一种基于PLC控制的农作物精良施肥灌溉系统的制作方法

本实用新型涉及计算机技术、传感技术、计算机智能化的管理技术，具体涉及农作物水肥精量灌溉的控制系统的技术领域，更具体的说，涉及一种基于PLC控制的农作物精良施肥灌溉系统。

背景技术：

国内灌溉控制仅考虑了作物需水量的供给，而水、肥同时考虑的不多，没有成熟的水肥精量控制设备被推广应用，国内外现有的水肥控制是根据肥料比例、施肥时间、施肥总量来控制，还有对灌溉水的整体电导率EC的宏观控制，无法单独测量单种养分浓度，且现有的养分测量仪器无法实现在线实时的测量，还没有针对灌溉肥液氮、磷、钾微量元素浓度进行单独和集成控制的相关设备面世，而且在灌溉系统智能发展到一定，国内外还没有有针对性系统研究管网智能铺设，以最优方式控制水肥流量，节约经济成本，来应对数字化灌溉时代的到来。

灌溉是弥补自然降水在数量上的不足与时空上的不均、保证适时适量地满足草坪生长所需水分的重要措施。以往的草坪绿化工程，很多没有配套完整的灌溉系统，灌水时只能采用大水漫灌或人工洒水。不但造成水的浪费，而且往往由于不能及时灌水、过量灌水或灌水不足，难以控制灌水均匀度，对草坪的正常生长产生不良影响。随着城镇建设的不断发展，城市人口大量集中，工业和生活用水迅速增加，旅游、休闲、运动场及居民小区等各种绿地面积越来越大，城市供水的紧张状况日益突出。传统的地面大水漫灌已不能满足现代草坪灌溉的要求，采用高效的灌水方式势在必行。

据研究资料表明：每种植物都有适合其生长的湿度，湿度过大，植物的根系就会在土壤中腐烂，湿度过小，就不足以满足植物生长所需要的水分。灌溉就是最大限度地满足土壤的湿度在适宜植物生长的湿度范围之内。经资料查证最适宜草坪生长的湿度是50％—60％RH。

水是一切生命过程中不可替代的基本要素，水资源是国民经济和社会发展的重要基础资源。我国是世界上13个贫水国之一，人均水资源占有量2300立方米，只有世界人均水平的1/4，居世界第109位。而且时空分布很不均匀，南多北少，东多西少；夏秋多，冬春少； 占国土面积50％以上的华北、西北、东北地区的水资源量仅占全国总量的20％左右。近年来，随着人口增加、经济发展和城市化水平的提高，水资源供需矛盾日益尖锐，农业干旱缺水和水资源短缺已成为我国经济和社会发展的重要制约因素，而且加剧了生态环境的恶化。按现状用水量统计，全国中等干旱年缺水358亿立方米，其中农业灌溉缺水300亿立方米。20世纪90年代以来，我国农业年均受旱面积达2000万公顷以上，全国660多个城市中有一半以上发生水危机，北方河流断流的问题日益突出，缺水已从北方蔓延到南方的许多地区。由于地表水资源不足导致地下水超采，全国区域性地下水降落漏斗面积已达8.2万平方公里。发达国家的农业用水比重一般为总用水量的50％左右。目前，我国农业用水比重已从1980年的88％下降到目前的70％左右，今后还会继续下降，农业干旱缺水的局面不可逆转。北方地区水资源开发利用程度已经很高，开源的潜力不大。南方还有一些开发潜力，但主要集中在西南地区。

我国农业灌溉用水量大，灌溉效率低下和用水浪费的问题普遍存在。目前全国灌溉水利用率约为43％，单方水粮食生产率只有10公斤左右，大大低于发达国家灌溉水利用率70-80％、单方水粮食生产率2.0公斤以上的水平。通过采用现代节水灌溉技术改造传统灌溉农业，实现适时适量的“精细灌溉”，具有重要的现实意义和深远的历史意义。在灌溉系统合理地推广自动化控制，不仅可以提高资源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。

我国是缺水国家，农业又是用水大户，因此我国提倡节水农业，为此合理灌溉和灌溉施肥必将成为我国农业持续发展的重要措施。配合农业政策和农业技术发展是我国化肥工业肥料生产的新亮点。

