全自动节水灌溉系统硬件设计(附件)【字数：7187】
摘 要 1一、引言 2（一）研究背景 2（二）研究目的与意义 2二、灌溉系统的理论分析及方案确定 3(一)灌溉系统理论分析 3(二)灌溉系统的控制原理分析 4(三)灌溉系统方案的确定 4(四)灌溉系统中水泵切换条件的分析 5三、变频恒压灌溉系统的硬件设计 6(一)系统主要硬件配置和选型 6(二)灌溉系统主电路的分析及设计 9(三)灌溉系统控制电路的分析及设计 10(四)PLC的I/O端子分配 11(五)变频器的接线及其参数设置对系统性能的影响 12总 结 13参考文献 14致 谢 15摘 要灌溉系统的具体技术要求,设计开发出来由西门子PLC、西门子逆变器、水泵电机等等装置组成,自动频率变换定功能电压节水式灌溉系统。可以对电动机进行自动频率可变恒定电压控制、手动频率可变控制,手动频率可变控制。传统灌溉系统存在的许多问题都得到了很好的解决，为提高系统的可靠性提供了许多辅助功能。本文采用变频技术控制电机，通过管网实现恒压灌溉。压力传感器用于对水压进行采样,使用PLC的PID模块。通过使用PID模块对其进行了全程闭环管理,实现了灌溉系统的节水和节能化。提出由3台大泵和1台辅助小泵组成的泵单元，对泵的变频调速进行了分析和设计，实现了一个平稳、节能的控制过程。
目 录
一、引言
（一）研究背景
随着现代农业信息技术的崛起，农业机械设备上越来越多的科学技术得到了有效运用，在干旱地区和高海拔地区，绝大多数农作物都需要进行灌溉水以满足作物存活需求。本文基于PLC控制的全自动灌溉系统，选择西门子PLC，西门子变频器，水泵电机的选择与设计来对灌溉系统的硬件部分进行设计，通过自动变频器和自动调速器的技术设计可以直接达到对水泵电机的速度进行自动控制,通过灌溉管网控制可以直接实现直流恒压式自动喷灌。通过一个小型压力式温度传感器来向采样系统给出灌水压力数值,并且同时采入名为PLC的一个PID控制模块,通过一个PID控制模块对其压值进行了一个闭环控制,来从而有效达到节水灌溉系统的有效储能节水和资源低碳化。
（二）研究目的与意义
1.研究目的
中国的淡水资源规模比较庞大,居于全球第四位。然而中国人的平均饮用水资源却十分稀少,占到了全世界平均饮用水淡水的四分之一。中国的自然水资源分配十分失调,很多 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
地。区苦于极。度的不足。同时，中国。的农业和灌。溉正苦于饮。用水资源的严。重浪费。在这样。的时代，有必。要充分节。约有限的饮用。水资源，消。除国内饮。用水资。源不足，发展基。于技术和能。源节约的近。代农业，来实现我们的农业和灌溉稳定化、节能化、经济化。本文章开始前,通过对于中国目前农业灌溉系统地调查和国外灌溉系统的分析，可得出中国节水灌溉系统创新能力强、但是节水效率低、可靠性低、产品质量差的结论。在这种情况下，需要设计可靠、灵活、适用范围广、强大、易于维护的自动灌溉系统来应对当前的困境。
2.研究意义
在这个时代，人的生活中水资源是不可缺少的，水是我们最宝贵的资源，节水在我们的时代已经达成一致。目前我国农业生产，不仅要提高我国农业用水的使用率，还要合理高效地增加一些自动化设备，以减轻国家供水资源的压力。提高作物的生产能力，削减灌溉成本。完全自动灌溉模式与手动灌溉模式相比，有节水、节能、节约肥料、省力化的优点。同时，可以排除灌溉管理的人为恶劣影响。大大的提高管理精度，实现水资源地有效利用。
二、灌溉系统的理论分析及方案确定
(一)灌溉系统理论分析
通过分析灌溉系统的控制模型，可以得到控制系统的网络流量量、需求量、网络流量量大的结论，由此对受控系统设定流量，分析供水系统的水头和管道电阻的特性而且，流动与负。荷成反比。负荷越。低，流量越。大，控制系。统的负荷越。大，系统响。应的水压会增。加水压P。减少供水和水需求的关系使之平衡即可控制流量。那个余额如下。
（1）供水量QC>需水量QU，压力增大；
（2）供水量QC<需水量QU，压力减小；
（3）供水量QC=需水量QU，压力不变。
