水肥一體機是提高水肥資源利用率的Zui有效辦法之一，對環境保護有重要意義。

它通過對種植區域里土壤，氣候，含水量等環境要素的實時在線監控，調節控制水量，施肥量，施肥時間等參數，對種植區域進行合理的灌溉，可以實現水肥一體，液體肥利用率相比于粗放式施肥節省90%以上。同時也降低了因過度施肥造成的土壤板結等次生災害。

因此該設備在智慧農業中備受歡迎，并得到了大力推廣。西門子SMART系列的PLC和SMART Line觸摸屏在該設備中有廣泛的應用。

水肥一體機取用蓄水池清水或通過處理的江湖海水，通過配方設置EC、PH與各肥料比例，根據不同的控制方式，在不同的時間與環境條件下，通過PID調節功能，半自動或自動地完成配肥與灌溉過程一體控制，以實現精準控制灌溉水肥配比與灌溉量

小貼士

硬件及軟件需求

1. 硬件要求

SIMATIC S7-200 SMART產品家族

SMART Panel V4產品家族

2. 軟件要求

STEP 7-Micro/WIN SMART V2.7

 WinCC Flexible Smart V4 SP1

S7-200 SMART 編程實現

控制工藝介紹

水肥一體機控制可分為配比與灌溉兩部分，其核心是在多控制機制同時作用下，通過PID控制調節配比與輸出。

硬件設備

該設備通常由補水機構，循環機構，配比機構與灌溉機構構成，并配備相應的傳感器與上位設備。具體如下：

表1硬件設備列表

工藝描述

水肥一體機的控制機制主要有三種，分別是半自動輪流灌溉，時間控制自動灌溉和環境條件自動灌溉。這三種控制模式同時作用，任何一種條件滿足時，水肥一體機會按照給定計劃實現配比與灌溉。

三種控制機制:

半自動控制模式具有Zui高優先級，啟動時會順次從1開始執行第一個滿足條件的區域，直至Zui后一個滿足條件的區域完成灌溉。

時間控制模式下會按照啟動時刻，按配置啟動灌溉程序。

環境條件模式下系統會不斷監控周邊環境條件，例如當光照，濕度等條件滿足設定時，即會啟動灌溉程序。環境條件可根據實際需求更改，以滿足條件即觸發的形式在程序中體現。

圖2-1控制機制示意圖

工藝流程

任意條件滿足后，灌溉程序會啟動并運行設備，同時從上述條件中獲取配方參數，根據系統設置調節水位和EC值，Zui終將滿足條件的溶液灌溉到所選區域。具體流程如下：

圖2-2工藝流程

控制程序

S7-200 SMART 程序包含中斷初始化子程序，狀態控制子程序，參數賦值子程序，PID控制子程序，上位通訊子程序，流量計算子程序，數據記錄子程序和輸出子程序。程序中設備控制邏輯相對簡單，條件判斷與數據處理過程較為重要。

各程序作用

主程序用于控制主要設備的啟停與子程序的啟用。

中斷初始化子程序定義時間中斷參數。

狀態控制子程序判斷啟動條件是否滿足，并控制灌溉狀態。

參數賦值子程序將對應參數賦值給運行程序。

PID控制子程序用于調整輸出閥門比例與開關脈沖時長。

上位通訊子程序用于與上位，HMI進行數據通訊。

流量計算子程序用于流量計控制。

數據記錄子程序用于記錄灌溉數據和條件。

輸出子程序用于控制數字量輸出。

圖2-3程序調用1

圖2-4程序調用2

狀態控制子程序

順次調用各區域程序，從1-10依次執行，控制區域灌溉啟停?？杀O控該程序段以了解灌溉過程。

參數賦值子程序

使用For指令和指針多次運行，判斷執行條件是否滿足。

程序塊

圖2-5半自動控制塊

時間控制使用兩個For指令，分別調用不同的時間控制方案與不同的起始時間點。

圖2-6時間控制方案調用

圖2-7起始時間點調用

環境條件使用一個For指令，調用不同的環境條件?？赏ㄟ^實際環境條件，更改滿足啟動邏輯塊，以自定義啟動條件。

圖2-8環境條件調用

圖2-9環境條件滿足

PID控制子程序

通過PID控制一路輸出脈沖長度，其余輸出根據相對比例來調節。

上位通訊子程序

所有通訊數據都經過整合，方便上位機，HMI及云端讀取。