基于PLC控制技術(shù)的農(nóng)業(yè)自動灌溉系統(tǒng)設(shè)計

摘要：

水是一切生命過程中不可替代的基本要素，水資源是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源。我國是世界上13個貧水國之一，人均水資源占有量2300立方米，只有世界人均水平的1/4，居世界第109位。而且時空分布很不均勻，南多北少，東多西少；夏秋多，冬春少；占國土面積50%以上的華北、西北、東北地區(qū)的水資源量僅占全國總量的20%左右。

近年來，隨著人口增加、經(jīng)濟發(fā)展和城市化水平的提高，水資源供需矛盾日益尖銳，農(nóng)業(yè)干旱缺水和水資源短缺已成為我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要制約因素，而且加劇了生態(tài)環(huán)境的惡化。按現(xiàn)狀用水量統(tǒng)計，全國中等干旱年缺水358億立方米，其中農(nóng)業(yè)灌溉缺水300億立方米。20世紀90年代以來，我國農(nóng)業(yè)年均受旱面積達2000萬公頃以上，全國660多個城市中有一半以上發(fā)生水危機，北方河流斷流的問題日益突出，缺水已從北方蔓延到南方的許多地區(qū)。由于地表水資源不足導(dǎo)致地下水超采，全國區(qū)域性從地下水降落漏斗面積已達8.2萬平方公里。

發(fā)達國家的農(nóng)業(yè)用水比重一般為總用水量的50%左右。目前，我國農(nóng)業(yè)用水比重已從1980年的88%下降到目前的70%左右，今后還會繼續(xù)下降，農(nóng)業(yè)干旱缺水的局面不可逆轉(zhuǎn)。北方地區(qū)水資源開發(fā)利用程度已經(jīng)很高，開源的潛力不大。南方還有一些開發(fā)潛力，但主要集中在西南地區(qū)。

我國農(nóng)業(yè)灌溉用水量大，灌溉效率低下和用水浪費的問題普遍存在。目前全國灌溉水利用率約為43%，單方水糧食生產(chǎn)率只有10公斤左右，大大低于發(fā)達國家灌溉水利用率70%~80%、單方水糧食生產(chǎn)率2.0公斤以上的水平。通過采用現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)改造傳統(tǒng)灌溉農(nóng)業(yè)，實現(xiàn)適時適量的“精細灌溉”，具有重要的現(xiàn)實意義和深遠的歷史意義。在灌溉系統(tǒng)合理地推廣自動化控制，不僅可以提高資源利用率，緩解水資源日趨緊張的矛盾，還可以增加農(nóng)作物的產(chǎn)量，降低農(nóng)產(chǎn)品的成本。

本次設(shè)計是采用PLC控制多路不同的土壤濕度，澆灌的開啟和停止完全由土壤的濕度信號控制，能使土壤的濕度值保持在作物生長所需要的最佳范圍之內(nèi)。這樣既有利于作物的生長，又能節(jié)約寶貴的水資源。

1、自動澆灌系統(tǒng)簡介

系統(tǒng)采用自行研制的濕度傳感器監(jiān)測土壤的濕度情況，當(dāng)土壤濕度低于所要求的值后，自動開啟水泵電機和電磁閥，對該土壤澆水，當(dāng)濕度達到所要求的值后，停止?jié)菜?/p>

為滿足不同作物或同種作物在不同生長期對土壤濕度要求的不同，本系統(tǒng)采用PLC多路控制，在PLC的程序中設(shè)定相應(yīng)的比較值（上下限） ，以便每一路均可設(shè)定不同的濕度控制范圍。工作中把傳感器的當(dāng)前信號與程序的設(shè)定值進行比較，根據(jù)比較的結(jié)果決定土壤是否需要澆水，若當(dāng)前信號達到設(shè)定的下限值，則開啟澆灌系統(tǒng)對作物進行灌溉；當(dāng)土壤濕度達到設(shè)定的上限值，則關(guān)閉澆灌系統(tǒng)。

2、電氣原理

圖1中輸入電壓是AC220V。空氣開關(guān)選用DC47-60C5。是一種既有手動開關(guān)作用又能自動進行欠電壓、失電壓、過載和短路保護的開關(guān)。KHDY1開關(guān)電源具有兩路輸出，一路是DC24V，為PCL供電；另一路是DC5V，為濕度傳感器電路和水位自動控制電路提供電源。KHDY2開關(guān)電源輸出DC24V，為電磁閥和繼電器提供電源，兩個開關(guān)電源均為50W。