基于PLC控制技术的农业自动灌溉系统设计

摘要：

水是一切生命过程中不可替代的基本要素，水资源是国民经济和社会发展的重要基础资源。我国是世界上13个贫水国之一，人均水资源占有量2300立方米，只有世界人均水平的1/4，居世界第109位。而且时空分布很不均匀，南多北少，东多西少；夏秋多，冬春少；占国土面积50%以上的华北、西北、东北地区的水资源量仅占全国总量的20%左右。

近年来，随着人口增加、经济发展和城市化水平的提高，水资源供需矛盾日益尖锐，农业干旱缺水和水资源短缺已成为我国经济和社会发展的重要制约因素，而且加剧了生态环境的恶化。按现状用水量统计，全国中等干旱年缺水358亿立方米，其中农业灌溉缺水300亿立方米。20世纪90年代以来，我国农业年均受旱面积达2000万公顷以上，全国660多个城市中有一半以上发生水危机，北方河流断流的问题日益突出，缺水已从北方蔓延到南方的许多地区。由于地表水资源不足导致地下水超采，全国区域性从地下水降落漏斗面积已达8.2万平方公里。

发达国家的农业用水比重一般为总用水量的50%左右。目前，我国农业用水比重已从1980年的88%下降到目前的70%左右，今后还会继续下降，农业干旱缺水的局面不可逆转。北方地区水资源开发利用程度已经很高，开源的潜力不大。南方还有一些开发潜力，但主要集中在西南地区。

我国农业灌溉用水量大，灌溉效率低下和用水浪费的问题普遍存在。目前全国灌溉水利用率约为43%，单方水粮食生产率只有10公斤左右，大大低于发达国家灌溉水利用率70%~80%、单方水粮食生产率2.0公斤以上的水平。通过采用现代节水灌溉技术改造传统灌溉农业，实现适时适量的“精细灌溉”，具有重要的现实意义和深远的历史意义。在灌溉系统合理地推广自动化控制，不仅可以提高资源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。

本次设计是采用PLC控制多路不同的土壤湿度，浇灌的开启和停止完全由土壤的湿度信号控制，能使土壤的湿度值保持在作物生长所需要的最佳范围之内。这样既有利于作物的生长，又能节约宝贵的水资源。

1、自动浇灌系统简介

系统采用自行研制的湿度传感器监测土壤的湿度情况，当土壤湿度低于所要求的值后，自动开启水泵电机和电磁阀，对该土壤浇水，当湿度达到所要求的值后，停止浇水。

为满足不同作物或同种作物在不同生长期对土壤湿度要求的不同，本系统采用PLC多路控制，在PLC的程序中设定相应的比较值（上下限） ，以便每一路均可设定不同的湿度控制范围。工作中把传感器的当前信号与程序的设定值进行比较，根据比较的结果决定土壤是否需要浇水，若当前信号达到设定的下限值，则开启浇灌系统对作物进行灌溉；当土壤湿度达到设定的上限值，则关闭浇灌系统。

2、电气原理

图1中输入电压是AC220V。空气开关选用DC47-60C5。是一种既有手动开关作用又能自动进行欠电压、失电压、过载和短路保护的开关。KHDY1开关电源具有两路输出，一路是DC24V，为PCL供电；另一路是DC5V，为湿度传感器电路和水位自动控制电路提供电源。KHDY2开关电源输出DC24V，为电磁阀和继电器提供电源，两个开关电源均为50W。