智能农田灌溉变频器控制系统.doc
《智能农田灌溉变频器控制系统.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《智能农田灌溉变频器控制系统.doc(59页珍藏版)》请在沃文网上搜索。
1、摘 要 本论文根据大型农场灌溉智能化、节水化的需求,设计了智能农田灌溉变频器控制系统,实现了农田浇灌方式可自动手动选择,灌溉模式可大水,中水,小水灌溉选择,并利用组态软件开发了系统运行管理里界面。该控制系统由变频器,可编程控制器PLC,计算机,水泵电机以及控制柜等组成。本系统有两个水泵电机,工频大功率抽水电机为水箱抽水,保持灌溉正常用水,灌溉电机变频运行,运行方式有可编程控制器程序设定。运行为先抽水在灌溉的模式,每天抽水电机工作保持水箱液位恒定,灌溉电机准时开始工作,按照程序设定运行一个循环,完成每天浇灌,等待后续浇灌信号。系统可以由控制柜来手动控制。同时系统加了变频器故障停机报警和手动消除功
2、能,在智能化灌溉的同时保护了变频器。通过计算机与PLC进行连接,采用组态软件完成系统监控,实现了运行状态动态显示及灌溉数据、故障报警的查询。 关键字:变频控制, PLC ,智能灌溉 ,水泵, 组态软件,节水Subject: Intelligent irrigation inverter controls systemSpecialty: AutomationName: Xi Liming (Signature) _Instructor: Xing Lianxian (Signature) _ABSTRACTThis paper is base on large farm intelligent
3、 irrigation, and water-saving technology need, designing a set of intelligent irrigation inverter control system. This system has archived irrigation way manual and automatic; irrigation mode can choose big water, middle water and small water. Besides use the configuration software to make a good op
4、erating management interface. This control system consists of the inverter, programmable control PLC, computer, pump motor and control cabinet and other components.The system has two pump motors, the power frequency and high power pump motor pumped to keep the level of pool invariably. The irrigativ
5、e motor running in a varied frequency, controlled by the PLC .The system at first pumping and then irrigating. The pumping motor works every day to keep the water level constant, irrigation motor worked on time, in accordance with the procedures set runs a loop, finish daily watering, watering the v
6、ery next day the wait signal. The system also can be controlled by the control cabinet hand-actuated .At the same time this system add converter failure alarm and manual elimination function, by the time protect the converter to save irrigation. By connecting the PLC and industrial computer monitori
7、ng system, complete the configuration software, to achieve the dynamic running state display and query data, alarm. KEY WORDS: Frequency Control, PLC, intelligent irrigation water pump,Configuration software, Water savingII 目 录摘 要IABSTRACTII1 前 言11.1课题的背景和意义11.2智能农田灌溉的国内外发展的现状11.2.1国外的发展现状11.2.2国内的发
