李星宇 赵 野 苏志鹏 郑长富

(长春工业大学电气与电子工程学院，吉林 长春 130012)

基于触摸屏和PLC的太阳能自动灌溉系统研究

李星宇 赵 野 苏志鹏 郑长富

(长春工业大学电气与电子工程学院，吉林 长春 130012)

该研究以太阳能作为系统电源，基于触摸屏和PLC，以沈稻11为试材，通过检测稻田的实际土壤温湿度，并与水稻生长的最适湿度进行比较，根据实际农业灌溉过程中建立的PID控制规则，实现了稻田的自动节水灌溉。该系统响应时间大约1 s，稳态误差小于2%，对湿度控制精确，水稻生长良好。

太阳能自动灌溉系统；温湿度检测；触摸屏；PLC

0 引言

我国太阳能资源丰富，农业灌溉用水用电极为短缺。利用太阳能给自动灌溉系统供电，环保省电，应用自动灌溉系统可以高效地利用现有水电资源，达到科学灌溉，实现农作物的增产。水稻生长最适湿度范围在50%～90%，高温有利于光合作用，而湿度高通常会使温度降低，所以在允许范围内，应尽量降低土壤湿度，达到节水、增产的目的[1]。

1 系统的组成

自动灌溉系统由西门子S7-200XP和西门子MP277-8寸触摸屏组成，S7-200XP通过模拟量输入模块和土壤温湿度传感器、空气温度传感器、液位传感器、流量计采集农田的温度、湿度，空气的温度、水塔水位高度和出水口流量信号，控制抽水水泵、灌溉水泵和电磁阀，抽水水泵完成向水塔抽水，灌溉水泵实现恒定流量灌溉，使水稻生长在最适湿度。PLC与触摸屏通过MPI电缆连接，在触摸屏上可进行稻田灌溉区域及控制模式的选择。触摸屏可以显示实时的土壤温度、湿度值、空气温度值、水塔水位高度值、湿度曲线、水塔水位高度曲线、出水口流量值和PID曲线；且土壤湿度值、水塔水位高度值、出水口流量值和PID参数可以通过触摸屏进行设置，通过触摸屏给PLC发送指令，以控制现场的执行机构。

评判自动控制系统最重要的参数是响应时间和稳定性，对于稻田灌溉系统来说，响应时间的要求不是很高，达到3 s左右就能满足灌溉要求[2]，本系统响应时间大约1 s，稳态误差小于1%，太阳能自动灌溉系统组成如图1所示。

图1 太阳能自动灌溉系统组成框图

2 触摸屏设计

MP277-8寸触摸屏作为上位机，PLC作为下位机，采用MPI通信，波特率187.5 kb/s。PLC接收来自上位机的各种命令，控制整个系统的协调工作：触摸屏作为上位机，用于进行各种参数设置、报警反馈、工作模式选择、设备运行状态监控等。西门子触摸屏组态软件WinCC flexible 2008中文版界面友好直观，可以对MP277-8寸Touch进行组态[3-5]。

该系统中组态画面包括：

(1) 初始画面如图2所示，作为起始画面，用于对系统主要功能的选择，包括进入主画面、系统实时参数、系统参数设置、曲线记录、报警画面、用户注销。

图2 初始画面

(2) 主画面如图3所示，显示系统的整体结构，对控制模式的选择，实时参数的显示，有利于用户使用。当现场设备出现故障或者参数超出范围时会在报警画面进行提示。报警器响并显示报警信息。工作人员可根据画面中的信息找到故障。排除故障后，报警信息消失。

图3 主画面

3 结语

PLC稳定的控制功能结合上触摸屏的人机交互界面，大大减少了电气接线，操作方便。实时显示被控系统的参数值、显示曲线、控制、报警、记录及设置参数等功能，实现了农业生产的优化控制。

[1] 何创新，李彦明，刘成良，等.温室微灌恒压组态轮灌自动控制系统[J].计算机工程，2010，36(27)：222～224

[2] 魏凯，安进强，孔彦龙.基于PLC与触摸屏模糊滴灌系统设计[J].中国农村水利水电，2013(12)：72～76

[3] 张铮，饶志训，黄志峰，等.基于WinCC Flexible和PLC的高压发泡机控制系统设计[J].自动化应用，2013(4)：71～73

[4] 西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子人机界面[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009

[5] 廖常初.西门子人机界面[M].北京：机械工业出版社，2007

2014-09-25

李星宇(1987—)，男，吉林白山人，硕士研究生，研究方向：工业自动化。