水肥一體機(jī)是tigao水肥資源利用率的Zui有效辦法之一，對(duì)環(huán)境保護(hù)有重要意義。

它通過對(duì)種植區(qū)域里土壤，氣候，含水量等環(huán)境要素的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，調(diào)節(jié)控制水量，施肥量，施肥時(shí)間等參數(shù)，對(duì)種植區(qū)域進(jìn)行合理的灌溉，可以實(shí)現(xiàn)水肥一體，液體肥利用率相比于粗放式施肥節(jié)省90%以上。同時(shí)也降低了因過度施肥造成的土壤板結(jié)等次生災(zāi)害。

因此該設(shè)備在智慧農(nóng)業(yè)中備受歡迎，并得到了大力推廣。西門子SMART系列的PLC和SMART Line觸摸屏在該設(shè)備中有廣泛的應(yīng)用。

水肥一體機(jī)取用蓄水池清水或通過處理的江湖海水，通過配方設(shè)置EC、PH與各肥料比例，根據(jù)不同的控制方式，在不同的時(shí)間與環(huán)境條件下，通過PID調(diào)節(jié)功能，半自動(dòng)或自動(dòng)地完成配肥與灌溉過程一體控制，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制灌溉水肥配比與灌溉量

小貼士

硬件及軟件需求

1. 硬件要求

SIMATIC S7-200 SMART產(chǎn)品家族

SMART Panel V4產(chǎn)品家族

2. 軟件要求

STEP 7-Micro/WIN SMART V2.7

 WinCC Flexible Smart V4 SP1

S7-200 SMART 編程實(shí)現(xiàn)

控制工藝介紹

水肥一體機(jī)控制可分為配比與灌溉兩部分，其核心是在多控制機(jī)制同時(shí)作用下，通過PID控制調(diào)節(jié)配比與輸出。

硬件設(shè)備

該設(shè)備通常由補(bǔ)水機(jī)構(gòu)，循環(huán)機(jī)構(gòu)，配比機(jī)構(gòu)與灌溉機(jī)構(gòu)構(gòu)成，并配備相應(yīng)的傳感器與上位設(shè)備。具體如下：

表1硬件設(shè)備列表

工藝描述

水肥一體機(jī)的控制機(jī)制主要有三種，分別是半自動(dòng)輪流灌溉，時(shí)間控制自動(dòng)灌溉和環(huán)境條件自動(dòng)灌溉。這三種控制模式同時(shí)作用，任何一種條件滿足時(shí)，水肥一體機(jī)會(huì)按照給定計(jì)劃實(shí)現(xiàn)配比與灌溉。

三種控制機(jī)制:

半自動(dòng)控制模式具有Zui高優(yōu)先級(jí)，啟動(dòng)時(shí)會(huì)順次從1開始執(zhí)行第一個(gè)滿足條件的區(qū)域，直至Zui后一個(gè)滿足條件的區(qū)域完成灌溉。

時(shí)間控制模式下會(huì)按照啟動(dòng)時(shí)刻，按配置啟動(dòng)灌溉程序。

環(huán)境條件模式下系統(tǒng)會(huì)不斷監(jiān)控周邊環(huán)境條件，例如當(dāng)光照，濕度等條件滿足設(shè)定時(shí)，即會(huì)啟動(dòng)灌溉程序。環(huán)境條件可根據(jù)實(shí)際需求更改，以滿足條件即觸發(fā)的形式在程序中體現(xiàn)。

圖2-1控制機(jī)制示意圖

工藝流程

任意條件滿足后，灌溉程序會(huì)啟動(dòng)并運(yùn)行設(shè)備，同時(shí)從上述條件中獲取配方參數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置調(diào)節(jié)水位和EC值，Zui終將滿足條件的溶液灌溉到所選區(qū)域。具體流程如下：

圖2-2工藝流程

控制程序

S7-200 SMART 程序包含中斷初始化子程序，狀態(tài)控制子程序，參數(shù)賦值子程序，PID控制子程序，上位通訊子程序，liuliang計(jì)算子程序，數(shù)據(jù)記錄子程序和輸出子程序。程序中設(shè)備控制邏輯相對(duì)簡(jiǎn)單，條件判斷與數(shù)據(jù)處理過程較為重要。

各程序作用

主程序用于控制主要設(shè)備的啟停與子程序的啟用。

中斷初始化子程序定義時(shí)間中斷參數(shù)。

狀態(tài)控制子程序判斷啟動(dòng)條件是否滿足，并控制灌溉狀態(tài)。

參數(shù)賦值子程序?qū)?duì)應(yīng)參數(shù)賦值給運(yùn)行程序。

PID控制子程序用于調(diào)整輸出閥門比例與開關(guān)脈沖時(shí)長(zhǎng)。

上位通訊子程序用于與上位，HMI進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

liuliang計(jì)算子程序用于liuliang計(jì)控制。

數(shù)據(jù)記錄子程序用于記錄灌溉數(shù)據(jù)和條件。

輸出子程序用于控制數(shù)字量輸出。

圖2-3程序調(diào)用1

圖2-4程序調(diào)用2

狀態(tài)控制子程序

順次調(diào)用各區(qū)域程序，從1-10依次執(zhí)行，控制區(qū)域灌溉啟停?？杀O(jiān)控該程序段以了解灌溉過程。

參數(shù)賦值子程序

使用For指令和指針多次運(yùn)行，判斷執(zhí)行條件是否滿足。

程序塊

圖2-5半自動(dòng)控制塊

時(shí)間控制使用兩個(gè)For指令，分別調(diào)用不同的時(shí)間控制方案與不同的起始時(shí)間點(diǎn)。

圖2-6時(shí)間控制方案調(diào)用

圖2-7起始時(shí)間點(diǎn)調(diào)用

環(huán)境條件使用一個(gè)For指令，調(diào)用不同的環(huán)境條件。可通過實(shí)際環(huán)境條件，更改滿足啟動(dòng)邏輯塊，以自定義啟動(dòng)條件。

圖2-8環(huán)境條件調(diào)用

圖2-9環(huán)境條件滿足

PID控制子程序

通過PID控制一路輸出脈沖長(zhǎng)度，其余輸出根據(jù)相對(duì)比例來調(diào)節(jié)。

上位通訊子程序

所有通訊數(shù)據(jù)都經(jīng)過整合，方便上位機(jī)，HMI及云端讀取。