西门子CPU模块6ES7315-2FJ14-0AB0
一、潮汐灌溉系统概述
潮汐式灌溉系统是基于潮水涨落原理而设计的一种高效节水灌溉系统，它适用于各类盆栽植物的种植和管理，可有效**水资源和营养液的利用效率。潮汐式灌溉主要分为两类，地面式和植床式。地面式潮汐灌溉系统是在地表砌一个可蓄水的苗盘装水池，在其中分布若干出水孔和回水孔；植床式潮汐灌溉系统则是在苗床上搭建出一层大面积的蓄水苗盘，在苗盘上预留了出水和回水孔。在应用时，灌溉水或配比好的营养液由出水孔漫出，使整个苗床中的水位缓慢上升并达到合适的液位高度（称为涨潮），将栽培床淹没约2-3公分的深度；在保持一定时间（作物根系充分吸收）后，约10-15分钟后，营养液因毛细作用而上升至盆中介质的表面，此时，打开回水口，将营养液排出，回营养液池（称为落潮），待另一栽培床需水时再将营养液送出。潮汐灌溉系统具有调整营养液pH值和各种养分浓度的设备，为免营养液过度污浊增加介质的过滤系统和消毒系统。植床潮汐灌溉系统都须使用架高的特制栽培床，所以，相对应的设备费用也较高。
二、潮汐灌溉系統优特点
潮汐灌溉是一项成熟的农业灌溉技术,在发达国家得到了广泛的利用,很好的解决了灌溉与供氧的矛盾,且灌溉基本不破坏基质的”三相”构成，是一项高效高能的农业技术，在我国也正处于广泛利用的发展阶段。
1、节水高效，完全封闭的系统循环，可以达到90%的利用率；
2、植物生长速度更快，每周苗龄可比传统育苗方式提前1天，**设施利用率；
3、避免植物叶面产生水膜，使叶片接受更多的光照行光合作用，促使蒸腾拉力从根部吸收更多的营养元素；
4、稳定的根部介质水气含量，避免毛细根因靠近容器边部及底部干旱而死；
5、相对湿度容易控制，保持叶面干燥，减少化学药物的使用量；
6、植床下无杂草生长，减少菌类滋生，因为植床下非常干燥；
7、管理成本降低，无论是手动操作或辅助以微电脑控制器管理下，一个人在20-30min内可完成0.2~0.5ha.穴盘苗的灌溉；
8、可以随时使用，不受品种、规格、时间限制。
9、一般的喷灌方法，令每棵植物吸收肥料及水分不平均，令成品率下降，而潮汐灌溉成品率市，而且生产达到标准化，每棵植物高度统一，质量有保证。
10、潮汐灌溉是由根部直接吸取肥料，水分不接触叶表面，叶面有光泽，令卖价更高，单以每平米生产25盆计算，如改善质量可令每盆多卖5到10元，每平米增加收益多达125到250元，投资回报相当可观。
三、潮汐灌溉系统描述
涨潮：在每一个植床的两侧边都有输送管道，管道的前端设置一台水泵，由自动灌溉控制器控制营养液从施肥系统通过送到植床上。保证在一定时间内完成涨潮。
退潮：当涨潮水泵停止工作时，植物经过灌溉后，由自动灌溉控制器控制回水泵启动将营养液送回到回液箱中。
四、潮汐灌溉 系统配置
潮汐灌溉 系统配置分地面植床式灌溉系统配置和苗床式灌溉系统配置。地面植床式灌溉系统适用较大型植物种植，苗床式灌溉系统适用较小型植物种植。
地面式灌溉植床设计
根据温室的尺寸和业主的要求，砌筑植床。在植床上南北和东西两个方向砌筑深度不同的水流槽。在涨潮时，南北向的深沟槽将进入的水分布到植床上。由于水位不断升高，东西向的浅水槽将水送到花盆底部，水源的进水口设置一个防溅装置盖。植床上的水几乎是在同一时间到达花盆底部。在退潮时，从花盆流出的水经东西向浅水槽而直接汇集到南北向的深水槽内，然后南北向深水槽将多余液送回到回液箱内。
苗床灌溉系统设计
在每一个植床的端部下面都有一个营养液供应箱，箱液内设置一台潜水泵，将营养液从箱内通过送液管道送到植床上的，泵的**应保证在一定时间内完成涨潮。送液管道的顶部设有一个缓冲装置，以免喷湿植物的叶子。当水泵停止工作时，余液经同一管道和水泵返回到液箱中，这样在灌溉、回收时可以使用同一管道。
苗床式潮汐灌溉系统配置，除床面使用潮汐进水排水盘与地面式潮汐灌溉系统不同外，其他与地面式潮汐灌溉系统配置基本相同。
灌溉计划可由在每个植床上的基质张力仪传给温室内环境控制计算机，计算机通过控制器来控制水泵进行工作。当计算机接收到低于所设定的张力值时程序就启动水泵工作，工作时间为一定值。基质湿度张力仪由一个高流动的陶瓷附加一个计算机环境控制的灵敏的压力传感器组成，张力仪将在顷刻间对基质中的湿度张力变化做出反应。
