一種基于PLC自動控制的滴灌系統

摘 要：滴灌是迄今為止農田灌溉方法中最節水的灌溉技術之一。而且還具有節肥、省人工的功效，目前廣泛應用于農田、果園、蔬菜和溫室大棚中。本文以湖南湘西州獼香園家庭農場為例，深入研究了獼猴桃果園滴灌系統的設計方法。

關鍵詞：獼猴桃；滴灌系統；設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.043

滴灌（drip irrigation）是目前干旱缺水地區最有效的一種節水灌溉方式，水的利用率可達95%。滴灌較噴灌具有更高的節水增產效果，同時可以結合施肥，提高肥效一倍以上。可適用于果樹、蔬菜、經濟作物以及溫室大棚灌溉，在干旱缺水的地方也可用于大田作物灌溉。目前在我國新疆、甘肅、河南等地已經得到了大面積的推廣。本文研究結合湘西州獼香園家庭農場灌溉系統需求，對果園滴灌系統進行設計。

1 滴灌技術原理及特點

滴灌是微灌技術之一。微灌是微水灌溉之簡稱，它是通過有壓供水管道系統與安裝在未級管道上的灌水器（滴頭、微噴頭、滴灌管、微噴帶、滲灌管等），將水和植物生長所需的養分以較小的流量，均勻準確地直接輸送到作物根部附近的土壤表面和土層中或作物葉面，實現局部灌溉，使作物葉面或根部經常保持在最佳水、肥、氣狀態的灌水方法。

滴灌比較于溝灌和澆灌等傳統灌溉方法，其優點是：1）灌溉效率高、灌溉質量好，可以節省工本，而且具有提高產量、防止土壤板結等作用。2）滴灌能結合灌水輸送水溶性肥料溶液，能將肥水直接輸送到植株根部，不僅均勻一致，而且減少了肥料流失。3）滴灌對土壤的平整度要求不高，因此可以在不適宜進行溝灌的山區丘陵應用。4） 滴灌還可以利用微咸水灌溉，可以在海涂等缺少淡水的地區應用。5）微灌能提高水利用率近一倍，很適合在缺水地區使用。

2 滴灌系統設計

湘西州境，地處云貴高原北東側與鄂西山地南西端之結合部，武陵山脈由北東向南西斜貫全境，地勢南東低、北西高，屬中國由西向東逐步降低第二階梯之東緣。西部與云貴高原相連，北部與鄂西山地交頸，東南以雪峰山為屏障，武陵山脈蜿蜒于境內。地勢由西北向東南傾斜，平均海拔800～200米，地貌形態的總體輪廓是一個以山原山地為主，兼有丘陵和小平原，并向北西突出的弧形山區地貌。很多農戶果農依山開地，種植地形崎嶇不平，而且很多種植地離水源地較遠，不少農戶果農不得不用傳統的背水形式進行灌溉。雖然很多地方修葺了引水渠和儲水池，但是不少地勢較高、較復雜的地方依然缺水，而且湘西州7～10月降雨量少，而這段時間正是獼猴桃、煙葉等經濟作物生長的關鍵時刻，缺水會導致農作物、經濟作物減產、甚至絕產。而滴灌系統可以有效的解決農作物供水問題。

3 PLC控制系統設計

PLC（可編程邏輯控制器）是一種采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。其結構簡單、操作方便、編程簡單、可靠性好，目前在工業自動控制、機電一體化等領域已經得到廣泛的應用。本人從實際情況出發研發設計了一種基于PLC的自動控制的滴灌系統，該系統能自動監測儲水池水位并進行控制，同時監測農作物的濕度情況并根據需求自動進行灌溉，當滴灌滴頭堵塞時該系統能進行報警監測。該系統運用于滴灌系統后能進一步實現節水、節肥、省人工的目標，從而進一步發揮滴灌系統的本身優勢。該系統能自動監測儲水池水位并進行控制，同時監測農作物的濕度情況并根據需求自動進行灌溉，當滴灌滴頭堵塞時該系統能進行報警監測。該系統運用于滴灌系統后能進一步實現節水、節肥、省人工的目標，從而進一步發揮滴灌系統的本身優勢。如圖所示：

如圖所示，我們在傳統的滴灌系統增加了三個PLC監測和控制環節。其中（1）水位控制系統和輸水控制系統，在水箱也即灌井我們設置了最低水位和最高水位，其中最高水位是避免抽水太多水溢出水箱導致浪費水資源，當水箱水位低于最低水位時，PLC監測到信號并控制水泵進行抽水，直到水箱水位達到最高水位停止抽水。當PLC監測到果園需要灌溉時候控制閥門打開進行灌溉。（2）為濕度監測裝置，用于監測果樹的土壤濕度，不同的果樹需要不同的生長環境，根據果樹生長的濕度需求在濕度檢測器上進行設置，當低于其需求濕度時候，反饋信號，PLC收到信號控制輸水閥門打開進行灌溉，達到其濕度上限時關閉輸水閥門停止供水。（3）為滴灌系統滴灌頭堵塞檢測系統，由于植物的根具有向水性，其細小的根須會往水源處伸展，很容易伸入滴灌頭導致堵塞，同時因為野草及各種細小泥土等雜質都會引起滴灌頭堵塞，當滴灌頭堵塞后就無法對該植物進行灌溉，而且堵塞不容易發現，對植物的生長帶來影響，因此我們在滴灌頭設計了一個堵塞報警系統，當滴灌頭發生堵塞時候反饋信號，這種信號可以是光或者聲音的形式來展示，實現堵塞報警。果農會根據報警提示準確快速的定位堵塞部位。也可以將此報警信號反饋到果農手機上，實現滴灌頭堵塞遠程監測。

4 結論

該PLC控制系統功能較強大，維護簡單，同時在很大程度上實現了節水、節肥、省人工的作用，能幫助果農更好更有效的對果園進行維護和管理。

參考文獻：

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[2]李富先.滴灌系統安裝與管理[M].中國勞動社會保障出版社，2008.

[3]尹飛虎.滴灌--隨水施肥技術理論與實踐[M].中國科學技術出版社，2010.

作者簡介：薛輝（1979-），男，土家族，湖南永順人，本科，講師，主要研究方向：數控加工及自動化。