基于PLC的全自动灌溉控制系统的设计

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摘 要 介绍了可编程序控制器( P L C )在节水灌溉控制系统中的应用，我国在开发灌溉自动控制系统方面与发达国家差距较大，还处于研制、试用阶段，随着水资源的日趋紧张及信息技术的发展，开发具有自主知识产权的节水灌溉控制系统不仅具有广阔的市场前景，而且具有巨大的社会效益。系统具有手动灌溉模式，能根据用户要求设定各灌区的灌溉顺序和灌溉时间;同时系统具有自动灌溉模式，通过内置程序把湿度传感器测定的土壤湿度信号输入到PLC，与土壤最佳含水量对比，进一步控制电机和电磁阀的启闭；为了减小水泵电机的启动电流，减轻对电网形成的冲击，减小能耗,系统启动采用 Y／△启动。 [关键词] PLC；节水灌溉；土壤湿度；Y／△启动；梯形图 目 录 1 基于PLC的全自动灌溉控制系统的设计的原理 1.1 绪论-------------------------------------------------------------------------------------------1 1.2 制系统各部分功能及设计-----------------------------------------------------------1 1.2.1 Y/△启动----------------------------------------------------------------------------------1 1.2.2 手动灌溉模式--------------------------------------------------------------------------- 1 1.2.3 自动灌溉模式----------------------------------------------------------------------------2 1.2.4 2000YZ型土壤湿度计的技术参数--------------------------------------------------2 1.3 结语------------------------------------------------------------------------------------------ 2 2 基于PLC的全自动灌溉控制系统的硬件设计 2.1 FX-2N系列可编程控制器简介----------------------------------------------------3 2.1.1 可编程控制器的产生---------------------------------------------------------------3 2.1.2 可编程控制器的定义---------------------------------------------------------------4 2.1.3 可编程控制器的发展趋势---------------------------------------------------------4 2.1.4 可编程控制器的特点---------------------------------------------------------------5 2.1.5 可编程控制器的主要功能---------------------------------------------------------7 2.1.6 PLC的基本结构--------------------------------------------------------------------8 2.1.7 PLC各部分的作用-----------------------------------------------------------------8 2.2 水资源短缺整体态势严峻------------------------------------------------------10 2.3 系统结构框图------------------------------------------------------------------------12 3 基于PLC的全自动灌溉控制系统的软件设计 3.1 输入、输出点的分配---------------------------------------------------------------13 3.2 PLC外部接线图-------------------------------------------------------------------------14 3.3 PLC程序设计流程图-------------------------------------------------------------------15 3.4 PLC程序设计----------------------------------------------------------------------------16 致谢 参考文献 第1章 基于PLC的全自动灌溉控制系统的设计的原理 1.1 绪论 当前，随着电气信息技术在节水灌溉工程中的应用，发达国家如美国、以色列、荷兰、 加拿大、澳大利亚等成功开发了一系列用途广泛、功能极强的灌溉控制器。