滴灌子系统的方案.docVIP

1 / 23 编号： 版本： 滴灌子系统方案 项目名称：（汶川县农业局芤山有机农业示范园）物联网集成系统工程 委托单位：阿坝州汶川县农业局 承担单位：成都国信安信息产业基地有限公司 编写 年 月 日 校对 年 月 日 审核 年 月 日 批准 年 月 日 2 / 23 文档信息文档信息 版版 本本 标标 题题 创建日期创建日期 作作 者者最近更新最近更新 状状 态态 草稿草稿 正式正式 签发人签发人 签发时间签发时间 修订历史 日期日期版本版本说明说明作者作者评审日期评审日期评审人员评审人员 3 / 23 引引 言言 本设计方案为芤山智慧农业示范园枣园的自动灌溉系统，采用滴灌系 统进行枣树灌溉。目前，随着物联网的广泛应用，利用传感器技术自动感应农 作物和果树的状况，确定是否灌溉、施肥已经是智慧农业的发展方向。 滴灌是按照作物需水要求，通过低压管道系统与安装在毛管上的灌水器， 将水和作物需要的养分一滴一滴，均匀而又缓慢地滴入作物根区土壤中的灌水 方法。滴灌不破坏土壤结构土壤内部水、肥、气、热经常保持适宜于作物生长 的良好状况，蒸发损失小，不产生地面径流，几乎没有深层渗漏，是一种省水 的灌水方式。滴灌的主要特点是灌水量小，灌水器每小时流量为 2-12 升，因此， 一次灌水延续时间较长，灌水的周期短，可以做到小水勤灌；需要的工作压力 低，能够较准确地控制灌水量，可减少无效的棵间蒸发，不会造成水的浪费； 滴灌还能自动化管理，是实现智慧农业的理想灌溉方式。 本滴灌系统是芤山智慧农业示范园的一个子系统，采用全自动控制方式， 具有节水、节肥、省工等优点，可以配合传感器控制温度和湿度，保持土壤结 构，改善土壤品质，增产增效。配合其他子系统的工作，将展现现代农业技术 的最新成果，为震后汶川的社会经济发展做出最新贡献。 本设计方案详细说明了滴灌子系统的设计方案，包括控制部分、前端部分 及支管和毛管的铺设方法等。 本设计方案的使用对象为项目施工人员、使用维护人员及验收人员。 4 / 23 目 录 引 言.3 滴灌子系统设计方案滴灌子系统设计方案.6 1.概述概述.6 1.1 设计思想.6 1.2 参照标准.6 1.3 可行性分析.6 2.水源及供水管要求及设计水源及供水管要求及设计.7 2.1 水源供水要求 .7 2.2 主供水管要求.7 3.前端部分设计前端部分设计8 3.1 前端部分的设计思路.8 3.2 前端部分的设计图.8 3.3 前端控制系统设计.9 3.4 电磁阀选择及控制机制.10 4.灌溉管线部分设计灌溉管线部分设计10 4.1 地块划分原则.10 4.2 支管布局设计图.10 4.3 支管的选材和用量计算.11 5.滴灌管及滴头设计滴灌管及滴头设计11 5.1 滴灌管的选择和用量计算.11 5.2 滴灌管的铺设要求.11 5.3 滴头的安装设计.12 滴灌子系统施工方案滴灌子系统施工方案 .13 1.施工原则施工原则.13 2.水源及供水管施工方案水源及供水管施工方案.13 5 / 23 2.1 水源施工要求 .13 2.2 主供水管要求.13 3.前端控制部分施工前端控制部分施工14 3.1 前端部分的施工要求.14 3.2 控制系统施工.14 3.5 前端部分基础设施施工要求.15 4.灌溉管线部分施工灌溉管线部分施工16 4.1 管线施工原则.16 4.2 支管铺设施工要求.18 5.滴灌管及滴头安装施工滴灌管及滴头安装施工.18 5.1 滴灌管铺设原则.18 5.2 滴灌管的铺设施工要求.18 5.3 滴头的安装施工.19 滴灌子系统维护方案滴灌子系统维护方案 .21 1. 维护原则维护原则 .21 2. 系统操作要求系统操作要求21 3. 系统日常使用注意事项系统日常使用注意事项.22 4. 