設施環(huán)境控制課設1

設施農業(yè)環(huán)境控制課程設計《設施農業(yè)環(huán)境控制》課程設計學校：河海大學班級：09級設農二班學號：09161020123姓名：王勃時間：2013.2.27——2012.3.04指導老師：方部玲，蔣元勛

目錄設施環(huán)境控制系統(tǒng)設計 2一、設施環(huán)境控制設備手動系統(tǒng)設計 2（一）、設施環(huán)境控制設備手動系統(tǒng)設計要求 2（二）、設施環(huán)境控制系統(tǒng)設計說明 2二、溫室首部供水系統(tǒng) 5（一）、溫室首部自動補水系統(tǒng)設計要求 5（二）、溫室首部自動補水控制系統(tǒng)的說明 5微噴灌水器的設計及應用（旋轉式微噴頭） 6一、旋轉式微噴頭 6二、旋轉式微噴頭設計及工作性能的主要參數 6（一）、工作壓力H 6（二）、流量q 6（三）、孔口直徑 7三、利用所設計旋轉微噴頭進行微噴灌工程設計 7（一）、基本情況 7（二）、設計參數的確定 7（三）、主要設備的選擇 8（四）、微灌灌溉制度 9（五）、各級管道的設計 9（六）、各級管道進口處的水頭 10設施環(huán)境控制系統(tǒng)設計設施環(huán)境控制設備手動系統(tǒng)設計（一）、設施環(huán)境控制設備手動系統(tǒng)設計要求某溫室配置了下列環(huán)境調控設施：外遮陽、內遮陽、頂開窗、環(huán)流風機、濕簾風扇系統(tǒng)和頂噴淋。其中環(huán)流風機3臺，濕簾風扇系統(tǒng)包括6臺濕簾風扇、濕簾和外翻窗組成。且濕簾風扇系統(tǒng)工作分為三種狀態(tài)，強制通風一（部分濕簾風扇開啟）、強制通風二（全部濕簾風扇開啟）和濕簾工作（全部的濕簾風扇開啟，同時濕簾泵工作）。請設計該溫室環(huán)境調控設備的手動控制系統(tǒng)。（二）、設施環(huán)境控制系統(tǒng)設計說明溫室主電路圖和控制電路圖見附圖。1、外遮陽系統(tǒng)打開：閉合常開開關SB2，使得正向電路聯(lián)通，電機正轉，外遮陽幕緩慢打開，同時KM1開關因電路聯(lián)通而閉合，而SB2自鎖斷開。當外遮陽幕全部打開時，限位開關SQ1使得電機停止轉動，電路斷開，KM1斷開，外遮陽幕打開過程完成。關閉：閉合常開開關SB3，使得反向電路聯(lián)通，電機反轉，外遮陽幕緩慢收攏，同時KM2開關因電路聯(lián)通而閉合，而SB3自鎖斷開。當外遮陽幕全部收攏時，限位開關SQ2使得電機停止轉動，電路斷開，KM2斷開，外遮陽幕關閉過程完成。2、內遮陽系統(tǒng)打開：閉合常開開關SB5，使得正向電路聯(lián)通，電機正轉，內遮陽幕緩慢打開，同時KM3開關因電路聯(lián)通而閉合，而SB5自鎖斷開。內外遮陽幕全部打開時，限位開關SQ3使得電機停止轉動，電路斷開，KM3斷開，內遮陽幕打開過程完成。關閉：閉合常開開關SB6，使得反向電路聯(lián)通，電機反轉，內遮陽幕緩慢收攏，同時KM4開關因電路聯(lián)通而閉合，而SB6自鎖斷開。當內遮陽幕全部收攏時，限位開關SQ4使得電機停止轉動，電路斷開，KM4斷開，內遮陽幕關閉過程完成。3、頂開窗控制系統(tǒng)（由于頂開窗1和頂開窗二的原理一樣，這里就只解釋頂開窗1的工作原理）開啟：合常開開關SB8，使得正向電路聯(lián)通，電機正轉，頂開窗緩慢打開，同時KM5開關因電路聯(lián)通而閉合，而SB8自鎖斷開。當頂開窗全部打開時，限位開關SQ5使得電機停止轉動，電路斷開，KM5斷開，頂開窗打開過程完成。