自動化控制蔬菜大棚滴灌工程的研制與應用

1、<p>　　自動化控制蔬菜大棚滴灌工程的研制與應用</p><p>　　摘要：本工程自動化控制系統(tǒng)通過技術集成使示范區(qū)在精準灌溉、水肥耦合、智能控制、遠程通訊等技術與設備方面具有國際先進性，為節(jié)水灌溉工程建設起到示范推廣作用，同時提高管理、生產(chǎn)效率、提高作物產(chǎn)量、方便用戶使用。 </p><p>　　中圖分類號：K826.16 文獻標識碼：A 文章編號： </p>

2、<p><b>　　1、概述 </b></p><p>　　在市場機制的作用下，農(nóng)業(yè)向高產(chǎn)、優(yōu)質、低耗方向發(fā)展，農(nóng)業(yè)結構重點發(fā)展無公害農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)和觀光農(nóng)業(yè)，進而要求農(nóng)田水利工程建設向田園化高標準方向發(fā)展。而溫室蔬菜大棚由于各作物需求量不一致，需要有先進的灌水方式相適應，計算機的廣泛應用，遠程監(jiān)控技術的逐步成熟為自動化的發(fā)展奠定了基礎，利用灌溉工程自動化是灌溉管理走向集約化管理的

3、手段，是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的必然趨勢，也是適應現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個不可缺少的條件。灌溉自動化灌溉工程為水資源的優(yōu)化配置，現(xiàn)代化的運行管理和高效節(jié)水農(nóng)業(yè)的實現(xiàn)提供了良好的基礎。我縣是農(nóng)業(yè)縣，大棚蔬菜種植比較多，為此，我縣對蔬菜大棚滴灌進行自動化控制的研制與應用。 </p><p>　　2、研制的主要內容 </p><p>　　主控中心通過灌溉專家軟件的評估，實行監(jiān)測、預置、隨機、遠程五種控制方式，

4、由計算機對灌溉系統(tǒng)實行監(jiān)控，能夠自動對氣象信息和土壤含水率進行實時采集，并對水源缺水、管道過壓、水泵及電磁閥故障以及輸水水量、流量、壓力等信息的采集，自動進行灌溉。 </p><p>　　3、自動化硬件拓撲結構詳述 </p><p>　　本系統(tǒng)采用集―散控制結構。在中心控制室安裝工業(yè)控制計算機和智能灌溉專家軟件，用于集中控制分布在泵房的變頻控制柜、分布在田間的PLC控制器，集中監(jiān)測泵房內的

5、水位、壓力、流量等管道狀態(tài)及水泵狀態(tài)、監(jiān)測分布在各溫室大棚內的土壤墑情、溫度、濕度等溫室大棚環(huán)境信息。 </p><p>　　3.1 控制及數(shù)據(jù)監(jiān)測部分 </p><p>　　如圖，專家軟件將監(jiān)測控制命令由計算機串口發(fā)出，通過RS232/RS485轉換模塊將信號轉換為傳輸距離較遠的RS485信號格式，信號通過RS485網(wǎng)絡傳送至分布在泵房的變頻恒壓控制柜內的變頻控制器和水位、壓力、流量的采

6、集變送設備，及分布在田間的PLC控制器，分布在各溫室大棚內的土壤墑情、溫室溫度、濕度采集變送設備上，各設備對命令進行解碼處理后執(zhí)行相應的操作。專家軟件同時還時時監(jiān)測GPRS遠程監(jiān)控MODEM是否有遠程監(jiān)控信號，當接收到遠程監(jiān)控信號時立即進行命令解密、解碼處理并執(zhí)行相應的操作。 </p><p>　　主要設備及功能詳述： </p><p>　　3.1.1、工業(yè)控制計算機：專家軟件的載體，控制

7、中心的主要設備。 </p><p>　　3.1.2、GPRS遠程監(jiān)控MODEM：接收來自遠程的監(jiān)控信息，發(fā)送專家軟件執(zhí)行后的結果。此為真正的全球無線控制MODEM，可以實現(xiàn)全球無線監(jiān)控，使用戶隨時隨地都能對系統(tǒng)進行監(jiān)控對系統(tǒng)運行狀況了如指掌。 </p><p>　　3.1.3、RS232/RS485模塊：進行信號的電氣格式轉換。 </p><p>　　3.1.4、變

8、頻控制器：控制水泵的運轉速度來對管道的壓力進行恒定，以達到最佳的灌溉壓力和保障管道和水泵的安全。 </p><p>　　3.1.5、PLC控制器：負責將工業(yè)控制計算機所發(fā)來的控制電磁閥啟閉的命令進行解碼，并執(zhí)行繼電器輸出控制。 </p><p>　　3.1.6、傳感器：包括：水位、壓力、流量、土壤墑情、溫度、濕度等。這些設備負責將實際的量轉化為可以容易處理的電氣信號。 </p>

9、<p>　　3.1.7、現(xiàn)場顯示型變送儀：將傳感器采集的信號進行16Bit的A/D轉換，并將數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場顯示。 </p><p>　　3.2、供電電源及電源線路、通訊線路部分 </p><p>　　3.2.1、電源部分 </p><p>　　系統(tǒng)總供電采用220VAC電源，并在進線的第一級進行防雷處理，以防止雷電干擾對系統(tǒng)造成極大的損失甚至系統(tǒng)崩潰。第

