專利名稱：基于可編程邏輯控制器的稱重式蒸滲儀監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種科研設(shè)備運行數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，尤其涉及一種基于可編程邏輯控制器的稱重式蒸滲儀監(jiān)控系統(tǒng)，屬于農(nóng)田蒸散設(shè)備、傳感器、通信等技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
蒸滲儀是一種在限定三維邊界條件下測定水體轉(zhuǎn)化的裝置，是測定農(nóng)田蒸散的常用儀器以及灌溉試驗站的必備設(shè)施。主要用來測定植物總蒸散量、滲漏速度、滲漏量以及土壤中含水量的變化等有關(guān)水量平衡系統(tǒng)中的各個分量。目前，蒸滲儀主要有非稱重式蒸滲儀和稱重式蒸滲儀等。非稱重式蒸滲儀安裝操作簡單、造價低，但精度低、分辨率差。大型稱重式蒸滲儀是地下水_ 土壤_植被_大氣連續(xù)體(Soil-Plant-Atmosphere Continuum，簡稱SPAC系統(tǒng))水分循環(huán)研究的重要試驗裝置， 也是當前公認的能直接測定蒸散的標準試驗裝置，例如中國科學院禹城試驗站即采用了大型稱重式蒸滲儀。稱重式蒸滲儀主要由土體容器(鋼筒)、稱重系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)組成。稱重系統(tǒng)采用了利用柔性支撐杠桿原理的位移測量方法，對于主體土體直徑為2m、土體深度為5. 0m、稱重系統(tǒng)承受重量32. 7-35. 99噸的蒸滲儀而言，可以使稱重系統(tǒng)感量小于 60g，相當于能測定0. 02mm水深的變化量，具體為，在稱重系統(tǒng)中，由兩塊方鋼夾在鋼絲繩中部與兩塊斜鐵及平衡臂(相當于吊秤的秤桿)產(chǎn)生工作狀態(tài)。當平衡臂水平時鋼絲繩產(chǎn)生垂直錯位(為基準零點)。當土體重量發(fā)生變化時(也即蒸降水量的變化)，平衡臂上下擺動形成擺角的變化，通過鋼性連桿機構(gòu)將擺角的變化轉(zhuǎn)換為線位移，再利用高分辨率的位移傳感器測出位移變化量進而獲取土體重量的變化，從而實現(xiàn)精確測量的目的。為了模擬地下水的實際狀態(tài)，蒸滲儀還包括供排水系統(tǒng)。供排水系統(tǒng)是由供水箱、排水箱、供排水管、調(diào)節(jié)供水箱升降的機電裝置(包括電機、變速箱、鋼繩、導(dǎo)軌)構(gòu)成。每個水箱重量使用稱重傳感器測量，土體容器內(nèi)地下水位的控制是由與之相連的供水箱的高程來實現(xiàn)。但是，目前的蒸滲儀均采用人工觀測設(shè)備，通過顯微鏡每天讀數(shù)2次獲得數(shù)據(jù)。若增加觀測密度，觀測人員工作量非常大，錯誤和遺漏無法避免，并且受降雨和大風天氣影響，高精度稱重系統(tǒng)人工觀測很難準確。為進一步提升蒸滲儀的應(yīng)用水平，研究鹽分、化肥和農(nóng)藥等在SPAC系統(tǒng)中遷移、轉(zhuǎn)化規(guī)律及其對作物生長發(fā)育的影響，蒸滲儀已增加多種傳感器，因此迫切需要將目前的人工觀測改進為自動觀測，減少觀測人員的勞動強度和觀測誤差。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種基于可編程邏輯控制器的稱重式蒸滲儀監(jiān)控系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的人工觀測數(shù)據(jù)工作量大、可靠性低的問題。