水肥一体化远程控制系统方案白皮书

节点规模：4 路电磁阀 ｜ 核心 PLC：中盛 ZS 可编程控制器（RS485 版），8DI/8DO 晶体管输出，实测地址 1 / 波特率 9600 / 8-N-1

1. 核心选型

模块	选型要点
供电	24VDC 统一母线，避免升压/降压故障点
阀	PVC 一体式电磁阀，5 线制（D 型直流电机），常闭 NC，24VDC，到位自动断电
PLC	中盛 ZS 晶体管输出型（NPN 集电极开路），内置 RS485，Modbus RTU 从站，仅支持 03H 读 / 06H 写
DTU	4G，9–36V 宽压，RS485，支持 Modbus 主站轮询 + MQTT/TCP
电源	单晶硅 200W/24V + MPPT 20A + 磷酸铁锂 24V 50Ah，3 天阴雨设计

2. 实测固件限制（必须遵守）

限制	实测现象	应对
10H 写多寄存器不可靠	应答正常但值不保持	禁用批量写；逐个 06H 写单寄存器
长帧读会超时	读 8 个寄存器无响应	每帧读 ≤4 个（2 个最稳）
功能码	仅 03H 读、06H 写稳定	轮询与下发统一用 03H/06H

3. Modbus 寄存器映射（摘要）

输出 Y（03H 读 / 06H 写，互锁禁止同时为 1）

地址	名称
0x0050	Valve1_Open
0x0051	Valve1_Close
0x0052~0x0057	Valve2~4 的开/关

输入 X（阀位反馈，03H 读）

地址	名称
0x0064	Valve1_OpenFB（全开到位）
0x0065	Valve1_CloseFB（全关到位）
0x0066~0x006B	Valve2~4 的开/关反馈

系统寄存器

0x0032 站号、0x0033 波特率码、0x003D 校验方式、0x012C 总控制（1=运行）。

4. 安全原则

• 平台只下发"目标模式"（全开/全关/自定义），由 PLC 或平台侧逻辑展开为逐个 06H 写。
• 错峰顺序开关：开启下游→上游，关闭上游→下游，间隔等反馈或 ≥ 行程时间。
• 真实状态靠反馈触点；单阀动作超时（15s × 1.5 = 25s）= 故障，急停 + 告警。
• 通信超时保护：无 Modbus 心跳 5min → 执行安全策略（全关或保持）。

5. DTU 与上云

• 透传模式（推荐）：DTU 传 RTU 帧，平台侧做 Modbus Master，低延迟、可自定义轮询。
• MQTT 安全：MQTT over TLS + Token 鉴权；DTU 配 APN 专网卡或 IP 白名单；下行指令经 PLC 错峰程序执行。

6. 在线状态两级判定

{"dtu_online": true, "plc_online": false, "fault": "PLC_NO_RESPONSE"}

• 网络故障：DTU 心跳超时 / TCP 断开。
• 设备离线：DTU 在线 + PLC 连续 3 次不应答。
• 动作故障：指令已发，25s 未到位。

轮询间隔即离线发现延迟：平时 30–60s（省流量），阀门动作期间加密到 0.5s。

7. 联动控制

土壤过干（湿度 < 30%）开阀、湿度达标（> 60%）关阀，中间留 30% 滞环防抖；delayTime 防抖建议 ≥600s。安全保护（互锁/超时/低压）本地化，业务联动（阈值/计划）平台化。

8. BOM（单节点 4 路，约 3600–6200 元）

光伏板 200W、MPPT 20A、磷酸铁锂 24V 50Ah、中盛 ZS PLC、DC-DC 稳压、4G DTU、PVC 电磁阀 ×4、Y 型过滤器 ×4、2 路继电器模块 ×4、户外控制箱等。完整接线图与调试清单见 SLA/sla.md。