滴灌自動化控制在大田膜下滴灌系統(tǒng)中的應用

李子奇 李亞杰 杜博瑋 王嘉灝 吳超 王玉芳

摘要：隨著時代的發(fā)展、科學技術的進步，計算機技術發(fā)展水平快速的提高，人們對于工作效率的要求也越來越高，如今，自動化技術存在人們生活的各個方面，作為我國國民經(jīng)濟的支撐性產(chǎn)業(yè)之一的種植業(yè)，自動化設備更是提高工作效率的技術，尤其在滴灌工作時是非?？焖俚?。本文是在對我國目前滴灌系統(tǒng)中自動化技術的情況進行簡單介紹，對大田膜下滴灌系統(tǒng)中自動化控制及運行方法進行總結，發(fā)現(xiàn)其中的問題，找出相應的有效措施。

關鍵詞：滴灌自動化控制；大田膜下；滴灌系統(tǒng)；應用

如今，我國的大田膜下的種植的灌溉一般都是提高滴灌系統(tǒng)進行的，這種方法不但能夠實現(xiàn)社會自動化發(fā)展的需求，還能夠有效的對灌溉的水資源用量進行控制，有效的減少不必要的浪費水資源，提高灌溉的工作效率和準確性，達到增加產(chǎn)量的效果，我國目前常見的大田膜下滴灌系統(tǒng)控制運行方式主要有三種，分別為手動控制、智能控制及自動控制系統(tǒng)三種，下面對這三種灌溉系統(tǒng)自動化方式進行簡單介紹，對其在大田膜下滴灌系統(tǒng)中的應用進行分析。

一、手動控制系統(tǒng)

手動控制系統(tǒng)是傳統(tǒng)的灌溉系統(tǒng)中使用的方式，是指全部的操作都是由人工手動完成的，例如：水泵的開關，閥門的開關、灌溉的時間及灌溉周期等。這種運行方式具有成本低，控制數(shù)據(jù)的變動性大、所需技術含量不高、使用維護簡單的特點，這種方式是比較適合小面積灌溉的。但這種方法需要的人力較大、費時間，方便些較差，不適合進行大面積的灌溉控制。

二、智能控制系統(tǒng)

智能的控制系統(tǒng)的方式與上面的手動控制系統(tǒng)完全不同，是我國現(xiàn)代化發(fā)展的產(chǎn)物，也是如今大田種植灌溉系統(tǒng)中比較常見的灌溉自動化控制的方式。智能的控制系統(tǒng)的方式是沒有人參與的，所有的操作是通過提前編寫好的運行程序及種植的作物需水量、水泵的開啟關閉時間、澆灌順序、澆灌時間及周期等數(shù)據(jù)參數(shù)進行智能的設定。只需人為的提前進行智能的設定及定期的進行智能設備的檢修維護就可以進行智能灌溉了。在這種灌溉系統(tǒng)中，主要是由灌水器、管道、管件、水泵、電機及中央控制器、電線、自動閥、傳感器例如：溫度傳感器、土壤水分傳感器、壓力傳感器、水位傳感器等）及等組成的。這種控制方式具有自動化程度高的特點，能夠按照作物的不同生長時期所需的水、肥料、農藥等及時進行灌溉，能夠在很大程度上滿足作物的生長發(fā)育。但這種方式所需的成本是非常大的，設備及設備的維護需要額外的成本，經(jīng)濟效益不好。

三、自動控制系統(tǒng)

自動化的灌溉控制系統(tǒng)與智能的控制系統(tǒng)還有很大不同，自動化控制系統(tǒng)更加準確一些，灌溉效果也更好。自動化的灌溉控制系統(tǒng)是由水源、一部控制裝置、測量表、水管網(wǎng)、中央計算機、田間控制站、控制電纜、電磁閥及其他軟件組成的大田膜下自動化灌溉控制系統(tǒng)。在灌溉的指定區(qū)域，是沒有傳感器的，灌溉的時間、水量及周期都是工作人員提前在系統(tǒng)中通過灌溉操作觸摸顯示屏控制的，對大田的供水栓、電磁閥的開關、閉合進行控制，工作人員是不需要進入大田中的。當進行大面積的自動化灌溉控制系統(tǒng)運行時，控制系統(tǒng)中心與大田的距離較遠，控制系統(tǒng)中心與實踐機構間怎樣才能更好的、更經(jīng)濟地達到信息溝通也是主要應解決的問題。在自動化灌溉控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)控制中心與操作系統(tǒng)之間的信息通訊方式主要有三種，例如：有線傳輸、液力線傳輸及無線傳輸。下面對這三種比較常見的信息通訊方式進行簡單的介紹。