根据这。个平衡关。系，压力的变。化反映着供。水和需求的平。衡，系统通。过控制管。道内的水。压可以取得供。求的平衡。
图21显示了灌。溉系统的升。力和阻。力特性。阀门开。度不变时的头。部H与流。量Q的。关系。
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图21 灌溉系统扬程特性、管阻特性
从上图的水头特性曲线可以看出,管网中的流量Q与水头H成反比。流量Q越大，水头H越小。水头特性反映了当系统的阀开度和泵转速都没有变化时Q和H的关系。该管关道内水流的多少主要依赖于整个系统实际使用水源的情况。因此水头特性反映水头H与水流量QU的系。系统的管阻特性反映了送水泵转速不变时的系统,此时阀开度考虑到扬程H与水流量QU的关系而定量。按耐流量H的比例开。流量Q越大，水头H越大。因此，管道电阻特性反映了泵的供水能量，以克服管道内的水压和水流阻力。在不改变泵速度的情况下获得管道电阻特性。但是，实际上，泵旋转数没有变化，阀开度发生变化时的管阻特性反映了水头H和供水QC的关系。管道升。力特性和电。阻曲线的交。点A是管。道升力特。性和电阻曲。线的适用点。在A。点，系统的使。用水量和供。给水量相。等，系统达。到平衡A。同时观。察管道的升。降特性和电。阻特性，确。保运行稳定。系统。
(二)灌溉系统的控制原理分析
在设计灌。溉系统硬件。和软件之。前，必须分。析灌溉系。统的控制原。理，制定全。面控制计划。图23表。示灌溉系。统的控。制电路图。该系统由P。LC模块、PL。C模拟扩。展模块、频。率转换器、泵。组、官方网。络、压力传。感器、压力转。换器等构成。
该系。统的控制模。式是基于通。过PLC的P。ID链接来控。制水压的原。则。实际的水。压通常有水。压和水。压调整。控制过。程：系统通。过压力传感。器设定系。统内的压。力值，将实。际压力值发。送给PLC。 PLC，比较。实际值，当实。际值低。于PLC设。定值。时设置值。PID链。接到控。制移相。器的频率和数。据输出频。率转换器可。以提高泵。速度，以改善实。际供水。实际水压。达到一定。值后，压力传感。器和实际水。压进入PLC，与实。际水压设。定的水压进。行比较。
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图23灌溉系统控制原理图
(三)灌溉系统方案的确定
根据控。制原则。建议灌。溉系统分别由控。制模块、测试模。块和执行模。块构成。该系统。只使用PID模。块的PLC控。制系统进行恒。定电压实时灌溉。同时在压力不足情况下可通过增加马达动作频率，可实现与管理者设定的压力相同的管道内压力，系统可监控灌溉和实时数据传输。
目 录
一、引言
（一）研究背景
随着现代农业信息技术的崛起，农业机械设备上越来越多的科学技术得到了有效运用，在干旱地区和高海拔地区，绝大多数农作物都需要进行灌溉水以满足作物存活需求。本文基于PLC控制的全自动灌溉系统，选择西门子PLC，西门子变频器，水泵电机的选择与设计来对灌溉系统的硬件部分进行设计，通过自动变频器和自动调速器的技术设计可以直接达到对水泵电机的速度进行自动控制,通过灌溉管网控制可以直接实现直流恒压式自动喷灌。通过一个小型压力式温度传感器来向采样系统给出灌水压力数值,并且同时采入名为PLC的一个PID控制模块,通过一个PID控制模块对其压值进行了一个闭环控制,来从而有效达到节水灌溉系统的有效储能节水和资源低碳化。
（二）研究目的与意义
1.研究目的
中国的淡水资源规模比较庞大,居于全球第四位。然而中国人的平均饮用水资源却十分稀少,占到了全世界平均饮用水淡水的四分之一。中国的自然水资源分配十分失调,很多 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
地。区苦于极。度的不足。同时，中国。的农业和灌。溉正苦于饮。用水资源的严。重浪费。在这样。的时代，有必。要充分节。约有限的饮用。水资源，消。除国内饮。用水资。源不足，发展基。于技术和能。源节约的近。代农业，来实现我们的农业和灌溉稳定化、节能化、经济化。本文章开始前,通过对于中国目前农业灌溉系统地调查和国外灌溉系统的分析，可得出中国节水灌溉系统创新能力强、但是节水效率低、可靠性低、产品质量差的结论。在这种情况下，需要设计可靠、灵活、适用范围广、强大、易于维护的自动灌溉系统来应对当前的困境。
