自動化控制灌溉在農田灌溉工程中的應用

2015-07-22 17:04:46

自動化控制灌溉系統的建立可以進一步提高現有節水灌溉農業的管理水平。原有的節水灌溉系統雖然在降低作物灌溉制度，提高作物產量上有明顯的作用，但由于人工操作的可變性過大，致使灌溉的合理性無法得到進一步的提高。而自動化控制灌溉是通過對土壤、作物、氣象等各類因素的采集、分析后由操作系統發送相關信息指令對田間各類控制閥門進行控制，以此來實現降低人工分析決策的不合理性因素對農業灌溉的影響。作為現代化農業發展的趨勢，在現狀農業灌溉已大面積實施節水工程的前提下，進一步推廣自動化控制灌溉在節水工程中的使用對促進農業經濟發展具有極大的意義。

自動化控制灌溉系統情況介紹

1、自動化控制灌溉系統的工作原理

所謂的自動化控制灌溉即利用田間布設的相關設備采集或監測土壤信息、田間信息和作物生長信息，并將監測數據傳到首部控制中心，在相應系統軟件分析決策下，對終端發出相應灌溉管理指令。

自動化控制系統的工作原理為:通過土壤、氣象、作物等類傳感器及監測設備將土壤、作物、氣象狀況等監測數據通過墑情信息采集站，傳到計算機中央控制系統，中央控制系統中的各類軟件將匯集的數值進行分析，比如將含水量與灌溉飽和點和補償點比較后確定是否應該灌溉或停止灌水，然后將開啟或關閉閥門的信號通過中央控制系統傳輸到閥門控制系統，再由閥門控制系統實施某輪灌區的閥門開啟或關閉，以此來實現農業的自動化控制。

與國際水平相比，我國的農業傳感器生產水平相對落后，而土壤水分傳感器生產水平已達到了國際同類水平。

2、自動化控制系統設備的組成

自動化控制系統的設備主要有中央控制器、田間工作站、RTU(遠程網絡終端單位)或解碼器(閥門控制器)、電磁閥及田間信息采集或監測設備5個部分組成。

2.1中央控制器

中央控制器(主站):主要有微機等設備及控制系統軟件組成。

微機設備與目前辦公設備類似，由電源控制箱、主控計算機、中央控制器和激光打印機等設備組成。

控制系統軟件是安裝于微機設備上的，其內容有信息采集與處理模塊、信息數據顯示模塊、信息記錄與報警模塊、閥門狀態監控模塊和首部控制模塊等組成。

現有自動化監測、控制系統除了具有預測預報等功能外，還在計算機上實現如下功能:過程監視、數據收集、數據處理、數據存儲、報警、數據顯示、數據管理和過程控制等。并實現實時過程智能決策，達到完全自動控制。

2.2田間工作站(中繼站)

田間工作站的設計根據地形及設備信號接收的限制來確定布設位置及個數。

在實際操作中若地形平坦，無遮擋物，信號傳輸效果好。則相應一個田間工作站可控制面積較大，反之，則田間工作站布設較多。

田間工作站是中央控制器與RTU或解碼器及田間信息采集監測設備的中轉站。采集的信息需要通過中間站輸送到中央控制器，而中央控制器發送的指令則需通過田間工作站傳達到各個RTU或解碼器。

2.3 RTU(遠程網絡終端單位)或解碼器(閥門控制器)

RTU(遠程網絡終端單位)或解碼器(閥門控制器)是接收由田間工作站傳來的指令并實施指令的下端。

解碼器(閥門控制器)直接與管網布置的電磁閥相連接，接收到田間工作站的指令后對電磁閥的開閉進行控制，同時也能夠采集田間信息，并上傳信息至田間工作站。一個閥門控制器可控制多個電磁閥。

2.4電磁閥

電磁閥是控制田間灌溉的閥門。

電磁閥由田間節水灌溉設計輪灌組的劃分來確定安裝位置及個數。

2.5墑情信息采集站及田間信息采集、監測設備

田間信息采集及監測設備是自動化控制系統的最根本。

田間信息采集主要依賴于傳感設備。傳感設備就是能夠感受規定的被測量物并按照一定規律轉換成可能輸出信號的器件或裝置。自動化灌溉可能設計的傳感器主要分為:土壤類、作物類、氣象類及系統類傳感器。主要測量土壤水分、養分、溫度、作物水分、養分、長勢、氣象類的光照、蒸發、風速、雨量及系統類的水壓、閥門狀態、流量、水質等數據資料。經由墑情信息采集站將信息傳輸至中央控制器，通過中央控制器安裝的各類自動化監測軟件系統對采集的數據分析，再以數值和曲線形式顯示歷史與實的時參數值和變化曲線，并進行信息實時報警與記錄。

3、自動化控制系統子系統的配置

自動化控制系統可根據用戶不同層次的實際需求，由灌溉自動控制子系統、農田墑情監測子系統、作物生長圖像采集子系統、水肥智能決策子系統、作物網絡化管理平臺等多個子系統配置，能為用戶提供多種管理選擇方式。依據工程基礎條件、管理水平、項目投資等因素來確定項目子系統類型的配置及灌溉方式的選擇。

4、自動化控制系統的灌溉方式選取

根據現狀節水灌溉模式及管理水平目前已實現的控制灌溉方式主要分為3類，在實際操作中可根據具體情況選取適合自己的控制灌溉方式:

4.1自動化控制灌溉方式

由于實際情況中存在墑情采集及分析水平不足的因素，在現狀自動化控制中主要還是依據節水工程設計中規定的耗水定額、灌溉時間及作物的需肥等數據來作為自動化控制發出命令的依據。

根據節水設計可進行閥門編組輪灌，可供選擇的輪灌方式有:①灌水時間設定輪灌:根據設定時間編組輪灌;②灌溉量設定輪灌:根據墑情及土壤的監測結果預設灌溉制度進行輪灌并施加肥料;③隨機設定輪灌:根據實際需要進行任意閥門編組輪灌，包括補灌。

4.2人工參與控制灌溉方式

系統以土壤濕度臨界值主參數(可包括氣象信息、作物視頻診斷等)進行人工參與智能化控制灌溉;用戶也可根據墑情監測結果，通過G網用手機隨時進行智能化控制。

4.3手動控制灌溉方式

在系統出現意外情況下，可人工手動進行電磁閥開啟。以保證連續灌溉不會中斷，不誤農時。