（一）有線傳輸

有線傳輸，也可以稱為傳輸電信號傳輸，具體的操作系統(tǒng)是電磁閥、電液聯(lián)合閥，信息通訊的載體是電纜線。通過電纜線控制電磁閥的方式主要有兩種，第一種是使用能夠接收到開關信號數(shù)據(jù)的電磁閥門，也就是電信號、數(shù)據(jù)是開關閥門的指令，并且閥門開關的能量供給是由電線提供的，這種控制方式的優(yōu)點是省電，節(jié)省電纜線，降低成本。第二種是使用連續(xù)不斷的通電控制電磁閥門的開關，也就是當處于通電狀態(tài)時，閥門是開啟或關閉的，當處于斷電時，閥門是另一種狀態(tài)的。這種方式的控制器是對電磁閥進行直接的控制，比較節(jié)省電能、減少工作時間。

電纜線通訊方式具有系統(tǒng)強大、不易受到外界干擾、比較靠性、數(shù)據(jù)的儲存量和傳輸量較大的特點，除此以外，還能夠對各項監(jiān)測數(shù)據(jù)進行傳輸，設計與操作比較便利。過去傳統(tǒng)的電纜線控制方式中，所用的電纜線比較多，但使用新型的電纜線控制方式，能夠明顯的減少電纜線的使用量，降低電纜線的投入成本。

（二）液力線傳輸

液力線傳輸?shù)牟僮飨到y(tǒng)是液力閥，信息通訊的載體是液力線。液力線對液力閥進行控制的方式主要有兩種。第一種是使用能夠接收到信號的閥門，也就是水力信號、數(shù)據(jù)是開關閥門的指令，并且閥門開關的能量供給是由系統(tǒng)的水壓提供的。第二種方式是使用連續(xù)不斷的供水的方式控制閥門的開關，當處于通水狀態(tài)時，閥門是開啟或關閉的，當處于斷水時，閥門是另一種狀態(tài)的。在這兩種控制方式中，液力線與系統(tǒng)控制中心間使用的中間控制單元是RTU，系統(tǒng)控制中心和 RTU間的信息通訊仍然使用的是電纜線傳輸?shù)姆绞?，但也有使用無線的方式進行信息傳輸?shù)摹?/p>

液力線通訊方式具有安裝操作簡單，所需人力少，線路的維修檢測較容易，經(jīng)濟效益一般的特點。但是這種通訊方式業(yè)有缺點，例如：在液力信號的傳輸過程中，比較適合在地勢平坦的地方傳輸，地勢復雜的區(qū)域不建議使用這種方式；并且，這種傳輸通訊方式的可靠性一般，液力的傳輸更容易受到外界因素的影響，除此以外，大田的 RTU對操作系統(tǒng)是只能夠發(fā)送開關的指令，是不能夠進行監(jiān)測。

（三）無線傳輸

無線傳輸?shù)牟僮飨到y(tǒng)是液力閥、電磁閥等，信息通訊的載體是無線電信號，它的傳輸也是通過無線電信號進行傳輸?shù)?。無線電方式控制的閥門一定是能夠接受開關信號、數(shù)據(jù)的，無線電信號就是閥門開關的指令，并且閥門開關的能量供給是由蓄電池提供的。要定期對蓄電池的電容量進行檢查，確保控制系統(tǒng)是能夠正常使用的。無線傳輸?shù)姆绞街饕袃煞N。第一種是系統(tǒng)的控制中心直接向電磁閥發(fā)出通訊信號。第二種無線傳輸方式與有線傳輸方式相結合，系統(tǒng)控制中心與無線 RTU 的傳輸使用的是無線傳輸?shù)姆绞?，無線RTU到電磁閥使用的是有線傳輸?shù)姆绞?。第一種傳輸方式具有電纜線使用量大大減少的特點，這種方式是需要使用專門控制閥門的，這種閥門首先要提前設置無線信號的發(fā)射及接收裝置、電源等，所以這種方式的成本比較高。第二種傳輸方式所用的閥門與前兩種信息通訊方式的使用的閥門是相同的，田間線路與也是與前兩種信息通訊方式的線路是相同的，缺少的是系統(tǒng)控制中心與RTU之間的線纜。這種控制系統(tǒng)的缺點是：數(shù)據(jù)的傳輸速度較低、容易受到外界的影響，系統(tǒng)的可靠性沒有前兩種信息通訊方式高，并且，在我國，若使用無線電應向相關管理部門提前申請，批準后才能夠使用，還要繳納一定的費用，成本較高。

結語：

大田膜下滴灌是我國新研究推廣的一種高效節(jié)能、省水省力、提高產(chǎn)量的灌溉技術，在灌溉系統(tǒng)中應用滴灌自動化的控制是非常方便合理的，在技術和經(jīng)濟方面也是可行的，所以國家應大力推廣滴灌自動化的控制技術。本文是在對我國目前滴灌系統(tǒng)中自動化技術的情況進行簡單介紹，對大田膜下滴灌系統(tǒng)中自動化控制及運行方法進行總結。

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