8、展现状21.3课题研究的内容和任务32变频器控制系统技术分析42.1系统理论的分析42.1.1交流电机变频调速原理42.1.2水泵的工作特性分析62.1.3 变频器调速的工作原理72.2智能农田灌溉变频器控制系统方案的确定113智能农田灌溉变频器控制系统设计123.1本次设计主要实现的功能123.2变频器主回路电气元件的选择133.2.1按照工作条件选择灌溉电气主回路设备143.2.2按照短路状态进行校验153.2.3 水泵电机各项参数计算153.2.4变频器的选择153.2.5低压断路器的选择163.2.6接触器的选择173.2.7熔断器的选择183.2.8热继电器的选择193.2.9变频器
9、与水泵电机间导线的选择193.3变频器电气安装与调试203.3.1变频器的安装环境203.3.2变频器硬件连接与参数的调试213.3 PLC在智能农田灌溉变频器控制系统中的应用263.3.1 PLC介绍和特点263.3.2 PLC的工作原理和端口介绍273.3.3本次设计PLC的输入和输出端口的分布293.3.4 PLC与变频器的连调电路314监控系统的设计374.1 组态软件简介374.2 监控系统的设计374.2.1 组态王的通信参数设置374.2.2 新建工程与组态变量384.2.3 组态画面384.2.4 监控系统界面395调试405.1模拟系统的搭建组成405.1硬件调试405.2软
10、件调试415.3 PLC,变频器、PLC及组态监控的系统连调41结 论43致 谢44参考文献45附录一: 程 序46附录二:硬件实物,实验室模拟54 1 前 言1.1课题的背景和意义 我国水资源仅占世界总量的6,是比耕地资源(占世界总量的9)更紧缺的资源,水资源不足已成为严重制约我国国民经济可持续发展的瓶颈。农业是我国用水最多的产业,用水总量4 000亿,占总用水量的70以上,其中农田灌溉用水量3 6003 800亿,占农业用水量的9095农田灌溉水的利用率低,平均仅为45左右;农业用水的效率不高,。因灌溉方式不合理,造成水资源浪费严重、利用效率低下,加剧了水资源短缺的现状。 智能灌溉的目的就
11、是通过各种智能的仪器,是农田用水节约化,高效化,合理化,使农田用水尽可能的减少,缓解水资源的压力。 随着科技的进步,各种智能化仪器的出现以及其成本越来越低,使农田灌溉的智能化得以快速的发展,大型农场以往靠人力浇水,严重浪费水资源和农作物不合理浇水的现象将逐渐的消失,取而代之的将是智能化,省力化,节水化的智能灌溉系统。系统可以自动的选择浇水的多少,浇水的时机,实现对土壤湿度的控制,使土壤既不会干旱又不会被水浸泡。灌水量和灌水周期随着作物和天气的不同而采用不同的浇水方案。以PLC为核心,PC机为上位机配合变频器,传感器和继电器的智能农田控制系统,可以实现灌溉的定时,定量控制和循环浇灌。以其不高的成
12、本适合大多数中型规模农场的浇灌。1.2智能农田灌溉的国内外发展的现状1.2.1国外的发展现状 随着全球性水资源供需矛盾的日益加剧,世界各国,特别是发达国家都把发展节水高效农业作为农业可持续发展的重要措施。发达国家在生产实践中,始终把提高灌溉(降)水的利用率、作物水分生产效率、水资源的再生利用率和单方水的农业生产效益作为研究重点和主要目标。这些发达国家从最早的水力控制、机械控制,到后来的机械电子混合协调式控制,到当前应用广泛的计算机控制、模糊控制和神经网络控制等,控制精度和智能化程度越来越高,可靠性越来越好,操作也越来越简便。 (1) 电气控制技术在智能灌溉中的应用: 30年前,沟灌和漫灌几乎全
13、靠人力,自动化技术未能应用到灌溉工程中。真正的计算机控制灌溉源于以色列。该国最初把自动化控制技术应用到灌溉中的原因是:以色列足一个极其缺水的国家,从自然条件上讲必须发展节水农业;另一方面是出于中东安全的考虑,以色列人想通过自动化控制技术在家里控制农田灌水,减少由于武装冲突带来的危险。最初的灌溉控制器是一个简单的定时器,这可以看做是灌溉控制自动化的第一阶段。随着控制技术、传感器及水的发展,以色列开发了现代诊断式控制器,这种控制器把以前不能采集到的信息通过不同的传感器来获得,通过互联网、远程控制、CSM等来实现数据传输,然后通过计算机中的一些模型来处理信息,做出灌溉计划。 (2) 人工智能在灌溉中
14、的应用: 由于土壤湿度传感器的非线性以及其输出延迟较大,采用传统的反馈控制方法很难得到满意的结果,而近几年由于人工智能技术的发展,使得人工智能技术在节水灌溉中的应用显示出广阔的前景,其中包括用专家系统、模糊逻辑系统、神经网络来预测和建模,使得灌溉控制器用这些智能技术来及时、准确地预测环境参数,同时控制这些参数使得它更适合于作物生长。糊控制和神经网络在灌溉控制器中的应用较多,这些系统一般以土壤湿度传感器测土壤水分,同时还通过自动天气预报站估算出作物的蒸腾量,然后把这两个信息经模糊化后输入到模糊控制器,模糊控制器经模糊规则决策得出模糊输出,再把该模糊输出精确化传送给执行机构,控制电磁阀动作。如果该
