S7-200 SMART在水肥一体机中的应用

水肥一体机是tigao水肥资源利用率的有效办法之一，对环境保护有重要意义。

它通过对种植区域里土壤，气候，含水量等环境要素的实时在线监控，调节控制水量，施肥量，施肥时间等参数，对种植区域进行合理的灌溉，可以实现水肥一体，液体肥利用率相比于粗放式施肥节省90%以上。同时也降低了因过度施肥造成的土壤板结等次生灾害。

因此该设备在智慧农业中备受欢迎，并得到了大力推广。西门子smart系列的plc和smart line触摸屏在该设备中有广泛的应用。

水肥一体机取用蓄水池清水或通过处理的江湖海水，通过配方设置ec、ph与各肥料比例，根据不同的控制方式，在不同的时间与环境条件下，通过pid调节功能，半自动或自动地完成配肥与灌溉过程一体控制，以实现精准控制灌溉水肥配比与灌溉量

小贴士

硬件及软件需求

1. 硬件要求

simatic s7-200 smart产品家族

smart panel v4产品家族

2. 软件要求

step 7-micro/win smart v2.7

 wincc flexible smart v4 sp1

s7-200 smart 编程实现

控制工艺介绍

水肥一体机控制可分为配比与灌溉两部分，其核心是在多控制机制同时作用下，通过pid控制调节配比与输出。

硬件设备

该设备通常由补水机构，循环机构，配比机构与灌溉机构构成，并配备相应的传感器与上位设备。具体如下：

表1硬件设备列表

工艺描述

水肥一体机的控制机制主要有三种，分别是半自动轮流灌溉，时间控制自动灌溉和环境条件自动灌溉。这三种控制模式同时作用，任何一种条件满足时，水肥一体机会按照给定计划实现配比与灌溉。

三种控制机制:

半自动控制模式具有高优先级，启动时会顺次从1开始执行第一个满足条件的区域，直至后一个满足条件的区域完成灌溉。

时间控制模式下会按照启动时刻，按配置启动灌溉程序。

环境条件模式下系统会不断监控周边环境条件，例如当光照，湿度等条件满足设定时，即会启动灌溉程序。环境条件可根据实际需求更改，以满足条件即触发的形式在程序中体现。

图2-1控制机制示意图

工艺流程

任意条件满足后，灌溉程序会启动并运行设备，同时从上述条件中获取配方参数，根据系统设置调节水位和ec值，终将满足条件的溶液灌溉到所选区域。具体流程如下：

图2-2工艺流程

控制程序

s7-200 smart 程序包含中断初始化子程序，状态控制子程序，参数赋值子程序，pid控制子程序，上位通讯子程序，liuliang计算子程序，数据记录子程序和输出子程序。程序中设备控制逻辑相对简单，条件判断与数据处理过程较为重要。

各程序作用

主程序用于控制主要设备的启停与子程序的启用。

中断初始化子程序定义时间中断参数。

状态控制子程序判断启动条件是否满足，并控制灌溉状态。

参数赋值子程序将对应参数赋值给运行程序。

pid控制子程序用于调整输出阀门比例与开关脉冲时长。

上位通讯子程序用于与上位，hmi进行数据通讯。

liuliang计算子程序用于liuliang计控制。

数据记录子程序用于记录灌溉数据和条件。

输出子程序用于控制数字量输出。

图2-3程序调用1

图2-4程序调用2

状态控制子程序

顺次调用各区域程序，从1-10依次执行，控制区域灌溉启停。可监控该程序段以了解灌溉过程。

参数赋值子程序

使用for指令和指针多次运行，判断执行条件是否满足。

程序块

图2-5半自动控制块

时间控制使用两个for指令，分别调用不同的时间控制方案与不同的起始时间点。

图2-6时间控制方案调用

图2-7起始时间点调用

环境条件使用一个for指令，调用不同的环境条件。可通过实际环境条件，更改满足启动逻辑块，以自定义启动条件。

图2-8环境条件调用

图2-9环境条件满足

pid控制子程序

通过pid控制一路输出脉冲长度，其余输出根据相对比例来调节。

上位通讯子程序

所有通讯数据都经过整合，方便上位机，hmi及云端读取。