2.5 电气接线

考虑到设备功能异常等特殊原因，手动控制时信号不再经过PLC运算，使用按钮、继电器等常规控制方法进行手动控制。由于PLC输出功率有限，而外部负载功率需要根据外部环境确定且工作时长不确定，若用PLC直接驱动负载容易将对应的输出点击穿，采用中间继电器进行逐级功率放大，系统电气接线如图2所示。

2.6 中央控制柜

图2 电气接线

结合温室大棚控制室空间，综合考虑结构紧凑、功能完备等因素，中央控制柜如图3所示。当电源上电后，绿色指示灯点亮；当系统运行时，绿色指示灯熄灭，红色指示灯点亮；用户转动三位旋转开关进行模式切换时，对应的模式指示灯点亮；当土壤缺水或缺肥时，蜂鸣器响起，同时对应的黄色指示灯闪烁。系统处于灌溉或施肥灌溉时，对应的指示灯点亮。手动控制时，单独启动施肥或灌溉施肥功能也可将对应的指示灯点亮。

图3 中央控制柜布局

3 软件设计

系统分为停止、手动、自动3种运行模式。手动模式用于系统安装、调试、维护检修及作物特定状态下的灌溉。在手动模式中，工作人员先将转换开关旋转至手动模式，之后按下灌溉启动按钮，系统将进行灌溉动作；按下灌溉施肥按钮，系统将进行灌溉施肥动作，直至操作人员按下停止按钮，系统停止动作，灌溉或灌溉施肥动作停止。在自动模式中，工作人员只需将转换开关旋转至自动模式，系统首先进行初始化动作，之后土壤电导率传感器将自动检测土壤肥力，并将其转化为电信号传送给PLC的输入端，PLC将该电信号不断与设定值进行对比，若土壤肥力在设定值上下限之内，系统进行下一步，对土壤湿度进行检测，若土壤湿度也在设定值上下限之内，系统返回初始值并进行下一周期工作；若土壤肥力低于设定的下限值时，对应的报警系统动作，提示工作人员土壤处于缺肥模式，同时系统开启施肥灌溉模式，直至土壤肥力达到设定上限值，施肥灌溉模式停止，报警系统停止动作；之后系统进行下一步工作，通过土壤湿度传感器检测土壤干湿度，并将其转换为电信号传入PLC，此时控制器将该电信号与设定值不断进行比较，若土壤湿度数值在预先设定的上下限阀值区间内，系统返回初始化并重新检测，若土壤湿度或土壤电导率低于设定下限值，对应的报警系统动作，同时系统将开启灌溉模式，直至土壤湿度达到设定上限值，系统工作结束。系统流程如图4所示。

4 实例试验

图4 系统流程

选择杨凌农业示范区一座番茄种植大棚对系统稳定性、有效性及精度是否满足要求进行系统测试。测试方法为使系统运行在自动模式下，同时用移动式工具测量土壤湿度及电导率，检测和对比系统误差，检测结果如表2所示。结果表明，该系统对土壤湿度及电导率的测量与实际测量误差极小，运行稳定可靠。

5 小结

该研究设计的水肥一体灌溉系统以PLC为核心控制器，将传感技术、自动控制技术等科学技术与农业生产相结合，有效提高了设施农业种植灌溉的肥水使用效率，制作开发周期较短，功能够用、价格低廉、操作简便，能够满足中小型设施农业种植灌溉的自动控制和无人值守，经过样机制作和测试检验，系统运行较为稳定，具有广阔的推广价值。

表2 土壤湿度与电导率测试数据?

［1］孙锋申，马伟顺，李合菊，等.多功能水肥一体机设计［J］.电子技术与软件工程，2018，49（4）：40.

［2］姜岩，唐勇伟，李成攻，等.基于专家系统的水肥一体机智能控制系统［J］.现代农业科技，2018（10）：191-193.

［3］晁阳.基于单片机的水肥一体控制器的设计［J］.自动化技术与应用，2018（7）：108-140.

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文章来源：《农业技术与装备》 网址: http://www.nyjsyzb.cn/qikandaodu/2021/0708/904.html