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(lèi)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(lèi)。

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(mén)的開(kāi)啟、關(guān)閉,灌溉時(shí)間的長(zhǎng)短,何時(shí)灌溉等。這類(lèi)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(guò)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(zhǎng)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(xiàn)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(zhǎng)時(shí)期所需的水、肥、農(nóng)藥等及時(shí)滿(mǎn)足作物生長(zhǎng)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(cè)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(méi)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(xiàn)通過(guò)灌溉操作觸摸屏來(lái)控制田間給水栓電磁閥的開(kāi)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(wèn)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(xiàn)(傳輸電信號(hào))傳輸;第2種為有線(xiàn)(傳輸液力信號(hào))傳輸;第3種為無(wú)線(xiàn)(傳輸無(wú)線(xiàn)電信號(hào))傳輸。

3.1有線(xiàn)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(xiàn)。電纜線(xiàn)控制電磁閥的方式有2種。一是采用接受開(kāi)關(guān)信號(hào)的電磁閥門(mén),即電信號(hào)是開(kāi)啟或關(guān)閉閥門(mén)的命令,閥門(mén)開(kāi)啟或關(guān)閉所需要的能量是由電線(xiàn)供給,這種方式比較省電,也節(jié)省電纜線(xiàn)。二是采用連續(xù)通電的方式開(kāi)啟或關(guān)閉電磁閥門(mén),即通電狀態(tài)閥門(mén)一直開(kāi)啟或關(guān)閉,斷電后閥門(mén)關(guān)閉或開(kāi)啟。這種方式控制器是直接控制電磁閥。

電纜線(xiàn)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(cè)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(xiàn)控制方式,需要使用的電纜線(xiàn)用量非常大。目前使用總線(xiàn)技術(shù)控制的方式,電纜線(xiàn)的使用數(shù)量已經(jīng)大為減少,大大降低了電纜線(xiàn)的投入。

3.2液力線(xiàn)傳輸

執(zhí)行機(jī)構(gòu)為液力閥,通訊載體為液力線(xiàn)。液力線(xiàn)控制液力閥的方式有2種。一是采用接受開(kāi)關(guān)信號(hào)的閥門(mén),即水力信號(hào)是開(kāi)啟或關(guān)閉閥門(mén)的命令,閥門(mén)開(kāi)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(kāi)啟或關(guān)閉閥門(mén),即通水狀態(tài)閥門(mén)一直開(kāi)啟或關(guān)閉,斷水后閥門(mén)關(guān)閉或開(kāi)啟。這2種方式中,液力線(xiàn)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(xiàn)的方式,也有采用無(wú)線(xiàn)方式進(jìn)行通訊的。

液力線(xiàn)通訊的特點(diǎn)是安裝工序簡(jiǎn)單,勞動(dòng)強(qiáng)度低,易于對(duì)線(xiàn)路的維護(hù)和檢測(cè),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(lái)因素影響;田間的RTU對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)只能發(fā)送開(kāi)關(guān)命令,不能進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.3無(wú)線(xiàn)傳輸

執(zhí)行機(jī)構(gòu)是液力閥或電磁閥,通訊載體是無(wú)線(xiàn)電信號(hào)。無(wú)線(xiàn)電控制使用的閥門(mén)必須是接受開(kāi)關(guān)信號(hào)的閥門(mén),無(wú)線(xiàn)電信號(hào)是開(kāi)啟或關(guān)閉閥門(mén)的命令,閥門(mén)開(kāi)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(jiàn)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(xiàn)方式結(jié)合,控制中心到田間無(wú)線(xiàn)RTU采用無(wú)線(xiàn)方式,RTU到電磁閥采用有線(xiàn)方式。第1種方式的特點(diǎn)是田間的電纜線(xiàn)使用量大為減少,需采用專(zhuān)用的無(wú)線(xiàn)控制閥門(mén),這種閥門(mén)要安裝無(wú)線(xiàn)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(mén)與前2種方式相同,田間的線(xiàn)路與前2種相同,只是減少了控制中心到RTU的的線(xiàn)纜。這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是在我國(guó)使用無(wú)線(xiàn)電必須向無(wú)線(xiàn)電管理部門(mén)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(shù)林也會(huì)對(duì)無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的傳輸產(chǎn)生影響,惡劣天氣也會(huì)影響無(wú)線(xiàn)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(lèi)型,第1種類(lèi)型系統(tǒng)中心控制單元到田間設(shè)備以無(wú)線(xiàn)方式通訊的自動(dòng)化控制系統(tǒng);第2種類(lèi)型系統(tǒng)中心控制單元到田間設(shè)備以總線(xiàn)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(lèi)型,即系統(tǒng)中心控制單元到田間設(shè)備以無(wú)線(xiàn)方式通訊,田間RTU到電磁閥采用有線(xiàn)方式連接的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)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?jī)?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?jī)x;三是通訊單元:無(wú)線(xiàn)收發(fā)設(shè)備組成;四是田間控制單元:閥門(mén)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。