滴灌系統(tǒng)的自動(dòng)化控制的分析

1、滴灌系統(tǒng)的自動(dòng)化控制的分析    摘要：本文介紹了引進(jìn)的以色列先進(jìn)的滴灌技術(shù)，同時(shí)從滴灌系統(tǒng)、節(jié)水效果到滴灌的自動(dòng)化控制作了詳盡闡敘，并對(duì)百果園第二期工程建設(shè)提出了滴灌系統(tǒng)的設(shè)想，以此范例，作出了在我國(guó)果園灌水實(shí)現(xiàn)滴灌自動(dòng)化的一般方法和建議。 關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī) 自動(dòng)化 電磁閥 1 簡(jiǎn)介是國(guó)家果茶良種場(chǎng)XX省優(yōu)質(zhì)果茶良種繁育場(chǎng)，是國(guó)家“九五”種子工程在湖南實(shí)施的重點(diǎn)項(xiàng)目，建于1998年8月，1999年三月由農(nóng)業(yè)部授名為“國(guó)家（湖南）果茶良種場(chǎng)”。廠址位于XX市西郊雷鋒大道7公里處，占地面積620畝。為加速實(shí)施

2、全省農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，先后從美國(guó)法國(guó)埃及日本及國(guó)內(nèi)10多個(gè)省市科研育種單位引進(jìn)優(yōu)質(zhì)果茶品種資源158個(gè)，優(yōu)質(zhì)果茶種苗40多萬(wàn)株，建成果茶母本園150畝。每年可向社會(huì)提供優(yōu)質(zhì)果茶苗木200多萬(wàn)株，果茶母（接）穗1萬(wàn)公斤以上，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)果茶產(chǎn)品1000噸以上。果茶場(chǎng)也是省城第一座以品茶、園藝、垂釣為主題的農(nóng)業(yè)觀光園。這里空氣清新，景色怡人。春有草莓、櫻桃、“明前”茶；夏有枇杷、蘋(píng)果、葡萄、桃、李、楊梅、無(wú)花果與瓜類(lèi)；秋有板栗、柿、棗、梨、獼猴桃；冬有柑桔、橙類(lèi)等。一年四季。百果飄香，是個(gè)名副其實(shí)的“百果園”。該廠第二期工程將于2003年完成，面積將擴(kuò)至1000多畝。年生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)果茶苗木將達(dá)到1000萬(wàn)株

3、，優(yōu)質(zhì)果茶產(chǎn)品產(chǎn)量也將成倍增加，更多的農(nóng)業(yè)高新技術(shù)將落戶(hù)該場(chǎng)。果茶苗木和產(chǎn)品的生產(chǎn)、檢測(cè)、采后處理、加工和多種農(nóng)業(yè)觀光設(shè)施將全部完善和配置。屆時(shí)，一個(gè)全新的高科技生態(tài)農(nóng)業(yè)示范、觀光園將會(huì)展現(xiàn)在你的面前。百果園是農(nóng)業(yè)高科技的結(jié)晶，而滴灌系統(tǒng)是其中的重中之重。百果園現(xiàn)建成的620畝果園，全部由從以色列引進(jìn)的先進(jìn)滴噴灌系統(tǒng)控制，該園地勢(shì)起伏較大，最高處海拔達(dá)86.60m，最低處64.72m，傳統(tǒng)灌水方式很難進(jìn)行，而先進(jìn)的滴灌系統(tǒng)由于對(duì)地形的適應(yīng)能力強(qiáng)，而且特別適應(yīng)山地丘陵地區(qū)，所以滴灌正好大施其能，由低處水庫(kù)中取水，經(jīng)過(guò)過(guò)濾加壓，然后由遍布全園的各種管道把帶有肥料、除蟲(chóng)劑的水準(zhǔn)確地送到每片需水地園中

