基于PLC的果园水肥一体化自动控制系统设计

摘要

近年来，我国果园灌溉施肥方式的发展已经落后于果园生产方式的转变，传统的果园灌溉施肥方式造成了水、肥的严重浪费，已不能满足我国当前果园规模化种植的需求。劳动力的短缺和成本的增加是果园种植面临的问题。提高水、肥的利用率、促进果园可持续发展，是我国果园发展的方向。
　　本文设计了一套基于PLC的水肥一体化自动控制系统，实现了果园作物灌溉施肥的精准控制。该控制系统采用上、下位机的两层结构形式，下位机以西门子S7-200SMART为控制核心，S7-200SMART分析传感器采集的信息，进而控制执行机构动作，MODBUS为控制器与传感器之间的通信方式。上位机的人机交互界面采用Wincc flexible软件设计，上-下位机之间通过网线通信。
　　本文得到以下结论:
　　(1)下位机以S7-200SMART为控制核心，控制器通过分析处理土壤湿度传感器、过滤装置进出口压力传感器、管道压力传感器、混肥罐中的PH、EC传感器以及肥料浑浊度传感器采集的信息，进而控制电动阀、电磁阀、压力泵、计量泵等执行机构动作，实现了系统的自动控制。
　　(2)上位机以SMART1000IE V3为人机交互界面。该界面的设计方便了用户查看传感器采集的数据信息、混肥罐液位和执行机构的工作状态。用户可以直接操控系统中的所有执行机构实现系统的手动控制，可以通过设置自动灌溉施肥的参数实现系统的自动控制。
　　(3)采用基于混合蚁群算法的变论域模糊控制调节混肥罐中的PH值，通过调节酸碱溶液计量泵的转速将混合罐中水肥溶液的PH值控制在作物生长的最适宜范围内，实现了PH值的精准控制。
　　控制系统人机交互界面友好、操作方便、运行可靠、实用性强，能够满足用户对果园作物灌溉施肥自动化控制的要求，具有广阔的应用前景。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1果园水肥一体化灌溉施肥技术

1．2课题研究的背景及意义

1．3国内外研究现状及发展趋势

1．3．1国外研究现状

1．3．2国内研究现状

1．4主要研究内容

1．5论文结构

1．6本章小结

2控制系统总体设计和相关理论技术

2．1控制系统设计原则

2．2控制系统总体架构

2．3关键技术

2．3．1PLC介绍

2．3．2上位机界面

2．3．3MODBUS通信

2．3．4肥料浑浊度监测

2．3．5基于蚁群算法的变域模糊控制方法

2．4本章小结

3控制系统硬件设计

3．1元件选择

3．1．1PLC与输出模块选择

3．1．2传感器选择

3．1．3继电器选择

3．1．4电磁阀选择

3．2电路设计

3．2．1硬件开发平台介绍

3．2．2 I／O配线图

3．2．3执行元件驱动电路设计

3．3人机交互部分设计

3．4本章小结

4．1．1软件总体设计

4．1．2软件设计原则

4．2 MODBUS通信协议

4．2．1 MODBUS通信协议介绍

4．2．2传感器MODBUS通信参数初始化

4．3控制系统程序设计

4．3．1 STEP 7-MicroWIN SMART软件介绍

4．3．2数据采集与处理

4．3．3手动／自动控制程序

4．3．4自动灌溉系统

4．3．5自动排污程序设计

4．4人机交互软件设计

4．4．1Wincc flexible软件介绍

4．4．2人机界面设计

4．5基于蚁群算法的变域模糊控制

4．5．1水肥耦合过程分析

4．5．2基于混合蚁群算法的变域模糊算法

4．6本章小结

5控制系统运行调试

5．1系统运行调试的必要性

5．2系统运行调试结果

5．3本章小结

6．1结论

6．2展望

参考文献

附录

作者简介

致谢