基于PLC和GPRS模块的山地智能灌溉系统设计

李宜汀，卢剑锋 ，杨肖委，潘振

(贵州大学机械工程学院，贵州贵阳550000)



基于PLC和GPRS模块的山地智能灌溉系统设计

李宜汀，卢剑锋 ，杨肖委，潘振

(贵州大学机械工程学院，贵州贵阳550000)

摘要：智能灌溉技术大幅缩减了人力、物力资源，提高了灌溉效率及精确度[1]。但山地环境普遍恶劣，不利于上位机布线及工作站点的设置。为此提出了一种远程控制[2]灌溉电磁阀门并监测传感器数值的方法。该设备采用GPRS无线模块与西门子PLC S7-200 224xp经RS485协议连接，利用组态软件通过配置OPC在电脑上或直接发送手机短信进行无线控制PLC并读出PLC模拟量模块EM231的土壤湿度，水压，水流量以供相关人员随时判断灌溉与否[3]。此方法从根本上解决了环境因素对实际工程的影响，并且结构简单，成本较低，操作方便，适合广大山地丘陵地区的中小灌溉区域推广。

关键词：智能灌溉山地环境PLC无线控制

4总结

本文是根据家具生产厂家的实际生产需求设计的一套板材冷压线控制系统，能实现板材冷压生产的自动化。经过现场调试后，该系统运行正常可靠，而且人机界面友好，操作简单，普通工人经过简单培训即可掌握操作方法[5]。在实际生产中大大降低了工人的劳动强度，改善了工作环境，降低了人工成本，提高了生产效率。本设计的思想和方法也能为其它相同类型的控制系统设计提供参考和借鉴，具有很好的实用价值。

参考文献

[1]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京航空航天大学出版社，2013.

[2]SIEMENS公司. SIMATIC S7-200 SMART系统手册[S].西门子(中国)有限公司,2013,10.

[3]王学良,张秋菊.基于PLC的机械手自动上下料控制系统设计[J].中国制造业信息化,2012，41(15)：59-62.

[4]冯清秀,田志宾,汤漾平,方波,朱林森,王俊慧.基于PLC控制的大型冲压设备自动上下料装置[J].锻压技术,2006(02)65-66+81.

[5]张建. 自动化控制系统设计要点浅析[J]. 科技致富向导,2013(15)229.

0引言

随着现代农业技术的发展，智能灌溉技术正逐渐取代传统灌溉技术并实现普及化。它做到了控制设备与相关人员经验的结合，使灌溉精确化，简易化。而诸如贵州、云南等多为山地或丘陵地势的农业种植地区，由于工作环境的局限性，大都不便在山坡设置工作站点以及远距离与上位机的布线连接。这对实现智能灌溉造成了阻碍。本文针对地理环境对实现自动化灌溉影响的问题，提出了一套具有无线控制功能的设备。该设备具有无线读写传感器数据以及控制电磁阀门开关功能。

1智能灌溉系统总体结构设计

该系统由传感器，管件，控制系统，水泵电机，电磁阀门以及上位机工作站组成。整个系统分为4个部分。

(1)数据采样模块

每一个灌溉工作站均安装了土壤湿度传感器，水流压力传感器和水液体涡轮流量计。三种传感器将测量模拟量数据经EM231模块A/D转换后进行相应换算，将数据显示在上位机中，便于了解环境对灌溉的影响情况[4]。

(2)下位机模块

触摸屏、GPRS无线模块与PLC构成了能远程GPRS或短信控制各灌溉区域的下位机模块[5]。GPRS模块与PLC相应继电器输出位关联后，通过监控采样部分的数据，工作人员远距离遥控无线模块即可控制下位机进行相应输出实现灌溉。触摸屏则方便了工作人员上山作业时直接在各下位机站点处发出指令[6]。

(3)上位机模块

GPRS模块通过OPC协议与PC连接后，PC作为上位机利用组态软件对采样数据进行分析并进行相应报警供工作人员参考，并提供相应控制面板进行下位机控制[7]。

(4)灌溉工作站

灌溉工作站各站点直接由其下位机直接控制阀门开关和水泵电机的启动停止，并将阀门和电机的状态进行反馈，方便监控和管理。

整个系统如图1所示。

图1　控制系统流程图

2硬件设计

山地环境普遍采光性好，故本系统选用了由太阳能板产生电能，蓄电池储存并供电的供能方式。此方式不仅绿色环保，更提供了能供各装置使用的24 V稳压电源，无需进行电压转换以及复杂布线。整个系统硬件包括了PLC、GPRS无线模块、空气开关、继电器、脉冲式电磁阀门、土壤湿度传感器、水压传感器、液体涡轮流量计和触摸屏。各部件选型如表1所示。