而我国在开发灌溉自动控制系统方面与发达国家差距较大，还处于研制、试用阶段，随着水资源的日趋紧张及信息技术的发展，开发具有自主知识产权的节水灌溉控制系统不仅具有广阔的市场前景，而且具有巨大的社会效益。本文以松下公司 F P 1系列的P L C为核心， 选用 C AO C型可编程控制器来开发了一套灌溉控制系统，所开发的控制系统能手动设置对各轮灌区定时灌溉，也可以通过土壤湿度传感器与控制器形成全自 动闭环控制系统。同时为了减少水泵电机启动电流，减轻对电网形成的冲击，减小能耗，水泵电机采用 Y／ △启动。 1.2 制系统各部分功能及设计 控制系统包括电机 Y／△启动，手动控制模式自动控制模式。因本系统除了湿度传感器和雨量传 感器输人为模拟量外，其他输入 出均为数字量，编程控制器本身的抗干扰能力能满足要求。P L C的容量包括 I ／ O点数、用户存储器的容量。系统采用 F P 1可编程控制器专用编程软件编制梯形图。 1.2.1 Y/△启动 系统要求当按下启动按钮时，首先电动机运行，带动水泵抽水同时系统中电机采用 Y／ △启动，启动时继电器KMY接通。2s 后KMY断开，继电器KM△接通，即完成 Y／ △启动。 1.2.2 手动灌溉模式 系统具有手动设定各电磁阀的开启时间和开启顺序的功能，当某个电磁闭合时相应的指示灯亮。当雨量传感器有信号，即下雨时，将停止灌溉，同时雨量报警器报警，本灌溉系统要求为一号灌区灌溉10min，打开2号灌区电磁阀灌水5 min，然后打开3 号灌区电磁阀灌水15min，最后停止灌溉。 1.2.3 自动灌溉模式 本灌溉控制器能根据土壤湿度传感器得到的土壤湿度信号，与设定的适于作物生长度进行比较，然后决定是否灌溉，自动进行电机与各电磁阀的起闭。在本系统中选用2 0 0Y Z型土壤负压传 感器来测量土壤湿度，测量范围为负压值0～-85Pa，基本上在植物的需水范围，一般说来，当土壤吸力大-7a值，土壤就需要灌水，否则会影响植物的生长，该压阻传感器输出为 0—50mv；测量深度为200mm l ～2 000mm, 地面以下部分根据 需要而定，总精度为2％左右；使用环境为 0～500℃。在小麦拔节抽穗期土壤最佳含水量用土壤负压表示为-0kPa ～-0kPa ， 即当土壤负压 小于-60kPa时，打开灌水 阀门对作物进行灌溉 J。在该系统中把湿度传感器得到的土壤湿度 信号放入 P L C的数据寄存器DT0中，把所设定的 土壤湿度上限值( -50k P ) 放入 DT 4，下限值( -60kPa放入 D T2 ，同时当土壤缺水或适宜时，相应的指示灯亮。 1.2.4 2000YZ型土壤湿度计的技术参数 指示单位kPa 以mV表示 测量范围土壤负压值/kPa 0—85 压阻传感器输出/mV 0—>50 最小显示值/mV 传感器为0.1 陶土头直径/mm—20 测量深度/mm 地面以下部分根据需要而定200至最长2000 传感器供电恒流/mA 1.5—3 或直流/V 9 12 线性度/% 0.1 总精度/% 2 左右 使用环境/℃ 0—500 1.3结语 本文以CAOC可编程序控制器为核心来构建节水灌溉控制系统，系统具有手动设定功能，能根据用户要求设定对某一灌区的灌水时间；系统还具有全自动灌溉功能，能根据土壤湿度传感器得到的土壤信号与土壤的最佳湿度值对比，自动做出灌溉计划；系统采用Y／△变换启动水泵电机来减小启动电压，减轻对电机内部绕组的损坏。 第2章 基于PLC和触摸屏的灌注系统硬件设计 CPU单元负责控制整个生产过程。触摸屏通过RS232C串口和CPU进行通讯，传达用户的指令，从而改变系统的运行状态。输出模块向外部设备传送输出信号，使不同的执行机构动作。对执行机构状态的改变，通过行程开关或光电传感器将其信号反馈给输人模块。CPU单元又从输人模块读取数据，根据数据的变化执行不同的控制 操作，由此构成了整个控制回路n]. 根据系统控制要求、所需的I／O点数、工作环境等因素，可编程控制器选用日本三菱公司的FX-2N系列可编程控制器。触摸屏采用HITECH公司的PWS1760型。 2.1 FX-2N系列可编程控制器简介 2.1.1可编程控制器的产生 (一)PLC的定义 PLC 全称Programmable logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。 (二)PLC的发展过程 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制 20世纪20年代起，人们把各种继电器。定时器。接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统.由于它结构简单。容易掌握。价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位.但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差. 上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年长率一直保持为30~40%。在这个时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度的提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高，抗干扰能力强，编程简单的特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来是无法取代的。 