基于PLC控制技術的農業自動灌溉系統設計

摘要：

水是一切生命過程中不可替代的基本要素，水資源是國民經濟和社會發展的重要基礎資源。我國是世界上13個貧水國之一，人均水資源占有量2300立方米，只有世界人均水平的1/4，居世界第109位。而且時空分布很不均勻，南多北少，東多西少；夏秋多，冬春少；占國土面積50%以上的華北、西北、東北地區的水資源量僅占全國總量的20%左右。

近年來，隨著人口增加、經濟發展和城市化水平的提高，水資源供需矛盾日益尖銳，農業干旱缺水和水資源短缺已成為我國經濟和社會發展的重要制約因素，而且加劇了生態環境的惡化。按現狀用水量統計，全國中等干旱年缺水358億立方米，其中農業灌溉缺水300億立方米。20世紀90年代以來，我國農業年均受旱面積達2000萬公頃以上，全國660多個城市中有一半以上發生水危機，北方河流斷流的問題日益突出，缺水已從北方蔓延到南方的許多地區。由于地表水資源不足導致地下水超采，全國區域性從地下水降落漏斗面積已達8.2萬平方公里。

發達國家的農業用水比重一般為總用水量的50%左右。目前，我國農業用水比重已從1980年的88%下降到目前的70%左右，今后還會繼續下降，農業干旱缺水的局面不可逆轉。北方地區水資源開發利用程度已經很高，開源的潛力不大。南方還有一些開發潛力，但主要集中在西南地區。

我國農業灌溉用水量大，灌溉效率低下和用水浪費的問題普遍存在。目前全國灌溉水利用率約為43%，單方水糧食生產率只有10公斤左右，大大低于發達國家灌溉水利用率70%~80%、單方水糧食生產率2.0公斤以上的水平。通過采用現代節水灌溉技術改造傳統灌溉農業，實現適時適量的“精細灌溉”，具有重要的現實意義和深遠的歷史意義。在灌溉系統合理地推廣自動化控制，不僅可以提高資源利用率，緩解水資源日趨緊張的矛盾，還可以增加農作物的產量，降低農產品的成本。

本次設計是采用PLC控制多路不同的土壤濕度，澆灌的開啟和停止完全由土壤的濕度信號控制，能使土壤的濕度值保持在作物生長所需要的最佳范圍之內。這樣既有利于作物的生長，又能節約寶貴的水資源。

1、自動澆灌系統簡介

系統采用自行研制的濕度傳感器監測土壤的濕度情況，當土壤濕度低于所要求的值后，自動開啟水泵電機和電磁閥，對該土壤澆水，當濕度達到所要求的值后，停止澆水。

為滿足不同作物或同種作物在不同生長期對土壤濕度要求的不同，本系統采用PLC多路控制，在PLC的程序中設定相應的比較值（上下限） ，以便每一路均可設定不同的濕度控制范圍。工作中把傳感器的當前信號與程序的設定值進行比較，根據比較的結果決定土壤是否需要澆水，若當前信號達到設定的下限值，則開啟澆灌系統對作物進行灌溉；當土壤濕度達到設定的上限值，則關閉澆灌系統。

2、電氣原理

圖1中輸入電壓是AC220V。空氣開關選用DC47-60C5。是一種既有手動開關作用又能自動進行欠電壓、失電壓、過載和短路保護的開關。KHDY1開關電源具有兩路輸出，一路是DC24V，為PCL供電；另一路是DC5V，為濕度傳感器電路和水位自動控制電路提供電源。KHDY2開關電源輸出DC24V，為電磁閥和繼電器提供電源，兩個開關電源均為50W。