基于PLC的太阳能滴灌系统设计

2021-09-29广东理工学院李梓勇闲宇祺

电子世界 2021年14期

广东理工学院李梓勇闲宇祺

本文设计了一个太阳能滴灌系统，其控制方式采用PLC控制，其能源由太阳能电池提供。该系统工作流程为土壤温湿度传感器采集土壤的温度和湿度两个模拟量，再经过AD转换成PLC能识别的数字量信号，最终通过PLC的比较指令控制阀门的开关达到滴灌效果。通过设计后仿真，仿真结果满足题目要求。

地球上的资源分为可再生资源和不可再生资源，如今，全世界面临着资源枯竭，能源紧张等问题。造成这一现象的主要原因是社会对资源能源的需求巨大，若继续这样无节制地使用，资源能源将制约人类社会的发展，由此我们需要利用可再生能源和减少资源的浪费。

本次设计太阳能滴灌系统从两个方面进行，一是对太阳能的利用，二是利用滴灌技术减少水资源的浪费。太阳能被称为清洁能源，是因为它在进行能源转换时不会产生污染，在现阶段的运用已有太阳能发电、太阳能热水器等。

在全球淡水资源的消耗中，农业用水约占70%，如何节约农业用水就显得格外重要。运用滴灌技术既能节约资源，还能带来不错的经济效益和良性的生态效益。

本设计是设计一个太阳能滴灌系统，整个系统的能源由太阳能电池提供，驱动整个系统装置。通过土壤温湿度传感器将土壤湿度和环境温度反馈给PLC，PLC按照设定好的应用指令进行运算后，通过控制阀门达到自动滴灌的效果。

1 系统组成

1.1 太阳能部分

太阳能滴灌系统的供电由太阳能提供，而太阳能发电电压不稳定，容易受天气的影响等。太阳能发电属于直流电，交流电设备无法使用等。结合上述情况，设计了一个有太阳能电池板、稳压器、电池、辅助能源、逆变器等的太阳能系统。如图1所示。

图1 太阳能部分结构

太阳能电池板：其发电原理是利用了半导体材料的光电效应，能够在光照下吸收特定波长段内光的能量，并将之用来激发自由电子和空穴对，自由电子和空穴的定向扩散运动会产生电动势和电能。太阳能发电后的电能可以直接给用电设备供电，也可以储存在蓄电池里面。

稳压器：保护整个系统的正常运行，提供稳定电压等功能。

电池：用于储存太阳能电池板发电的电能，在雨天或夜晚等没有光照情况下为PLC供电等。

辅助能源：为了避免长期的阴雨天造成蓄电池电量用完而无法控制滴灌系统等情况，设置一个紧急情况时可接入其他能源的接口，以保证滴灌系统的正常运行。

逆变器：可将直流电转换成交流电的逆变器，也可转换成相应所需的交流电压。

1.2 滴灌部分

滴灌部分可分为PLC和水阀电动机两个结构。本设计的PLC工作内容有接收传感器传输过来的模拟量信号，再经过FX2N-2AD模块的AD转换，把模拟量信号转换成数字量信号存储在PLC的数据寄存器（D）中，再进行设定好的比较程序，根据不同情况，做出相应的输出。当PLC做出打开水阀指令时，水阀电动机正转，阀门打开，配套用水系统的水才能通过阀门进行滴灌，当PLC做出关闭水阀指令时，水阀电动机反转，阀门关闭，配套用水系统的水无法通过阀门进行滴灌。

FX2N-2AD模拟量输入模块接线方式如图2所示。FX2N-2AD模拟量输入模块有两个输入通道CH1、CH2，用于将外部两点输入的模拟信号转换成12位数字量信号，然后传送到可编程控制器的基本单元中。

图2 FX2N-2AD模拟量输入模块的接线方式

根据设计要求，我们需要一个能正反转的电动机。其接线图如图3所示。

图3 正反转电动机

PLC输入分配关系如表1所示。

表1 PLC输入分配表

PLC输出分配关系如表2所示。

表2 PLC输出分配表

2 太阳能滴灌系统软件设计

太阳能滴灌系统流程图如图4所示。根据设计要求，我们需要通过土壤温湿度传感器采集土壤的温度和湿度两个模拟量，采用FX2N-2AD模拟量输入模块就能满足设计需求。程序中的X3表示启动按钮，X4表示停止按钮，X0表示打开CH1通道，X1表示打开CH2通道。我们设置CH1通道采集的是湿度值，CH2采集的是温度值。