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【摘要】 文章以自动化滴灌项目的开发为背景，详细介绍了SPLC在系统中的具体应用及设计思路，展现了SPLC作为一种新兴自动化控制器件所具有的独特优势，从而为类似的低成本、高性能的自动化控制系统提供了另一种解决途径。
【关键词】 SPLC；自动化滴灌；自动化控制
【中图分类号】 TV212.5+4【文献标识码】 A【文章编号】 1005-1074(2009)04-0192-01
1 SPLC的独特优势
我国早期的自动化灌溉系统是以TP801单板机为核心构成的，随后的集中式或分散式微灌自动监控系统，以及由0831系列单片机为核心的自动化灌溉系统都属于同一类型的产品。
由单片机为核心的自动灌溉系统安装及操作相对简便，成本低廉，能够实现了一定程度的自动控制灌溉，但是单片机功能单一，不具备模块化的系统结构，编程使用的汇编语言要求系统设计人员具有很强的专业性及底层设备开发能力，系统的二次开发及功能扩展均受到限制。其次，通讯和数据传输功能仍是单片机控制系统的弱项，与目前日益普及的总线控制系统不能同日而语。以PLC为控制核心的自动灌溉系统虽然具备以上所有的优势，但是其昂贵的价格令普通农业用户难以承受。随着单片机技术的不断发展，兼顾价格与功能优势的SPLC目前已在楼宇控制、机床、农田灌溉等多个领域得到了广泛的应用。SPLC是一种集合单片机与标准PLC的新概念可编程控制器。采用简单的梯形图编辑软件作编码技术，能执行逻辑控制、顺序控制、定时、记数等操作指令，非常适合普通工程人员使用。SPLC功能强大，能够取代复杂的继电器组合，也可作为单片机市场的另一种选择。基于以上优点，一项以SPLC为核心的膜下滴灌控制系统已经在新疆生产建设兵团石河子垦区得到了具体
应用。
2 自动化滴灌系统的总体结构
新疆石河子垦区自动化滴灌示范基地共有农田1000亩，分为南/北两个灌溉片区，灌溉方式以片区轮灌模式为主。系统包括水源工程（渠道、沉淀池），首部枢纽（水泵、过滤设备、自动化滴灌系统），地下输水管道及配套管件，地表配套滴灌器材（输水软管、滴灌带、管件）等。其中自动化滴灌系统是整个示范项目的核心部分。系统由首部监控级、灌溉控制级、过滤器自动反冲洗单元、通讯模块、控制模块、执行单元组成。
3 自动化滴灌控制系统原理
过滤器自动反冲洗部分：以SPLC为核心的控制模块根据传感器的反馈信号或预先设定的时
间量控制执行单元，由执行单元对过滤器进行反冲洗，确保系统供水压力的稳定及水质的清洁。
田间灌溉部分：以设计院提供的轮灌时间为控制标准，由首部控制中心（人机）和SPLC组成时间（或周期）控制系统，相应的执行单元能够以自动/手动等方式对灌区循环往复式的灌溉。
4 自动化滴灌系统功能与控制说明
4.1 过滤器部分 网式过滤器部分分为四组，选用4个SPLC作为控制模块，当控制中心选择定时冲洗时，设定时间到达后，四组过滤器轮流冲洗5分钟，每组过滤器有一常开和一常闭同时转换状态保持5分钟，5分钟到后自动转换到下一组；反冲洗间隔时间可根据水质情况自由设定。当控制中心选择压差冲洗时，压差开关（常开）闭合时，执行反冲洗过程同上。
4.2 田间灌溉部分 在此系统中，以SPLC为控制核心的从站共有32个，每个SPLC封装在独立的防水接线盒内，与两个控制电磁阀共同组成了现场控制单元，每个阀门的出口有一个压力开关（两个常开输入），用来检测阀门是否在打开状态。当控制中心启动自动轮灌后，由SPLC根据上位的编组自动执行定时开关阀门，轮灌过程中当上一组剩余时间为一分钟时，下一组提前开阀，上一组时间到达时阀门关闭，如此轮换直至所有的分组执行完定时开阀，系统停止运行，直到下一次启动自动轮灌。分组灌溉时间可根据土壤墒情自由设定。当控制中心启动手动控制后，灌区内的任意阀门均可直接打开或关闭。
