中心支軸式噴灌機智能控制系統的研發

張明慧+鄧宇+彭君峰+吳景文

摘要中心支軸式噴灌機噴灑效果好、節水、節能，在許多國家和國內都應用較廣。但是因為其行走緩慢，完成一圈噴灌作業往往需要2～20天的時間，其控制形式單一，只能通過手工啟動停止，啟動后需要工人看管，不能定時、定圈停機，如果機器遇到故障不好判斷是第幾跨故障，不便于故障排除和維修，這些都制約了指針噴灌機的發展。本文主要介紹中心支軸式噴灌機智能控制系統的研發，使中心支軸式噴灌機的控制更加多元化、人性化，更利于推廣與應用。

關鍵詞中心支軸式噴灌機智能控制

一、智能控制系統概述

1.在已有條件基礎上研制中心支軸式噴灌機地角臂系統，使噴灌機實現在地角時開啟地角臂系統，該系統可以360°旋轉，使灌溉面積近似方形，增加噴灌機有效灌溉面積。

2.創新研究設計電子控制壓力補償系統，該系統可以實現水壓過低或停水時自動關閉噴灌機和水泵，并在噴灌機工作時自動控制實現壓力補償，提高噴灌均勻性的同時精確控制灌水定額。

3.創新研制遠程計算機或者手機終端控制系統，根據系統反饋土壤水分情況，發送指令，實現噴灌機自動開啟，自動調節行走速度，并自動回旋或停機。

4.優勢特點：自動化程度高，減少方形地塊的漏噴現象；可調節當地小氣候，提高植被覆蓋率，有利于作物的生長；與地面灌溉相比可節省 90%以上的勞力，與其他噴灌機相比，可節省25%～75%的勞力，能晝夜自動噴灌，效率高，灌水質量好；灌水定額可在 5～100 mm 內調節，均勻度高；噴灌機可通過遠程控制實現自動開啟，同時調節噴灌機行走速度，并自動回旋或停機。

二、新增加安全保護措施

1.避雷設施；

2.過流保護；

3.不銹鋼雙層門電控箱，防水防塵；

4.施耐德二層門開箱門斷電保護功能，保護人身安全以防意外觸電；

5.地輪正常行走整機校直，異常行走急停保護，以免整機塌架。

三、電控系統配置

過去的指針噴灌機只有電控箱、集電環、塔盒等控制元件，在考察了農民的實際需求并為了更好的控制指針噴灌機，我們新加入了單片機、觸摸屏、溫度傳感器、濕度傳感器、風速傳感器、角位移傳感器、壓力變送器、水表和GPRS模塊。指針式噴灌機自動控制系統主要包括：（如下表）表指針式噴灌機自動控制系統組成序號名稱數量作用備注1電控箱1內裝所有控制電機的電器元件與觸摸屏必配2集電環1電控箱與塔盒的電線由此相連，保證行走時電線的可靠連接必配3塔盒N=跨數控制電機的行走必配4溫度傳感器1測定土壤溫度選配5濕度傳感器1測定即時土壤濕度選配6風速傳感器1測定即時風速選配7角位移傳感器1行走角度監測，計算噴灌面積，設定噴灌圈數必配8壓力變送器1水壓監測，如水壓過低則噴灌機與水泵停止運行選配9水表1流量監測選配10GPRS模塊1遠程控制選配11尾燈1夜間提示尾跨行走位置必配