關閉：閉合常開開關SB9，使得反向電路聯(lián)通，電機反轉，頂開窗緩慢閉合，同時KM6開關因電路聯(lián)通而閉合，而SB9自鎖斷開。當頂開窗全部打開時，限位開關SQ6使得電機停止轉動，電路斷開，KM6斷開，頂開窗關閉過程完成。4、環(huán)流風機控制系統(tǒng)啟動：閉合常開開關SB14，使得環(huán)流風機電路聯(lián)通，KM9因電路聯(lián)通而閉合，SB14發(fā)生自鎖而斷開，從而環(huán)流風機的開啟過程完成。關閉：按下SB13，KM9失電斷開，環(huán)流風機的關閉過程完成。5、濕簾風扇系統(tǒng)強制通風系統(tǒng)分為三種狀態(tài)：強制通風一、強制通風二和濕簾工作。其中，強制通風狀態(tài)一時啟動三臺濕簾風扇，強制通風狀態(tài)二時啟動全部濕簾風扇，而當濕簾工作時啟動全部濕簾風扇和濕簾泵。6、濕簾外翻窗打開：閉合常開開關SB16，使得正向電路聯(lián)通，電機正轉，濕簾外翻窗緩慢打開，同時KM10開關因電路聯(lián)通而閉合，而SB16自鎖斷開。當濕簾外翻窗完全打開時，限位開關SQ9使得電機停止轉動，電路斷開，KM10斷開，濕簾外翻窗打開過程完成。關閉：閉合常開開關SB17，使得反向電路聯(lián)通，電機反轉，濕簾外翻窗關閉，同時KM11開關因電路聯(lián)通而閉合，而SB17自鎖斷開。當濕簾外翻窗完全關閉時，限位開關SQ10使得電機停止轉動，電路斷開，KM11斷開，濕簾外翻窗關閉過程完成。7、強制通風一啟動：閉合常開開關SB19或SB21，使得風扇1或風扇2的電路聯(lián)通，KM12或KM13因電路聯(lián)通而閉合，同時SB19或SB21發(fā)生自鎖斷開，強制通風一的三臺風扇被啟動。關閉：按下SB18或SB20，電路斷開，KM12或KM13斷開，強制通風一過程結束。8、強制通風二啟動：閉合常開開關SB19和SB21，使得風扇1和風扇2的電路聯(lián)通，KM12和KM13因電路聯(lián)通而閉合，同時SB19和SB21發(fā)生自鎖斷開，強制通風二的六臺風扇被啟動。停止：按下SB18和SB20，電路斷開，KM12和KM13斷開，強制通風二過程結束。9、濕簾工作開啟：閉合常開開關SB19、SB21以及SB23使得風扇1和風扇2電路聯(lián)通，KM12和KM13因電路聯(lián)通而閉合，同時SB19和SB21發(fā)生自鎖斷開，全部的濕簾風扇開啟，同時又因為KM12和KM13都閉合，使得濕簾泵電路聯(lián)通，KM14因濕簾泵電路聯(lián)通而閉合，SB23發(fā)生自鎖而斷開，從而使?jié)窈煴霉ぷ?，這樣濕簾工作開啟過程就完成了。關閉：按下SB22，電路斷開，KM14斷開，濕簾泵電路斷開，從而使KM12及KM13斷開，接著風扇1和風扇2的電路斷開，全部的濕簾風扇關閉，同時濕簾泵停止工作，濕簾工作關閉過程就完成了。10、濕簾泵開啟：閉合常開開關SB23、KM12以及KM13使得電路聯(lián)通，KM14因電路聯(lián)通而閉合，同時SB23發(fā)生自鎖斷開，全部的濕簾風扇開啟，同時濕簾泵工作，濕簾工作開啟過程完成。關閉：按下SB22，電路斷開，KM14斷開，全部的濕簾風扇關閉，同時濕簾泵停止工作，濕簾泵狀態(tài)的關閉過程完成。11、頂噴淋泵控制電路啟動：閉合常開開關SB25，使得頂噴淋電路聯(lián)通，KM15因電路聯(lián)通而閉合，SB25發(fā)生自鎖而斷開，從而頂噴淋的開啟過程完成。