系统常见问题及处理方法系统常见问题及处理方法.22 6 / 23 滴灌子系统设计方案滴灌子系统设计方案 1.概述概述 1.1 设计思想设计思想 本滴灌子系统根据各种传感器采集的信息实行全自动控制，因此需要使用 电磁阀控制滴灌系统。为了滴灌区域与信息采集区域相对应，并与具体的地理 环境相匹配，本滴灌子系统将待灌溉的地块分为十块，每块地用一个电磁阀控 制。同时，为了稳定可靠，所有的电磁阀及控制系统安装在一个控制室中，牵 出滴灌支管到相应的地块。这样不需要电磁阀具有防雨功能，确保控制系统的 稳定可靠。 1.2 参照标准参照标准 本子系统参照 GB/T 17187-2009 农业灌溉设备：滴头和滴灌管技术规范和 试验方法而设计，使之稳定可靠，符合整个项目的要求。 1.3 可行性分析可行性分析 滴灌系统在干旱少雨地区已经应用多年，广泛适用于华北平原、塞外高原 及温室灌溉，技术成熟可靠。电磁阀的应用也广泛使用，也在全自动滴灌系统 中得到一定应用。因此在技术上是可行的。同时本项目的实施，将大幅度降低 示范园的人力灌溉成本，改善土壤品质，提升产品产量，还具有良好的经济可 行性。 7 / 23 2.水源及供水管要求及设计水源及供水管要求及设计 2.1 水源供水要求水源供水要求 滴灌系统最后采用滴头以很低的流量让水自然流出，水流量小，一般为 212L/小时。在本系统中，由于是枣树果园，根据广泛调查，采用 4L/小时的滴 头比较适合。根据经费情况，示范园共 20 余亩地块全部部署滴灌系统，根据实 际调查，共有 2500 余棵枣树，按照每棵枣树一颗滴头的估算，整个系统需要流 量 Q 为： Q = 2500 x 4 L/h = 10000L/h = 10 吨/h 考虑到整块地同时滴灌 1 小时的用水要求，同时考虑到现场是抽取岷江河 水灌溉，需要一定的沉淀减少含沙量，因此宜修建水池。水池至少保证 10 立方 的容积，确保整块地可以滴灌 1 小时用量，也可以至少保证一小时的沉淀，降 低含沙量。因此水池至少为直径 3 米，高 1.5 米的大小。 为了确保出水量和最远处滴灌出水要求，对水源要求一定压力。根据地形， 最远滴灌出水口离控制室小于 250 米，根据查表计算，水压达到 0.1Mpa 可以确 保在具有较大阻力系统时，系统还具有较大压力，确保最远端的滴灌出水口有 水流出。因此需要确保提供水源压力。为了降低使用成本，宜用重力提供压力， 因此可修建约 10 米左右的水塔。 当然，如果条件有限需要降低水塔高度，那样将降低水压，可能导致流量 不足，无法对全部 20 亩地同时进行灌溉，可以虑轮流对各个地块进行灌溉。 2.2 主供水管要求主供水管要求 目前由于经费有限，暂对示范园右侧 20 亩枣园进行滴灌施工。采用 70mm 直径的水管也能满足 10m3/h 的水流要求。考虑到未来滴灌系统的全覆盖、供水 塔高度不够及现有滴灌区域加密果树数量等情况，方案中采用了 110mm 直径的 主供水管，便于今后扩大供水范围，而不用更换主供水管。 考虑到项目所在地汶川雁门乡的具体情况，冬天温度较低，因此主供水管 采用 PE 管，可以适应冬天低温天气情况，虽然成本较高，但可以延长系统使 8 / 23 用寿命，减少系统维护工作。 3.前端部分设计前端部分设计 3.1 前端部分的设计思路前端部分的设计思路 前端系统目前选址在一个长 3 米多，宽约 2 米多的巷道内，为整个滴灌系 统的控制枢纽。根据实际地形情况，整个灌溉区域分为 10 个控制块（见支管部 分设计） ，针对每块进行监控和自动灌溉要求，因此前端部分对这十个控制块分 为 2 大块，然后再分为十个小控制块。每块由一个电磁阀控制防水。所有电磁 阀置于控制室，这样可能需要加长支管长度，但是便于控制和维护，对电磁阀 要求低，且容易保证可靠性，总体成本并不会上升多少。 