1．施肥机系统设置
施肥机含有4个营养液箱、1个酸箱和1个混液箱。
主要由下列4部分组成。
① 按营养配比从喂液箱到混液箱的注入水泵和三通**阀。
② 在常压下将水、营养、酸液合在一起的混液箱。
③ 把混液箱内的液体输送到灌溉区的主泵。
④ 施肥机的硬件集成板由EC值，pH值和**输入端及酸泵、营养泵、电磁阀、主泵输出端口组成。2．计算机控制系统
施肥机可按植物的优化生长条件不断地向植物提供水分和营养液，施肥机有5个单独的注肥器，由温室内同一台环境控制计算机控制。由软件程序来控制水流和各阀的营养配比。整套系统是由软件、硬件、传输设备、传感器、环境控制、灌溉控制及营养控制组成。3．系统操作
施肥机通过电磁三通阀来实现从喂液箱向混液箱的**喂液，按营养配比要求，电磁阀可实现向混液箱供液或返还到原液箱。
计算机可对从混液箱流出的液体的pH值、EC值进行监控报警并调节流速。混合液的配比可由种植者预先设置好，这种监控只是为了保证系统正常工作，而不是一种适时控制。由于系统或比值传感器的故障，当混合液的比值超过设定的极限时，系统就报警并采取必要的措施。
由于打开灌溉的阀门数量不同，系统输出的**变化时，计算机通过电磁阀自动控制营养液的喂量，以确保设定的配比和**。
主要设备配置说明
1) 自动灌溉施肥机组
自动灌溉施肥机组是由控制器控制的，它是专门为温室园艺行业研发的，是经验证稳定、可靠的控制器。将控制面板安装在灌溉机组上，便可实现对灌溉机组的控制。可以通过预先设定的启动条件来控制电磁阀的开启和关闭从而控制灌溉施肥的进行。可以结合时间，光照强度，累计光照和外部控制条件设定启动条件。机器可以准确地控制EC和pH值，因此每株作物都将获得严格定量的肥料。在长期的实践中，种植者可以很容易、更多地掌握针对这一作物关于水肥用量方面的信息，从而能够培育出更加优质的产品。
自动灌溉施肥系统所采用部件都是经检测的高质量原件以确保其能够运行良好。它可单独使用来实现温室内灌溉施肥的控制，也可与温室内其它自动化控制设备结合使用从而实现温室内整体的自动化控制。作为额外服务，我们可以根据用户具体需求，为其设计理想的整体灌溉和施肥系统。
全自动灌溉施肥控制系统为客户带来了多种收益：
–可为所有作物的进行高效施肥；
–节省昂贵的肥料和水的用量；
–准确、稳定、可信赖；
–简洁不锈钢机架，灵活多样选择；
–可用“独立”灌溉机组或组成完整的温室控制方案
–可记录灌溉施肥数据
–高性价比
系统配置：
不锈钢机架：外包装尺寸为1.68m x 1.40m x 1.15m (hxlxb)
混合罐系统：混合罐容积为0.2 m3
水泵：在3.5bar的压力下，每小时出水量可达12 m3，20 m3或40 m3
浮子**计（每个进料管上各一个）
2个EC和pH传感器
电子界面设计符合
电子**计
1 x 130 Micron过滤器
3个可读压力表
2) 计算机灌溉控制：
白色电柜箱，8个按键
通过通用的符号进行操作
菜单显示器（无需记住任何代码/编码）
显示器可以显示2行字母，每行有40个字符
40个输出信号控制外部设备
20个输入信号连接各种传感器
可记录、报告灌溉数据，可查看历史数据
自动背景光显示功能
准确、稳定、可靠的EC/pH控制
多可控制8个进料管
10种启动条件控制电磁阀的开启与停止
各电磁阀的开启控制，每24个小时一个循环
中文操作界面
3) 消毒系统有紫外线消毒器和臭氧消毒器两种，任选其一
紫外线消毒器
紫外线消毒器是利用波长为225nm-275nm的紫外线对微生物的强烈杀灭的作用，对原水中的微生物进行杀灭。
产品特点杀菌速度快，不改变水的物理、化学性质，不增加水的嗅味，不产生对人体有害的卤代甲烷化合物，无副作用。
水处理筒体采用进口优质不锈钢，可满足1.2MPa的工作压力，具有防锈、强度高、无金属离子污染、设备表面易于清洁等优点。