關閉：按下SB24，KM15失電斷開，環(huán)流風機的關閉過程完成。二、溫室首部供水系統(tǒng)（一）、溫室首部自動補水系統(tǒng)設計要求某溫室設計了雨水回收利用系統(tǒng)。該系統(tǒng)將溫室頂部回收的雨水收集到水池中，將集水池中水經過初步過濾后儲存在儲水池內作為溫室灌溉的水源。為此，希望儲水池重要保持有一定的水量，同時要防止集水池的水位過低是水泵空轉。請設計滿足上述要求的從集水池中往儲水池中提水水泵的控制電路。水泵控制主電路和控制電路如附圖所示（二）、溫室首部自動補水控制系統(tǒng)的說明本系統(tǒng)采用浮球開關，在集水池中和儲水池中各安置1個浮球，用來控制2個池內的水位，從而控制系統(tǒng)的自動控制。當蓄水池中的水下降到警戒線時，由儲水池中的浮球控制的常開開關S3閉合，電路接通，交流接觸器KM閉合，S3發(fā)生自鎖，水泵開始從集水器中向儲水池中抽水。而當儲水池中的水位上升到停止抽水線時，由儲水池中浮球控制的常閉開關S2就會斷開，控制電路斷開，水泵停止抽水。當集水池中的水位低于警戒線時，由集水池浮球控制的常閉開關S1就會斷開，使控制電路處于斷開狀態(tài)，防止此時如果水泵工作對其性能造成損害。微噴灌水器的設計及應用（旋轉式微噴頭）旋轉式微噴頭旋轉式微噴頭的主要特征是微噴頭中設有運動部件，輔助水流成束狀噴出并產生旋轉。旋轉式微噴頭的噴灑圖形一般呈圓形或扇形。依據不同的原理，旋轉式微噴頭有多種，但均用了水的反作用力，及水流流經可以轉動的彎曲流道或可產生反作用效果的專用部件時，水的反作用力，使噴嘴產生轉動，噴灑出水束隨之做周向運動。并用噴灑的方式消能。旋轉式微噴頭的特點為：①出流流道相對較長，可有較遠的射程；②水束做周向運動，降水強度大大降低。通過對出流流道的專門設計，可以獲得不同降水曲線和滿足不同的用途，從而獲得較高的均勻度。微噴灌與滴灌相比，微噴灌的濕潤面積較滴灌大，這樣有利于消除含水飽和區(qū)，使水分能被土壤隨時吸收，改善了根區(qū)的通氣條件，可以調節(jié)田間小氣候。且微噴灌適用于育苗和片狀種植的葉菜類植物。鑒于微噴灌和旋轉式噴頭的各種特點，我選擇設計旋轉式微噴頭。二、旋轉式微噴頭設計及工作性能的主要參數（一）、工作壓力H工作壓力是指微噴頭水流入口處的水流壓力，由于此處距噴嘴的距離很短，實用中往往可以反映噴嘴處的壓力大小。工作壓力影響微噴頭性能的關鍵參數，微噴頭的流量和霧化程度均隨工作壓力的升高而增加。設計時通常將微噴頭進水口處的工作壓力當作噴嘴的工作壓力。且工作壓力的設計不應過大，雖然噴灑水的粉碎性好，但射程小，可能使水量分布圖產生極大的變化。因此，通過查相關資料，選取旋轉式微噴頭的工作壓力為250kp,通過轉換運算。P=ρgh，得到h=25.48ｍ(二)、流量q根據旋轉微噴頭的特性，選擇了中流量的微噴頭，即選用微噴頭流量為55.8l/h的旋轉微噴頭(三)、孔口直徑其工作水頭是25.48m，孔口流量為55.8l/h，管嘴特性的流量系數Cq取為0.7。根據滴頭流量計算公式有：可解的滴頭的流到面積為：進而可求滴頭流到的直徑為：旋轉微噴頭的具體形式和生產性圖紙見圖五和圖六。三、利用所設計旋轉微噴頭進行微噴灌工程設計（一）、基本情況北方有兩個日光溫室，種植番茄，此溫室使用微噴灌的方式灌溉。溫室內的土壤為沙壤土，溫室長為30m，寬為10m，兩溫室間距為1m，溫室墻體厚1m，有0.5m的過道。