四、觸摸屏控制

觸屏控制是一套獨立于按鈕箱控制的操作程序，當按鈕箱上的“手動/自動”開關打到自動位置時，觸屏可以控制噴灌機所有操作。觸屏主畫面如圖4-1。

畫面左側為噴灌機各控制狀態，右側為畫面顯示與數據顯示，下方為操作按鈕。

1.設備狀態：當按鈕箱“手動/自動”開關打到自動位置時，手動/自動狀態顯示為綠色字體“自動”。

當噴灌機開始運行轉動時，若正向轉動，則正向轉動狀態顯示為綠色字體“運行”，同理，若反向轉動，則反向轉動狀態顯示為綠色字體“運行”。

當1跨開始行走時，則1跨塔盒運行狀態顯示為綠色字體“運行”，2跨、3跨與4跨塔盒運行狀態同理；如圖4-2所示。

當1跨塔盒出現故障時，1跨塔盒故障狀態顯示為紅色字體“故障”，并自動停止所有運行狀態，2跨及3跨塔盒故障狀態同理，如圖4-3所示。

自動噴灌狀態是指當噴灌機啟動自動噴灌后，噴灌機按設定時間自動行走或停止，此時自動噴灌狀態顯示為綠色字體“已啟動”。

2.畫面顯示：當噴灌機開始正向或反向運行轉動時，深井出口位置圓圈顯示為綠色，如圖4-4所示。

當1跨開始行走時，1跨塔盒位置圓圈顯示為綠色，2跨、3跨與4跨塔盒位置圓圈同理；如圖4-5所示。

當1跨塔盒出現故障時，1跨塔盒位置圓圈顯示為紅色， 2跨及3跨塔盒位置圓圈顯示同理，如圖4-6所示。

3.數據顯示：數據顯示現場各環境實時數據，如圖4-7所示：圖4-1觸屏主畫面圖4-2運行時控制狀態圖4-3故障時控制狀態圖4-4正向或反向運行轉動時畫面顯示狀態圖4-5行走時畫面顯示狀態圖4-6故障時畫面顯示狀態圖4-7數據顯示4.按鈕操作：點擊“自動噴灌啟動”按鈕，噴灌機即按設定的行走停止時間自動噴灌；點擊“自動噴灌停止”按鈕，噴灌機停止自動噴灌。

點擊“定時設置”按鈕，彈出定時設置畫面，如圖4-8所示。

圖4-8定時設置畫面在自動噴灌定時設置中，可以設置定時噴灌時間及方式：

（1）設定每天定時啟動自動噴灌時間及圈數，每天噴灌機會按設置時間自動啟動并噴灌設定圈數（注：當設定圈數為0時，表示該時間不啟動）；

（2）設定噴灌機行走方向（正向或反向）；

（3）設定噴灌機行走時間及停止時間（注：若行走時間為0，則噴灌機一直處于停止狀態；若停止時間為0，則噴灌機一直處于行走狀態）

系統配置按鈕用于彈出系統配置窗體進行系統初始化配置，該配置在產品出廠時已配置完畢，用戶不需要再行配置。

五、注意事項

觸摸屏正常使用的溫度范圍為-10～60 ℃，不能在低溫下使用，故冬季需將液晶屏取下于室內保存。

參考文獻：

＼[1＼]方承運，王炳勛.電氣控制原理與設計＼[M＼].寧夏：寧夏人民出版社，1989.

＼[2＼]方承運.工廠電氣控制技術＼[M＼].北京：機械工業出版社，2000.

＼[3＼]鄭久彬.1000 t油壓機電氣控制系統分析＼[J＼].農機使用與維修，2012（4）：39-40.endprint

摘要中心支軸式噴灌機噴灑效果好、節水、節能，在許多國家和國內都應用較廣。但是因為其行走緩慢，完成一圈噴灌作業往往需要2～20天的時間，其控制形式單一，只能通過手工啟動停止，啟動后需要工人看管，不能定時、定圈停機，如果機器遇到故障不好判斷是第幾跨故障，不便于故障排除和維修，這些都制約了指針噴灌機的發展。本文主要介紹中心支軸式噴灌機智能控制系統的研發，使中心支軸式噴灌機的控制更加多元化、人性化，更利于推廣與應用。

關鍵詞中心支軸式噴灌機智能控制

一、智能控制系統概述

1.在已有條件基礎上研制中心支軸式噴灌機地角臂系統，使噴灌機實現在地角時開啟地角臂系統，該系統可以360°旋轉，使灌溉面積近似方形，增加噴灌機有效灌溉面積。

2.創新研究設計電子控制壓力補償系統，該系統可以實現水壓過低或停水時自動關閉噴灌機和水泵，并在噴灌機工作時自動控制實現壓力補償，提高噴灌均勻性的同時精確控制灌水定額。