目前，水肥灌溉的控制系统存在以下问题：

(1)、国内灌溉控制仅考虑了作物需水量的供给，而水、肥同时考虑的不多，没有成熟的水肥精量控制设备被推广应用；

(2)、很少采用PLC控制器作为控制系统，效率低下、费时费力；

(3)、目前的水肥灌溉的控制系统不包括PC机、PLC控制器、Ph传感器、离子电极传感器、离子电极控制箱、泵阀控制箱，其结构复杂。

技术实现要素：

本实用新型是为了克服上述不足，给出了一种基于PLC控制的农作物精良施肥灌溉系统。

本发明的技术方案如下：

一种基于PLC控制的农作物精良施肥灌溉系统，包括PC机、PLC控制器、Ph传感器、离子 电极传感器、离子电极控制箱、泵阀控制箱、施肥装置；所述的PLC控制器采用S7-200的PLC控制器，作为一种基于PLC控制的农作物精良施肥灌溉系统的下位机，所述的PLC控制器上端与PC机相连接，所述的PC机作为上位机，用于输入PC控制的农作物精良施肥灌溉的信息及实时显示PLC控制的农作物精良施肥灌溉的过程；所述的PLC控制器左端分别与Ph传感器、离子电极传感器相连接；所述的PLC控制器右端分别与离子电极控制箱、泵阀控制箱、施肥装置相连接，所述的离子电极控制箱上安装有离子电极检测系统；所述的泵阀控制箱上安装有施肥阀、施肥泵，完成农作物的精良施肥灌溉。

进一步地，所述的施肥装置包括文丘里式施肥器、过滤器、施肥管灌溉主管道、肥料桶。

进一步地，所述的Ph传感器，安装在施肥管灌溉主管道、肥料桶处。

进一步地，所述的离子电极传感器，安装在离子电极检测系统中。

进一步地，所述的离子电极检测系统包括参比电极、离子选择电极、水肥溶液、离子信号输出电路装置、流路池、电化学传感器。

离子电极检测系统的功能：

首先，在参比电极和离子选择电极中共同注入水肥溶液构成一个流路池；

其次，通过测量流路池的电动势而测得离子的浓度；

最后，利用膜电势测定溶液中离子的浓度的电化学传感器测量敏感膜和溶液的相界面上产生与离子活度直接有关的膜电势，测得离子电极的电动势，完成水肥溶液的离子肥料的灌溉。

进一步地，所述的施肥阀，安装在文丘里式施肥器的上端。

进一步地，所述的施肥泵，安装在肥料桶和施肥管灌溉主管道的连接处。

本实用新型发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：

(1)、本发明采用的一种基于PLC控制的农作物精良施肥灌溉系统，包括PC机、PLC控制器、Ph传感器、离子电极传感器、离子电极控制箱、泵阀控制箱、施肥装置；所述的PLC控制器采用S7-200的PLC控制器，作为一种基于PLC控制的农作物精良施肥灌溉系统的下位机，所述的PLC控制器上端与PC机相连接，所述的PC机作为上位机，用于输入PC控制的农作物精良施肥灌溉的信息及实时显示PLC控制的农作物精良施肥灌溉的过程；所述的PLC控制器左端分别与Ph传感器、离子电极传感器相连接；所述的PLC控制器右端分别与离子电极控制箱、泵阀控制箱、施肥装置相连接，所述的离子电极控制箱上安装有离子电极检测系统；所述的泵阀控制箱上安装有施肥阀、施肥泵，完成农作物的精良施肥灌溉；

(2)、本发明采用的施肥装置包括文丘里式施肥器、过滤器、施肥管灌溉主管道、肥料桶；所述的Ph传感器，安装在施肥管灌溉主管道、肥料桶处；所述的离子电极传感器，安装在离 子电极检测系统中；