PLC的COM1和COM2串口分别与GPRS模块、触摸屏经RS485协议相连，使三者之间可以相互交换数据。

表1　器件选型表

3软件设计

该系统采用了组态王KingView软件保证了上位机与下位机之间的通讯。组态王是一款与PLC兼容性好、操作方便、工程上常用的组态软件。利用组态王与GPRS模块通过OPC连接可实现其与PLC，GPRS模块之间的相互地址关联[8]，从而实现远程控制灌溉系统。在软件中设置的报警事件和实时传感器趋势图也更方便工作人员管理和进行相应的操作。其运行界面如图2。

图2　组态王部分运行界面图

4安装及调试

智能灌溉系统经现场安装后进行了相应调试，工作人员可直观在上位机工作站中进行采样数据监测、开关阀门和启动/停止水泵电机的操作或直接发送手机短信到GPRS模块进行操作。当传感器数值超过或低于设定的上限值或下限值时，GPRS模块和组态王同时发出报警，并且GPRS模块给相应灌溉站管理人员发送报警短信。当传感器数值恢复正常范围后报警停止。

调试结果表明，该系统工作时稳定可靠，各方面均达到了设计要求。

5结束语

本文设计了一个由PLC和GPRS模块构成主控制系统的智能灌溉系统。由于该系统加入了无线控制功能，不仅解决了山地丘陵环境对工作站设置的阻碍，更提供了上位机以及短信收发两种监测控制，使相应管理人员即使不身处灌溉工作站或上位机工作站，也能随时实现对整个系统实施控制和读写数据的功能。文中阐述了该智能灌溉系统的硬件设计和软件设计。该设计不仅成本较低、结构简单环保，更以其操作简单、功能方便齐全的特点满足了智能灌溉的需求。由于具有节约水资源且设备维护简易的优点，该套设备适用于多种不利环境下的农牧业灌溉。在今后的研究中，应将各种作物的相应灌溉量、灌溉方式以及灌溉时间进行汇总，真正做到对各种作物实施因材灌溉，达到更好的自动化效果。

[1]姚舟华，魏新华，左志宇，等.自动灌溉施肥机工作状态监测系统[J].农业机械学报，2012，43(增1)：44-47.

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[4]夏洪，林刚勇，朱兆优，等.一种PLC控制的自动灌溉系统[J].机床与液压，2007,35(7)：64-65.

[5]张玲,崔晓伟,王婧.基于PLC与GPRS建筑供热节能监控系统开发[J].低温建筑技术，2009，31(5):107-108.

[6]吕品.PLC和触摸屏组合控制系统的应用[J]. 自动化仪表，2010，31(8)：45-47.

[7]叶建平，郑萍，李建平,等. 基于多模式无线控制的PLC设计与研究[J]. 化工自动化及仪表，2011，38(8)：978-981.

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Design of mountainous intelligent irrigation system based on PLC and GPRS module

LI Yiting，LU Jianfeng，YANG Xiaowei，PAN Zhen

Abstract:Intelligent irrigation technology has greatly reduced human and material resources, greatly improving the efficiency and accuracy of irrigation. But some mountain environment is generally complicated so that it is not easy to set the upper monitor's wiring and work site. In this paper, a method is proposed for the remote control of the electromagnetic valve and the monitoring of the sensor. The equipment adopts GPRS wireless module and Siemens S7-200 PLC 224.By linking with the agreement of the RS485 connection and using configuration software to deploy OPC, the PLC can be wirelessly controlled on computers or through sending text messages with mobile phones. Thus we can read the PLC analog module EM231 for such information as soil moisture, water pressure, water flow so as to decide whether irrigation is necessary or not. This method effectively solves the influence of environmental factors on practical operation. With its simple structure, low cost and convenient operation, it is suitable for small and medium irrigation areas in mountainous and hilly areas.

Keywords:intelligent irrigation; mountainous environment; PLC; wireless control

收稿日期：2015-07-08 2015-07-31

作者简介：唐江峰(1989-)，男，湖南湘潭人，南华大学在校研究生，主要从事机电一体化方向研究。 李宜汀(1992-)，男，籍贯：山东菏泽，贵州大学机械电子工程硕士研究生。

中图分类号：TP23

文献标识码：A

文章编号：1002-6886(2016)01-0052-03