滴灌自動(dòng)化控制在大田膜下滴灌系統(tǒng)中的應(yīng)用

柴敬禮

摘要總結(jié)了滴灌系統(tǒng)控制運(yùn)行3種方式的特點(diǎn),并指出其優(yōu)、缺點(diǎn),為新疆地區(qū)大田膜下種植、實(shí)現(xiàn)灌溉的自動(dòng)化控制提供參考。

關(guān)鍵詞滴灌自動(dòng)化控制;大田膜下滴灌;方式;特點(diǎn)

中圖分類號(hào)S275.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739(2009)09-0227-01

灌溉中的滴灌系統(tǒng),能很方便地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制,灌水的自動(dòng)化控制能有效發(fā)揮節(jié)水灌溉的技術(shù)特點(diǎn),也是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的要求。對(duì)滴灌系統(tǒng)的控制,根據(jù)控制系統(tǒng)運(yùn)行的方式不同,一般可分為手動(dòng)控制、自動(dòng)控制和智能控制3類。

1手動(dòng)控制系統(tǒng)

系統(tǒng)的所有操作均由人工完成,如水泵啟閉,閥門的開啟、關(guān)閉,灌溉時(shí)間的長短,何時(shí)灌溉等。這類系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是成本較低,控制部分技術(shù)含量不高,便于使用和維護(hù),適合大面積推廣;不足之處是使用的方便性較差,不適宜控制大面積灌溉。

2智能控制系統(tǒng)

系統(tǒng)不要人直接參與,通過預(yù)先編制好的控制程序和根據(jù)反映作物需水的某些參數(shù)可以長時(shí)間自動(dòng)啟閉水泵和自動(dòng)按一定的輪灌順序進(jìn)行灌溉。人的作用只是調(diào)整控制程序和檢修控制設(shè)備。這種系統(tǒng)中,除灌水器、管道、管件及水泵、電機(jī)外,還包括中央控制器、自動(dòng)閥、傳感器(土壤水分傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、水位傳感器和雨量傳感器等)及電線等。該系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)化控制程度高,能夠根據(jù)作物不同生長時(shí)期所需的水、肥、農(nóng)藥等及時(shí)滿足作物生長需要;缺點(diǎn)是工程投資較大,經(jīng)濟(jì)效益不明顯。

3自動(dòng)控制系統(tǒng)

滴灌自動(dòng)化系統(tǒng)是由水源、首部控制裝置、量測儀表、輸配水管網(wǎng)、中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)、田間控制站、電磁閥、控制電纜及相關(guān)的軟件系統(tǒng)組成的一套田間自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)。系統(tǒng)中在灌溉區(qū)域沒有安裝傳感器,灌水時(shí)間、灌水量和灌溉周期等均是操作人員在系統(tǒng)首部利用電纜線通過灌溉操作觸摸屏來控制田間給水栓電磁閥的開啟和關(guān)閉,操作人員不需要進(jìn)入田間。對(duì)于大面積的自動(dòng)控制系統(tǒng),由于距離較遠(yuǎn),控制中心和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間如何更可靠和更經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)通訊成為了主要問題。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中,從控制中心到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的通訊上,在灌溉領(lǐng)域目前存在著3種自動(dòng)控制通訊方式:第1種為有線(傳輸電信號(hào))傳輸;第2種為有線(傳輸液力信號(hào))傳輸;第3種為無線(傳輸無線電信號(hào))傳輸。

3.1有線傳輸

執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電磁閥或電液聯(lián)合閥,通訊載體為電纜線。電纜線控制電磁閥的方式有2種。一是采用接受開關(guān)信號(hào)的電磁閥門,即電信號(hào)是開啟或關(guān)閉閥門的命令,閥門開啟或關(guān)閉所需要的能量是由電線供給,這種方式比較省電,也節(jié)省電纜線。二是采用連續(xù)通電的方式開啟或關(guān)閉電磁閥門,即通電狀態(tài)閥門一直開啟或關(guān)閉,斷電后閥門關(guān)閉或開啟。這種方式控制器是直接控制電磁閥。

電纜線通訊的特點(diǎn)是系統(tǒng)不易受到干擾,可靠性高,數(shù)據(jù)傳輸量大,可以進(jìn)行各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳送,設(shè)計(jì)和施工操作都比較方便。傳統(tǒng)的電纜線控制方式,需要使用的電纜線用量非常大。目前使用總線技術(shù)控制的方式,電纜線的使用數(shù)量已經(jīng)大為減少,大大降低了電纜線的投入。

