自動(dòng)化控制蔬菜大棚滴灌工程的研制與應(yīng)用

1、<p>　　自動(dòng)化控制蔬菜大棚滴灌工程的研制與應(yīng)用</p><p>　　摘要：本工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過技術(shù)集成使示范區(qū)在精準(zhǔn)灌溉、水肥耦合、智能控制、遠(yuǎn)程通訊等技術(shù)與設(shè)備方面具有國(guó)際先進(jìn)性，為節(jié)水灌溉工程建設(shè)起到示范推廣作用，同時(shí)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(hào)：K826.16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p>

2、<p><b>　　1、概述 </b></p><p>　　在市場(chǎng)機(jī)制的作用下，農(nóng)業(yè)向高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗方向發(fā)展，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)重點(diǎn)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(jìn)而要求農(nóng)田水利工程建設(shè)向田園化高標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)的灌水方式相適應(yīng)，計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的逐步成熟為自動(dòng)化的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，利用灌溉工程自動(dòng)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(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是適應(yīng)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)不可缺少的條件。灌溉自動(dòng)化灌溉工程為水資源的優(yōu)化配置，現(xiàn)代化的運(yùn)行管理和高效節(jié)水農(nóng)業(yè)的實(shí)現(xiàn)提供了良好的基礎(chǔ)。我縣是農(nóng)業(yè)縣，大棚蔬菜種植比較多，為此，我縣對(duì)蔬菜大棚滴灌進(jìn)行自動(dòng)化控制的研制與應(yīng)用。 </p><p>　　2、研制的主要內(nèi)容 </p><p>　　主控中心通過灌溉專家軟件的評(píng)估，實(shí)行監(jiān)測(cè)、預(yù)置、隨機(jī)、遠(yuǎn)程五種控制方式，

4、由計(jì)算機(jī)對(duì)灌溉系統(tǒng)實(shí)行監(jiān)控，能夠自動(dòng)對(duì)氣象信息和土壤含水率進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并對(duì)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(dòng)進(jìn)行灌溉。 </p><p>　　3、自動(dòng)化硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)詳述 </p><p>　　本系統(tǒng)采用集―散控制結(jié)構(gòu)。在中心控制室安裝工業(yè)控制計(jì)算機(jī)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(cè)泵房?jī)?nèi)的

5、水位、壓力、流量等管道狀態(tài)及水泵狀態(tài)、監(jiān)測(cè)分布在各溫室大棚內(nèi)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(cè)部分 </p><p>　　如圖，專家軟件將監(jiān)測(cè)控制命令由計(jì)算機(jī)串口發(fā)出，通過RS232/RS485轉(zhuǎn)換模塊將信號(hào)轉(zhuǎn)換為傳輸距離較遠(yuǎn)的RS485信號(hào)格式，信號(hào)通過RS485網(wǎng)絡(luò)傳送至分布在泵房的變頻恒壓控制柜內(nèi)的變頻控制器和水位、壓力、流量的采

6、集變送設(shè)備，及分布在田間的PLC控制器，分布在各溫室大棚內(nèi)的土壤墑情、溫室溫度、濕度采集變送設(shè)備上，各設(shè)備對(duì)命令進(jìn)行解碼處理后執(zhí)行相應(yīng)的操作。專家軟件同時(shí)還時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控MODEM是否有遠(yuǎn)程監(jiān)控信號(hào)，當(dāng)接收到遠(yuǎn)程監(jiān)控信號(hào)時(shí)立即進(jìn)行命令解密、解碼處理并執(zhí)行相應(yīng)的操作。 </p><p>　　主要設(shè)備及功能詳述： </p><p>　　3.1.1、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)：專家軟件的載體，控制

7、中心的主要設(shè)備。 </p><p>　　3.1.2、GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控MODEM：接收來自遠(yuǎn)程的監(jiān)控信息，發(fā)送專家軟件執(zhí)行后的結(jié)果。此為真正的全球無線控制MODEM，可以實(shí)現(xiàn)全球無線監(jiān)控，使用戶隨時(shí)隨地都能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況了如指掌。 </p><p>　　3.1.3、RS232/RS485模塊：進(jìn)行信號(hào)的電氣格式轉(zhuǎn)換。 </p><p>　　3.1.4、變