(3)、本发明采用的离子电极检测系统包括参比电极、离子选择电极、水肥溶液、离子信号输出电路装置、流路池、电化学传感器；

(4)、本发明采用的施肥阀，安装在文丘里式施肥器的上端；所述的施肥泵，安装在肥料桶和施肥管灌溉主管道的连接处。

除了以上这些，本发明与其他的农作物精良施肥灌溉系统相比最明显的特点是：

(1)、离子电极检测系统的功能：

首先，在参比电极和离子选择电极中共同注入水肥溶液构成一个流路池；

其次，通过测量流路池的电动势而测得离子的浓度；

最后，利用膜电势测定溶液中离子的浓度的电化学传感器测量敏感膜和溶液的相界面上产生与离子活度直接有关的膜电势，测得离子电极的电动势，完成水肥溶液的离子肥料的灌溉。

(2)、本发明实现农作物水肥的精量灌溉与智能的施肥自动化控制，节省了人力，提高了生产效率，能够产生很好的经济效益和社会效益。

本实用新型的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其它优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

图1为本实用新型发明的一种基于PLC控制的农作物精良施肥灌溉系统的结构示意图；

图2为本实用新型发明的一种农作物精良灌溉的水肥气热融合系统实现温室大棚里农作物水肥气热融合的精量灌溉与智能的施肥自动化控制过程的流程图。

具体实施方式

实施实例

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明及其实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，一种基于PLC控制的农作物精良施肥灌溉系统，包括PC机、PLC控制器、Ph传感器、离子电极传感器、离子电极控制箱、泵阀控制箱、施肥装置；所述的PLC控制器采用S7-200的PLC控制器，作为一种基于PLC控制的农作物精良施肥灌溉系统的下 位机，所述的PLC控制器上端与PC机相连接，所述的PC机作为上位机，用于输入PC控制的农作物精良施肥灌溉的信息及实时显示PLC控制的农作物精良施肥灌溉的过程；所述的PLC控制器左端分别与Ph传感器、离子电极传感器相连接；所述的PLC控制器右端分别与离子电极控制箱、泵阀控制箱、施肥装置相连接，所述的离子电极控制箱上安装有离子电极检测系统；所述的泵阀控制箱上安装有施肥阀、施肥泵，完成农作物的精良施肥灌溉。

又，本发明采用的一种基于PLC控制的农作物精良施肥灌溉系统，包括PC机、PLC控制器、Ph传感器、离子电极传感器、离子电极控制箱、泵阀控制箱、施肥装置；所述的PLC控制器采用S7-200的PLC控制器，作为一种基于PLC控制的农作物精良施肥灌溉系统的下位机，所述的PLC控制器上端与PC机相连接，所述的PC机作为上位机，用于输入PC控制的农作物精良施肥灌溉的信息及实时显示PLC控制的农作物精良施肥灌溉的过程；所述的PLC控制器左端分别与Ph传感器、离子电极传感器相连接；所述的PLC控制器右端分别与离子电极控制箱、泵阀控制箱、施肥装置相连接，所述的离子电极控制箱上安装有离子电极检测系统；所述的泵阀控制箱上安装有施肥阀、施肥泵，完成农作物的精良施肥灌溉，又是本发明一个显著特点。

进一步作为优选的实施方式，所述的施肥装置包括文丘里式施肥器、过滤器、施肥管灌溉主管道、肥料桶。

进一步作为优选的实施方式，所述的Ph传感器，安装在施肥管灌溉主管道、肥料桶处。

进一步作为优选的实施方式，所述的离子电极传感器，安装在离子电极检测系统中。

又，本发明采用的施肥装置包括文丘里式施肥器、过滤器、施肥管灌溉主管道、肥料桶；所述的Ph传感器，安装在施肥管灌溉主管道、肥料桶处；所述的离子电极传感器，安装在离子电极检测系统中，又是本发明一个显著特点。