3.2液力線傳輸

執(zhí)行機(jī)構(gòu)為液力閥,通訊載體為液力線。液力線控制液力閥的方式有2種。一是采用接受開關(guān)信號(hào)的閥門,即水力信號(hào)是開啟或關(guān)閉閥門的命令,閥門開啟或關(guān)閉所需要的能量是由系統(tǒng)的水壓供給。二是采用連續(xù)供水力的方式開啟或關(guān)閉閥門,即通水狀態(tài)閥門一直開啟或關(guān)閉,斷水后閥門關(guān)閉或開啟。這2種方式中,液力線和控制中心之間采用中間控制單元RTU,灌溉系統(tǒng)控制中心與RTU之間的通訊依然采用電纜線的方式,也有采用無線方式進(jìn)行通訊的。

液力線通訊的特點(diǎn)是安裝工序簡單,勞動(dòng)強(qiáng)度低,易于對(duì)線路的維護(hù)和檢測,經(jīng)濟(jì)性一般。這種方式存在一定的缺陷:液力信號(hào)傳輸中,適用于地勢(shì)較為平坦的地方,地形復(fù)雜的地方使用不便;而且可靠性一般,液力傳輸易受外來因素影響;田間的RTU對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)只能發(fā)送開關(guān)命令,不能進(jìn)行監(jiān)測。

3.3無線傳輸

執(zhí)行機(jī)構(gòu)是液力閥或電磁閥,通訊載體是無線電信號(hào)。無線電控制使用的閥門必須是接受開關(guān)信號(hào)的閥門,無線電信號(hào)是開啟或關(guān)閉閥門的命令,閥門開啟和關(guān)閉使用的能量一般由蓄電池供給,需要定期檢查蓄電池的容量以保證系統(tǒng)的正常使用。目前常見的有2種方式。一是控制中心直接給電磁閥發(fā)送通訊信號(hào)。二是與有線方式結(jié)合,控制中心到田間無線RTU采用無線方式,RTU到電磁閥采用有線方式。第1種方式的特點(diǎn)是田間的電纜線使用量大為減少,需采用專用的無線控制閥門,這種閥門要安裝無線信號(hào)發(fā)射接收裝置和電源,因此造價(jià)較高。第2種方式使用的閥門與前2種方式相同,田間的線路與前2種相同,只是減少了控制中心到RTU的的線纜。這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是在我國使用無線電必須向無線電管理部門申請(qǐng)頻點(diǎn),得到批準(zhǔn)方可使用,且每年需要繳納一定的費(fèi)用;數(shù)據(jù)傳輸速率較低;受外界的干擾較大,系統(tǒng)的可靠性較低。比如:相同頻率的信號(hào)會(huì)干擾系統(tǒng)的正常工作,高大的建筑物和樹林也會(huì)對(duì)無線電信號(hào)的傳輸產(chǎn)生影響,惡劣天氣也會(huì)影響無線電信號(hào)的傳輸。目前農(nóng)八師自動(dòng)化控制滴灌技術(shù)有2種類型,第1種類型系統(tǒng)中心控制單元到田間設(shè)備以無線方式通訊的自動(dòng)化控制系統(tǒng);第2種類型系統(tǒng)中心控制單元到田間設(shè)備以總線方式通訊的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。使用效果根據(jù)使用單位反映較好。第1種類型,即系統(tǒng)中心控制單元到田間設(shè)備以無線方式通訊,田間RTU到電磁閥采用有線方式連接的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。無線方式通訊的自動(dòng)化控制系統(tǒng)是利用GSM/GPRS通訊網(wǎng)絡(luò),把單片機(jī)模塊化軟件管理,將滴灌技術(shù)及濕度傳感器、無線遠(yuǎn)程搖控、GSM通訊系統(tǒng)、田間智能控制閥、自動(dòng)控制中央管理系統(tǒng)與項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合技術(shù)。該系統(tǒng)主要由以下部分構(gòu)成:中央控制器、田間自動(dòng)控制閥、中心控制計(jì)算機(jī)、泵站運(yùn)行監(jiān)控設(shè)備、數(shù)傳電臺(tái)等。在系統(tǒng)首部管理房內(nèi)增設(shè)灌溉控制箱、灌溉操作觸摸屏、移動(dòng)式編程器及變頻柜等主要電子設(shè)備控制田間的灌水。整個(gè)系統(tǒng)由4個(gè)單元組成,一是中心單元:計(jì)算機(jī)、通訊控制器、穩(wěn)壓器;二是首部單元:滴灌控制箱、變頻柜、超聲波流量儀;三是通訊單元:無線收發(fā)設(shè)備組成;四是田間控制單元:閥門遠(yuǎn)程控制器(RTU)、連接電纜、電磁閥等。

大田膜下滴灌是一種高效節(jié)能省水增產(chǎn)的微灌灌溉技術(shù),它具有很多突出的優(yōu)點(diǎn),在新疆地區(qū)大田膜下種植中積累了很多成功的經(jīng)驗(yàn),具有很強(qiáng)的推廣優(yōu)勢(shì),而且很方便實(shí)現(xiàn)灌溉的自動(dòng)化控制,滴灌自動(dòng)化系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)上合理,在技術(shù)上是可行,可大面積推廣應(yīng)用。