為了實現(xiàn)本實用新型的目的，本實用新型提供的基于可編程邏輯控制器的稱重式蒸滲儀監(jiān)控系統(tǒng)包括用于采集稱重式蒸滲儀運行數(shù)據(jù)的多個傳感器，其中，還包括可編程邏輯控制器，與所述多個傳感器連接，用于完成蒸滲儀運行數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲與輸出； 觸摸屏，與所述可編程邏輯控制器連接，用于數(shù)據(jù)顯示和指令輸入；監(jiān)控中心，通過以太網(wǎng)與所述可編程邏輯控制器連接，用于實時或定時采集稱重式蒸滲儀運行數(shù)據(jù)，并存儲上述稱重式蒸滲儀運行數(shù)據(jù)，以及根據(jù)需要進行遠程操作。根據(jù)上述稱重式蒸滲儀監(jiān)控系統(tǒng)的一種優(yōu)選實施方式，其中，還包括編碼器，與所述可編程邏輯控制器連接，用于設(shè)在稱重式蒸滲儀的供水箱鋼絲上，以檢測及輸出供水箱的移動距離；電機控制繼電器，與所述可編程邏輯控制器連接，用于通過所述可編程邏輯控制器的開關(guān)量輸出控制電機操縱供水箱的移動；限位開關(guān)，與所述可編程邏輯控制器連接，用于設(shè)在供水箱的移動導(dǎo)軌上以對供水箱上下移動行程進行保護；所述可編程邏輯控制器還用于跟蹤大田地下水位驅(qū)動電機調(diào)控供水箱沿導(dǎo)軌上下移動，使稱重式蒸滲儀自動模擬地下水位變化。綜上，本實用新型可以實現(xiàn)自動化數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、管理、統(tǒng)計和分析，不但大大降低了工作人員的勞動強度，而且可以提高數(shù)據(jù)觀測的準確度，還便于增加檢測蒸滲儀運行數(shù)據(jù)的傳感器數(shù)量，以擴大蒸滲儀的應(yīng)用領(lǐng)域。

圖1為本實用新型優(yōu)選實施例應(yīng)用于蒸滲儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型優(yōu)選實施例的原理框圖。附圖標記與部件的對應(yīng)關(guān)系為土體容器1底座11電機 21變速箱22鋼絲 23導(dǎo)軌 24供水箱31排水箱33供排水管32可編程邏輯控制器4數(shù)字量輸出入模塊42中央處理器模塊43以太網(wǎng)模塊44位移傳感器401地下水位傳感器402土壤含水率傳感器403土壤溫度傳感器404土壤鹽分傳感器405給排水稱重傳感器406編碼器407[0033]限位開關(guān)408電機控制繼電器409以太網(wǎng)5監(jiān)控中心6觸摸屏具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步詳細說明。圖1和圖2示意性的示出了本實用新型優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)，如圖所示，本優(yōu)選實施例所應(yīng)用的稱重式蒸滲儀包括土體容器1、承載土體容器1的底座11以及供排水系統(tǒng)的供水箱31、排水箱33、供排水管32、調(diào)節(jié)供水箱31升降的機電裝置，該機電裝置包括電機21、 變速箱22、鋼絲23、導(dǎo)軌24。本優(yōu)選實施例包括多個用于采集稱重式蒸滲儀運行數(shù)據(jù)的傳感器、可編程邏輯控制器(PLC)4、觸摸屏7、監(jiān)控中心6和用于接入以太網(wǎng)5的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(例如網(wǎng)橋、交換機等)。 多個傳感器包括，但不限于，檢測土體容器1移動距離的位移傳感器401、檢測地下水位的地下水位傳感器402、檢測土體含水的土壤含水率傳感器403、檢測土體溫度的土壤溫度傳感器404、檢測土體鹽分的土壤鹽分傳感器405、檢測土體供水量的給排水稱重傳感器406。 這些傳感器均與可編程邏輯控制器4連接，且都緊緊圍繞農(nóng)田水分、能量遷移與轉(zhuǎn)化機理這一目標，可以為農(nóng)業(yè)節(jié)水和農(nóng)田水分調(diào)控提供堅實的實驗基礎(chǔ)。