3.2 前端部分的设计图前端部分的设计图 前端系统由 110mm 进水管连接一个主水闸，然后分成两个 63mm 直径的 分支，每根管分别连接施肥阀、过滤器和排气阀等设施。然后每根管子对应控 制 5 块地的用水。根据各个地块实际大 小，分为 32mm 和 40mm 的滴灌支管到 田间。具体部署的逻辑图如右图所示： 根据计算，一根 110mm 的主管完 全可以满足三根 63mm 的水管的水量， 目前仅仅接了两组，是考虑经费问题， 为未来另外一块地预留了一组直径 63mm 灌溉需求。 决定了分管为 63mm，大概灌溉面积为 10 亩之后，分别选择 63mm 的过滤 器，最大压力为 0.6Mpa 的水压表。根据灌溉面积，选择容积为 25L 的施肥罐 及响应的 63mm 的施肥阀。 B 组A 组 施肥灌 排气阀 过滤器 电磁阀 过滤器 水压表 施肥阀 水压表 排气阀 电磁阀 主供水管 主闸门 9 / 23 3.3 前端控制系统设计前端控制系统设计 前端控制系统是由一组具有 16 通道（目前仅用 10 个通道）网络控制的电 磁阀和两组十个空气开关进行控制的，控制信号由中心服务器给出，根据地块 传感器信号，经过分析运算之后通过网络送入控制器，控制器控制相应的网络 开关，决定相应电磁阀的开关，从而决定是否给该地块送水灌溉。同时，考虑 到电脑可能的故障导致无法远程控制电磁阀的情况，也提供了人工控制。人工 控制空气开关与网络控制的远程控制继电器开关进行并联，只要一个开关连通， 电磁阀即接通工作，进行灌溉。单个电磁阀的控制电路图如下图所示： 整个前端控制系统置于一个配电箱中，包含一个总空气开关、一个两相插 座为控制板提供电源，一个三相插座预留，一个 16 路网络控制开关板，加上两 组共 10 个电磁阀人工控制开关。整个配电箱的布局及接线原理图如下图所示： 图中，绿色线条表示变压后供给控制板供电源；其他红色表示火线，浅蓝 开关 插座 1插座 2控制板电源 电磁阀电源 网线 控制板 接入电源 ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF OFF ON OFF ON OFF ON OFF OFF ON O OFF ON O 电磁阀 A1 电磁阀 A2 电磁阀 A3 电磁阀 A5 电磁阀 A4 电磁阀 B4 电磁阀 B2 电磁阀 B5 电磁阀 B3 电磁阀 B1 人工控制开关 220V 火线 零线 远程控制继电器开关 电磁阀 人工控制开关 220V 火线 零线 远程控制继电器开关 电磁阀 10 / 23 色表示地线。粗的蓝色线条表示网线。 3.4 电磁阀选择及控制机制电磁阀选择及控制机制 整块 20 亩地分为两组，每组有 2 块小的，3 块大的地块（见 4.2 所示） ，小 地块采用 32mm 的 PE 管引入地块中；大地块采用 40mm 的 PE 管引入地块。对 应的，32mm 的 PE 管接 25mm 电磁阀，40mm 的 PE 管采用 32mm 电磁阀。为 了减少对电压的特别要求，所有电池阀采用 220V 电源控制。 电磁阀受控制板的网络开关控制电源，网络控制板左边的开关组控制 A 组 电磁阀，下边开关组控制 B 组电磁阀，如上图所示，对应相应电磁阀。具体电 磁阀布局见 3.5 说明。 4.灌溉管线部分设计灌溉管线部分设计 4.1 地块划分原则地块划分原则 为了实现全自动滴灌控制，需要对地块进行划分，在各个滴灌安装传感器 采必要的地块数据，确定自动灌溉要求。考虑到具体的地形目前的土块结构， 整个 20 目的划分为 10 块。其中接近控制室的地块较小，采用 32mm 的 PE 管 进入地块；其他的地块比较大，故采用 40mm 的 PE 管进入地块。具体地块划 分图如 4.2 节所示。 4.2 支管布局设计图支管布局设计图 如图所示，滴灌支管从控制室引出，直接引到欲灌溉的地块。在地块中多 根滴灌管从支管引出。