2.研究意义
在这个时代，人的生活中水资源是不可缺少的，水是我们最宝贵的资源，节水在我们的时代已经达成一致。目前我国农业生产，不仅要提高我国农业用水的使用率，还要合理高效地增加一些自动化设备，以减轻国家供水资源的压力。提高作物的生产能力，削减灌溉成本。完全自动灌溉模式与手动灌溉模式相比，有节水、节能、节约肥料、省力化的优点。同时，可以排除灌溉管理的人为恶劣影响。大大的提高管理精度，实现水资源地有效利用。
二、灌溉系统的理论分析及方案确定
(一)灌溉系统理论分析
通过分析灌溉系统的控制模型，可以得到控制系统的网络流量量、需求量、网络流量量大的结论，由此对受控系统设定流量，分析供水系统的水头和管道电阻的特性而且，流动与负。荷成反比。负荷越。低，流量越。大，控制系。统的负荷越。大，系统响。应的水压会增。加水压P。减少供水和水需求的关系使之平衡即可控制流量。那个余额如下。
（1）供水量QC>需水量QU，压力增大；
（2）供水量QC<需水量QU，压力减小；
（3）供水量QC=需水量QU，压力不变。
根据这。个平衡关。系，压力的变。化反映着供。水和需求的平。衡，系统通。过控制管。道内的水。压可以取得供。求的平衡。
图21显示了灌。溉系统的升。力和阻。力特性。阀门开。度不变时的头。部H与流。量Q的。关系。
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图21 灌溉系统扬程特性、管阻特性
从上图的水头特性曲线可以看出,管网中的流量Q与水头H成反比。流量Q越大，水头H越小。水头特性反映了当系统的阀开度和泵转速都没有变化时Q和H的关系。该管关道内水流的多少主要依赖于整个系统实际使用水源的情况。因此水头特性反映水头H与水流量QU的系。系统的管阻特性反映了送水泵转速不变时的系统,此时阀开度考虑到扬程H与水流量QU的关系而定量。按耐流量H的比例开。流量Q越大，水头H越大。因此，管道电阻特性反映了泵的供水能量，以克服管道内的水压和水流阻力。在不改变泵速度的情况下获得管道电阻特性。但是，实际上，泵旋转数没有变化，阀开度发生变化时的管阻特性反映了水头H和供水QC的关系。管道升。力特性和电。阻曲线的交。点A是管。道升力特。性和电阻曲。线的适用点。在A。点，系统的使。用水量和供。给水量相。等，系统达。到平衡A。同时观。察管道的升。降特性和电。阻特性，确。保运行稳定。系统。
(二)灌溉系统的控制原理分析
在设计灌。溉系统硬件。和软件之。前，必须分。析灌溉系。统的控制原。理，制定全。面控制计划。图23表。示灌溉系。统的控。制电路图。该系统由P。LC模块、PL。C模拟扩。展模块、频。率转换器、泵。组、官方网。络、压力传。感器、压力转。换器等构成。
该系。统的控制模。式是基于通。过PLC的P。ID链接来控。制水压的原。则。实际的水。压通常有水。压和水。压调整。控制过。程：系统通。过压力传感。器设定系。统内的压。力值，将实。际压力值发。送给PLC。 PLC，比较。实际值，当实。际值低。于PLC设。定值。时设置值。PID链。接到控。制移相。器的频率和数。据输出频。率转换器可。以提高泵。速度，以改善实。际供水。实际水压。达到一定。值后，压力传感。器和实际水。压进入PLC，与实。际水压设。定的水压进。行比较。
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图23灌溉系统控制原理图
(三)灌溉系统方案的确定
根据控。制原则。建议灌。溉系统分别由控。制模块、测试模。块和执行模。块构成。该系统。只使用PID模。块的PLC控。制系统进行恒。定电压实时灌溉。同时在压力不足情况下可通过增加马达动作频率，可实现与管理者设定的压力相同的管道内压力，系统可监控灌溉和实时数据传输。
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