為了便于調(diào)節(jié)供水箱31的高度，本優(yōu)選實施例的機電裝置還包括編碼器407、限位開關(guān)408和電機控制繼電器409 (圖1未示出)。編碼器407隨吊纜鋼絲23上下移動而旋轉(zhuǎn)輸出編碼脈沖信號，并由與其連接的可編程邏輯控制器4采集并計算出供水箱31的移動距離。電機21及電機控制繼電器409通過PLC開關(guān)量輸出驅(qū)動電機21操縱供水箱31 的自由上下移動。限位開關(guān)408的設(shè)置起到對供水箱31上下移動行程的保護，可編程邏輯控制器4通過對限位開關(guān)408狀態(tài)的采集，可關(guān)閉電機21的運轉(zhuǎn)?？删幊踢壿嬁刂破?用于完成蒸滲儀農(nóng)田蒸散數(shù)據(jù)及土壤水熱參數(shù)采集、傳輸、 存儲以及通過地下水位傳感器402跟蹤大田地下水位進而驅(qū)動電機21調(diào)控供水箱31沿導(dǎo)軌24上下移動，使稱重式蒸滲儀自動模擬地下水位變化。該可編程邏輯控制器4進一步包括接收模擬量的模擬量輸入模塊41、與數(shù)字設(shè)備連接的數(shù)字量輸出入模塊42、中央處理器模塊(CPU) 43、以太網(wǎng)模塊44。本優(yōu)選實施例采用可編程邏輯控制器4取代了通常的數(shù)據(jù)采集器，可以提高系統(tǒng)可靠性，增強系統(tǒng)的控制功能，不僅可以實現(xiàn)高分辨率模擬量數(shù)據(jù)采集，而且可以實現(xiàn)復(fù)雜的自動控制。應(yīng)用時，可編程邏輯控制器4放置在蒸滲儀地下室，配合PLC測控軟件及觸摸屏7的軟件，完成預(yù)設(shè)的功能。中央處理器模塊43是可編程邏輯控制器4的核心，通過擴展總線與擴展模塊連接，構(gòu)成一個完整的PLC硬件系統(tǒng)。中央處理器模塊43負責執(zhí)行“讀輸入一程序執(zhí)行一處理通訊請求一自診斷一寫輸出一讀輸入……，，的工作循環(huán)處理，同時控制擴展總線來完成對擴展模塊的數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)輸出。以太網(wǎng)模塊44使得可編程邏輯控制器4作為一從站連接到局域網(wǎng)，實現(xiàn)監(jiān)控中心6與可編程邏輯控制器4的通信。模擬量輸入模塊41完成現(xiàn)場模擬量的輸入、采集與處理工作，其中，為達到高精度位移傳感器401
5的采集要求，可以采用一 16位模擬量輸入單元，其它給排水稱重傳感器406、土壤鹽分傳感器405、土壤溫度傳感器404、土壤含水率傳感器403、地下水位傳感器402均可用12位模擬量輸入單元?？删幊踢壿嬁刂破?可以采用兩種方式對供水箱31進行隨動控制，其一為根據(jù)地下水位傳感器402采集的大田地下水位數(shù)據(jù)，調(diào)控供水箱31沿豎直導(dǎo)軌24上下移動，使兩者高度一致；其二為根據(jù)設(shè)定的蒸滲儀內(nèi)水位參數(shù)，調(diào)控供水箱31沿豎直導(dǎo)軌24上下移
動，使兩者高度一致。觸摸屏7與可編程邏輯控制器4連接，用于時間顯示與設(shè)置、采集參數(shù)顯示、參數(shù)存儲時間間隔設(shè)置、地下水位調(diào)控參數(shù)設(shè)置。在優(yōu)選實施例中，可以采用嵌入式一體化觸摸屏工控機，實現(xiàn)現(xiàn)場人機交互接口及參數(shù)存儲。嵌入式工控機是一種可靠性、成本、體積、功耗等綜合性能具有突出表現(xiàn)的專用計算機系統(tǒng)。監(jiān)控中心6也即一計算機系統(tǒng)，其通過以太網(wǎng)5與可編程邏輯控制器4的以太網(wǎng)模塊44連接，用于實時或定時采集諸如土柱重量變化、供水量、排水量、地下水位、土壤溫度、土壤含水率等稱重式蒸滲儀運行數(shù)據(jù)，并將上述數(shù)據(jù)分門別類存儲在數(shù)據(jù)庫里，以及據(jù)此繪制實時數(shù)據(jù)曲線、歷史數(shù)據(jù)曲線等，并可隨時調(diào)用；根據(jù)需要還可進行遠程操作，如設(shè)定蒸滲儀內(nèi)水位等參數(shù)。