20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置.为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是： （1） 编程方便，可现场修改程序 （2） 维修方便，采用插件式结构 （3） 可靠性高于继电器控制装置 （4） 体积小于继电器控制盘 （5） 数据可直接送入管理计算机 （6） 成本可与继电器控制盘竞争 （7） 输入可以是交流150V以上 （8） 输出为交流115V，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器，电磁阀等 （9） 扩展时原系统改变最小 （10） 用户存储器至少能扩张到4KB（适应当时汽车装配过程的需要） 十项指标的核心要求是采用软布线（编程）方式代替继电控制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。 2.1.2 可编程控制器的定义 美国国际电工委员会（IEC）在1987年对可编程序控制器做出如下定义：可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器极其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 定义强调了PLC应直接应用与工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是区别与一般微机控制系统的一个重要特征。 定义还强调了PLC是“数字运算操作的电子系统”，他也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。 2.1.3 可编程控制器的发展趋势 PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几个方面。 （1）向小型化、专用化、低成本方向发展 随着微电子技术的发展，新型器件大幅度的提高功能和降低价格，使PLC结构更为紧凑，相当于一本精装本书的大小，操作使用十分方便。PLC的功能不断增加，将原来大、中型PLC才有的功能部分地移植到小型PLC上。 （2）向大容量、高速度方向发展 大型PLC采用多微处理器系统，有的采用了32位微处理器，可同时进行多任务操作，处理速度提高，特别是增强了过程控制和数据处理的功能。另外，存储容量大大增加。 （3）智能型I/O模块的发展 智能型I/O模块是以微处理器和存储器为基础的功能部件，它们的CPU与PLC的主CPU并行工作，占用主CPU的时间很少，有利于提高PLC的扫描速度。 （4）基于PC的编程软件取代编程器 随着计算机的日益普及，越来越多的用户使用基于个人计算机上的编程软件。编程软件可以对PLC控制系统的硬件组态，即设置硬件的结构和参数，例如设置各框架各个插槽上模块的型号、模块的参数、各串行通行接口的参数等。 （5）PLC编程语言的标准化 与个人计算机相比，PLC的硬件、软件的体系结构都是封闭的而不是开放的。在硬件方面，各厂家的CPU模块和I/O模块互不通用。PLC的编程语言和指令系统的功能和表达式也不一致，因此各厂家的可编程序控制器互不兼容。为了解决这一问题，IEC制定了可编程序控制器标准。标准中共有5种编程语言，允许编程者在同一程序中使用多种编程语言，这使编程能够选择不同的语言来适应特殊的工作。 （6）PLC通信的易用化 PLC的通信联网功能使它能与个人计算机和其他智能控制设备交换数字信息，使系统形成一个统一的整体，实现分散控制和集中控制。 （7）组态软件与PLC的软件化 个人计算机（PC）的价格便宜，有很强的数学运算、数据处理、通信和人机交互的功能。 （8）PLC与现场总线相结合 现场总线I/O与PLC可以组成功能强大的、廉价的DCS系统。 （9）开发新型特殊功能模块 I/O组件可以提高PLC的智能化、高密集度和增大处理能力。 (10) CPU的处理速度进一步加快 目前，PLC的处理速度与计算机相比还比较慢，其高的CPU也不过80486，将来会全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU进行处理、分时处理或分任务处理方式，将各种模块智能化，部分系统程序用门阵列电路固化，这样可使PLC的处理速度达到纳秒级。 2.1.4 可编程控制器的特点 （1）抗干扰能力强，可靠性好 PLC在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。具体措施主要有以下几个方面： 1）隔离：这是抗干扰的主要措施之一。PLC的输入、输出接口电路一般采用光电耦合器来传递信号。这种光电隔离措施，使外部电路与内部电路之间避免了电的联系，可有效的抑制外部干扰源对于PLC的影响，同时防止外部高电压串入，从而减少故障和误操作。 2）滤波：这是抗干扰的另一个主要措施。在PLC的电源电路和输入/输出电路中设置了多种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效的抑制。 3）对内部电源还采用了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保护供电质量。另外使输入输出接口电路电源彼此独立，以避免电源之间的干扰。 