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可編程控制器在節(jié)水灌溉工程中的應(yīng)用
可編程控制器在節(jié)水灌溉工程中的應(yīng)用
自1959年一片IC誕生后,，微電子技術(shù)有了高速的發(fā)展,，集成電路、印制電路板,、可編程控邏輯器件等技術(shù)逐漸應(yīng)用于智能儀器和自動化控制,。由于集成電路（IC）的系統(tǒng)芯片種類繁多，體積大,，設(shè)計周期長,，費(fèi)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(fù)雜,，又導(dǎo)致電連線的分布電容增大，加大了對前級電路的負(fù)載,，增加了系統(tǒng)的干擾,，同時PCB的多焊接點和雙面布線的連接孔又導(dǎo)致系統(tǒng)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(jī)技術(shù)、通信技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型,、通用的自動控制裝置,，具有結(jié)構(gòu)簡單、性能*,、可靠性高,、靈活通用、易于編程,、使用方便等優(yōu)點,，近年來在工業(yè)自動控制、機(jī)電一體化,、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到了廣泛的應(yīng)用,。據(jù)有關(guān)資料介紹，目前全球不科學(xué)的農(nóng)田灌溉用去了世界淡水資源的70%以上,；我國水資源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重,，農(nóng)業(yè)灌溉用水的利用系數(shù)很低，平均不到0.5,。因此我國把節(jié)水灌溉作為國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的一項戰(zhàn)略任務(wù),，同時也是建設(shè)和保護(hù)西北干旱、半干旱地區(qū)生態(tài)環(huán)境的一條主要途徑,，是實施西部大開發(fā)戰(zhàn)略的一項主要措施,。目前世界節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展迅速，我國已從美國,、以色列,、荷蘭等引進(jìn)了一些*技術(shù)、優(yōu)質(zhì)灌溉器材,。但是在我國已建成的節(jié)水灌溉示范區(qū)中,，大多數(shù)只引進(jìn)硬件，很少引進(jìn)灌溉自動監(jiān)控系統(tǒng),，進(jìn)口的自動監(jiān)控系統(tǒng)價格較高,，不適合我國的國情，致使管理技術(shù)落后不能有效的發(fā)揮基礎(chǔ)設(shè)備的作用,。
目前,，世界上許多工業(yè)國家把PLC的使用作為衡量電氣控制水平的標(biāo)志,。可編程控制器匯集了超大規(guī)模集成電路的眾多優(yōu)點,，同時又使PCB系統(tǒng)可靠性有了明顯提高,，因而在智能儀表，計算機(jī)和各種數(shù)字系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用,。在我國的國防,、電力、通迅等領(lǐng)域可編程控制器有了大量的應(yīng)用,，但是由于可編程控制器價格高,、技術(shù)性強(qiáng)，目前在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的很少,。把可編程控制器應(yīng)用在節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)中能夠簡化硬件結(jié)構(gòu),、提高可靠性、增加靈活性,?？墒盏饺藗兂Ｕf的“以軟（件）代硬（件）”的效果。
自動灌溉監(jiān)控系統(tǒng)有如下優(yōu)點：
1,、將充分發(fā)揮現(xiàn)有的節(jié)水設(shè)備作用,，優(yōu)化調(diào)度，提高效益,。
2,、通過自動控制技術(shù)的應(yīng)用，更加節(jié)水節(jié)能,，降低灌溉成本,，提高灌溉質(zhì)量。
3,、將使灌溉更加科學(xué),，方便、提高管理水平,。
研制和推廣節(jié)水灌溉控制新技術(shù)是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)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(jié)水灌溉中的應(yīng)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(xué)批評指正。
二,、基本資料
1,、灌溉示范區(qū)概況
西安市雁塔區(qū)魚化鄉(xiāng)節(jié)水灌溉示范區(qū)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(qū)由陜西東隆綠色食品科技有限公司管理經(jīng)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(qū)內(nèi)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(shè)備為美國雨鳥公司的產(chǎn)品,，現(xiàn)已投入運(yùn)行；2號水井向花卉種植區(qū)供水灌溉,，將采用可編程控制器在花卉種植區(qū)實施灌溉自動控制。
2,、技術(shù)要求
2號井的花卉種植區(qū)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(tǒng)，由控制器自動定時,，按序開關(guān)各小區(qū)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(nèi)。達(dá)到既節(jié)省人力,，又使灌溉時間控制準(zhǔn)確,，灌溉質(zhì)量提高的目的。
3,、節(jié)水灌溉自動控制系統(tǒng)的功能要求
根據(jù)花卉生長,、研究的特點和要求，示范基地的有關(guān)專家對該系統(tǒng)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(tài)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(qū)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(shù)量多并且苗木比較高大,，需要較大的灌溉強(qiáng)度,，所以采用旋轉(zhuǎn)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(jīng)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(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，要求系統(tǒng)有手動控制和自動控制功能,。系統(tǒng)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(yùn)行與停止和各電磁閥的開關(guān)。
（5）其它要求
要求自動監(jiān)控系統(tǒng)對沙床苗圃和盆栽花卉進(jìn)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(dá)到某一控制點就報警并改變程序的運(yùn)行方式,。
4,、系統(tǒng)工作原理
通俗地講，可編程控制器實質(zhì)上就是一臺超微型計算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微機(jī)相同,，即由微處理器（CPU）,、存儲器（EPROM、ROM）,、輸入輸出（I/O）模塊,、外設(shè)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(shù)據(jù)總線）連接而成,。
可編程控制器的工作方式與微機(jī)有較大的不同，可編程控制器不是采用微機(jī)的中斷方式,，而采用循環(huán)掃描工作方式,，即對程序進(jìn)行反復(fù)的循環(huán)掃描，并對其逐條解釋執(zhí)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(yuǎn)高于繼電器動作時間（100ms以上）,?？删幊炭刂破鞯膾呙柚芷谝话阒挥袔资撩耄瑑纱尾蓸又g很短,，對一般開關(guān)量來說可以認(rèn)為是沒有因間斷采樣引起的誤差,。
可編程控制器投入運(yùn)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(lián)系現(xiàn)場狀況的數(shù)據(jù)I/O操作。
（3）執(zhí)行用戶程序和服務(wù)與外部設(shè)備的命令操作,。
可編程控制器在灌溉工程中的應(yīng)用,，就是充分利用了可編程控制器的眾多優(yōu)點滿足灌溉要求，體現(xiàn)科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力的特點,。