进一步作为优选的实施方式，所述的离子电极检测系统包括参比电极、离子选择电极、水肥溶液、离子信号输出电路装置、流路池、电化学传感器；

离子电极检测系统的功能：

首先，在参比电极和离子选择电极中共同注入水肥溶液构成一个流路池；

其次，通过测量流路池的电动势而测得离子的浓度；

最后，利用膜电势测定溶液中离子的浓度的电化学传感器测量敏感膜和溶液的相界面上产生与离子活度直接有关的膜电势，测得离子电极的电动势，完成水肥溶液的离子肥料的灌溉。

又，本发明采用的离子电极检测系统包括参比电极、离子选择电极、水肥溶液、离子信号输出电路装置、流路池、电化学传感器，又是本发明一个显著特点。

进一步作为优选的实施方式，所述的施肥阀，安装在文丘里式施肥器的上端。

进一步作为优选的实施方式，所述的施肥泵，安装在肥料桶和施肥管灌溉主管道的连接处。

又，本发明采用的施肥阀，安装在文丘里式施肥器的上端；所述的施肥泵，安装在肥料桶和施肥管灌溉主管道的连接处，又是本发明一个显著特点。

实施实例2

一种农作物精良灌溉的水肥气热融合系统实现温室大棚里农作物水肥气热融合的精量灌溉与智能的施肥自动化控制过程，如图2所示，一种基于PLC控制的农作物精良施肥灌溉系统，开始工作；PC工作；PLC控制器工作；Ph传感器工作；离子电极传感器工作；离子电极检测系统工作；施肥阀工作；施肥泵工作；判断是否完成农作物精良的灌溉与自动化控制；完成水肥气热融合的精量灌溉与自动化控制等以下几个步骤：

步骤一：一种基于PLC控制的农作物精良施肥灌溉系统，开始工作；

步骤二：PC工作；

步骤三：PLC控制器工作；

步骤四：Ph传感器工作；

步骤五：离子电极传感器工作；

步骤六：离子电极检测系统工作；

步骤七：施肥阀工作；

步骤八：施肥泵工作；

步骤九：判断是否完成农作物精良的灌溉与自动化控制；

情况一：如果没有完成水肥气热融合的精量灌溉与自动化控制，返回步骤二，PC工作；

情况二：如果完成水肥气热融合的精量灌溉与自动化控制，执行步骤十；

步骤十：完成水肥气热融合的精量灌溉与自动化控制。

本发明与其他的农作物精良施肥灌溉系统相比最明显的特点是：

(1)、离子电极检测系统的功能：

首先，在参比电极和离子选择电极中共同注入水肥溶液构成一个流路池；

其次，通过测量流路池的电动势而测得离子的浓度；

最后，利用膜电势测定溶液中离子的浓度的电化学传感器测量敏感膜和溶液的相界面上产生与离子活度直接有关的膜电势，测得离子电极的电动势，完成水肥溶液的离子肥料的灌溉。

(2)、本发明实现农作物水肥的精量灌溉与智能的施肥自动化控制，节省了人力，提 高了生产效率，能够产生很好的经济效益和社会效益。

本发明显著的特点：

1)、本发明采用的一种基于PLC控制的农作物精良施肥灌溉系统，包括PC机、PLC控制器、Ph传感器、离子电极传感器、离子电极控制箱、泵阀控制箱、施肥装置；所述的PLC控制器采用S7-200的PLC控制器，作为一种基于PLC控制的农作物精良施肥灌溉系统的下位机，所述的PLC控制器上端与PC机相连接，所述的PC机作为上位机，用于输入PC控制的农作物精良施肥灌溉的信息及实时显示PLC控制的农作物精良施肥灌溉的过程；所述的PLC控制器左端分别与Ph传感器、离子电极传感器相连接；所述的PLC控制器右端分别与离子电极控制箱、泵阀控制箱、施肥装置相连接，所述的离子电极控制箱上安装有离子电极检测系统；所述的泵阀控制箱上安装有施肥阀、施肥泵，完成农作物的精良施肥灌溉；

2)、本发明采用的施肥装置包括文丘里式施肥器、过滤器、施肥管灌溉主管道、肥料桶；所述的Ph传感器，安装在施肥管灌溉主管道、肥料桶处；所述的离子电极传感器，安装在离子电极检测系统中；

3)、本发明采用的离子电极检测系统包括参比电极、离子选择电极、水肥溶液、离子信号输出电路装置、流路池、电化学传感器；

4)、本发明采用的施肥阀，安装在文丘里式施肥器的上端；所述的施肥泵，安装在肥料桶和施肥管灌溉主管道的连接处。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡等同替换或等效变换变形的技术方案，均在本发明要求保护范围。本发明的是实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些是实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的是实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

本发明未详细说明部分为本领域工程技术人员公知的技术。