4）内部设置了连锁、环境检测与诊断、watchdog（“看门狗”）等电路，一旦发现故障或程序循环执行时间超过了警戒时钟（WDT）规定时间（预示程序进入了死循环），立即报警，以保证CPU可靠运行。 5）利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采用信息保护和恢复措施。 6）对用户程序及动态工作数据进行电池备份，以保障停电后有关状态或信息不丢失。 7）采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境。 8）以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械触点，以保障高可靠性。而采用循环扫描的工作循环方式，也提高了抗干扰能力。 （2）控制系统结构简单，通用性强 PLC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。 （3）编程方便，易于使用 PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言现象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺的知识的人员都可在短时间内学会。 （4）功能完善 PLC的输出/输入功能完善，性能可靠，能够适应与任何形式和性质的开关量和模拟量的输入/输出。在PLC内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转、和强制I/O等诸多功能，不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换、以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印、及报表生成等功能。 （5）设计、施工、调试、的周期短 用继电器接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。而采用PLC控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。 （6）体积小，维护操作方便 PLC体积小，质量轻，便于安装。PLC的输入/输出系统能够直观的反映现场总线信号的变化状态，还能通过各种方式直观的反映控制系统的运行状态。 （7）易于实现网络化 PLC可连成功能很强的网络系统。 （8）可实现三电一体化 PLC将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。 2.1.5 可编程控制器的主要功能 （1） 条件控制功能 条件控制（或称逻辑控制或顺序控制）功能是指用PLC的与、或、非指令取代继电器接触的串联、并联极其他各种逻辑连接，进行开关控制。 （2） 定时/记数控制功能 定时/记数控制功能指用PLC提供的定时器、记数器指令实现对某种操作的定时或记数控制，以取代时间继电器和记数继电器。 （3） 数据处理功能 数据处理功能是指PLC能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算、逻辑运算以及编码和译码等操作。 （4） 步进控制功能 步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。 （5） A/D与D/A 转换功能 A/D与D/A 转换功能是指通过A/D、D/A模块完成模拟量和数字量之间的转换。 （6） 运动控制功能 运动控制功能是指通过高速记数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴运动控制。 （7） 过程控制功能 过程控制功能是指通过PLC的PID控制指令或模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数的闭环控制。 （8） 扩展功能 扩展功能是指通过连接输入输出扩展单元（即I/O扩展单元）模块来增加输入输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC的控制功能。 （9） 远程I/O功能 远程I/O功能是指通过I/O单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与PLC主机相连接，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。 （10） 通信联网功能 通信联网功能是指通过PLC之间的联网、PLC与上位机的链接等，实现远程I/O控制或数据交换，以完成较大规模系统的复杂控制。 （11） 监控功能 监控功能是指PLC能监视系统各部分的进行状态和进程，对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时器、记数器等设定值或强制I/O状态。 2.1.6 PLC的基本结构 目前PLC种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。主要包括中央处理单元CPU、存储器RAM和ROM、输入输出接口电路、电源、I/O扩展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。 