自动化控制灌溉在滴灌工程中的应用

摘要:

自动化控制灌溉的建设在新疆兵团的节水工作中可根据实际情况适当进行改动，在不能完全实现由土壤墒情、田间气象、作物生长因素等进行决策的自动化控制灌溉的情况下，根据项目管网铺设形式来确定人工参与控制自动化系统的程度是该项技术发展的一个必然过程。关键词:

自动化控制灌溉;工作原理;设备组成;子系统配置;灌溉方式1前言自动化控制灌溉系统的建立可以进一步提高新疆现有节水灌溉农业的管理水平。原有的节水灌溉系统虽然在降低作物灌溉制度，提高作物产量上有明显的作用，但由于人工操作的可变性过大，致使灌溉的合理性无法得到进一步的提高。而自动化控制灌溉是通过对土壤、作物、气象等各类因素的采集、分析后由操作系统发送相关信息指令对田间各类控制阀门进行控制，以此来实现降低人工分析决策的不合理性因素对农业灌溉的影响。作为现代化农业发展的趋势，在新疆现状农业灌溉已大面积实施节水工程的前提下，进一步推广自动化控制灌溉在节水工程中的使用对促进新疆农业经济发展具有极大的意义。在此基础上，本文通过对自动化控制系统的工作原理、设备组成以及实际应用中在设计方案的选取上做一简单分析。2自动化控制灌溉系统情况介绍2.1自动化控制灌溉系统的工作原理所谓的自动化控制灌溉即利用田间布设的相关设备采集或监测土壤信息、田间信息和作物生长信息，并将监测数据传到首部控制中心，在相应系统软件分析决策下，对终端发出相应灌溉管理指令。自动化控制系统的工作原理为:通过土壤、气象、作物等类传感器及监测设备将土壤、作物、气象状况等监测数据通过墒情信息采集站，传到计算机中央控制系统，中央控制系统中的各类软件将汇集的数值进行分析，比如将含水量与灌溉饱和点和补偿点比较后确定是否应该灌溉或停止灌水，然后将开启或关闭阀门的信号通过中央控制系统传输到阀门控制系统，再由阀门控制系统实施某轮灌区的阀门开启或关闭，以此来实现农业的自动化控制。与国际水平相比，我国的农业传感器生产水平相对落后，而土壤水分传感器生产水平已达到了国际同类水平。2.2自动化控制系统设备的组成自动化控制系统的设备主要有中央控制器、田间工作站、RTU(远程网络终端单位)或解码器(阀门控制器)、电磁阀及田间信息采集或监测设备5个部分组成。2.2.1中央控制器中央控制器(主站):主要有微机等设备及控制系统软件组成。微机设备与目前办公设备类似，由电源控制箱、主控计算机、中央控制器和激光打印机等设备组成。控制系统软件是安装于微机设备上的，其内容有信息采集与处理模块、信息数据显示模块、信息记录与报警模块、阀门状态监控模块和首部控制模块等组成。现有自动化监测、控制系统除了具有预测预报等功能外，还在计算机上实现如下功能:过程监视、数据收集、数据处理、数据存储、报警、数据显示、数据管理和过程控制等。并实现实时过程智能决策，达到完全自动控制。2.2.2田间工作站(中继站)田间工作站的设计根据地形及设备信号接收的限制来确定布设位置及个数。在实际操作中若地形平坦，无遮挡物，信号传输效果好。则相应一个田间工作站可控制面积较大，反之，则田间工作站布设较多。别田间工作站是潜中央控制器挨与友RT艇U晃或解码器及田厅间信息采集监搜测设备的中转置站。采集的信庄息需要通过中萄间站输送到中疫央控制器，而们中央控制器发症送的指令则需互通过田间工作辜站传达到各徒个岛RT言U甜或解码器。但2.2.3葵RTU糊(晶远程网络终端资单袖位武)倾或解码恨器确(腊阀门控制浩器播)胀RTU收(弦远程网络终端损单镜位晃)黎或解码套器竖(拜阀门控制葛器塔)告是接收由田间扭工作站传来的国指令并实施指跃令的下端。展解码刊器候(郊阀门控制彩器悉)草直接与管网布颠置的电磁阀相偿连接，接收到华田间工作站的央指令后对电磁钟阀的开闭进行故控制，同时也以能够采集田间经信息，并上传样信息至田间工唱作站。一个阀佣门控制器可控症制多个电磁阀颜。皂2.2.蚕4的电磁阀椅电磁阀是控制蚁田间灌溉的阀喂门。毅电磁阀由田间策节水灌溉设计护轮灌组的划分营来确定安装位具置及个数。野2.2.伍5娘墒情信息采集疗站及田间信息矛采集、监测设寻备初田间信息采集条及监测设备是陪自动化控制系可统的最根本。顷田间信息采集柏主要依赖于传找感设备。传感判设备就是能够跃感受规定的被汗测量物并按照桂一定规律转换遗成可能输出信钳号的器件或装佩置。自动化灌雅溉可能设计的撑传感器主要分幸为乡:蚕土壤类、作物惹类、气象类及菠系统类传感器蚊。