滴灌系統(tǒng)的自動化控制的分析

1、滴灌系統(tǒng)的自動化控制的分析    摘要：本文介紹了引進的以色列先進的滴灌技術(shù)，同時從滴灌系統(tǒng)、節(jié)水效果到滴灌的自動化控制作了詳盡闡敘，并對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，作出了在我國果園灌水實現(xiàn)滴灌自動化的一般方法和建議。 關(guān)鍵詞：計算機 自動化 電磁閥 1 簡介是國家果茶良種場XX省優(yōu)質(zhì)果茶良種繁育場，是國家“九五”種子工程在湖南實施的重點項目，建于1998年8月，1999年三月由農(nóng)業(yè)部授名為“國家（湖南）果茶良種場”。廠址位于XX市西郊雷鋒大道7公里處，占地面積620畝。為加速實施

2、全省農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，先后從美國法國埃及日本及國內(nèi)10多個省市科研育種單位引進優(yōu)質(zhì)果茶品種資源158個，優(yōu)質(zhì)果茶種苗40多萬株，建成果茶母本園150畝。每年可向社會提供優(yōu)質(zhì)果茶苗木200多萬株，果茶母（接）穗1萬公斤以上，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)果茶產(chǎn)品1000噸以上。果茶場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、蘋果、葡萄、桃、李、楊梅、無花果與瓜類；秋有板栗、柿、棗、梨、獼猴桃；冬有柑桔、橙類等。一年四季。百果飄香，是個名副其實的“百果園”。該廠第二期工程將于2003年完成，面積將擴至1000多畝。年生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)果茶苗木將達到1000萬株

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)將落戶該場。果茶苗木和產(chǎn)品的生產(chǎn)、檢測、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，一個全新的高科技生態(tài)農(nóng)業(yè)示范、觀光園將會展現(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的先進滴噴灌系統(tǒng)控制，該園地勢起伏較大，最高處海拔達86.60m，最低處64.72m，傳統(tǒng)灌水方式很難進行，而先進的滴灌系統(tǒng)由于對地形的適應(yīng)能力強，而且特別適應(yīng)山地丘陵地區(qū)，所以滴灌正好大施其能，由低處水庫中取水，經(jīng)過過濾加壓，然后由遍布全園的各種管道把帶有肥料、除蟲劑的水準(zhǔn)確地送到每片需水地園中

4、，保證果樹的正常需水。不過其系統(tǒng)自動化程度不高，全園僅能使用微機控制電磁閥的開啟，不能精確實現(xiàn)作物的輪灌、對灌水時間和灌水量還不能實現(xiàn)有效的控制，有望進一步提高。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)，使滴灌水成點滴地、緩慢地、均勻而又定量地浸潤作物根系最發(fā)達的區(qū)域，使作物主要根系活動區(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)的地面灌溉濕潤全面積土壤，因此滴灌有節(jié)約灌溉用水量、促進作物生長和提高產(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，如果采用其它灌水方法，不僅浪費水資源，而且很難保證滿足果樹的需水量，而滴灌具有

5、省水節(jié)能、省工省地省肥、操作簡單，易于實現(xiàn)自動化、對土壤地形適應(yīng)性強、保護和保持生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點，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、壓力控制部件和測量儀表等組成，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.施肥開關(guān) 7. 灌水總開關(guān) 8.壓力表 9. 主過濾器 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算機控制系統(tǒng)上，則效果會更好。這樣從水泵到電磁閥之間復(fù)雜的系統(tǒng)將由一個高度智能化的系統(tǒng)管理起來，可做到最大限度地節(jié)水、節(jié)能，最大限度地保護系統(tǒng)設(shè)備運行，避免灌溉系統(tǒng)常發(fā)生的下列幾種問題：   過量灌溉或