3.創新研制遠程計算機或者手機終端控制系統，根據系統反饋土壤水分情況，發送指令，實現噴灌機自動開啟，自動調節行走速度，并自動回旋或停機。

4.優勢特點：自動化程度高，減少方形地塊的漏噴現象；可調節當地小氣候，提高植被覆蓋率，有利于作物的生長；與地面灌溉相比可節省 90%以上的勞力，與其他噴灌機相比，可節省25%～75%的勞力，能晝夜自動噴灌，效率高，灌水質量好；灌水定額可在 5～100 mm 內調節，均勻度高；噴灌機可通過遠程控制實現自動開啟，同時調節噴灌機行走速度，并自動回旋或停機。

二、新增加安全保護措施

1.避雷設施；

2.過流保護；

3.不銹鋼雙層門電控箱，防水防塵；

4.施耐德二層門開箱門斷電保護功能，保護人身安全以防意外觸電；

5.地輪正常行走整機校直，異常行走急停保護，以免整機塌架。

三、電控系統配置

過去的指針噴灌機只有電控箱、集電環、塔盒等控制元件，在考察了農民的實際需求并為了更好的控制指針噴灌機，我們新加入了單片機、觸摸屏、溫度傳感器、濕度傳感器、風速傳感器、角位移傳感器、壓力變送器、水表和GPRS模塊。指針式噴灌機自動控制系統主要包括：（如下表）表指針式噴灌機自動控制系統組成序號名稱數量作用備注1電控箱1內裝所有控制電機的電器元件與觸摸屏必配2集電環1電控箱與塔盒的電線由此相連，保證行走時電線的可靠連接必配3塔盒N=跨數控制電機的行走必配4溫度傳感器1測定土壤溫度選配5濕度傳感器1測定即時土壤濕度選配6風速傳感器1測定即時風速選配7角位移傳感器1行走角度監測，計算噴灌面積，設定噴灌圈數必配8壓力變送器1水壓監測，如水壓過低則噴灌機與水泵停止運行選配9水表1流量監測選配10GPRS模塊1遠程控制選配11尾燈1夜間提示尾跨行走位置必配

四、觸摸屏控制

觸屏控制是一套獨立于按鈕箱控制的操作程序，當按鈕箱上的“手動/自動”開關打到自動位置時，觸屏可以控制噴灌機所有操作。觸屏主畫面如圖4-1。

畫面左側為噴灌機各控制狀態，右側為畫面顯示與數據顯示，下方為操作按鈕。

1.設備狀態：當按鈕箱“手動/自動”開關打到自動位置時，手動/自動狀態顯示為綠色字體“自動”。

當噴灌機開始運行轉動時，若正向轉動，則正向轉動狀態顯示為綠色字體“運行”，同理，若反向轉動，則反向轉動狀態顯示為綠色字體“運行”。

當1跨開始行走時，則1跨塔盒運行狀態顯示為綠色字體“運行”，2跨、3跨與4跨塔盒運行狀態同理；如圖4-2所示。

當1跨塔盒出現故障時，1跨塔盒故障狀態顯示為紅色字體“故障”，并自動停止所有運行狀態，2跨及3跨塔盒故障狀態同理，如圖4-3所示。

自動噴灌狀態是指當噴灌機啟動自動噴灌后，噴灌機按設定時間自動行走或停止，此時自動噴灌狀態顯示為綠色字體“已啟動”。

2.畫面顯示：當噴灌機開始正向或反向運行轉動時，深井出口位置圓圈顯示為綠色，如圖4-4所示。

當1跨開始行走時，1跨塔盒位置圓圈顯示為綠色，2跨、3跨與4跨塔盒位置圓圈同理；如圖4-5所示。

當1跨塔盒出現故障時，1跨塔盒位置圓圈顯示為紅色， 2跨及3跨塔盒位置圓圈顯示同理，如圖4-6所示。

3.數據顯示：數據顯示現場各環境實時數據，如圖4-7所示：圖4-1觸屏主畫面圖4-2運行時控制狀態圖4-3故障時控制狀態圖4-4正向或反向運行轉動時畫面顯示狀態圖4-5行走時畫面顯示狀態圖4-6故障時畫面顯示狀態圖4-7數據顯示4.按鈕操作：點擊“自動噴灌啟動”按鈕，噴灌機即按設定的行走停止時間自動噴灌；點擊“自動噴灌停止”按鈕，噴灌機停止自動噴灌。

