1、基于自動控制器控制的溫室自動噴灌系統設計摘要 介紹了 1種實用的溫室大棚微噴灌及自動控制系統。該系統采用LOGOS控制器,結合微噴灌系統一些實用性設計，給中小規模溫室大棚基地提供一個實 用可行的自動灌溉系統方案。關鍵詞溫室大棚；微噴灌；自動控制系統；LOGO!目前,微噴灌技術和智能控制技術在溫室大棚中的應用越來越廣。微噴灌為 節水灌溉主要形式，它具備灌水均勻、空氣濕度低、病蟲害少、節省勞力等優點， 但也存在著投資大、灌水器易堵的缺點，這在很大程度上影響了這項技術的推廣 使用。灌溉系統自動控制為溫室大棚智能控制的一部分 ，其形式可分為基于定時 器的自動控制和基于微機的智能控制。前者投資少，但功能

2、上只具備定時功能，缺少模擬量控制及邏輯控制功能；后者功能齊全，但控制元件多，投資大,一般適 用于規模較大的大棚基地。某高校的園藝實訓基地建有 30mK 8m溫室大棚10棟。其中8棟用于觀葉植 物栽培，因其葉面水分揮發量大，采用噴灌；2棟用于蔬菜和花卉栽培，采用微噴 灌。根據實訓基地教學與生產的要求，設計了自動灌溉系統，該系統也適合中小型 溫室大棚基地推廣使用。1系統組成自動灌溉系統由水源、首部樞紐、輸配水管網、灌水器4部分組成，系統結構見圖1所示。X#* (QUEQ)哦章電(CM)sass1.1 水源處理經試驗 , 當地井水可用于植物和農作物的澆灌 ,因此,系統以井水為水源 , 采用深井泵汲水

3、。但井水溫度太低，一般只有1921C ,且水質太硬，含鈣量高， 容易結成水垢 , 堵塞灌水器 , 不能直接用于澆灌。因此 , 先將井水抽取到沉淀池內 進行曝氣和沉淀 , 以提高水溫及水的含氧量 , 沉淀泥沙及礦物質 , 降低水的硬度。 沉淀池的容量應根據溫室規模及用水量確定 , 保證抽入的水有 24h 以上的曝氣時 間, 才能用于澆灌。沉淀池分為 2 個區, 容量較大的區主要用于曝氣與沉淀 , 容量較小的區用于 汲水。 2 個區下部用水泥墻隔開 , 上部裝設金屬過濾網 , 曝氣后的井水水溫上升 , 上浮至上部 , 經過濾網進入汲水區 , 用于灌溉。沉淀池 2 個區底部均開有排污口 , 定期手動

4、排污。沉淀池若長期未清潔和排污 , 會產生藻類浮游物 , 極易堵塞灌水器 , 可投入適量漂白粉 (NaClO3), 消除浮游物。1.2 首部樞紐 首部樞紐由離心泵、重力池、過濾器、控制電磁閥及相應管道組成。因微 噴灌面積較小 , 采用重力微噴灌方式即可達到要求。離心泵由三相交流電動機驅動 , 將灌溉水輸送至 2 個不同的灌溉區 , 微噴灌 電磁閥開啟 , 將水送至重力池 ,實施微噴灌 ;噴灌電磁閥開啟 ,直接將水送至噴頭 , 實施噴灌。選擇離心泵流量及壓力時 , 應考慮可滿足噴灌與微噴灌同時開啟。重力池是給微噴灌系統提供水源和壓力的裝置 , 其底部離地面高度應根據輸 配水管網長度及彎曲情況確定

5、 , 一般在 1.5m 左右。其液面采用自動控制 , 可及時 補充水量，因此，容量不需太大，一般在11.5m3即可。重力池可用混凝土澆鑄， 也可直接用大塑料桶改裝而成，其出水口離底面5cm,并在底部設一排污口，用普 通水龍頭手動關啟。重力池也可充當自動施肥施藥器使用 , 將肥料或農藥先充分 溶于水,倒入重力池配成一定濃度溶液 , 打開微噴灌電磁閥 ,即可實施自動施肥施 藥。此過程控制系統處于手動狀態 , 施肥施藥結束后 , 應再通清水 20min, 以免肥 料藥液在灌水器出口處形成結晶 ,堵塞灌水器。在重力池后 , 應裝設過濾器 , 以減少灌水器的堵塞。 因水源在沉淀池內已經過 沉淀與過濾 ,

