一種PLC自動化農(nóng)藥灌溉機(jī)

徐晶霞 焦 健

(長春師范大學(xué)物理學(xué)院，吉林 長春 130032)

0 引言

近年來，現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)藥噴灑器械是其重要的制約因素，特別是隨著我國專業(yè)化統(tǒng)防統(tǒng)治工作的全面展開，這種矛盾顯得更加突出。相比于現(xiàn)代化的大型農(nóng)場或種植基地，傳統(tǒng)的農(nóng)田比較分散，田塊之間的情況差異較大，一般很難對所服務(wù)的田塊進(jìn)行統(tǒng)一的整理規(guī)劃進(jìn)而進(jìn)行農(nóng)藥噴灑設(shè)施。這就要求農(nóng)藥器械不僅能適應(yīng)各種不同的田間情況，還需要具有良好的流動作業(yè)能力和高效的噴灑效率。

PLC自動化農(nóng)藥灌溉機(jī)是針對傳統(tǒng)的種植園灌溉施肥的方法難以滿足我國種植發(fā)展需求這一方面不足而提出的，能夠在很大程度上解決在施肥和灌溉過程中造成的對于人體的危害和資源不必要的浪費(fèi)。通過對PLC的利用能夠使其自動且實(shí)時(shí)監(jiān)測水位高度，并完成注水、農(nóng)藥和自動攪拌以及觸發(fā)開關(guān)完成施藥的過程。同時(shí)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與現(xiàn)代化技術(shù)的結(jié)合，也為農(nóng)田的規(guī)?；N植提供了支持。

1 研究背景

在現(xiàn)代化的背景下，現(xiàn)代化作業(yè)在各個(gè)領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用，但在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用還較為罕見。該項(xiàng)研究把PCL應(yīng)用于農(nóng)田的自動灌溉系統(tǒng)，相比于成本比較低廉的單片機(jī)，PCL對環(huán)境的適應(yīng)能力較強(qiáng)，可靠性較高，編程方法簡單，為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展增添一份力量。

2 研究目的

傳統(tǒng)的施肥方式和灌溉農(nóng)藥的方式是通過人力、手工的形式進(jìn)行施撒，通過溝渠對農(nóng)田進(jìn)行灌溉，從而來達(dá)到對農(nóng)田殺蟲施肥的效果。但傳統(tǒng)方法，不僅浪費(fèi)時(shí)間還浪費(fèi)人力，并且有些農(nóng)藥和化肥對人體會造成傷害。為了解決以上問題，我們制做該系統(tǒng)，它可以完成自動混合農(nóng)藥和水、自動監(jiān)測混合藥水的水位高度、自動觸發(fā)閥門實(shí)行邊灌溉邊施藥。

3 市場分析

現(xiàn)代市場上見到的都是一些噴霧機(jī)，需要農(nóng)民背著一行行地走過去，噴灑在農(nóng)作物上。這項(xiàng)工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力。該項(xiàng)研究可以在灌溉農(nóng)田的時(shí)候，讓農(nóng)藥隨著水流進(jìn)入農(nóng)田，既可以節(jié)省人力，也會減少農(nóng)藥對人體的傷害。

4 自動噴灌模糊控制系統(tǒng)的使用方法

準(zhǔn)備工作：在水桶里加滿水，在農(nóng)藥桶里添加農(nóng)藥水。

啟動以后按一下順序工作：兩個(gè)進(jìn)水閥工作→監(jiān)測系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測→停止輸入水→攪拌系統(tǒng)工作→排水閥工作→監(jiān)測系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測→進(jìn)水閥工作→監(jiān)測水桶和藥桶的水位→報(bào)警系統(tǒng)。灌溉機(jī)配備一個(gè)水桶，一個(gè)農(nóng)藥桶和一個(gè)混合桶。水桶和藥桶的存在是為了可以操作混合桶的農(nóng)藥和水的比例。系統(tǒng)默認(rèn)的比例是1∶1，在勞作中，大多數(shù)農(nóng)藥，或者是化合肥和水都是1∶1的比例，同時(shí)設(shè)有手動開關(guān)，可以按時(shí)間分配，手動關(guān)閉水桶或藥桶的電磁閥。水桶、藥桶和混合桶上均配備密封蓋，可以降低農(nóng)藥的刺激性氣味給勞動者帶來的不適。