點擊“定時設置”按鈕，彈出定時設置畫面，如圖4-8所示。

圖4-8定時設置畫面在自動噴灌定時設置中，可以設置定時噴灌時間及方式：

（1）設定每天定時啟動自動噴灌時間及圈數，每天噴灌機會按設置時間自動啟動并噴灌設定圈數（注：當設定圈數為0時，表示該時間不啟動）；

（2）設定噴灌機行走方向（正向或反向）；

（3）設定噴灌機行走時間及停止時間（注：若行走時間為0，則噴灌機一直處于停止狀態；若停止時間為0，則噴灌機一直處于行走狀態）

系統配置按鈕用于彈出系統配置窗體進行系統初始化配置，該配置在產品出廠時已配置完畢，用戶不需要再行配置。

五、注意事項

觸摸屏正常使用的溫度范圍為-10～60 ℃，不能在低溫下使用，故冬季需將液晶屏取下于室內保存。

參考文獻：

＼[1＼]方承運，王炳勛.電氣控制原理與設計＼[M＼].寧夏：寧夏人民出版社，1989.

＼[2＼]方承運.工廠電氣控制技術＼[M＼].北京：機械工業出版社，2000.

＼[3＼]鄭久彬.1000 t油壓機電氣控制系統分析＼[J＼].農機使用與維修，2012（4）：39-40.endprint

摘要中心支軸式噴灌機噴灑效果好、節水、節能，在許多國家和國內都應用較廣。但是因為其行走緩慢，完成一圈噴灌作業往往需要2～20天的時間，其控制形式單一，只能通過手工啟動停止，啟動后需要工人看管，不能定時、定圈停機，如果機器遇到故障不好判斷是第幾跨故障，不便于故障排除和維修，這些都制約了指針噴灌機的發展。本文主要介紹中心支軸式噴灌機智能控制系統的研發，使中心支軸式噴灌機的控制更加多元化、人性化，更利于推廣與應用。

關鍵詞中心支軸式噴灌機智能控制

一、智能控制系統概述

1.在已有條件基礎上研制中心支軸式噴灌機地角臂系統，使噴灌機實現在地角時開啟地角臂系統，該系統可以360°旋轉，使灌溉面積近似方形，增加噴灌機有效灌溉面積。

2.創新研究設計電子控制壓力補償系統，該系統可以實現水壓過低或停水時自動關閉噴灌機和水泵，并在噴灌機工作時自動控制實現壓力補償，提高噴灌均勻性的同時精確控制灌水定額。

3.創新研制遠程計算機或者手機終端控制系統，根據系統反饋土壤水分情況，發送指令，實現噴灌機自動開啟，自動調節行走速度，并自動回旋或停機。

4.優勢特點：自動化程度高，減少方形地塊的漏噴現象；可調節當地小氣候，提高植被覆蓋率，有利于作物的生長；與地面灌溉相比可節省 90%以上的勞力，與其他噴灌機相比，可節省25%～75%的勞力，能晝夜自動噴灌，效率高，灌水質量好；灌水定額可在 5～100 mm 內調節，均勻度高；噴灌機可通過遠程控制實現自動開啟，同時調節噴灌機行走速度，并自動回旋或停機。

二、新增加安全保護措施

1.避雷設施；

2.過流保護；

3.不銹鋼雙層門電控箱，防水防塵；

4.施耐德二層門開箱門斷電保護功能，保護人身安全以防意外觸電；

5.地輪正常行走整機校直，異常行走急停保護，以免整機塌架。

三、電控系統配置

過去的指針噴灌機只有電控箱、集電環、塔盒等控制元件，在考察了農民的實際需求并為了更好的控制指針噴灌機，我們新加入了單片機、觸摸屏、溫度傳感器、濕度傳感器、風速傳感器、角位移傳感器、壓力變送器、水表和GPRS模塊。指針式噴灌機自動控制系統主要包括：（如下表）表指針式噴灌機自動控制系統組成序號名稱數量作用備注1電控箱1內裝所有控制電機的電器元件與觸摸屏必配2集電環1電控箱與塔盒的電線由此相連，保證行走時電線的可靠連接必配3塔盒N=跨數控制電機的行走必配4溫度傳感器1測定土壤溫度選配5濕度傳感器1測定即時土壤濕度選配6風速傳感器1測定即時風速選配7角位移傳感器1行走角度監測，計算噴灌面積，設定噴灌圈數必配8壓力變送器1水壓監測，如水壓過低則噴灌機與水泵停止運行選配9水表1流量監測選配10GPRS模塊1遠程控制選配11尾燈1夜間提示尾跨行走位置必配