8、頻控制器：控制水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速度來對(duì)管道的壓力進(jìn)行恒定，以達(dá)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(fù)責(zé)將工業(yè)控制計(jì)算機(jī)所發(fā)來的控制電磁閥啟閉的命令進(jìn)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(shè)備負(fù)責(zé)將實(shí)際的量轉(zhuǎn)化為可以容易處理的電氣信號(hào)。 </p>

9、<p>　　3.1.7、現(xiàn)場(chǎng)顯示型變送儀：將傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行16Bit的A/D轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)線的第一級(jí)進(jìn)行防雷處理，以防止雷電干擾對(duì)系統(tǒng)造成極大的損失甚至系統(tǒng)崩潰。第

10、二級(jí)安裝凈化穩(wěn)壓電源設(shè)備，為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定而潔凈的電源。第三級(jí)做漏電處理，加裝漏電保護(hù)器，以防止系統(tǒng)漏電或人為觸電后及時(shí)切斷電源，保護(hù)人身安全。第四級(jí)為弱電部分，包括傳感器和現(xiàn)場(chǎng)顯示變送器等設(shè)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(shè)備之間的距離較遠(yuǎn)，因此要使末端的設(shè)備也能夠得到其額

11、定的電壓，經(jīng)計(jì)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(hào)失真，甚至造成系統(tǒng)無法正常運(yùn)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(shè)計(jì)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(guān)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(zhǎng)的變化情況，作出相應(yīng)的調(diào)整和灌溉方案并自動(dòng)實(shí)施，真正實(shí)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(nèi)的氣溫、氣濕、土壤墑情等數(shù)據(jù)和作物的生長(zhǎng)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(shí)庫和規(guī)則庫，由先進(jìn)的推理機(jī)形成灌溉方案。 </p><p>　　控制功能：面向控制對(duì)

13、象的操作平臺(tái)有五種不同控制方式。 </p><p>　　（1） 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(shí)庫數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前的各灌區(qū)的土壤含水量進(jìn)行綜合處理分析，推導(dǎo)出相應(yīng)的灌水方案并自動(dòng)實(shí)施。 </p><p>　?。?） 監(jiān)測(cè)控制方式：專家軟件將實(shí)測(cè)土壤含水量數(shù)據(jù)與軟件知識(shí)庫中關(guān)于土濕方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理分析，確定相應(yīng)的灌水方案并自動(dòng)實(shí)施。 </p><

14、p>　?。?） 預(yù)置控制方式：專家軟件根據(jù)操作人員預(yù)先設(shè)置的灌水計(jì)劃自動(dòng)實(shí)施。 </p><p>　?。?） 隨機(jī)控制方式：專家軟件根據(jù)操作人員對(duì)軟件操作平臺(tái)上泵閥的操作實(shí)施灌溉。 </p><p>　?。?） 遠(yuǎn)程控制方式：專家軟件對(duì)GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控MODEM設(shè)備接收到的命令進(jìn)行分析并實(shí)施。 </p><p><b>　　5、系統(tǒng)特點(diǎn) </b

15、></p><p>　　5.1 控制技術(shù)先進(jìn)。 </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(shù)減輕人工負(fù)擔(dān)，提高工作效率。 </p><p>　　5.4依據(jù)溫室大棚內(nèi)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(duì)系統(tǒng)電源進(jìn)行了防雷、穩(wěn)壓、凈化和防漏電處理，主要設(shè)備采用國(guó)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(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)顯示，使用戶在現(xiàn)場(chǎng)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(shù)編程，人機(jī)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(jìn)行操作。 </p><p>　　5.10 采用先進(jìn)的GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備，方便用戶在異地對(duì)灌區(qū)的監(jiān)控。 </p><p>　　5.11 系統(tǒng)功能強(qiáng)大，但投入減少，性價(jià)比很高。 </p><p><b>　　5、結(jié)語 </b>&

18、lt;/p><p>　　該系統(tǒng)是對(duì)電子信息技術(shù)、遠(yuǎn)程測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及土壤水分動(dòng)態(tài)、農(nóng)田微氣候等因素的采集處理技術(shù)的綜合技術(shù)集成。通過在冬暖式大棚中的應(yīng)用，遠(yuǎn)程控制中心對(duì)氣象信息和土壤含水率實(shí)時(shí)采集，計(jì)算機(jī)自動(dòng)指令電磁閥開啟，進(jìn)行實(shí)時(shí)適量灌水，改善了棚內(nèi)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(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)，該系統(tǒng)的應(yīng)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(jìn)行推廣