示范点的果树是横向排列，将滴灌管沿着果树排列方向 铺设，一行果树一根滴灌管拉直，一颗果树一颗滴头，一根管子大概灌溉 20-35 棵树。其中，B1B2A1A2 管理的地块小，使用 32mm 支管到地头，连接不多于 10 根 16mm 滴灌管；其他地块皆使用 40mm 支管到地头，接 13 根 16mm 的滴 灌管。这样的好处在于铺设方便，节省成本且便于除草时移动滴管，并且便于 替换等。根据滴灌对象类型和水塔的情况，滴头流量采用 4L/小时的滴头就行 11 / 23 了。 4.3 支管的选材和用量计算支管的选材和用量计算 根据汶川海拔高度较高且日照时间较长的缘故，且滴灌系统处于室外，因 此支管采用 PE 材质，符合实际需要，也满足国家标准。 所有的支管从控制房引入地块中，根据前面分析和地块实际尺寸，需要的 支管长度如下图所示： 区域 A5A4A3A2A1B5B4B3B2B1 共计 采购量 支管 40mm 190 13070200150100840900 支管 32mm 30306060180200 5.滴灌管及滴头设计滴灌管及滴头设计 5.1 滴灌管的选择和用量计算滴灌管的选择和用量计算 根据每行果树的数量和长度，所有的滴灌管选择通用的 16mm 的 PE 管。 PE 管能够适应温度的大幅度变化，特别适合汶川的昼夜温差大的场合。 具体示范场地的具体情况和划分场地的具体情况，初步估计的滴灌管用量如下 表所示： 区域编号 A5A4A3A2A1B5B4B3B2B1 共计 采购量 滴灌管 16mm 用量 （m） 900 780 600 210 300 90078060035035057706000 A5A3 A2 B5B4 A4 B3 B2 A1 控制房 B1 20 50 6070 60 60 3030 15 30 B A 12 / 23 5.2 滴灌管的铺设要求滴灌管的铺设要求 滴灌管从支管引出，沿果树方向铺设，一行果树一根滴灌管。滴灌管暴露 在地表上，避免土壤堵塞滴头，同时避免果园除草施工时误伤滴灌管。整个地 块约有 100 余行果树，由于位置不同，不同地块的滴灌管长度不一样。 滴灌管与支管的连接需要在支管相应位置打孔，然后用旁通插进孔中装上 滴灌管拧紧即可，然后顺着果树行拉伸。 5.3 滴头的安装设计滴头的安装设计 滴头安装在滴灌管上，每棵树安装一个滴头。滴头面向果树安装，安装滴 头前，先用打孔器在滴灌管面向果树的方向打孔，然后卡上滴头即可。通常情 况下，滴头离树 10cm 左右。目前采用 4L/h 的滴头。 13 / 23 滴灌子系统施工方案滴灌子系统施工方案 1.施工原则 滴灌子系统的施工完全依靠滴灌系统施工规范进行。施工要求整洁美观， 结实耐用，方便维护。同时要求管线具有条理，便于查找问题，且方便更换。 2.水源及供水管施工方案水源及供水管施工方案 2.1 水源施工要求水源施工要求 根据设计要求，每小时要求 10 吨以上的水量保证。因此需要水源具有足够 的水池容积。考虑当地气候，水源要注意低温结冰冻害，避免损坏水源设施。 因此水源地选择不能离滴灌地块太远，一是避免水头损失，二是避免供水管损 坏。 当水塔高度不够时，需采用增压装置对供水进行增压处理，以确保滴灌入 口的水压满足要求，否则会导致滴灌系统远端流量很小甚至缺乏水流的现象。 2.2 主供水管要求主供水管要求 根据设计分析，主供水管采用 110mmPE 管，从水源处引致本系统总控制 室，接入 110mm 铁质水闸的另一端。 主供水管因根据水闸的连接要求，通过熔接方式，连接水闸的法兰部分， 并保持高度一致，离地二十厘米，水管底部具有足够的支撑，避免对控制系统 造成影响。 主供水管装好以后，需要关闭水闸，防水测试密封是否满足要求，从水源 到总控制室是否有漏水现象。确保无误后，再进行整个系统的测试工作。 14 / 23 3.