（二）、設計參數的確定根據當地氣候和作物灌溉的要求，確定溫室微灌設計的有關參數如下：eq\o\ac(○,1)計耗水強度取8.9㎜/d；②采用全面噴灑灌溉方式，設計土壤濕潤比為80%；③灌水均勻系數的確定：為了保證微灌的灌水質量，要求灌水均勻度達到一定要求。微灌灌水器的流量偏差率與工作水頭偏差率的關系qv=-1+1+0.61-x則求得設計流量偏差率qv=-1+1+0.6只考慮水力因素，由與關系（%）989592（%）102030可查得=98%（三）、主要設備的選擇1、微噴頭，按照設計的旋轉式微噴頭，額定工作壓力250KPa時，流量為55.8L/h，濕潤直徑為5.5m。因此，考慮到溫室的長和寬，橫向布置三根毛管，每根毛管上有11旋轉微噴頭，每根毛管和每個噴頭之間的距離如附圖所示。2、微噴頭的組合方式，考慮到溫室長度，微噴頭選擇矩形的組合方式，組合間距Se=2.25m,Sl=2.3m,R=2.75m,,組合噴灌強度計算，ρs=qηs有效=qη3、管道與管件，選用國產管道與管件，其中溫室田間輸水管道采用耐候性好、易加工PE管，外部引水及給水支管和干管采用UPVC管并埋于地下。4、灌溉自動控制，選用進口灌溉時間控制器、配合進口的優(yōu)質電磁閥實施全部溫室的自動灌溉作業(yè)。比較時間控制器選擇美國亨特公司生產的控制器，電磁閥選擇美國Hunter公司生產的ICV系列灌溉用電磁閥。傳感器選擇Hunter生產的，自動灌溉施肥機選擇以色列愛爾達公司生產的Fertigal系列施肥器，注意的是要按實際情況（流量、壓力選則）5、施肥裝置，采用德國MSR公司生產的可調施肥比例的水動注肥泵，該水動注肥泵技術含量高，結構復雜，投資較高，但是其產生的供水壓力比較小，能夠根據灌溉水量大小調節(jié)廢水吸入量，是灌溉系統(tǒng)實現(xiàn)按比例施肥。6、首部設備①水泵的選擇水泵的選擇要按最不利輪灌組的流量和揚程進行選擇。②過濾器的選擇為滿足干管的流量要求，水沙過濾器應選擇其流量范圍滿足干管流量要求，使其符合要求。網式過濾器，與疊片式過濾器配合使用，提高過濾的精度。③其他設備的選擇壓力表、測量與控制設備、安全設備等的選擇則根據經濟等具體情況進行考慮選擇即可。7、灌溉自動控制器，我們采用的時間控制器，可以預先設定的灌溉時間、灌溉延續(xù)時間、灌溉次數等自動化實現(xiàn)各輪灌區(qū)的灌溉作業(yè)。該控制器同時自動控制灌溉系統(tǒng)供水水泵的啟動和關閉，以保證自動輪灌的供水要求。（四）、微灌灌溉制度1、設計灌水定額：選取計劃濕潤層深度Z=30cm，土質為砂壤土，α=30%，P=80%，η=0.88，查表取β=0.35，則一次性灌水量為I=≈28.6（mm）2、設計灌水周期T==28.6/8.9≈3(d)3、一次灌水延續(xù)時間t：t==≈3.5（h）（五）、各級管道的設計1、毛管的設計：已知毛管長度為L=30ｍ,ｓ=2.75ｍ，故ｘ=1，N=11，ｍ=1.75，查表5-6得多口系數Ｆ=0.410，不考慮溫度的影響，且Hv=20％，Hd=25.8ｍ,ｑ=55.8l/h=0.0558ｍ3/h,則Q毛=N×q=0.6138而毛管允許的水頭差為△H毛分=0.55HvHd=0.55×0.2×25.8=2.838(ｍ)①按照勃拉修斯公式有：△Hm設=8.4×104×Q毛1.75D毛4.75×L毛×F=8.4×10由①②可得到D毛=12.38㎜，根據標準，選擇PE素材毛管直徑為D毛實=15㎜那么△H毛實=8.4×104×0.61381.75154.75×3則△H支分=Hv×Hd－△H毛實=0.2×25.8－2、支管的計算已知支管的長度為5ｍ，Q支=3×0.6138=1.841（ｍ3按照勃拉修斯公式有