紫外线灯选用国家卫生部门、防疫部门鉴定的新产品，功率30W，主线谱253.7nm，此波长的紫外线杀菌率高，可达98%以上，耗能低，连续使用寿命可达3000小时以上，并配有可靠的镇流装备。
模块化电控装置，功能齐全，定时标准，与水处理筒体采用一体化设计，具有安装方便，操作简单，安全可靠，便于维护的特点。
臭氧消毒器
臭氧消毒器：1台
臭氧产量：5g/h 产品尺寸：350*250*580mm（长*宽*高）
臭氧浓度：空气源5-20 g/m3 氧气源 20-35 g/m3
冷却方式：风冷 使用电源：220V/50Hz
功率：160W（功率大小根据实际需要调整）
气源类型：空气源和氧气源两用型，内置式无油空压机，空压机独立控制开关
产品配置：脱羟石英结构臭氧发生器单元、全不锈钢机箱、精密电流表、日本产150风扇、带臭氧调节器（旋钮式）等
相关文章 农业工程技术：温室园艺2008年第09期目录
自动监控技术在设施农业生产中的应用系列（六）——潮汐式灌溉系统在设施农业生产中的研克与应用(18)
系统控制界面
目前国内大型注塑机大部分采用PLC 或者基于单片机芯片的控制系统。虽然上述2种方法可以完成注塑机的正常运行，但是该种控制系统存在以下不足：控制精度不高，开发周期长，保养维修升级困难。另外，注塑机正朝着高速、高效、低能耗和高自动化的方向发展，这就要求注塑机具有完善的自动化控制与调节系统，以确保对注射成型过程的工艺参数实行高重复度、高灵敏度的可靠性。运用B&R PCC 对意大利一品牌20 世纪80 年代后期产1 350t 大型注塑机的控制系统进行升级改造，取得良好效果，并具备了常规注塑机控制系统难以实现的功能。
1 注塑机控制硬件系统组成
控制系统硬件由上、下位机组成。上位机包括工控机、面板及键盘；下位机包括PCC 控制器及扩展模块。上位机采用带486DX2CPU 的IPC2001 安装了B&R Automation Runime V2.60操作系统，26.4cm (10.4 时）TFT 真彩屏，中英文操作界面，面板附带注塑机专用30 键小键盘；下位机采用高性能可编程计算机控制器B&R PCC 一2003 系列CP476 ，该PCC 除了带CPU 外还带有独立的TPU , 用于处理高速输人／输出（I／O）信号，扩展模块DM465，DO435 ，旋人式模块位移采集AI294 、压力采集AI351、温度采集AT664 和高速计数模块AIl38 。上、下位机之间的通讯采用CAN 总线或者RS232 总线。该控制系统在人机界面上可对全线集中监控，必要时可以外接moderm 实现远程监控；具备I / 0 口、加热和压力状态显示；自动故障报警与随机帮助功能。
系统硬件组成框图如图1 。
图1 系统硬件组成框图
系统硬件结构紧凑，无论是旋人式还是扩展模块都采用标准尺寸，利于控制柜设计和安装。系统抗干扰性好，输人／输出模块均带有光偶隔离。输入模块可以将输入的电流信号（0～20mA）和电压信号( 0～l0V ）直接转换为0～32767 数字量信号。DO 模块电流可以达到2A ，由于该执行机构电磁阀驱动电流高于2.5A ，所以DO 信号通过扩流驱动板放大驱动执行机构电磁阀。
驶 PCC CP476 内带TPU ，实现高速信号I / ( ) ，能有效实现射胶7 段压力和速度快速切换控制。为了激活TPU ，在系统软件设计时需要初始化和设置LTX ( ）函数给TPU 分配通道。
2 软件控制系统
2.1 B&R AS 开发环境
bbbbbbs 下编程环境Automaton Studio 支持标准C 、Basic 、梯形图、指令表、顺序结构图等6 种标准的开发语言。根据需要可以在同一个项目中采用多种语言进行编程。同时，编程环境中除了包含丰富的常规函数库和功能块外，还包括注塑机专用函数库plastliba ，利用该函数库可以实现下文所述系统特性。
B&R 的PCC 控制器采用分时多任务操作系统，具备大型计算机的分析能力。从注塑机控制要求出发，将锁模、温控等过程对实时要求不同的任务设置在循环时间不同的任务等级中（如表1）。
表1 任务设置
2.2 系统软件组织结构