4、，保證果樹(shù)的正常需水。不過(guò)其系統(tǒng)自動(dòng)化程度不高，全園僅能使用微機(jī)控制電磁閥的開(kāi)啟，不能精確實(shí)現(xiàn)作物的輪灌、對(duì)灌水時(shí)間和灌水量還不能實(shí)現(xiàn)有效的控制，有望進(jìn)一步提高。2 滴灌系統(tǒng)滴灌就是滴水灌溉技術(shù)，它是利用低壓管道系統(tǒng)，使滴灌水成點(diǎn)滴地、緩慢地、均勻而又定量地浸潤(rùn)作物根系最發(fā)達(dá)的區(qū)域，使作物主要根系活動(dòng)區(qū)的土壤始終保持在最優(yōu)含水狀態(tài)。滴灌不同于傳統(tǒng)的地面灌溉濕潤(rùn)全面積土壤，因此滴灌有節(jié)約灌溉用水量、促進(jìn)作物生長(zhǎng)和提高產(chǎn)量的作用，是一種很有發(fā)展前途的局部灌水技術(shù)。百果園主要種植柑桔、葡萄、水蜜桃、茶等低矮果樹(shù)，如果采用其它灌水方法，不僅浪費(fèi)水資源，而且很難保證滿(mǎn)足果樹(shù)的需水量，而滴灌具有

5、省水節(jié)能、省工省地省肥、操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、對(duì)土壤地形適應(yīng)性強(qiáng)、保護(hù)和保持生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，所以滴灌成為了百果園地首選。  2.1百果園滴灌系統(tǒng)的組成 百果園滴灌系統(tǒng)主要由水源、首部樞紐、輸配水管網(wǎng)和尾部設(shè)備灌水器以及流量、壓力控制部件和測(cè)量?jī)x表等組成，如圖所示。全園滴灌系統(tǒng)組成示意圖：1.水源 2水泵 3(/).供水管 4.蓄水池 5.逆止閥 6.施肥開(kāi)關(guān) 7. 灌水總開(kāi)關(guān) 8.壓力表 9. 主過(guò)濾器 10. 水表 11(工學(xué)/水

6、利工程 論文 /). 支管 12        sp;the Hutuohe RiverAbstract: By circulation grouting, the crevices and caverns in the north bank of the Hutuohe River were filled&

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30、;north bank of the Hutuohe River; splitting grouting; slurry vein; use       sp; 如果將智能泵站連接到中央計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)上，則效果會(huì)更好。這樣從水泵到電磁閥之間復(fù)雜的系統(tǒng)將由一個(gè)高度智能化的系統(tǒng)管理起來(lái)，可做到最大限度地節(jié)水、節(jié)能，最大限度地保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行，避免灌溉系統(tǒng)常發(fā)生的下列幾種問(wèn)題：   過(guò)量灌溉或

31、灌水不足，浪費(fèi)水資源或不能滿(mǎn)足植物需水；   管網(wǎng)破裂，漏失水；   系統(tǒng)運(yùn)行壓力不合理；   水泵運(yùn)行效率低下；   地形起伏不平時(shí)或土壤入滲率低產(chǎn)生地面徑流，浪費(fèi)寶貴的水資源；   降雨時(shí)，灌溉系統(tǒng)照常灌溉；   管理、維護(hù)成本高。3.7 百果園灌溉的自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)百果園一期工程灌水基本實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)化控制，可以使用電腦控制各電磁閥的開(kāi)啟。我們可在其基礎(chǔ)上加以改進(jìn)與提高，使其實(shí)現(xiàn)灌水的全自動(dòng)化，具體見(jiàn)下：

32、自動(dòng)化控制采用電子技術(shù)對(duì)田間土壤溫濕度、空氣溫濕度等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行采集，輸入計(jì)算機(jī)，按最優(yōu)方案，控制各個(gè)閥門(mén)的開(kāi)啟及水泵的運(yùn)行狀態(tài)，科學(xué)有效地控制灌水時(shí)間、灌水量、灌水均勻度，為項(xiàng)目區(qū)作物提供一個(gè)良好的地、水、肥、氣、熱條件，促使其高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。同時(shí)進(jìn)行控制軟件及優(yōu)化灌溉制度的研究，最終形成灌溉專(zhuān)家決策系統(tǒng)。另外，通過(guò)變頻器控制改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)管道壓力，為管道、滴灌等其他灌溉工程的自動(dòng)化提供依據(jù)。具體包括以下幾個(gè)方面： 田間土壤含水量、鹽分、地溫、空氣溫度、濕度、降水、風(fēng)速、管道壓力等參數(shù)的自動(dòng)化采集 自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)安裝 監(jiān)控軟件設(shè)計(jì) 變頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)改

