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基于PLC的马铃薯水肥一体化精准混肥系统设计

刘文亮 杨然兵 张健 杨猛

刘文亮,杨然兵,张健,等.基于PLC的马铃薯水肥一体化精准混肥系统设计[J].农业工程,2022,12(8):24-29. doi: 10.19998/j.cnki.2095-1795.2022.08.004
引用本文: 刘文亮,杨然兵,张健,等.基于PLC的马铃薯水肥一体化精准混肥系统设计[J].农业工程,2022,12(8):24-29. doi: 10.19998/j.cnki.2095-1795.2022.08.004
LIU Wenliang,YANG Ranbing,ZHANG Jian,et al.Design of precision mixing fertilizer system for potato water and fertilizer integration based on plc[J].Agricultural Engineering,2022,12(8):24-29. doi: 10.19998/j.cnki.2095-1795.2022.08.004
Citation: LIU Wenliang,YANG Ranbing,ZHANG Jian,et al.Design of precision mixing fertilizer system for potato water and fertilizer integration based on plc[J].Agricultural Engineering,2022,12(8):24-29. doi: 10.19998/j.cnki.2095-1795.2022.08.004

基于PLC的马铃薯水肥一体化精准混肥系统设计

doi: 10.19998/j.cnki.2095-1795.2022.08.004
基金项目: 现代农业产业技术体系建设专项(CARS-10-P32)
详细信息
    作者简介:

    刘文亮,硕士生,主要从事农业机械装备研究 Email:310061151@qq.com

    杨然兵,通信作者,教授,博士生导师,主要从事农业机械装备研究 E-mail:yangranbing@163.com

  • 中图分类号: S224.4

Design of Precision Mixing Fertilizer System for Potato Water and Fertilizer Integration Based on PLC

  • 摘要:

    针对当前我国大田马铃薯水肥一体化灌溉系统混肥和检测不精确、没有具体针对马铃薯作物、智能化程度低等问题,设计研发了一款基于PLC、物联网控制的精确控制水肥一体化系统。由于大田马铃薯生长环境差、不稳定因素多,该系统使用PLC控制。相比较单片机的控制方式,PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单方便、恶劣工作环境适应性强和施工方便等很多优点。由于传统大田水肥机利用增压泵将文丘里吸肥器吸取的肥料直接注入主管道利用水流冲刷自然混肥,无法保证混肥的精准性,EC、pH传感器也无法精准测量,导致田间作物肥料浓度无法保证一致,作物质量及产量相对较低。相比传统水肥机,增加混肥腔混肥能够明显降低水肥浓度误差。EC、pH传感器实时读取当前的水肥浓度及酸碱度,与预设值做PID运算,再将PID输出通过线性转换转换为脉冲输出时间,通过PLC输出控制文丘里电磁阀的通断吸肥时间,实现水肥浓度的精确调整,配合恒压变频柜使水压在设定值范围内波动,实现水肥精确、稳定输出。

     

  • 图 1  水肥一体化系统组成

    1. 离心过滤器 2. 母液罐 3. 增压泵 4. 流量计 5. 文丘里吸肥器6. 输水管网 7. 水肥机 8. 叠片过滤器 9. 砂石过滤器 10. 吸水泵

    Figure 1.  Composition of water and fertilizer integration system

    图 2  控制系统工作流程

    Figure 2.  Workflow of control system

    图 3  静态混合器实物

    Figure 3.  Static mixer physical drawing

    图 4  气象百叶箱传感器外形尺寸

    Figure 4.  Outline size of weather louvered box sensor

    图 5  系统触控屏运行状态

    Figure 5.  System touch screen operation status

    图 6  水肥机配盘接线

    Figure 6.  Water fertilizer machine with plate wiring

    图 7  浓度PID运算调整程序

    Figure 7.  Concentration PID operation adjustment program

    图 8  设备整体连接

    Figure 8.  Connection of laboratory equipment

    表  1  I/O地址分配

    Table  1.   I/O address allocation

    项目元件编号
    输入A通道流量计X0
    B通道流量计X1
    C通道流量计X2
    输出A阀(肥液)Y0
    B阀(肥液)Y1
    C阀(酸液)Y2
    施肥泵Y3
    主泵控制点Y4
    搅拌1Y5
    搅拌2Y6
    搅拌3Y7
    下载: 导出CSV

    表  2  静态混合器参数

    Table  2.   Parameter of static mixer

    项目指标值
    型号SK-686100
    公称直径/mm100
    D/mm110
    L1/mm990
    L2/mm850
    参考流量/(m3·h−130~120
    联结方式法兰
    压力等级1
    材质UPVC
    下载: 导出CSV

    表  3  EC值田间试验数据

    Table  3.   EC field experiment data 单位:μs/cm

    位置60 s120 s180 s240 s300 s
    23402400245025002460
    24402440248024902420
    23102390248024702520
    设定值2500
    平均值23632410245324872467
    差值−147−90−47−23−33
    下载: 导出CSV

    表  4  pH值田间试验数据

    Table  4.   pH field experiment data

    位置60 s120 s180 s240 s300 s
    6.596.596.406.476.53
    6.526.536.456.446.47
    6.496.406.416.436.49
    设定值6.50
    平均值6.536.516.426.456.50
    差值0.030.01−0.08−0.050
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-04-06
  • 修回日期:  2022-06-10
  • 出版日期:  2022-08-20

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