控制系统软件由下位机系统、上位机系统和界面三部分组成，软件采用C 语言编写。
注塑工艺流程（见图2）中熔胶和开模同时进行，因此软件结构上包含顺序结构和并行结构。程序中插入挂起和唤醒功能函数，实现程序的顺序和并行动作。组织结构采用金字塔形由上至下4 个层次（见图3) ，将流程图各过程任务定义为执行层并分布在不同标准任务层。按功能分为通讯、互锁操作、数据操作、温控、报警等。功能上除了可以满足常规顺序动作、多路并行动作之外，还可以实现普通控制系统难以达到的几个特性，可以显著**注塑机性能，更好地保护液压系统。
图2 注塑工艺流程
图3 主程序功能框图
上位机程序组织结构和下位机相同，功能上分为通讯，数据保存和读写，曲线的绘制，参数输人和输出等。上、下位通讯以上位机为主动，下位机为被动，上位机定时读写下位机的相应变量值。上位机界面设计可以在AS 下快速方便实现。
2.3 系统脱机模拟调试
为了实现脱机调试，在程序中添加模拟程序，主要是针对注塑工艺流程各动作的位移和行程开关闭合状态的模拟。从而在脱机状态就几乎可以仿真注塑机动作，大大方便控制系统的调试，是一般注塑机控制系统开发不具有的。
3 系统功能特点
3.1 运动控制特性
如何实现大型注塑机液压系统的平顺运行和保护是控制系统的关键问题。本系统从软件设计上充分优化液压系统的控制，实现低过冲、高精度。
活塞运动加减速段采用RAMP( ）函数斜坡化控制或者用RAMP _ Ql( ）函数实现二次曲线控制，每次运动减速位置点实时计算和补偿，如油缸活塞行程末端缓冲减速采用RAMP _ Ql( ）函数实现二次曲线处理。液压系统电磁阀开闭进行延时补偿，在人机面板上可以设定延时时长。
3.2 机铰机构线性化
该注塑机的合模机构机铰结构为5 点肘杆式，动模板行程长达2m 。动模板运动状态的测量是通过测量合模油缸的活塞杆来获取，从而大大**测量的精度和可靠性。
将机铰结构参数输人到B&R togclac 软件计算出活塞与动模板移动位置一一对应的关系，数据保存并导入到工程生成数据模块，再使用DA _ read( ) 函数可以从数据模块中读取活塞和动模板位置的关系。
3.3 温度控制系统特性
采用B&R 智能温度PIDxh 和PIDXHOPT 功能块可以计算出PID 参数，使温度控制**到士1 ℃ 。PIDXHOPT 功能块可以优化加热程序。
3.4 熔胶背压闭环优化控制
该系统熔胶背压采用闭环控制。背压反馈值经DI351 模块输人到CP476 的TPU 处理，比较设定值后再经过PIDX( ）函数优化。
3.5 过程参数监控
系统具备丰富的曲线辅助监控和分析功能。面板可以显示开合模等阶段的速度、压力、位置等曲线，还可以根据需要对各段温控区和压力进行实时曲线监控，还可以选择射胶、螺杆转动、开锁模和注射等单元的加工过程进行速度／时间、压力／时间、速度／位置和压力／位置的过程监控。
3.6 系统通用扩展性
系统采用C 语言编写，结构完整清晰。软件设计大量采用结构变量体系，采用结构变量描述各个部件的状态和动作过程等。如顶出动作结构变量包括了进和退过程的顶出行程，顶出各行程阶段的速度和压力；顶出动作延时、报警标志等变量。
该系统软件通用性强，可以适合同系列不同吨位的注塑机。在日常维护更换零部件时，只需要在面板稍加修改参数而不需要繁琐的调试，如更换顶出油路电磁换向阀时，倏改方向阀打开延时和关断延时时长即可。
3.7 人机界面友好
人机界面图文并茂，可以方便设置各结构变量参数，如液压电磁阀的开启闭合延时；还可以设定动作的各方面参数，包括并行动作、抽芯组合和速度压力设置。
4 总结
采用贝加莱智能控制系统升级液压机械式大型注塑机获得成功，机器的整体性能超过了原有的PLC 外加温控表的早期控制系统。不断**注塑机整体性能是**停止的趋势，在较少的硬件投入的基础上获得较多的产品附加值是产品竞争的关键。采用具有稳定品质的贝加莱智能控制系统，开发传统液压机械式注塑机的控制系统，一方面可以缩短开发周期和减少相应的成本，另一方面可以**注塑机的品质和档次，从而可以说是为国内注塑机**产品品质国际竞争力开辟了一条新的道路。