33、變水壓力，為微噴、滴灌等工程的自動(dòng)化提供依據(jù) 系統(tǒng)運(yùn)行管理模式評(píng)價(jià)，包括系統(tǒng)評(píng)價(jià)、灌水指標(biāo)、灌溉制度等欲實(shí)現(xiàn)真正意義上的全自動(dòng)控制，需要控制田間參數(shù)及對(duì)象很多，例如土壤濕度、鹽分、空氣溫度、相對(duì)濕度、降水量、風(fēng)速、管道壓力、閥門(mén)開(kāi)啟、水泵電機(jī)旋轉(zhuǎn)等，都要送入控制器?？紤]到要控制的對(duì)象較多，又要滿(mǎn)足良好的人機(jī)界面要求，可以采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，來(lái)協(xié)調(diào)各部分的工作。系統(tǒng)的組成如下圖所示,整個(gè)系統(tǒng)的工作主要工控機(jī)和變頻器兩部分來(lái)控制，其中變頻器主要用于控制水泵電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，工控機(jī)主要用來(lái)采集田間土壤及氣象指標(biāo)，按照設(shè)定的程序，控制各地塊中電磁閥的開(kāi)啟，并通過(guò)變頻器控制電機(jī)

34、的運(yùn)行狀態(tài)，協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作。     作物生育期的判斷：當(dāng)管理人員輸入各地塊所種植的作物及種植日期后，系統(tǒng)便根據(jù)計(jì)算機(jī)時(shí)鐘自動(dòng)計(jì)算出各種作物已種植的天數(shù)，判斷出作物所處的生育期，自動(dòng)查找資料庫(kù)中所存的原始資料，確定出當(dāng)前作物最適宜的土壤含水量及灌水定額。 滴灌的全自動(dòng)控制：系統(tǒng)采集田間及氣象數(shù)據(jù)后，將當(dāng)前各地塊土壤含水量與作物適宜含水量相比較，若土壤實(shí)際含水量小于作物要求下限值，便自動(dòng)開(kāi)啟該地塊的第一個(gè)電磁閥。進(jìn)行灌溉。達(dá)到所需灌水定額后，自動(dòng)關(guān)閉第一個(gè)電磁閥，同時(shí)開(kāi)啟下一個(gè)電磁閥，直到完成整個(gè)地塊的灌溉任務(wù)。灌溉過(guò)程中，若出現(xiàn)溫

35、度過(guò)低、風(fēng)速過(guò)大以及降雨過(guò)程等天氣時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)暫停當(dāng)前的灌溉任務(wù)，并保存當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)氣象條件滿(mǎn)足時(shí)，繼續(xù)進(jìn)行未完成的任務(wù)。 形式多樣的控制方式：全自動(dòng)控制外，系統(tǒng)還允許管理人員采用半自動(dòng)、手動(dòng)等控制方式。全自動(dòng)方式只需運(yùn)行人員輸入各地塊的作物信息，系統(tǒng)便會(huì)根據(jù)作物、土壤、氣象等條件自動(dòng)完成灌溉的全過(guò)程，無(wú)需人工干預(yù)。所謂半自動(dòng)方式，是指系統(tǒng)允許用戶(hù)根據(jù)實(shí)際情況控制開(kāi)停機(jī)。用戶(hù)可人為啟動(dòng)某個(gè)閥門(mén)，或某個(gè)地塊，甚至是所有地塊均輪灌一次。當(dāng)然這些操作全部都是通過(guò)鍵盤(pán)或鼠標(biāo)來(lái)完成的，而且在工控機(jī)屏幕上均有明顯的提示。所謂手動(dòng)方式是指人工去開(kāi)啟各個(gè)電磁閥，筆者建議百果園選用美國(guó)雨鳥(niǎo)公司生產(chǎn)的電磁閥：手動(dòng)、電動(dòng)兩用閥門(mén)，既可手動(dòng)，又可電動(dòng)，使用非常方便。當(dāng)手動(dòng)打開(kāi)某個(gè)電磁閥時(shí)，噴頭出水，主干管道壓力開(kāi)始下降，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)通過(guò)變頻器升高水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，維持管道壓力的恒定，直