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1、基于自动控制器控制的温室自动喷灌系统设计摘要 介绍了1种实用的温室大棚微喷灌及自动控制系统。该系统采用LOGO!为控制器,结合微喷灌系统一些实用性设计,给中小规模温室大棚基地提供一个实用可行的自动灌溉系统方案。关键词 温室大棚;微喷灌;自动控制系统;LOGO!目前,微喷灌技术和智能控制技术在温室大棚中的应用越来越广。微喷灌为节水灌溉主要形式,它具备灌水均匀、空气湿度低、病虫害少、节省劳力等优点,但也存在着投资大、灌水器易堵的缺点,这在很大程度上影响了这项技术的推广使用。灌溉系统自动控制为温室大棚智能
2、控制的一部分,其形式可分为基于定时器的自动控制和基于微机的智能控制。前者投资少,但功能上只具备定时功能,缺少模拟量控制及逻辑控制功能;后者功能齐全,但控制元件多,投资大,一般适用于规模较大的大棚基地。某高校的园艺实训基地建有30m×8m温室大棚10栋。其中8栋用于观叶植物栽培,因其叶面水分挥发量大,采用喷灌;2栋用于蔬菜和花卉栽培,采用微喷灌。根据实训基地教学与生产的要求,设计了自动灌溉系统,该系统也适合中小型温室大棚基地推广使用。1 系统组成自动灌溉系统由水源、首部枢纽、输配水管网、灌水器4部分组
3、成,系统结构见图1所示。1.1 水源处理 经试验,当地井水可用于植物和农作物的浇灌,因此,系统以井水为水源,采用深井泵汲水。但井水温度太低,一般只有19～21℃,且水质太硬,含钙量高,容易结成水垢,堵塞灌水器,不能直接用于浇灌。因此,先将井水抽取到沉淀池内进行曝气和沉淀,以提高水温及水的含氧量,沉淀泥沙及矿物质,降低水的硬度。沉淀池的容量应根据温室规模及用水量确定,保证抽入的水有24h以上的曝气时间,才能用于浇灌。沉淀池分为2个区,容量较大的区主要用于曝气与沉淀,容量较小的区用于汲水。2个区下部用
4、水泥墙隔开,上部装设金属过滤网,曝气后的井水水温上升,上浮至上部,经过滤网进入汲水区,用于灌溉。沉淀池2个区底部均开有排污口,定期手动排污。沉淀池若长期未清洁和排污,会产生藻类浮游物,极易堵塞灌水器,可投入适量漂白粉(NaClO3),消除浮游物。1.2 首部枢纽 首部枢纽由离心泵、重力池、过滤器、控制电磁阀及相应管道组成。因微喷灌面积较小,采用重力微喷灌方式即可达到要求。离心泵由三相交流电动机驱动,将灌溉水输送至2个不同的灌溉区,微喷灌电磁阀开启,将水送至重力池,实施微喷灌;喷灌电磁阀开启,直接将水
5、送至喷头,实施喷灌。选择离心泵流量及压力时,应考虑可满足喷灌与微喷灌同时开启。重力池是给微喷灌系统提供水源和压力的装置,其底部离地面高度应根据输配水管网长度及弯曲情况确定,一般在1.5m左右。其液面采用自动控制,可及时补充水量,因此,容量不需太大,一般在1～1.5m3即可。重力池可用混凝土浇铸,也可直接用大塑料桶改装而成,其出水口离底面5cm,并在底部设一排污口,用普通水龙头手动关启。重力池也可充当自动施肥施药器使用,将肥料或农药先充分溶于水,倒入重力池配成一定浓度溶液,打开微喷灌电磁阀,即可实施自
6、动施肥施药。此过程控制系统处于手动状态,施肥施药结束后,应再通清水20min,以免肥料药液在灌水器出口处形成结晶,堵塞灌水器。在重力池后,应装设过滤器,以减少灌水器的堵塞。因水源在沉淀池内已经过沉淀与过滤,此外选择价格较低的筛网式过滤器,即可满足要求。根据不同作物灌溉要求,灌水器可选择滴头或微喷管,它们所需的水压范围大致一样,输配水管网的干管与支管间也可加设手动阀门,进行分垄浇灌,这可根据具体情况确定。2 自动控制系统LOGO!LOGO!是西门子公司开发的一种小型可编程控制器。其特点是体积小,编程简
7、单,参数设置方便,安装与维护方便,价格便宜,并且具有较强的逻辑功能,实时时钟功能及数字量/模拟量输入输出功能。2.1 选型及硬件接线图 LOGO!型号有多种,根据温室大棚的控制要求,笔者选用230RC型,其具有面板输入及显示功能,方便编程,有8个输入点、4个输出点,每个输出点电压为115～240V(DC/AC),电流可达10A,可直接联接电磁阀线圈。确定输出输入电压均为交流220V,所用器件可方便购买到。其硬件接线图见图2。各输入输出单元分配见表1。 KM2是离心泵电机主接触器,其由KA1或KA2
8、中间继电器接通,只要Y1或Y2一个得电,KM2即得电,启动离心泵运行。2.2 软件原理(图3)2.3 控制特点(1)手动与自动控制转换。根据控制要求,设置手动与自动2种控制模式,由转换开关SA设定。SA闭合时为自动模式,断开时为手动模式。手动模式时,控制按钮SB2、SB3通过RS触发器模块B08、B12同时起开启和关闭电磁阀的作用,可节省控制元件。(2)定时与延时控制。在自动控制模式下,利用LOGO!内置定时模块实现灌溉的时间和时长自动控制。B10与B15为定时模块,