6、 此外選擇價格較低的篩網式過濾器 , 即可滿足要求。根據不同作物灌溉要求 , 灌水器可選擇滴頭或微噴管 , 它們所需的水壓范圍 大致一樣 ,輸配水管網的干管與支管間也可加設手動閥門 ,進行分壟澆灌 , 這可根 據具體情況確定。2 自動控制系統 LOGO!LOGC是西門子公司開發的一種小型可編程控制器。其特點是體積小，編程簡 單, 參數設置方便 , 安裝與維護方便 , 價格便宜 , 并且具有較強的邏輯功能 , 實時時 鐘功能及數字量 / 模擬量輸入輸出功能。2.1 選型及硬件接線圖LOGO型號有多種,根據溫室大棚的控制要求,筆者選用230RC型,其具有 面板輸入及顯示功能 ,方便編程,有8個輸入

7、點、4個輸出點,每個輸出點電壓為 115240V(DC/AC)，電流可達10A，可直接聯接電磁閥線圈。確定輸出輸入電壓均 為交流220V,所用器件可方便購買到。其硬件接線圖見圖 2。各輸入輸出單元分 配見表 1。KM2是離心泵電機主接觸器,其由KA1或KA2中間繼電器接通,只要丫1或 Y2一個得電，KM2即得電，啟動離心泵運行。2.2 軟件原理 ( 圖 3)2.3 控制特點(1) 手動與自動控制轉換。根據控制要求,設置手動與自動2種控制模式,由轉換開關SA設定。SA閉合時為 自動模式,斷開時為手動模式。手動模式時,控制按鈕SB2 SB3通過RS觸發器模 塊B08 B12同時起開啟和關閉電磁閥的

8、作用,可節省控制元件。表1輸入輸出單元分配輸入外接說明輸出外接元件說明單元元件單元11S1沉淀池下浮子開關Q1KM1深井泵電機主接觸器DS2沉淀池上浮子開關BS3重力池上浮子開關Q2Y1 (KA1)重力池電磁閥HS4重力池下浮子開關15SA手動與自動控制轉 換開關Q3Y2微灌電磁閥16重力池電磁閥手動開關n忠2微灌電磁閥手動開關3 (KA2)噴灌電磁閥18思3噴灌電磁閥手動開關LJ22_DV AO41 a n n圖2硬件接線i1U3Q30411*略L n1丄13【6薛而血U：OB-1D：JO10;00-101J歷：|匸16?3丁 ©pD8BIOdrB09LTQi02Q3B1312：3

9、M2j50,17:00" I>0"©B15H_r圖3軟件原理(2) 定時與延時控制。在自動控制模式下,利用LOGO內置定時模塊實現灌溉的時間和時長自動控 制。B10與B15為定時模塊,可設定灌溉開始時間與時長，如B10設定第1次微噴 灌開啟時間為10:00,結束時間為10:30,時長30min。每個定時模塊可設定3個 時間段,并可根據月份、星期設定不同的時間段。(3) 沉淀池和重力池液面控制。通過上浮子開關S2、S3,下浮子開關S1、S4,可實現2個池液面的自動控制。 液面在S1、S4下方時，通過反相器B01、B03,將S1、S4斷開信號轉換為高電平， 驅動