4.3 报警条件 系统将在以下条件具备时由控制中心发出报警信号：①当自动轮灌时；非本组阀门的压力开关闭合；②操作由自动转为手动；③轮灌结束时；④过滤器反冲洗时。
5 系统设计
5.1 首部控制中心 自动化滴灌系统的控制中心由一台威伦人机、开关电源、LVRT9通讯模块等组成，其中威伦人机的组态页面共有以下几部分：①定时反冲洗页面：设定每一组过滤器的定时启动时间和反冲洗时间，显示过滤器的工作状态；也可以用差压控制过滤器的反冲洗启动。②灌溉启动页：背景为整个系统的俯视图，能够进行轮灌方式的手/自动切换，启动、停止自动轮灌方式，若选择手动则可在状态监视页直接起停每一个阀门。③灌溉状态监视页：以系统南/北分干系统俯视图为背景，显示南/北两条分干上的SPLC及阀门的工作状态，包括阀门的开、关状态，剩余时间。④轮灌设定页：设定所有阀门的分组及执行顺序；设定每一组的轮灌时间。
5.2 SPLC编程 SPLC的编程环境为梯形图PLCMAP18版，程序执行方式为循环扫描。
6.3 通讯总线结构 自动化滴灌系统采用现场总线控制技术，由厂家自主开发的LVRT9（全隔离远距离功放转接器）连接现场控制模块与首部控制中心（人机），通讯协议为Modbus/RTU，本系统网络结构为主从模式，网络的传输速率为9600bit/s，Modbus物理层采用了RS-232串行通信标准，因现场通讯距离较远（800米），经LVRT9对传输信号进行整形、放大后，输出总线的传输距离能够达到1200米。由SPLC为核心的现场控制单元构成了通信子站，其作用类似于西门子ET200（分布式I/O），首部控制中心通过现场总线与各子站进行实时通信，传输控制指令和阀位反馈信号。为避免通讯质量受到高温、潮湿等自然环境的影响，系统采用了终端电阻进行阻抗匹配，在传输线末端并接了 560-1K欧姆的电阻,有效提高了系统的抗干扰性。现场总线的传输介质由两部分组成，1、由屏蔽双绞线（STP）构成的通讯线路；2、由2mm×2.5mm护套电缆构成的控制电源线路，现场电磁阀的DC24V驱动电源由此提供。
【关键词】 SPLC；自动化滴灌；自动化控制
【中图分类号】 TV212.5+4【文献标识码】 A【文章编号】 1005-1074(2009)04-0192-01
1 SPLC的独特优势
我国早期的自动化灌溉系统是以TP801单板机为核心构成的，随后的集中式或分散式微灌自动监控系统，以及由0831系列单片机为核心的自动化灌溉系统都属于同一类型的产品。
由单片机为核心的自动灌溉系统安装及操作相对简便，成本低廉，能够实现了一定程度的自动控制灌溉，但是单片机功能单一，不具备模块化的系统结构，编程使用的汇编语言要求系统设计人员具有很强的专业性及底层设备开发能力，系统的二次开发及功能扩展均受到限制。其次，通讯和数据传输功能仍是单片机控制系统的弱项，与目前日益普及的总线控制系统不能同日而语。以PLC为控制核心的自动灌溉系统虽然具备以上所有的优势，但是其昂贵的价格令普通农业用户难以承受。随着单片机技术的不断发展，兼顾价格与功能优势的SPLC目前已在楼宇控制、机床、农田灌溉等多个领域得到了广泛的应用。SPLC是一种集合单片机与标准PLC的新概念可编程控制器。采用简单的梯形图编辑软件作编码技术，能执行逻辑控制、顺序控制、定时、记数等操作指令，非常适合普通工程人员使用。SPLC功能强大，能够取代复杂的继电器组合，也可作为单片机市场的另一种选择。基于以上优点，一项以SPLC为核心的膜下滴灌控制系统已经在新疆生产建设兵团石河子垦区得到了具体
应用。
2 自动化滴灌系统的总体结构