15、控制不能得到满意的结果,则可以通过神经网络来优化控制规则。 1.2.2国内的发展现状 国内在开发灌溉自动控制系统方面处于研制、试用阶段。能实际投入应用,且应用较广的灌溉控制器还不多见。在开发的产品中有代表性的如中国农业机械化研究院联合多家单位研制的2000型温室自动灌溉施肥系统,该系统是国家“九五”科技攻关项目中自主研发的科技产品。该系统结合我国温室的环境和实际使用特点,以积木分布式系统结构原理,解决了计算机适时闭环控制、动态监测、控制显示中文、施肥泵混合比可调、电磁阀开度可调等关键技术问题。该系统具有手动控制、程序控制和自动控制等多种灌溉系统模式,可按需要灵活应用,在大连、北京等地已经投入了
16、应用。从系统运行情况来看,该系统有很好控制效果。取得了一定的经济效益和社会效益。天津市水利科学研究所研制的温室滴灌施肥智能化控制系统主要用于现代温室,日光温室作种物的灌溉营养液施肥,环境监测的智能控制,采用世界先进的可编程序控制器和触摸屏控制技自动灌溉控制器,性能可靠、功能齐全、人机界面友好、操作简单、价格低廉,此控制系统的控制流量为15 m3h, 控制规模为12 hm2,能控制24路阀门,系统具有人工干预灌溉施肥功能,定时、定量灌溉施肥功能,条件控制灌溉施肥功能。北京澳作生态仪器有限公司的澳作智能节水灌溉控制系统可与各种滴、喷灌系统连接,实时监测土壤墒情,根据要求自动灌溉。 国内虽然有多家研
17、制灌溉控制器。但多数是小规模、实验和理论的探讨,应用不够普及,究其原因一则是开发性能完善的灌溉控制系统需要大量的人力、物力的投入,需要多部门、多学科的融合,这在一定程度上限制了性能完善、适应性强的控制器的开发。其次是现在开发出来的灌溉控制器价格昂贵,农民尽管知道能节省人力、灌溉用水、提高产量,但由于一次性投资太大,多数农民承受不起,这也在一定程度上限制了灌溉控制器的普及。 1.3课题研究的内容和任务本次毕业设计考虑到大中型农场,灌溉频繁,需水量大,而且随着季节和天气变化,种植作物的变化,灌溉管道的出水量不变,使农作物浇灌不合理,同时过量浇灌造成水资源的浪费,而农场灌溉耗费大量人力,效率不高,因
18、此设计该智能灌溉系统。本次智能灌溉示意图如图1-1所示: 图1-1智能灌溉示意图 本课题内容主要包括(1):智能农田灌溉方案的设计,(2)变频器控制主回路的工程计算与设计选型,(3)变频器控制系统的设计与实验室模拟系统的搭建,(4)组态软件对搭建系统的监控。课题的任务是设计三种灌溉模式,每种模式有PLC和变频器控制,根据季节的不同,选择不同的灌溉模式,设计定时灌溉和定时水池抽水,模式选择后每天系统可以自动完成该天的工作,并可以在阴雨天,施肥,施药时可以手动进行灌溉,变频器保护的设计,故障报警与消除报警。2变频器控制系统技术分析2.1系统理论的分析2.1.1交流电机变频调速原理变频器调速系统主要
19、实现对水泵电机的调速,因此需对交流水泵电机调速原理进行分析。当前的调速系统中,随着调速及技术的发展,交流电机拥有媲美直流电机良好的静态和动态特性,同时交流电机有这直流电机无法做到的大功率,无电刷和换向器的,交流电机已经占据市场主流,而异步电机占交流电机80%以上,所以异步电机变频调速应用最多最广泛。由电机学,异步电机转速公式 2-1可见只要均匀的改变定子供电频率,就可以实现转速的平滑调节。由异步电机电压与磁通公式: 2-2在运行中不论基频上还是以下都希望保持不变 只要控制好E和f便可以得到控制转速和气隙磁通,这就是变压变频(VVVF)理论基础。 (1)在基频以下时不变,当f向下调节时E必须降低
20、,此时转矩 2-3 根据公式,基频以下时,s很小可以忽略,则可以看到T随着(等效f)变化,转矩基本保持不变,基频下为恒转矩调速。 (2)在基频以上时由于受到电机绝缘和磁路饱和的限制,Us不能增加的太多,这就导致转速增加时磁通下降,电机工作在弱磁调速状态。此时有 , 2-4由于S较小 2-5和基频时的功率相同,异步电机基频以上调速为恒功率调速。 基频以上和基频以下调速特性图如图2-1所示: 恒转矩控制 恒功率控制 0 图2-1 异步电机调速时的控制特性 为基频以下时的补偿值,由于低频时定子电阻和漏感压降所占比重增加,不能忽略,不进行补偿,会使的控制原则失效,异步电机会工作在弱磁下,使其转矩下降,
- 1.请仔细阅读文档,确保文档完整性,对于不预览、不比对内容而直接下载带来的问题本站不予受理。
- 2.下载的文档,不会出现我们的网址水印。
- 3、该文档所得收入(下载+内容+预览)归上传者、原创作者;如果您是本文档原作者,请点此认领!既往收益都归您。
下载文档到电脑,查找使用更方便
20 积分
下载 | 加入VIP,下载更划算! |
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 智能 农田灌溉 变频器 控制系统