如图2.1所示，PLC控制系统由输入量—PLC—输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入量，它们经PLC外部输入端子，作为PLC的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，PLC的基本结构有控制部分输入和输出组成。 图2.1 PLC硬件结构图 2.1.7 PLC各部分的作用 (1) 中央处理器 CPU是由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作，它的基本功能是从内存中取指令和执行指令。他的重要功能如下： 1. 诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。 2. 采集由现场输入装置送来的状态或数据，并送入PLC的寄存器中。 3.按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作。 4.将存于寄存器中的处理结果送至输出端。 5.应各种外部设备的工作请求。 (2) 存储器 PLC的存储器分为两大部分： 一大部分是系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据。 二大部分是用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。 (3) 输入输出接口电路 PLC通过输入输出（I/O）接口电路实现与外围设备的连接。输入接口通过PLC的输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。 (4) 电源 PLC的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。 (5) 输入输出I/O扩展接口 若主机单元的I/O点数不能满足输入输出点数需要时，可通过此接口用扁平电缆线将I/O扩展单元与主机单元相连接。 (6) PLC的基本工作原理 PLC采用的是循环扫描工作方式。对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。PLC的扫描全过程如图2.2所示。 图2.2 PLC的扫描全过程 1 输入刷新阶段 在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。 2 程序执行阶段 在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。 3 输出刷新阶段 当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。 显然扫描周期的长短主要取决与程序的长短。扫描周期越长，响应速度越慢。由于每一个扫描周期只进行一次I/O刷新，即每一个扫描周期PLC只对输入、输出状态寄存器更新一次，故使系统存在输入、输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出会相应地发生变化。反之，若在本次刷新之后输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，而要到下一次扫描的I/O刷新期间输出才会发生变化。这对于一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成不利影响，反而可以增强系统的抗干扰能力。这是因为输入采样仅在输入刷新阶段进行，PLC在一个工作周期的大部分时间里实际上是外设隔离的。而工业现场的干扰常常是脉冲式的、短时的，由于系统响应较慢，往往要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，因瞬间干扰而引起的误操作将会大大减少，从而提高了系统的抗干扰能力。但是对于控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时采用一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应滞后等不良影响。 2.2水资源短缺整体态势严峻 当今世界普遍关注水危机问题，其中最突出的矛盾就是干旱缺水。19世纪世界矛盾的交点是煤，20世纪世界矛盾的交点是石油，21世纪世界矛盾的交点是水，因此，21世纪被称之为水的世纪。专家们认为，我们正进入一个新的水源紧缺时代，水将成为21世纪可持续发展的严重制约因素。今年8月28日在南非约翰内斯堡举行的联合国可持续发展首脑会议上，全体与会代表一致通过将水危机列为未来10年人类面临的最严重挑战之一。在会议上通过的政治宣言指出：“全球环境继续恶化。生物多样性在不断丧失，鱼类资源不断减少，荒漠化在吞噬越来越多的良田，气候变化的不利影响已显而易见，自然灾害日趋频繁，其危害日趋严重，发展中国家越来越脆弱，空气污染、水污染和海洋污染继续夺去数百万的无辜生命”。宣言重申，我们将特别关注和优先重视威胁人类可持续发展的世界局势。联合国首脑会议政治宣言表明，经济可持续发展和水资源可持续利用巳成为世界各国共同承诺和行动准则。 20世纪80年代以来，可持续发展战略已成为各国经济社会与环境协调发展的共同准则。当今世界大多数则。当今世界大多数国家，水已变成了一种稀少和昂贵的商品。