10、二級安裝凈化穩(wěn)壓電源設備，為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定而潔凈的電源。第三級做漏電處理，加裝漏電保護器，以防止系統(tǒng)漏電或人為觸電后及時切斷電源，保護人身安全。第四級為弱電部分，包括傳感器和現(xiàn)場顯示變送器等設備需要的24VDC電源和電磁閥需要的24VAC電源。 </p><p>　　3.2.2、線路部分 </p><p>　　由于電源首端和最末端的用電設備之間的距離較遠，因此要使末端的設備也能夠得到其額

11、定的電壓，經(jīng)計算，220VAC公共電源和24VAC公共電源線路采用6mm2電纜，RS485的通訊線路一般用雙絞線即可，但防止外界雜波的干擾使信號失真，甚至造成系統(tǒng)無法正常運行，所以通訊線路選用帶屏蔽層的RVVP2×1.5 mm2通訊電纜。 </p><p>　　4、軟件設計原理及控制方式詳述 </p><p>　　農(nóng)業(yè)灌溉控制不再只是單純的控制開關水泵、電磁閥，而是讓系統(tǒng)有了自己

12、的“大腦”，它能根據(jù)氣象環(huán)境和作物生長的變化情況，作出相應的調整和灌溉方案并自動實施，真正實現(xiàn)了無人職守。 </p><p>　　智能灌溉專家系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)代控制理論，采用狀態(tài)空間分析方法，將溫室大棚內的氣溫、氣濕、土壤墑情等數(shù)據(jù)和作物的生長期所需的各種參數(shù)（如：溫濕度、土壤墑情等）、土壤條件等建立專家系統(tǒng)知識庫和規(guī)則庫，由先進的推理機形成灌溉方案。 </p><p>　　控制功能：面向控制對

13、象的操作平臺有五種不同控制方式。 </p><p>　?。?） 智能控制方式：專家軟件將系統(tǒng)各功能部件采集的數(shù)據(jù)與軟件知識庫數(shù)據(jù)對當前的各灌區(qū)的土壤含水量進行綜合處理分析，推導出相應的灌水方案并自動實施。 </p><p>　　（2） 監(jiān)測控制方式：專家軟件將實測土壤含水量數(shù)據(jù)與軟件知識庫中關于土濕方面的數(shù)據(jù)進行綜合處理分析，確定相應的灌水方案并自動實施。 </p><

14、p>　　（3） 預置控制方式：專家軟件根據(jù)操作人員預先設置的灌水計劃自動實施。 </p><p>　　（4） 隨機控制方式：專家軟件根據(jù)操作人員對軟件操作平臺上泵閥的操作實施灌溉。 </p><p>　　（5） 遠程控制方式：專家軟件對GPRS遠程監(jiān)控MODEM設備接收到的命令進行分析并實施。 </p><p><b>　　5、系統(tǒng)特點 </b

15、></p><p>　　5.1 控制技術先進。 </p><p>　　5.2 采用集中管理體系。本系統(tǒng)的所有控制操作均在中心控制室由管理員完成，防止管理混亂。 </p><p>　　5.3水肥耦合技術減輕人工負擔，提高工作效率。 </p><p>　　5.4依據(jù)溫室大棚內多種參數(shù)做出客觀的節(jié)水灌溉方案，節(jié)約水利資源。 </p>

16、;<p>　　5.5對系統(tǒng)電源進行了防雷、穩(wěn)壓、凈化和防漏電處理，主要設備采用國外著名廠家產(chǎn)品，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定可靠。 </p><p>　　5.6對所有數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場顯示，使用戶在現(xiàn)場即可以了解變化狀態(tài)。 </p><p>　　5.7 采用集―散控制方式，方便檢修和增容。 </p><p>　　5.8 軟件采用多媒體技術編程，人機界面友好，形象逼真，

17、方便不同層次用戶操作。 </p><p>　　5.9 采用多種控制方式，以方便用戶根據(jù)不同情況進行操作。 </p><p>　　5.10 采用先進的GPRS遠程監(jiān)控設備，方便用戶在異地對灌區(qū)的監(jiān)控。 </p><p>　　5.11 系統(tǒng)功能強大，但投入減少，性價比很高。 </p><p><b>　　5、結語 </b>&

18、lt;/p><p>　　該系統(tǒng)是對電子信息技術、遠程測控網(wǎng)絡技術、計算機控制技術及土壤水分動態(tài)、農(nóng)田微氣候等因素的采集處理技術的綜合技術集成。通過在冬暖式大棚中的應用，遠程控制中心對氣象信息和土壤含水率實時采集，計算機自動指令電磁閥開啟，進行實時適量灌水，改善了棚內小氣候，使蔬菜提前7天左右上市，提高了蔬菜的產(chǎn)量，減少了群眾的勞動強度。同時，該系統(tǒng)的應用，提高了管理水平，在群眾管理水平較好，規(guī)模種植冬暖式大棚進行推廣