寒地水稻水层管理控制系统的设计

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1、寒地水稻水层管理控制系统的设计：系统通过上位机利用无线通信方式对水稻生长环境包括温度、湿度、露点、雨量、太阳辐射、光合有效辐射、水面蒸发、水温、水量、水深、泥温等数据进行实时监测与分析，并通过下位机可编程控制器（PLC）控制执行设备，实现寒地水稻在不同生长期对水层管理的需求。初步试验表明系统的自动控制过程稳定，为今后水稻生长全过程的自动节水灌溉控制提供了新的思路。　　关键词：生长环境；水层管理；可编程控制器（PLC）；无线通信　　：S274.2；S511：A：0439-8114（2013）11-2657-04　　寒地水稻是我国北方地区大面积种植的作物，种植技术日

2、趋成熟。寒地水稻的整个生长过程可分为大棚育秧和田间生长两个阶段。随着数字化大农业的快速发展，越来越多的数字化和信息化手段应用于农业生产、农产品加工等领域[1]。其中，对于农田灌溉的监控还处于早期的人工监控阶段，工作效率较低且成本高。　　可编程控制器（简称PLC）具有结构简单、性能优良、抗干扰性能好、可靠性高和易于功能扩展等诸多优点[2]，在机械、化工、电力、石油天然气等行业已得到广泛应用，成为工业现场进行实时控制的最主要的控制手段[3]。同时，利用PLC所具有的串行通信和计算机的X络通信功能，可实现计算机对多台PLC控制装置进行远程集中监控[4]。因此，本研究借

3、鉴PLC在工业生产中的成功经验，通过无线X络传输方式，对农田作物的生长和灌溉状况进行实时监控，以提高农田水稻生产效率。　　1系统组成及功能　　寒地水稻水层管理控制系统组成如图1所示。水层管理系统以PLC作为控制核心，PC机作为上位机通过无线X络实时对格田作物生长环境、执行装置等信息进行定期的数据收集和存储。将PLC与电动执行器、水位传感器和无线传输模块等设备相连，共同构成系统的基本RTU单元，在现场对农田水层进行智能化管理和监控。上位机与下位机可以构成主从式一点对一点或者一点对多点的远程无线监控X络。在上位机和现场控制终端PLC之间采用异步串行通信协议，以半双工

4、轮询方式通过无线数传模块与PLC通信。其中，无线数传模块采用透明方式工作，只起数据传输作用，整个X络数据收发采用同一频率，通信时站点的识别是通过对PLC进行不同地址编号来实现的。　　寒地水稻水层管理控制系统的主要功能是按照农作物的不同生长期，根据外界环境变化的影响自动完成秧苗供水控制，达到按需供水的目的，从而有效提高农作物的产量和水的利用率。　　1.1电动执行器　　电动执行器是控制系统终端的执行设备，为了实现远程控制和操作，系统采用电动蝶阀完成对格田的给排水。通过与控制器相连的触摸屏，操作人员可以对格田阀门进行手动操作，同时在触摸屏上也可以设置格田所需水位高低，

5、控制器可以根据设置水位参数自动完成阀门的开启和关闭以达到作物所需的用水量。电动蝶阀除本身能够电动开启和关闭外，还具有开启和关闭的位置信号，上位机可以通过与控制器PLC的数据传输，实时监测现场阀门的工作状态，实现对农田作物给水和排水的远程实时监控。　　由于工作现场环境条件较差，为保证工作的可靠性和安全性，电动蝶阀执行器采用24V直流电动机，电动执行器端子接线如图2。通过端子1和2输入给电动机+24V或-24V的电压信号，实现对阀门的开启和关闭。当电动蝶阀开启到位或关闭到位时，通过阀门内部限位开关的触点，通过端子4、端子5和端子6输出阀门的开关位置信号供PLC使用。

6、　　1.2超声波水位计　　1.3UT620通信转换模块　　UT620是为TCP/IP到RS-232/422/485之间完成数据转换的通讯接口转换器，UT620型转换模块外部端子接线如图4。UT620内建的RTOS（实时操作系统）及完整的TCP/IP通讯协议，可使UT-620不只提供可靠稳定的操作平台，更可使原有系统简便快速地经由Inter进行远程管理。UT620可通过配套软件在计算机上进行参数设置，最后可生成多个虚拟串口，来实现以太X与RS485通信方式之间的数据转换与传输。　　2PLC控制器软件设计　　系统的PLC采用的是三菱FX2N系列的可编程控制器。三菱F

7、X2N系列可根据具体情况定制特殊功能的产品，如温度控制模块、位置控制模块、模拟量输入输出模块等[5，6]。它具有体积小、工作可靠性高、高性价比的优势，在国内外很多监控系统中都有广泛的应用。　　2.1主程序设计：系统通过上位机利用无线通信方式对水稻生长环境包括温度、湿度、露点、雨量、太阳辐射、光合有效辐射、水面蒸发、水温、水量、水深、泥温等数据进行实时监测与分析，并通过下位机可编程控制器（PLC）控制执行设备，实现寒地水稻在不同生长期对水层管理的需求。初步试验表明系统的自动控制过程稳定，为今后水稻生长全过程的自动节水灌溉控制提供了新的思路。　　关键词：生长环境；水

8、层管理；可编程控制器（P