新疆石河子垦区自动化滴灌示范基地共有农田1000亩，分为南/北两个灌溉片区，灌溉方式以片区轮灌模式为主。系统包括水源工程（渠道、沉淀池），首部枢纽（水泵、过滤设备、自动化滴灌系统），地下输水管道及配套管件，地表配套滴灌器材（输水软管、滴灌带、管件）等。其中自动化滴灌系统是整个示范项目的核心部分。系统由首部监控级、灌溉控制级、过滤器自动反冲洗单元、通讯模块、控制模块、执行单元组成。
3 自动化滴灌控制系统原理
过滤器自动反冲洗部分：以SPLC为核心的控制模块根据传感器的反馈信号或预先设定的时
间量控制执行单元，由执行单元对过滤器进行反冲洗，确保系统供水压力的稳定及水质的清洁。
田间灌溉部分：以设计院提供的轮灌时间为控制标准，由首部控制中心（人机）和SPLC组成时间（或周期）控制系统，相应的执行单元能够以自动/手动等方式对灌区循环往复式的灌溉。
4 自动化滴灌系统功能与控制说明
4.1 过滤器部分 网式过滤器部分分为四组，选用4个SPLC作为控制模块，当控制中心选择定时冲洗时，设定时间到达后，四组过滤器轮流冲洗5分钟，每组过滤器有一常开和一常闭同时转换状态保持5分钟，5分钟到后自动转换到下一组；反冲洗间隔时间可根据水质情况自由设定。当控制中心选择压差冲洗时，压差开关（常开）闭合时，执行反冲洗过程同上。
4.2 田间灌溉部分 在此系统中，以SPLC为控制核心的从站共有32个，每个SPLC封装在独立的防水接线盒内，与两个控制电磁阀共同组成了现场控制单元，每个阀门的出口有一个压力开关（两个常开输入），用来检测阀门是否在打开状态。当控制中心启动自动轮灌后，由SPLC根据上位的编组自动执行定时开关阀门，轮灌过程中当上一组剩余时间为一分钟时，下一组提前开阀，上一组时间到达时阀门关闭，如此轮换直至所有的分组执行完定时开阀，系统停止运行，直到下一次启动自动轮灌。分组灌溉时间可根据土壤墒情自由设定。当控制中心启动手动控制后，灌区内的任意阀门均可直接打开或关闭。
4.3 报警条件 系统将在以下条件具备时由控制中心发出报警信号：①当自动轮灌时；非本组阀门的压力开关闭合；②操作由自动转为手动；③轮灌结束时；④过滤器反冲洗时。
5 系统设计
5.1 首部控制中心 自动化滴灌系统的控制中心由一台威伦人机、开关电源、LVRT9通讯模块等组成，其中威伦人机的组态页面共有以下几部分：①定时反冲洗页面：设定每一组过滤器的定时启动时间和反冲洗时间，显示过滤器的工作状态；也可以用差压控制过滤器的反冲洗启动。②灌溉启动页：背景为整个系统的俯视图，能够进行轮灌方式的手/自动切换，启动、停止自动轮灌方式，若选择手动则可在状态监视页直接起停每一个阀门。③灌溉状态监视页：以系统南/北分干系统俯视图为背景，显示南/北两条分干上的SPLC及阀门的工作状态，包括阀门的开、关状态，剩余时间。④轮灌设定页：设定所有阀门的分组及执行顺序；设定每一组的轮灌时间。
5.2 SPLC编程 SPLC的编程环境为梯形图PLCMAP18版，程序执行方式为循环扫描。
6.3 通讯总线结构 自动化滴灌系统采用现场总线控制技术，由厂家自主开发的LVRT9（全隔离远距离功放转接器）连接现场控制模块与首部控制中心（人机），通讯协议为Modbus/RTU，本系统网络结构为主从模式，网络的传输速率为9600bit/s，Modbus物理层采用了RS-232串行通信标准，因现场通讯距离较远（800米），经LVRT9对传输信号进行整形、放大后，输出总线的传输距离能够达到1200米。由SPLC为核心的现场控制单元构成了通信子站，其作用类似于西门子ET200（分布式I/O），首部控制中心通过现场总线与各子站进行实时通信，传输控制指令和阀位反馈信号。为避免通讯质量受到高温、潮湿等自然环境的影响，系统采用了终端电阻进行阻抗匹配，在传输线末端并接了 560-1K欧姆的电阻,有效提高了系统的抗干扰性。现场总线的传输介质由两部分组成，1、由屏蔽双绞线（STP）构成的通讯线路；2、由2mm×2.5mm护套电缆构成的控制电源线路，现场电磁阀的DC24V驱动电源由此提供。