綜上，本實用新型通過利用計算機技術(shù)、PLC技術(shù)、無線通信技術(shù)、高精度檢測技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等多種技術(shù)手段，可以實現(xiàn)自動化數(shù)據(jù)采集與傳輸、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計處理功能，大大提高了數(shù)據(jù)觀測效率和數(shù)據(jù)精度，明顯降低了工作人員勞動強度。由技術(shù)常識可知，本實用新型可以通過其它的不脫離其精神實質(zhì)或必要特征的實施方案來實現(xiàn)。因此，上述公開的實施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所有在本實用新型范圍內(nèi)或在等同于本實用新型的范圍內(nèi)的改變均被本實用新型包含。
權(quán)利要求1.一種基于可編程邏輯控制器的稱重式蒸滲儀監(jiān)控系統(tǒng)，包括用于采集稱重式蒸滲儀運行數(shù)據(jù)的多個傳感器，其特征在于，還包括可編程邏輯控制器，與所述多個傳感器連接，用于完成蒸滲儀運行數(shù)據(jù)的采集、傳輸、 存儲與輸出；觸摸屏，與所述可編程邏輯控制器連接，用于數(shù)據(jù)顯示和指令輸入；監(jiān)控中心，通過以太網(wǎng)與所述可編程邏輯控制器連接，用于實時或定時采集稱重式蒸滲儀運行數(shù)據(jù)，并存儲上述稱重式蒸滲儀運行數(shù)據(jù)，以及根據(jù)需要進行遠程操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稱重式蒸滲儀監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，還包括編碼器，與所述可編程邏輯控制器連接，用于設(shè)在稱重式蒸滲儀的供水箱鋼絲上，以檢測及輸出供水箱的移動距離；電機控制繼電器，與所述可編程邏輯控制器連接，用于通過所述可編程邏輯控制器的開關(guān)量輸出控制電機操縱供水箱的移動；限位開關(guān)，與所述可編程邏輯控制器連接，用于設(shè)在供水箱的移動導(dǎo)軌上以對供水箱上下移動行程進行保護；所述可編程邏輯控制器則還用于跟蹤大田地下水位驅(qū)動電機調(diào)控供水箱沿導(dǎo)軌上下移動，使稱重式蒸滲儀自動模擬地下水位變化。
專利摘要本實用新型提供一種基于可編程邏輯控制器的稱重式蒸滲儀監(jiān)控系統(tǒng)，其包括用于采集稱重式蒸滲儀運行數(shù)據(jù)的多個傳感器，以及，可編程邏輯控制器，與所述多個傳感器連接，用于完成蒸滲儀運行數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲與輸出；觸摸屏，與所述可編程邏輯控制器連接，用于數(shù)據(jù)顯示和指令輸入；監(jiān)控中心，通過以太網(wǎng)與所述可編程邏輯控制器連接，用于實時或定時采集稱重式蒸滲儀運行數(shù)據(jù)，并存儲上述稱重式蒸滲儀運行數(shù)據(jù)，以及根據(jù)需要進行遠程操作。本實用新型可以實現(xiàn)自動化數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、管理、統(tǒng)計和分析，不但大大降低了工作人員的勞動強度，而且可以提高數(shù)據(jù)觀測的準確度。
文檔編號G01N5/04GK202257185SQ20112042551
公開日2012年5月30日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者婁金勇, 李漢俠, 歐陽竹 申請人:中國科學院地理科學與資源研究所