4. 灌溉阀门与泵的启停控制程序

在智能灌溉系统中，阀门负责把水送到指定轮灌区，水泵负责提供压力水源。两者如果各自独立启停，就会出现“阀开了泵没起、泵起了阀没开”的憋压或干转问题。本节围绕单阀手动启停、泵阀联动、启停互锁与延时保护四个要点，完成变量表定义和梯形图程序块编写，形成一套可直接下载到 S7-1200 上运行的基础控制程序。

一、控制对象与工艺约束

假设系统有 4 个轮灌区电磁阀（YV1～YV4）和 1 台主泵电机（M1）。电磁阀为 24V DC 常闭型，得电开阀；主泵由接触器 KM1 控制，PLC 输出 Q 点驱动中间继电器再带接触器线圈。工艺上有三条硬约束：

• 先开阀后启泵：阀门打开需要 3～5 秒行程时间，泵必须等阀到位后再启动，否则管路瞬间超压；
• 先停泵后关阀：停水时泵先停，阀门延时关闭，避免水锤；
• 互锁：任一时刻只允许一个轮灌区工作；泵未运行时禁止开阀（防止无水干开），阀全关时禁止启泵（防止憋压）。

据此确定延时参数：开阀到位延时 T_VALVE_OPEN = 4 s，停泵后关阀延时 T_VALVE_CLOSE = 5 s，泵最短运行时间 T_PUMP_MIN = 10 s（防止频繁启停），泵故障反馈确认时间 T_FAULT = 2 s。这些数值属于教学示例参数，实际工程应按阀门口径、管路长度和泵功率整定。

二、变量表定义

变量表按“输入—输出—中间—定时器—HMI”五类组织，符号名采用“设备_功能”命名法，便于梯形图注释和后续扩展。下表为 PLC 变量表（节选，示例地址）：

在 TIA Portal 的“PLC 变量”表中逐行录入后，编译前务必执行“全部重建”，确认无地址冲突和符号重复。定时器建议使用 IEC 定时器背景数据块，而不是 S5 定时器，便于在 OB1 中多次调用和在线监控。

三、梯形图程序结构与信号流

程序放在 OB1 中，按“系统启停 → 单阀手动控制 → 泵阀联动与互锁 → 延时保护 → 输出驱动”五段顺序编写。下图给出本节程序的核心信号链与互锁关系，可对照梯形图网络逐段理解：

四、梯形图关键网络编写

网络 1：系统启停自保持。用 SB_Start 常开触点与 M_SysRun 常开触点并联，再串 SB_Stop 常闭触点，驱动 M_SysRun 线圈。这是典型的起保停电路，停止按钮接常闭，因此梯形图中用常开触点表示“未按下”。

网络 2：单阀手动开阀。SB_Valve1 上升沿触发置位 M_Valve1_Cmd，SB_Valve1_Off 触发复位。串联条件为 M_SysRun 常开、M_Interlock 常开、Pump_Fault 常闭。这里用置位/复位而非自保持，是为了让 HMI 也能直接置位该指令位。

网络 3：互锁允许标志。M_Interlock 的成立条件是“本阀指令为 1 且其余三阀指令均为 0”，用四个阀指令位的逻辑组合实现。若后续扩展到 4 区轮灌，只需把该网络改为“任一阀指令为 1 时其余阀禁止置位”的互斥逻辑。

网络 4：开阀到位延时与泵启动。M_Valve1_Cmd 常开触点驱动 T_ValveOpen（TON，PT=4s），T_ValveOpen.Q 与 M_SysRun、M_Interlock 串联后置位 M_Pump_Cmd。这样保证阀先得电、4 秒后才允许泵启动。

网络 5：停泵与关阀延时。M_Pump_Cmd 常开触点接 T_ValveClose（TOF，PT=5s），其 Q 输出驱动 Q_Valve1。TOF 的特性是输入断开后输出仍保持 PT 时间，正好实现“泵停后阀延时 5 秒关闭”。

网络 6：输出驱动与保护。Q_Pump 由 M_Pump_Cmd 与 Pump_Fault 常闭、Pump_FB 常开（运行反馈确认）串联驱动；T_PumpMin 用于在停止指令到来时判断泵是否已运行满 10 秒，未满则保持 M_Pump_Cmd 直到计时完成，避免频繁启停。

// 网络 4 等效语句表（SCL 视角，便于理解梯形图逻辑）
"T_ValveOpen".TON(IN := "M_Valve1_Cmd",
                  PT := T#4S);
"M_Pump_Cmd" := "T_ValveOpen".Q AND "M_SysRun" AND "M_Interlock";

// 网络 5 等效语句表
"T_ValveClose".TOF(IN := "M_Pump_Cmd",
                   PT := T#5S);
"Q_Valve1" := "T_ValveClose".Q;

五、下载与在线验证

程序编译通过后下载到 CPU，切换到“在线监控”。验证按以下顺序进行：先按 SB_Start，观察 M_SysRun 变绿；再按 SB_Valve1，Q_Valve1 应立即为 1，4 秒后 Q_Pump 变为 1；按 SB_Valve1_Off，Q_Pump 先变 0，5 秒后 Q_Valve1 变 0。若在 Q_Pump 为 1 时强制 Pump_Fault 为 1，应看到泵输出立即切断、开阀指令被复位，且 HMI 报警位动作。

本节程序完成了单阀手动与泵阀联动的基本闭环。变量表中的 M_Interlock、T_PumpMin 等中间位为后续多区轮灌、故障复位和 HMI 画面预留了接口，扩展时只需在互锁网络和输出网络中增加对应阀位，不必改动已调试通过的延时逻辑。