前端控制部分施工前端控制部分施工 3.1 前端部分的施工要求前端部分的施工要求 前端部分是整个滴灌系统的控制中心，分为电气控制和管材总成两部分。 要求施工时严格根据设计进行，保持线缆条理清晰，管线布局合理，逻辑严谨， 便于维护。其中电气控制部分在配电箱中，管材总成部分在控制室地面上。具 体原理见设计部分。 3.2 控制系统施工控制系统施工 控制系统是由一组具有 16 通道（目前仅用 10 个通道）网络控制的电磁阀 和两组十个空气开关进行控制的，控制信号由中心服务器通过网络给出。整个 控制系统在配电箱中完成。 配电箱置于控制室墙壁上，离地面约 1 米。电源及网线从上面引入。控制 箱内部布线确保符合设计原理，即每个电磁阀由两个开关并联控制，其中一个 是人工控制的空气开关，一个是网络控制的继电器开关。如下图所示。 在配电箱中，最上面依次安装系统总开关、三相预留插座和网络控制开关 板电源插座。所有电磁阀的电源从三项预留插座的接线处引出。 在下面中间安防网络控制开关板，开关板用螺丝固定在配电箱底板上。两 边安装两组单开空气开关，每组 5 个。 控制板每边 8 个继电器开关，我们使用每边的下面 5 个，从上到下依次编 号为 1、2、3、4、5，而且保证控制板左边为 A 组电磁阀，右边为 B 组电磁阀。 所有的开关接 220v 火线。两边的单开空气开关按照对称模式安装，当开关倒向 控制板时，电路是联通的；倒向外边时，电路是断开的。 人工控制开关 220V 火线 零线 远程控制继电器开关 电磁阀 15 / 23 配电箱的布线应该保持整洁有序，杂散的线缆应该捆扎在一起。要确保开 关与所连接电磁阀的对应关系没有差错。具体的电路图如下： AB 两组线接入电磁阀需要通过 PVC 管导出，便于系统整洁有序。而接入 配电箱的网线和电源也需要布置整齐。 3.5 前端部分基础设施施工要求前端部分基础设施施工要求 整个前端系统在长约 3 米，宽约 2 米多的小房子里，考虑场地有限，且需 要预留走廊，因此，具体施工布局如下图所示。靠左边为墙壁，110mm 供水管 靠着墙壁从上面进入，经过一个主水闸后，分为 AB 两组，每组分管为 63mm，然后分别经过压力表，施肥阀，过滤器和排气阀之后，经过电磁阀分为 5 组向地块供水。 线管 浅色为 32mm PE 管 深色为 40mm PE 管 主水闸 压力表施肥阀 过滤器 排气阀 110mm 进水管 线管 63m m PE 分 管 控 制 箱 A1A2A3A4A5 B1B2B3B4B5 开关 插座 1插座 2控制板电源 电磁阀电源 网线 控制板 接入电源 ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF OFF ON OFF ON OFF ON OFF OFF ON O OFF ON O 电磁阀 A1 电磁阀 A2 电磁阀 A3 电磁阀 A5 电磁阀 A4 电磁阀 B4 电磁阀 B2 电磁阀 B5 电磁阀 B3 电磁阀 B1 16 / 23 如图所示，两组出水管共 10 条，其中每组有 32mm 出水管 2 条，40mm 出 水管 3 条。电磁阀的控制由控制箱引出 220V 电线控制，控制箱挂墙上，在主 水管上方约 1 米高处。 考虑到所有的滴灌采用电磁阀控制，电磁阀不能被水淹没；同时考虑到控 制房清洁要求，需要所有控制房中的管件离地 20cm 以上。因此需要构建一定 的水泥台面置放各种管件。具体水泥台面施工示意图如下图所示，实际尺寸按 照安装 110mm 和 63mm 的管件长度的需要而定，不需要太精确。 施工时，主要确保 10 根出水管的排列顺序和尺寸大小，并确保整个前端部 分整洁有序。尽量节省占地面积，保证业主行动方便。 4.灌溉管线部分施工灌溉管线部分施工 4.1 管线施工原则管线施工原则 根据设计划分的 10 个地块，从前端控制部分引出 10 根滴灌支管。