主要测量土额壤水分、养分丝、温度、作物娱水分、养分、杜长势、气象类牧的光照、蒸发目、风速、雨量黑及系统类的水杆压、阀门状态威、流量、水质侄等数据资料。育经由墒情信息勺采集站将信息前传输至中央控咏制器，通过中暴央控制器安装耻的各类自动化跳监测软件系统豆对采集的数据贞分析，再以数促值和曲线形式煮显示历史与实笔的时参数值和排变化曲线，并提进行信息实时插报警与记录。邻2.夏3温自动化控制系丸统子系统的配更置饮自动化控制系悲统可根据用户蚊不同层次的实炎际需求，由灌刚溉自动控制子盐系统、农田墒千情监测子系统别、作物生长图搞像采集子系统谊、水肥智能决购策子系统、作锄物网络化管理众平台等多个子料系统配置，能耗为用户提供多乎种管理选择方恰式。依据工程膜基础条件、管访理水平、项目龄投资等因素来窝确定项目子系呆统类型的配置惠及灌溉方式的迎选择。签2.撇4碌自动化控制系疤统的灌溉方式差选取习根据现状新疆悬兵团节水灌溉去模式及管理水挥平目前已实现虑的控制灌溉方东式主要分贴为散3棒类，在实际操鬼作中可根据具屈体情况选取适及合自己的控制夺灌溉方讨式垮:登2.4.蚁1恢自动化控制灌举溉方式刃由于实际情况招中存在墒情采肯集及分析水平抹不足的因素，额在现状自动化颤控制中主要还陪是依据节水工碑程设计中规定项的耗水定额、住灌溉时间及作大物的需肥等数戴据来作为自动适化控制发出命雁令的依据。学根据节水设计驾可进行阀门编肠组轮灌，可供领选择的轮灌方企式锋有厨:善①绑灌水时间设定捆轮盟灌闪:栋根据设定时间饱编组轮托灌叉;仆②瞧灌溉量设定轮章灌裁:煤根据墒情及土杯壤的监测结果眯预设灌溉制度器进行轮灌并施遮加肥越料旦;遥③概随机设定轮爸灌伍:独根据实际需要查进行任意阀门流编组轮灌，包浮括补灌。径2.4.尤2绝人工参与控制风灌溉方式样系统以土壤湿病度临界值主参昆数阴(佣可包括气象信慈息、作物视频劲诊断纲等苗)极进行人工参与壳智能化控制灌葬溉洁;鹿用户也可根据沉墒情监测结果左，通折过怖G滥网用手机随时藏进行智能化控句制。犹2.4.兰3冈手动控制灌溉鲁方式扶在系统出现意隙外情况下，可颗人工手动进行饭电磁阀开启。晨以保证连续灌弄溉不会中断，监不误农时。撒3钱自动化控制系啄统典型设计来3.燃1壳典型地块的选冈择蒙在新疆农二挡师体3摩1界团介6枕连选锦取新58hm鄙2幕具有一定代表菊性的地块作为乌典型设计田块奴，共公计孩1考2话块条田，欣长灌780向m俯，每块条田窜宽降6叨0弱～策65青m下，水源满足要颤求，种植作物提为红枣，株行淋距粗1.5m×悲3绩m戚，红枣园建设恼已完成，确定擦滴灌工程的布喇置形式惭为方:拦地表水靠源辛→娱首狂部贩→彩地埋干前管么→馒地埋支特管树→样滴灌管的形式碍。考虑滴灌与候自动化工程的毕结合，确定分景干管两边铺设蔬支管为长短管角形式。一条分暑干管可以备管寿4填块条田，则一朱个阀门控制器测可控德制定4愧个电磁阀，相哲比较一个支管艳灌凤溉犬2愧块条田的方案桃，阀门控制器车可减少一半。裤3.袋2隔中央控制器的龙选择繁由于本典型设想计的面积较少质，而且佳在斗3件1枕团未有大面积赴实施的计划，困因此中央控制汗站可设置在首菠部附近，即省摔去了团部管理坏需铺设线路的川投资，而且便熄于现场管理。仓3.粗3烤田间工作站的浙设置娘由于该地块十判分规整，田间假工作站可均匀娇布置于条田中组，共需要设敌置逃6固个田间工作站妇，由于距离中溉央控制穿器污500恐m宴范围内且无明年显遮挡物，信们号传输效果好绪，可将布置于净附近杀的吉2尽个田间工作站提省去，因此最邀终确定布老设市4塑个田间工作站愁。敞3.龟4汇阀门控制器及务电磁阀的设置筋依据滴灌工程指轮灌制度的划难分，在滴灌系喂统每个支管的崭出地桩处均加滩设电磁阀一个世，由于是长短莲管设计，位于仅同一位置的出叶地桩处的电磁未阀由一个阀控保器控制。最终吓确定电磁豆阀催6渡0撑个，阀控渴器跌1枝5找个。牵3.删5突各类传感器及命墒情信息采集按站的设置艘在典型滴灌设爸计的基础上，涉由于该区土壤篮类型单一，均股匀，传感器可洪适当减少布置政量。根献据忆3晌1涨团现状管理水虎平仅布设水分狸传感器。共设童置水分传感味器弹1诱2贿个，墒情信息煤采集卫站印6乎个。并在中央萍控制系统配套卷墒情监测系统误软件。4结论亲节水灌溉工程备在新疆已经大扯面积得到了推裂广，应用及管抱理技术较为成爷熟。在此基础稠上发展自动化诱灌溉技术是精奉准农业发展的比必然趋势，此型项技术虽已提羊出多年，但由公于现状农业劳炒动力凤较富裕的原因客，致使该项技罚术的优势无法没充分体现，近骂年来新疆也仅绘是分散试点运利行，且大多工瞒程位于新疆北越部，新疆