第22卷第3期
2006年5月
森林工程
FORESTENGINEERING
Vol.22No.3
May,2006
可编程控制器在自动灌溉系统中的应用
吴洪涛
(东北林业大学，哈尔滨150040)
摘要:根据各种花卉栽培方式以及花卉的需水规律，应用可编程控制器自身的特点，对花卉进行合理的、
有效的自动灌溉系统设计。简述了自动灌溉系统中常用的控制模式及分类，比较详细地介绍了应用可编程控制
器的花卉自动灌溉系统的硬件设计方案、工作过程以及该系统的软件模块设计和设计说明。该系统应用可编程
控制器，能简化硬件结构且达到节水目的。
关键词:PLC;自动灌溉系统;控制
中图分类号:S275.1;TP273、文献标识码:A文章编号:1001一006X(2006)03一0019一03
ApplicationofProgrammableLogicalControllerinAutomaticControlSystemforIrrigation/WuHongtao(Northeast
ForestryUniversity,Harbin150040)
Abstract;Theautomaticirrigationsystemisdesignedchieflyaccordingtovariouscultivatingmethods,thewaterneedregu-
lationofflowersaswellasthecharacteristicsofprogrammablelogicalcontroller.Abriefintroductionisgiventothecommoncon-
trolmodesandclassificationofautomaticirrigationsystem,andthedetailedhardwaredesignschemes,workprocess,andthesoft-
waredesignmodulesandexplanationofflowerautomaticirrigationsystemappliedPLCaresystematicallyreviewed.Thesystem
possessesthefeaturesofsimplifyingthehardwarestructureaswellassavingwatereffectively.
Keywords:PLC;automaticirrigationsystem;control
1前言
1.1实现灌溉自动控制的意义
我国是一个水资源极端短缺的国家，人均占有
水资源约为世界人均占有量的1/4，耕地单位面积
占有水资源约为世界平均值的3/4。目前有灌溉设
施的0.5亿hm2耕地中约有1/3供水不足，然而灌
溉水的浪费现象又极为严重，灌溉水的利用率只有
40%左右，而以色列、美国等节水灌溉先进国家的
灌溉水利用率可达到80%左右。
当前我国包括灌溉水和降水在内的农田利用效
率也很低，单方水生产粮食的能力约为0.84kg.
而以色列已达到2.32kg，一些发达国家大体都在2
kg以上，差距很大。为提高灌溉水的利用率，使
单方水生产粮食的能力得到提高，靠传统的灌水方
式和灌溉管理方式是难以达到的，只有从高新技术
入手，在管理上下功夫，从过去那种“浇地”转变
为“浇作物”的思想观念，做到作物需要多少水，
灌溉系统就能及时而准确的提供多少水。要实现这
一目标，只有发展先进的灌溉系统，使灌溉过程达
到自动控制才有可能。因此，在21世纪的节水灌
收稿日期
作者简介
生，工程师、
:2005一07一04
:吴洪涛(1969一)，男，黑龙江省双城人，硕士研究
研究方向:农业与林业机械化。
溉中，实现灌溉系统的自动化，对节约用水，提高
灌溉水的利用率以及对我国16亿人口的粮食安全
将起到极为重要的作用，具有重要的现实意义。
1.2自动灌溉技术
1.2.1灌溉系统常用的自动控制模式
自动控制器通过操作而使被控变量达到要求
值，操作的方式称为控制模式。常见的控制模式
有:两点控制、三点控制、比例控制、积分控制和
微分控制。这些控制模式常常组合使用以完成要求
的控制操作。
在节水灌溉的控制中，控制模式的选择取决于
节水灌溉的操作特性及要求的操作目标，最好的选
择就是能满足要求的最简单的控制模式。通常根据
操作方法选择适用于节水灌溉控制的控制模式。
1.2.2自动化灌溉系统的分类
自动化灌溉系统根据其可操作性通常分为全自
动化灌溉系统和半自动化灌溉系统2类。
2自动灌溉系统硬件设计
2.1灌溉区概况
2.1.1技术要求(以花卉种植为例)
本设计将采用可编程控制器在花卉种植区实施灌
溉自动控制，灌溉方式为分组轮灌。灌水量的控制要
求采用自动灌溉控制系统，有控制器自动定时，按序
森林工程第22卷
开关各灌溉区的供水电磁阀。采用无塔上水器将压力
控制在0.2一0.45MPa范围内，达到既节省人力，又
使灌溉时间控制准确，灌溉质量提高的目的。
2.1.2功能要求
根据花卉生长，研究的特点和要求，实现以下
控制功能。
(1)室外沙床苗圃喷雾。沙床苗圃共分4块，
成田字形布置，每块100时，200个喷雾头分块轮
流喷雾，每喷2min，停5min，以保证幼苗叶片表
面水分不干，土壤始终保持湿润，但灌水不过量。
为了增加一定的动态观测欣赏效果，要求田字形的
4块喷雾是能依次顺时针或逆时针轮流喷雾。室外
沙床苗圃喷雾要求每天9时开始，18时停止。
(2)盆栽花卉区灌溉。盆栽花卉是从苗圃或温
室移栽到花盆，待上市的成品花卉。因为数量多并
且苗木比较高达，需要较大的灌溉强度，所以采用
旋转式喷头，共36个，安装为6列，每3列为一
组，需要两组交替喷灌工作。每组工作5min，停