10、深井汞或離心泵起動供水；液面達S2、S3處時,通過置位復位模塊切斷水泵 電機電源,停止供水。重力池液面也可采用手動控制。3總結該系統經1年多的使用，穩定可靠,操作方便,很適合中、小規模的大棚基地使用。 其優點有以下幾方面：(1)投資少,經濟實用。該系統在滿足灌溉要求的條件 下，簡化了首部樞紐、輸配水管網的設置，減少了閥門管道的數量，并且用重力池 代替施肥器可節省投資，有利于節水灌溉的推廣。同時 LOGO也較其他控制器更 具功能強、擴展容易的優點，有較高的性價比。(2) 有效減少灌水器堵塞。灌水器堵塞是微噴灌系統中常發生且較難解決的問題 ， 發生堵塞后，滴頭和滴管往往會報廢，造成一定的經濟損失。

11、該系統采用沉淀池處 理水源,并用2道過濾裝置，大大減少了灌水器堵塞現象。(3) 自動控制系統操作方便，設置調整簡單。系統設置手動與自動 2種控制模式， 即有一定的智能性,又有很好的隨機性。采用 LOGC為控制器,對電源要求不高, 但工作穩定性高，且有面板輸入功能，可根據灌溉作物、季節、氣候不同，隨時調 整灌溉時間與時長，操作方便。(4) 在控制對象及控制功能上具備擴展能力。LOGOS種積木式控制器，可在基 本模塊上增加擴展模塊，如大棚數量增加，只要增加擴展模塊，擴充控制點數即可， 而不需更換控制器。增加模擬量模塊，可增加其控制功能，如大棚溫度控制，可通 過測溫傳感器與模擬量模塊聯接，控制噴霧冷

12、卻系統或加熱系統工作，達到控溫 目的。附錄一托普物聯網簡介托普物聯網是浙江托普儀器有限公司旗下的重要項目。浙江托普儀器是國 內領先的農業儀器研發生產商，依據自身在農業領域的研發實力，和自主研發的 配套設備，在農業物聯網領域嶄露頭角！托普物聯網開創智慧農業。專業解決畜牧水產養殖自動扌空制系統、大田種植智能 管理系統、花卉種植控制系綻農產品安全溯源、溫室大棚智能控制等 網址： mvr tpwlw. com www, agriSO- conn1農業物聯網解決方案咨詢；132557137230571-81957260 36056609托普物聯網以客戶需求為源頭，結合現代農業科技、通信技術、計算機技術、

13、 GIS信息技術，以及物聯網技術，竭誠為傳統行業提供信息化、智能化的產品與 端到端的解決方案。主要有：大田種植智能解決方案、畜牧養殖管理解決方案、 食品安全溯源解決方案、食用菌種植智能化管理解決方案、水產養殖管理解決方 案、溫室大棚智能控制解決方案等。托普物聯網三大系統產品我們知道物聯網主要包括三大層次， 即感知層、 傳輸層和應用層。 因此托普 物聯網產品主要以這三個層次延伸，涵蓋了感知系統（環境監測傳感設備） 、傳 輸系統（數據傳輸處理網絡） 、應用系統（終端智能控制平臺。 ） 托普物聯網模塊化智能集成系統 托普物聯網依據自身研發優勢，開發了多種模塊化智能集成系統。1、傳感模塊：即環境傳感監

14、測系統。它依據各類傳感設備可以完成整個園區或 完成對異地園區所需數據監測的功能。2、終端模塊：即終端智能控制系統。它可以完成整個園區或遠程控制異地園區 進行自動灌溉、自動降溫、自動開啟風機，自動補光及遮陽，自動卷簾，自動開 窗關窗，自動液體肥料施肥、自動噴藥等各類農業生產所需的自動控制。3、視頻監控模塊：即實時視頻監控系統。主要是通過監控中心實時得到植物生 長信息，在監控中心或異地互聯網上既可隨時看到作物的實時生長狀況。4、預警模塊：即遠程植保預警系統。可以通過聲光報警、短信報警、語音報警 等方式進行預警。5、溯源模塊：即農產品安全溯源系統。該系統對農產品從種植準備階段、種植 和培育階段、生長階段、收獲階段等對作物生長環境、噴藥施肥情況、病蟲害狀 況等實施實時信息自動記錄，有據可查，在儲藏、運輸、銷售階段采用二維碼或 者 RFID 射頻技術對各個階段數據記錄，這樣就能實現消費者拿到農產品時通過 終