为了满足经济社会可持续发展的需求，保障水的安全供给，各国对可持续发展战略达成共识，并日益深入人心，治水思想已从“人与水抗争”转向“人与水共存”，从过去的“防御洪水”转向“管理泄水”，从“单一目标的水资源开发”转向“多目标、多功能的配置、节约和保护，并寻求环境和生态功能”，从“单一的工程管理”转向“流域内人类生产生活行为和生产方式的管理”，从“多目标开发为主的大规模水利建设时期”转向“以水法规和现代水管理为中心的综合治理时期。”总而言之，当今世界“人与水和谐共处”、“可持续发展”等思想已全面深入水资源领域。过去人们没有考虑水资源有限的问题。随着经济社会的发展和用水量的急剧增加，在一些国家和地区，水短缺和水污染日趋严重，水资源已成为经济社会发展的严重制约因素，此时水资源的有限性及其节约和保护问题引起世界各国的关注。 我国是世界上人均水资源短缺的国家之一，按照国际上常用的缺水标准，我国有2/3的国土面积属于资源性缺水地区。加之水是自然资源，是可流动的资源，因此，水资源的性质及其基本特征决定了厉行节约用水，建立节水型社会不是一项局部性的、临时性的政策措施。而是我国经济社会发展中的战略性、全局性，必须长期坚持的基本国策。进入21世纪以后，水资源的短缺形势会更加严峻，对经济社会可持续发展将构成严重威胁。专家们警告，中国解决了温饱以后要防止有可能面临第二个贫困—水贫困。因此，未来中国水资源的短缺形势将更为严峻，将成为经济社会可持续发展的严重制约因素。针对水资源面临的新形势、新问题，党中央、国务院根据可持续发展战略，提出了新时期治水思路是实现水资源的可持续利用，这是一条主线。因此，在国家实施可持续发展和科教兴国两大战略指导下，依靠科技进步、体制机制创新，以及配套的法规和政策，目标是全方位提高用水效率，建立节水型的经济社会发展体系。农业是用水大户，在未来用水总量中具有举足轻重的地位，因此，21世纪农业灌溉发展的主导产业是节水，这是形势的需要，客观的需要，势在必行。 2.3系统结构框图 根据灌溉控制系统的要求，系统由PLC控制器C4OC，直流24V电源，起／停按钮，数据采集器件包括土壤湿度传感器、雨量传感器和各类按钮，执行输出器件包括电磁阀，带动水泵的电机，报警装置为报警指示闪烁灯或报警电铃，同时当系统处于某个工作状态时对应的指示灯亮，控制系统的结构框图见图2.3 图2. 3控制系统的结构框图 第3章 基于PLC的全自动灌溉控制系统的软件设计 3.1 输入、输出点的分配 根据输入、输出点分配情况画出PLC输入、输出分配表（图3.1）和PLC外部接线图（图3.2）。 PLC输入、输出点分配表 图3.1 名称 代号 输入点 输出点 代号 名称 电机启动按钮 SB1 X0 Y0 KMY 电机KMy接通按钮 停机按钮 SB2 X1 Y1 KM△ 电机KM△接通按钮 手动模式按钮 SB3 X2 Y2 HL1 手动显示灯 自动模式按钮 SB4 X3 Y3 HL2 自动显示灯 雨量传感器 SQ1 X4 Y4 YV1 一号电磁阀 报警消音按钮 SB5 X5 Y5 YV2 二号电磁阀 土壤湿度过量开关 SB6 X7 Y6 YV3 三号电磁阀 土壤湿度适中开关 SB7 X10 Y7 HL3 一号电磁阀运行指示灯 缺水开关 SB8 X11 Y10 HL4 二号电磁阀运行指示灯 土壤湿度检测开关 SB9 X6 Y11 HL5 三号电磁阀运行指示灯 Y12 HL6 电源指示灯 Y13 HL7 系统运行指示灯 Y14 HL8 雨量报警器 Y15 HL9 土壤缺水指示灯 Y16 HL10 土壤湿度适宜指示灯 Y17 HL11 土壤水分过量指示灯 3.2 PLC外部接线图： 图3.2 PLC外部接线图 3.3 PLC程序设计流程图 FX-2N可编程控制器是三菱公司为其生产的PLC而设计的编程软件，其运行在Windows操作系统下，具有丰富、简捷的操作环境和强大的编程、调试功能。程序采用梯形编写,流程图如下图所示 Y 3.4 PLC程序设计 梯形图如下图所示。 图3.4 致 谢 论文完成，三年的大专生涯即将结束，感慨万千！ 首先，感谢我的指导老师郑晖晖老师。一个月，在这一段并不长的日子里。我时刻体会着郑老师严肃的教学态度，不辞辛苦的指导精神，一丝不苟的工作作风，我想这是够我一生受用的人格魅力。从课题选择到论文写作，整个过程，郑老师都倾注了大量的心血。正是在郑老师的辛苦指导下，我的毕业设计才能顺利进行，这篇毕业论文也才得以顺利完成。在此我向我的指导郑晖晖老师表示深深的敬意和感谢！ 我还要感谢我班的一些同学们，在这次毕业论文的写作过程中，他们也给了我不少帮助。谢谢你们，你们永远是我的好朋友。 参 考 文 献 1.张兵，袁寿其，成立.国内外节水灌溉自动化技术发展现状与展望。排灌机械，2003. 2.张兵.智能化节水灌溉控制系统的设计与研究 ．镇江。江苏大学，2003. 3.常斗南,李全利，张学武．可编程序控制器原理应用试验．北京：机械工业出版社，2002. 4.孙振强.可编程控制器原理及应用教程.北京：清华大学出版社.2005. 5.王也房.可编程控制器应用技术. 北京：机械工业出版社.2001. 6.王兆义.小型可编程控制器实用技术.北京；机械工业出版社.2000. 7.赵国良.维修电工.北京：中国劳动社会保障出版社.2007. 8.廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用.重庆大学出版社.2002. 9.宋长池.电力拖动控制线路与技能训练. 北京：中国劳动社会保障出版社.2001. 第17页 共22页