥灌溉技术，这表明智能化施肥灌溉技术已相对成熟和稳定其共同的技术特点是根据不同农业的种类、不同地区土质、不同生产要求向多样化发展，从而满足农业用户的需求1.3 小结对智能化施肥灌溉提出、历史、现状、发展前景等进行了叙述说明了在农业发展中，农业生产选择方式上，智能化施肥灌溉技术已超过传统生产方式的很多倍，优点较明显，便于生产操作在不同的场合下，智能化施肥灌溉技术可以作为增产量的一种新设备，不仅高效还省时省力，而且能让投资少，使用在农产业生产时比传统的方便的多2 智能化施肥灌溉控制系统介绍智能化施肥灌溉技术是针对现代设计栽培技术中的自动施肥灌溉系统进行研究与开发该设备能达到自动施肥灌溉以及营养自动混合等功能本章针对一些相关内容进行介绍2.1 智能化控制系统思想介绍2.2.1 PLC控制的思想理论PLC控制系统与通常的连续控制系统的差别在于：控制规律由计算机来实现可以实现过去连续系统难以实现的更为复杂的控制规律PLC控制系统理论主要包括连续模型及性能指标的离散化、性能指标函数的计算。

采样控制系统的仿真、采样周期的选择、数字信号整量化效应的研究 本设计是以PLC控制智能化施肥灌溉系统的，驱动系统运行的模型来模拟实现智能化施肥灌溉的过程在整个运行过程中PLC为控制执行元件来驱动工作台运行，其传动部件为高精度丝杠传动运行时PLC会接收和分析操作人员在命令键盘上的输入指令，做出合理的工作安排即读取执行元件的信息，通过软件做出合理的工控安排，反馈到执行元件和操作系统，实现智能化施肥灌溉系统能够采集、监测、决策，本设计所应达到的具体功能如下：PLC根据命令实现自动施肥灌溉系统运行，运行结束后自动返回原点，等待下一个存放命令当系统在运行的过程中发现其它意外等，可以点击急停按键，此时系统会立即停止运行并保持原位置该系统可以看成三个主要理论领域的交叉或会合，即:人工智能 、运筹学 、控制理论由于控制系统的工作环境比较恶劣，必须可靠性高，抗干扰性好，可跃期不间断运行；要求控制具有实时性推广计算机先进技术普及应用的可编程序控制器(PLC) ，利用具有智能I／O模块的PLC，将顺序控制和过程控制结合起来，实现对生产过程的控制广泛使用智能调节器，不仅可以接受4～20mA电流信号，还具有异步串行通讯接口，可与上位机连成主从式测控网络。

采用先进网络通讯技术为基础的控制结构，并采用先进的控制策略，向低成本综合自动化系统的方向发展，实现系统的控制 2.2.2　系统的特点通过对系统时间或土壤水分的自动监测、采集、判断，实现施肥灌溉的自动化控制智能化施肥灌溉由中央计算机、水泵、电磁阀、土壤水势传感器、pH酸碱度传感器、EC电导率传感器等组成的控制系统智能化施肥灌溉试验区的组成和管线分布管采用中50钢管，其上端装1个电磁阀， 1个手动闸阀，这两个阀在整个试验基地中起分流作用，使水流进入施肥灌溉试验区同时对后面设备可起保护作用；设有节水中心控制室，室内放置一些试验仪器以及控制设备等建一个试验站的泵房，泵房内是供水系统，装有水泵一台，实现对水泵、管道等设备恒压控制其优点如下：1.可靠性高和可维修性好 2.环境适应性强 3.控制的实时性 4.完善的输入输出通道 5.丰富的软件 6.适当的计算机精度和运算速度2.2 系统的设计思路及其原理2.2.1 设计思路罐里的高浓度肥液经过初级过滤器由施肥泵注入到灌溉主水管道中，但进入主水管道之前须通过精密过滤器进行二级过滤．过滤器自动反冲洗有两种控制方式，一种为自动控制，一种为计算机手动控制。

自动控制是利用差压开关监测过滤器进、出口两端差压．当过滤器由于堵塞两端差压达到设定值时，立即中断当前的工作，对过滤器组依次进行反冲洗，冲洗时间长度可任意设定，冲洗完毕，恢复系统原来的运行状态过滤器反冲洗手动控制：当认为过滤器需要反冲洗时，通过启动反冲洗程序界面上的启动键，随时可进行过滤器的反冲洗，冲洗方式与自动控制相同 采用电导率测量仪检测主水管道中的肥液浓度，将检测得到的浓度值输入到PLC与设定值进行比较，根据差值信号来调节施肥量，使管道中的浓度值与设定值保持一致酸碱度的调节与肥滚浓度调节类似．在主水管道上安装设计的混肥器，使肥液与灌溉水充分混合自动施肥灌溉控制系统是独立予灌溉系统之外的一个模块，安装、维护比较方便 图2-1 自动施肥灌溉系统结构图 2.2.2 工作原理 智能化施肥灌溉分为人工干预、定时定量、条件控制三种灌溉控制方式不论哪一种控制方式，当达到灌溉开始条件时，先打开田间阀和主控阀，然后启动水泵，开始进行灌溉计算机系统根据选定的配方和已设定好的营养液pH、EC值，利用注肥器进行水肥混合，同时实时监测混合营养液的pH、EC值，根据pH、EC设定值与检测值之间的偏差来调整混肥阀的注肥频率，在短时间内使营养液的检测值和设定值之差达到允许的范围内。

当一组阀门灌溉结束时，打开下一组阀门，再关闭正在灌溉的阀门(水泵一直处于运行状态)当所有需要灌溉的田间阀施肥灌溉完毕，先。