四、觸摸屏控制

觸屏控制是一套獨立于按鈕箱控制的操作程序，當按鈕箱上的“手動/自動”開關打到自動位置時，觸屏可以控制噴灌機所有操作。觸屏主畫面如圖4-1。

畫面左側為噴灌機各控制狀態，右側為畫面顯示與數據顯示，下方為操作按鈕。

1.設備狀態：當按鈕箱“手動/自動”開關打到自動位置時，手動/自動狀態顯示為綠色字體“自動”。

當噴灌機開始運行轉動時，若正向轉動，則正向轉動狀態顯示為綠色字體“運行”，同理，若反向轉動，則反向轉動狀態顯示為綠色字體“運行”。

當1跨開始行走時，則1跨塔盒運行狀態顯示為綠色字體“運行”，2跨、3跨與4跨塔盒運行狀態同理；如圖4-2所示。

當1跨塔盒出現故障時，1跨塔盒故障狀態顯示為紅色字體“故障”，并自動停止所有運行狀態，2跨及3跨塔盒故障狀態同理，如圖4-3所示。

自動噴灌狀態是指當噴灌機啟動自動噴灌后，噴灌機按設定時間自動行走或停止，此時自動噴灌狀態顯示為綠色字體“已啟動”。

2.畫面顯示：當噴灌機開始正向或反向運行轉動時，深井出口位置圓圈顯示為綠色，如圖4-4所示。

當1跨開始行走時，1跨塔盒位置圓圈顯示為綠色，2跨、3跨與4跨塔盒位置圓圈同理；如圖4-5所示。

當1跨塔盒出現故障時，1跨塔盒位置圓圈顯示為紅色， 2跨及3跨塔盒位置圓圈顯示同理，如圖4-6所示。

3.數據顯示：數據顯示現場各環境實時數據，如圖4-7所示：圖4-1觸屏主畫面圖4-2運行時控制狀態圖4-3故障時控制狀態圖4-4正向或反向運行轉動時畫面顯示狀態圖4-5行走時畫面顯示狀態圖4-6故障時畫面顯示狀態圖4-7數據顯示4.按鈕操作：點擊“自動噴灌啟動”按鈕，噴灌機即按設定的行走停止時間自動噴灌；點擊“自動噴灌停止”按鈕，噴灌機停止自動噴灌。

點擊“定時設置”按鈕，彈出定時設置畫面，如圖4-8所示。

圖4-8定時設置畫面在自動噴灌定時設置中，可以設置定時噴灌時間及方式：

（1）設定每天定時啟動自動噴灌時間及圈數，每天噴灌機會按設置時間自動啟動并噴灌設定圈數（注：當設定圈數為0時，表示該時間不啟動）；

（2）設定噴灌機行走方向（正向或反向）；

（3）設定噴灌機行走時間及停止時間（注：若行走時間為0，則噴灌機一直處于停止狀態；若停止時間為0，則噴灌機一直處于行走狀態）

系統配置按鈕用于彈出系統配置窗體進行系統初始化配置，該配置在產品出廠時已配置完畢，用戶不需要再行配置。

五、注意事項

觸摸屏正常使用的溫度范圍為-10～60 ℃，不能在低溫下使用，故冬季需將液晶屏取下于室內保存。

參考文獻：

＼[1＼]方承運，王炳勛.電氣控制原理與設計＼[M＼].寧夏：寧夏人民出版社，1989.

＼[2＼]方承運.工廠電氣控制技術＼[M＼].北京：機械工業出版社，2000.

＼[3＼]鄭久彬.1000 t油壓機電氣控制系統分析＼[J＼].農機使用與維修，2012（4）：39-40.endprint