前期準(zhǔn)備工作：在藥桶中加入備好使用的藥物，或者是顆粒狀的化合肥，此時(shí)就可以在藥桶里加入一定的水，手松打開攪拌開關(guān) 蓋上密封蓋。在水桶里加入清水，蓋上蓋子。

開始使用，打開啟動開關(guān)，農(nóng)藥桶和水桶的電磁閥同時(shí)被打開，若為1∶1的比例，則不用進(jìn)行其他操作，例如，農(nóng)藥和水的比例為1∶3，則在混合桶液體到達(dá)一半時(shí)，手動關(guān)閉農(nóng)藥桶的電磁閥。之后便不需要進(jìn)行其他操作。在開始灌溉農(nóng)田時(shí)，灌溉機(jī)的混合桶電磁閥開啟，農(nóng)藥隨著水流流入到農(nóng)田里。在使用過程中，若水桶或農(nóng)藥桶報(bào)警，則要像準(zhǔn)備工作一樣在里邊分別加入水和農(nóng)藥。

當(dāng)農(nóng)田灌溉完畢，手動開啟關(guān)閉按鈕即可。

5 PLC選用區(qū)

為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的上述控制要求，擬采用三菱FX 2N-24MR型PLC 3個(gè)，混合桶系統(tǒng)的I/O端口分配如下：

輸入元件輸出元件作用名稱地址作用名稱地址啟動SA1X0正轉(zhuǎn)控制KM1Y0高水位監(jiān)測SHX1反轉(zhuǎn)控制KM2Y1低水位監(jiān)測SLX2排水電磁閥YV2Y4電機(jī)正轉(zhuǎn)SB1X3電機(jī)反轉(zhuǎn)SB2X4自動排水SB5X7

水桶系統(tǒng)的I/O端口分配如下：

輸入元件輸出元件作用名稱地址作用名稱地址高水位監(jiān)測SHX1排水電磁閥YV2Y4低水位監(jiān)測SLX2報(bào)警系統(tǒng)KM3Y5自動排水SB5X7

藥桶系統(tǒng)的I/O端口分配系統(tǒng)如下：

輸入元件輸出元件作用名稱地址作用名稱地址啟動SA1X0正轉(zhuǎn)控制KM1Y0高水位監(jiān)測SHX1反轉(zhuǎn)控制KM2Y1低水位監(jiān)測SLX2排水電磁閥YV2Y4電機(jī)正轉(zhuǎn)SB1X3報(bào)警系統(tǒng)KM3Y5電機(jī)反轉(zhuǎn)SB2X4自動排水SB5X7

6 灌溉機(jī)硬件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

按下啟動按鈕后，水桶和藥桶的排水電磁閥開啟，混合桶內(nèi)開始進(jìn)水，混合桶內(nèi)的高水位檢測器持續(xù)監(jiān)測，到達(dá)高水位時(shí)，水桶和藥桶的電磁閥關(guān)閉，并且混合桶的電機(jī)開始運(yùn)作3 min。之后混合桶電磁閥開啟，并且此時(shí)低水位檢測器持續(xù)監(jiān)測，當(dāng)水位到達(dá)低水位時(shí)，水桶和藥桶的排水電磁閥開啟，重復(fù)上述過程。當(dāng)水桶和藥桶到達(dá)低水位時(shí)，警報(bào)響起，人工添加藥物和水。直到啟動關(guān)閉按鈕，灌溉機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

7 結(jié)語

我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，每年的糧食可以養(yǎng)活世界上1/5的人口，并且在非洲等較不發(fā)達(dá)的國家，溫飽仍是很大的問題，所以還要繼續(xù)努力改善這一狀況。在知識經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的今天，科學(xué)技術(shù)作為第一生產(chǎn)力在中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)中將發(fā)揮越來越大的作用。本文將研究基于PLC的自動化農(nóng)藥灌溉機(jī)，來解決在灌溉時(shí)沖化肥或農(nóng)藥出現(xiàn)的費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問題，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)省人力，高效作業(yè)。