各个支 管由前端控制系统直达所管理的地块。因此要求铺设时，管线与地块严格对应， 铺设整齐，便于发现问题，方便维护管理。一般要求管线顺着路的两边走线， 这样既美观，方便走路，又不影响地块作业，个别地方尊重业主方意见铺设。 17 / 23 管线布局施工图如下，其中蓝色部分为 A 组，酱色部分为 B 组，各自对应 相应的电磁阀和控制开关，安装时需要认真检查核对。 A5A3 A2 B5B4 A4 B3 B2 A1 控制房 B1 20 50 6070 60 60 3030 15 30 B A 18 / 23 4.2 支管铺设施工要求支管铺设施工要求 支管从控制室通过电磁阀引出后，沿控制室前面的地块小径旁边铺设。对 于 A1A2 和 B1B2 铺设 32mm 的支管。从控制房出来时，B1B2 和 A1 的支管需 要穿越小径，走对面的路边铺设；其他 6 条 40mm 支管和 A2 支管沿控制房这 边的小径路边铺设。 6 条 40mm 支管到达 A3 地块时，其中三条 B 组支管向左转弯，进入左边 小径的旁边铺设；三条 A 组的支管中，其中一条用三通连接 A3 支管；另外两 条向右转弯，顺着右边小径直达相应地块。各个支管控制管理的地块布局图详 见上图。 所有支管铺设是，要求铺设平顺。避免弯曲和高低不平导致水流阻力增加。 通过田间路径时，需要路径上开槽，以便支管通过，避免人员车辆碾压。凡转 弯处皆用弯头连接，所有支管尽量紧挨在一起铺设，避免散乱，以方便管理和 维护。 5.滴灌管及滴头安装施工滴灌管及滴头安装施工 5.1 滴灌管铺设原则滴灌管铺设原则 滴灌管沿着果树行铺设，要求布设整齐，长度合适。滴灌管铺设时，不需 要埋在地下，避免地间作业时碰伤滴灌管。 5.2 滴灌管的铺设施工要求滴灌管的铺设施工要求 滴灌管从支管引出，沿果树方向铺设，一行果树一根滴灌管。滴灌管暴露 在地表上，避免土壤堵塞滴头，同时避免果园除草施工时误伤滴灌管。 安装滴灌管时，按照如下工序进行： 1）按照果树行位置，在相应地块的支管相应位置用打孔器在支管侧面打孔。 2）将旁通插入支管孔中。 19 / 23 3）将滴灌管插入旁通的另外一头，然后拧紧旁通上的螺母； 4）试着向后拉滴灌管，确保滴灌管安装可靠。 5）在滴灌管的另外一头用堵头堵住滴灌管，防止漏水。 下图上面是滴灌管到支管的安装示意图，下面是滴灌管堵头的安装示意图。 5.3 滴头的安装施工滴头的安装施工 滴头安装在滴灌管上，每棵树安装一个滴头。滴头面向果树安装，安装滴 头前通常情况下，滴头离树 10cm 左右。 安装滴头的过程如下： 1）先用打孔器在滴灌管面向果树的方向打孔 2）将滴头尖头部分插入孔中，滴头卡住时即可。 具体施工图如下： 20 / 23 10cm 21 / 23 滴灌子系统维护方案滴灌子系统维护方案 1.维护原则 本滴灌系统参照 GB/T 17187-2009 标准进行设计，可靠性高，正常使用一 般不会出问题。但由于系统有网络控制板、电磁阀等电子电气设备、还有支管 和滴灌管等暴露在野外的若干管线，若不遵从规范进行使用，容易损坏设施， 导致无法正常使用。因此，本系统的正常维护首选需要正确使用，其次需要注 意日常保养和检查，确保系统工作在正常状态。 2.系统操作要求系统操作要求 系统施工完成以后，正常情况下，可以由系统自动控制滴灌过程。但是也 有许多工作需要预先设置和准备。系统主要操作要求如下： 1）在系统工作之前，保证水源具有足够的水量，能够满足灌溉要求； 2）水源的水进行过基本的沉淀，不含有太多杂质； 3）手工打开主水闸，观看压力表，确保水的压力正常； 4）将配电箱的左上角的主开关置于 ON 状态，确保控制系统通电； 5）检查管线，确保各支管和主管没有大量漏水现象； 6）设置电脑于自动灌溉模式，当地块干旱时，电脑会启动电磁阀自动放水灌溉； 7）也可