31、灌水不足，浪費水資源或不能滿足植物需水；   管網(wǎng)破裂，漏失水；   系統(tǒng)運行壓力不合理；   水泵運行效率低下；   地形起伏不平時或土壤入滲率低產(chǎn)生地面徑流，浪費寶貴的水資源；   降雨時，灌溉系統(tǒng)照常灌溉；   管理、維護成本高。3.7 百果園灌溉的自動化控制設(shè)計百果園一期工程灌水基本實現(xiàn)了半自動化控制，可以使用電腦控制各電磁閥的開啟。我們可在其基礎(chǔ)上加以改進與提高，使其實現(xiàn)灌水的全自動化，具體見下：

32、自動化控制采用電子技術(shù)對田間土壤溫濕度、空氣溫濕度等技術(shù)參數(shù)進行采集，輸入計算機，按最優(yōu)方案，控制各個閥門的開啟及水泵的運行狀態(tài)，科學(xué)有效地控制灌水時間、灌水量、灌水均勻度，為項目區(qū)作物提供一個良好的地、水、肥、氣、熱條件，促使其高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。同時進行控制軟件及優(yōu)化灌溉制度的研究，最終形成灌溉專家決策系統(tǒng)。另外，通過變頻器控制改變電機轉(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化提供依據(jù)。具體包括以下幾個方面： 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)的自動化采集 自動化控制設(shè)計安裝 監(jiān)控軟件設(shè)計 變頻系統(tǒng)設(shè)計，通過改

33、變水壓力，為微噴、滴灌等工程的自動化提供依據(jù) 系統(tǒng)運行管理模式評價，包括系統(tǒng)評價、灌水指標(biāo)、灌溉制度等欲實現(xiàn)真正意義上的全自動控制，需要控制田間參數(shù)及對象很多，例如土壤濕度、鹽分、空氣溫度、相對濕度、降水量、風(fēng)速、管道壓力、閥門開啟、水泵電機旋轉(zhuǎn)等，都要送入控制器?？紤]到要控制的對象較多，又要滿足良好的人機界面要求，可以采用工業(yè)控制計算機作為整個控制系統(tǒng)的核心，來協(xié)調(diào)各部分的工作。系統(tǒng)的組成如下圖所示,整個系統(tǒng)的工作主要工控機和變頻器兩部分來控制，其中變頻器主要用于控制水泵電機的旋轉(zhuǎn)，工控機主要用來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啟，并通過變頻器控制電機

34、的運行狀態(tài)，協(xié)調(diào)整個系統(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)計算機時鐘自動計算出各種作物已種植的天數(shù)，判斷出作物所處的生育期，自動查找資料庫中所存的原始資料，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，若土壤實際含水量小于作物要求下限值，便自動開啟該地塊的第一個電磁閥。進行灌溉。達到所需灌水定額后，自動關(guān)閉第一個電磁閥，同時開啟下一個電磁閥，直到完成整個地塊的灌溉任務(wù)。灌溉過程中，若出現(xiàn)溫

35、度過低、風(fēng)速過大以及降雨過程等天氣時，系統(tǒng)會自動暫停當(dāng)前的灌溉任務(wù)，并保存當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)氣象條件滿足時，繼續(xù)進行未完成的任務(wù)。 形式多樣的控制方式：全自動控制外，系統(tǒng)還允許管理人員采用半自動、手動等控制方式。全自動方式只需運行人員輸入各地塊的作物信息，系統(tǒng)便會根據(jù)作物、土壤、氣象等條件自動完成灌溉的全過程，無需人工干預(yù)。所謂半自動方式，是指系統(tǒng)允許用戶根據(jù)實際情況控制開停機。用戶可人為啟動某個閥門，或某個地塊，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鍵盤或鼠標(biāo)來完成的，而且在工控機屏幕上均有明顯的提示。所謂手動方式是指人工去開啟各個電磁閥，筆者建議百果園選用美國雨鳥公司生產(chǎn)的電磁閥：手動、電動兩用閥門，既可手動，又可電動，使用非常方便。當(dāng)手動打開某個電磁閥時，噴頭出水，主干管道壓力開始下降，系統(tǒng)會自動通過變頻器升高水泵電機轉(zhuǎn)速，維持管道壓力的恒定，直