20min，每天10时开始，15时停止。
(3)温室花卉区滴灌。温室花卉区有6个温室，
每个温室300inz，使用地埋式滴灌带，滴灌采用定时
灌溉方式控制，按照作物栽培专家经验，针对种植品
种确定供水量，定时向作物供水，供水到一定时间
后，停止灌水。6个温室按两组控制，每3个温室为
一组。两组交替工作，每隔两天灌溉一天。
2.2硬件设计
2.2.1硬件设计方案
根据要求，在室外沙床苗圃区设4个电磁阀，
磁阀分别控制花卉区喷灌，在温室花卉区设2个电
磁阀分别控制2组温室的滴灌。设1个电磁继电器
控制供水的水泵。
为避免意外事故或故障的进一步扩大，需要有
报警点输人并且用声光信号显示故障类型，同时发
出警报提醒值班人员及时处理事故。当故障出现
时，故障指示灯闪烁且报警电铃响起，操作人员可
以按下“消音”按钮以解除铃响，但故障指示灯仍
在闪烁，直到故障消除，故障指示灯才停止闪烁。
考虑到系统的可扩展性，为以后的温度、湿度、
定量、定制等测控功能留有一定的扩展空间，应留一
定的1/0端口备用，综合考虑以上因素初步选用日本
OMR01\公司的CPMIA系列的40点可编程控制器。
定时控制器在断电时正常计时，故采用其作为可
编程控制器的电源控制。在定时灌溉控制时间之内，
由定时控制器接通可编程控制器的电源，可编程控制
器按预先编制的程序依次打开各控制设备电源，并根
据输人的信号的变化随时调整程序的执行。在非系统
工作时间里，定时控制器自动断开可编程控制器的电
源。这样既减少了系统耗费的电能，又延长了设备的
使用寿命。系统控制框图如图1所示。
2.2.2可编程控制器1/0点分配
一般情况下输人点与输人信号，输出点与输出
控制一一对应。分配好后，按系统配置，通道与接
点号分配给每一个输人信号和输出信号。在本系统
中报警且是几个信号共用一个输出点，各报警因素
按逻辑关系并联后接到报警输出点。PLC的端口分
配如表1所示。
分别控制4块沙床的喷灌。在盆栽花卉区设2个电
表1PLC的端口分配表
输人端输出端
设备端设备名称
自动/手动
自动总开
自动总停
故障消音
阴雨控制
温度控制
湿度控制
_仁作方式
1/D号设备号设备名称
1000
1田1
1002
1003
1004
1005一1010
1011一1016
1017
K1
K2
K3
K4
K5
K6一Kll
K12一K17
K18
水泵
报警
SB
BJ
FI
陀
曰
F4
FS
F6
曰
FS
姗2001
撇姗
洲绷
撕撇
姗绷
2.2.3系统硬件的工作方式
系统硬件设计图如图2所示。
为保证监控系统运行可靠，系统设有自动控制和
手动控制2种运行方式。开关K1有3个触点的联锁开
关，触点1和触点2常开，触点3常闭。当K1的触点1
和触点2断开，同日摘曳点3闭合，此时系统就是手动运
行力式。K1一K9是手动控制方式下的人工开关，当K1
的触点1和触点2闭合，触点3断开日寸，系统就进人自
动力式。K为自动空气开关，具有过流短路保护功能。
电压表V、电流表A和指示灯D，用于监视系统电源和
第3期吴洪涛:可编程控制器在自动灌溉系统中的应用
AC220V
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图1系统控制框图
系统工作情况。指示灯D2和D3，分别为自动/手动工
作方式。指示灯XR是系统二次回路过流保护，XR1-
XR9是电磁阀等控制设备过流保护。K1一K3,K18是功
能切换开关，K4时故障消音开关。K5,K6一Kll,K12
一K17是雨量、温度、湿度传感器的控制点。PLC的输
出端接控市d负载，J1一J9是为增加控制能力和减少干扰
而采用的隔离。在时控器T时间到时，系统在自动工
作方式下就会进人程序工作状态。
3系统软件设计说明
3.1功能模块设计
根据基本要求和技术要求列出以下儿点:
(1)防止接点误动作。
(2)系统自诊断功能。
(3)苗圃喷雾。
(4)花卉喷灌解决方法类似于上一点。但考虑到
程序的精炼性，可配合PL(:的中断功能命令解决。
(5)花卉滴灌。可利用PLC的定时和记数功
能组合解决。
(6)系统自动/手动控制。可利用一个开关量作
为PLC的一个输人信号，实现控制各个程序的功能。
(7)阴雨天自动停止。利用雨量传感器的开关
量作为一个PLC的输人信号，实现控制相关程序
的功能。
(8)在非工作时间自动断开PLC电源。
(9)可扩展性。
(10)报警。
3.2设计使用说明
(1)存放环境与注意事项。①避免阳光直接照
射;②周围温度在0一55''C;③相对湿度在10%-
图2系统硬件设计图
90%RH之内;④避免周围湿度和温度急剧变化而
凝结露水;⑤避免腐蚀性、可燃性气体和盐分的接
触;⑥避免尘埃、铁粉、水油药品的飞沫;⑦避免
直接震动和撞击。
(2)使用上的要求。①请在制定电源电压下使
用，否则会烧坏可编程控制器;②可编程控制器的
安装螺钉，接线板和螺钉要拧紧;③务必接地，否
则可能引起触电;④接上电源前要检查一下开关的
设定及接线是否有错;⑤不要对可编程控制器进行
私自修理和改造。
4结论
本设计说明了节水灌溉工程中可编程控制器的
应用情况。系统主要是利用可编程控制器在花卉种
植区实施灌溉自动控制。设计中预留手动干预灌溉
控制，并利用智能管理软件实现远程自动控制，自
动完成灌溉水量的检测，从而达到节水的目的。这
个设计具有较强的实用性和可操作性，对实现节水
灌溉工程的推广有着深远的意义。
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「责任编辑:杨学春〕
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