穆燕

【摘 要】文章介紹了滴灌自動化控制系統(tǒng)特點，針對自動化控制技術(shù)在滴灌工程中的應(yīng)用及推廣滴灌自動化的建議進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】滴灌自動化；應(yīng)用；推廣

滴灌自動化控制作為一項全新的高新技術(shù)，尤其是在棉花等經(jīng)濟作物的應(yīng)用上具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。與此同時在新技術(shù)推廣初期也存在一些問題。要將此項技術(shù)全面推廣應(yīng)用，使農(nóng)戶獲得更多的收益，必須采取切實可行辦法，建立相應(yīng)的保障措施。

1.滴灌自動化控制系統(tǒng)特點

系統(tǒng)的田間閥門開啟或關(guān)閉均由自控軟件來實現(xiàn)，施肥灌溉在井房控制室輕點鼠標(biāo)就可完成。大幅減輕了勞動強度，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)灌溉由鐵鍬到鼠標(biāo)的革命，并且可以實現(xiàn)2-3天灌溉一次，作物不受淹又不受旱。這種勤灌少灌的灌溉模式，比常規(guī)滴灌增產(chǎn)10%-15%，使作物增產(chǎn)效益進(jìn)一步提高。地下水和地表水互相補充，提高了灌溉保證率。地表水為主要水源，地表水不夠時才用地下水補充，減少地下水的開采量，改善了生態(tài)環(huán)境。

2.自動化控制技術(shù)在滴灌工程中的應(yīng)用概述

2.1工作原理

自動化控制技術(shù)在滴灌工程中的應(yīng)用，其工作原理是利用布設(shè)于田間的設(shè)備進(jìn)行土壤、田間、作物生長信息的監(jiān)測與采集工作，將采集數(shù)據(jù)反饋到控制中心，經(jīng)過系統(tǒng)軟件的分析，再將決策傳到終端由終端執(zhí)行灌溉管理指令。例如對含水量信息進(jìn)行監(jiān)測，比較灌溉補償點及飽和點，由中央控制系統(tǒng)的相關(guān)軟件分析并決定是否灌溉，將開啟閥門或者是關(guān)閉的信號傳輸?shù)浇K端（閥門）控制系統(tǒng)，從而通過閥門的開關(guān)實現(xiàn)自動化灌溉。與國際上先進(jìn)的自動化控制技術(shù)相比，目前我國的農(nóng)業(yè)傳感器水平仍然比較落后，但土壤水分傳感器已經(jīng)達(dá)到同類水平的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2系統(tǒng)組成

自動化控制技術(shù)在滴灌工程中的應(yīng)用，其系統(tǒng)組成有起分析決策作用的中央控制器和起信息采集、監(jiān)測作用的相關(guān)設(shè)備以及電磁閥、田間工作站、閥門控制器或是遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)終端單位。

中央控制器是整個系統(tǒng)的主站，由微機、系統(tǒng)軟件等相關(guān)設(shè)備、軟件構(gòu)成。微機由計算機、激發(fā)打印機、電源控制箱、中央控制器等組成；系統(tǒng)軟件有信息采集與處理、顯示、記錄與報警、閥門狀態(tài)監(jiān)控等模塊組成，除預(yù)測預(yù)報之外，系統(tǒng)軟件還具備過程監(jiān)視、報警、過程控制和數(shù)據(jù)的全過程管理功能，能夠?qū)崿F(xiàn)完全自動控制。

田間信息采集、監(jiān)測設(shè)備是整個系統(tǒng)的根本，依靠傳感設(shè)備將被測量物的相關(guān)信息依據(jù)一定規(guī)律以信號的方式進(jìn)行反饋。傳感器包括土壤傳感器、作物類傳感器、氣象類傳感器和系統(tǒng)類傳感器，分別負(fù)責(zé)土壤類的溫度、水分以及養(yǎng)分，作物類的長勢、水分以及養(yǎng)分，氣象類的雨量、光照、風(fēng)速以及蒸發(fā)，系統(tǒng)類的水質(zhì)、水壓、流量以及閥門狀態(tài)等數(shù)據(jù)資料的采集與監(jiān)測。

電磁閥根據(jù)田間灌溉設(shè)計來確定按照個數(shù)以及具體位置、間隔，進(jìn)行田間灌溉的具體控制。田間工作站需要根據(jù)實際需要確定布設(shè)數(shù)量和位置，如果地形平坦、信號效果好，田間工作站的數(shù)量就可以相對少些，覆蓋范圍可以適當(dāng)增加；如果地面遮擋物較多，信號效果不好，則應(yīng)適當(dāng)加密田間工作站的布設(shè)密度。田間工作站是整個系統(tǒng)的中轉(zhuǎn)站，起著連接中央控制器與終端設(shè)備的作用。

閥門控制器或是遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)終端單位是接收并執(zhí)行田間工作站傳遞的指令的下端。其與電磁閥直接相連，可以控制不止一個電磁閥，接收指令后控制電磁閥，并采集田間信息傳輸?shù)教镩g工作站。

2.3子系統(tǒng)配置

自動化控制技術(shù)在滴灌工程中的應(yīng)用，需要根據(jù)實際需要配置灌溉自動控制、農(nóng)田信息監(jiān)測、作物生長圖形采集、水肥智能決策等子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)化管理平臺，為用戶提供不同層次的管理選擇方式。用戶可以根據(jù)工程條件、項目投資以及管理水平等各方面因素，確定自動化控制系統(tǒng)各層次子系統(tǒng)的配置。

2.4灌溉方式

自動化控制技術(shù)在滴灌工程中的應(yīng)用主要有三類灌溉方式，分別是自動化控制、人工參與控制和手動控制灌溉方式。第一種方式受田間信息采集、分析水平的制約，目前還是按照節(jié)水工程設(shè)計中關(guān)于耗水定額、作物需肥、灌溉時間等規(guī)定進(jìn)行自動化控制，通常有根據(jù)時間設(shè)定輪灌、根據(jù)監(jiān)測結(jié)果設(shè)定輪灌、根據(jù)實際情況進(jìn)行隨機設(shè)定輪灌三種。第二種方式根據(jù)土壤濕度、氣象信息等參數(shù)進(jìn)行人工參與控制灌溉，用戶可以根據(jù)監(jiān)測結(jié)果用手機等設(shè)備實施智能化控制灌溉。第三種方式主要用于系統(tǒng)出現(xiàn)意外時，通過人工手動的方式控制電磁閥開閉，以確保不耽誤灌溉、節(jié)水節(jié)能。

2.5控制方法

自動化控制技術(shù)應(yīng)用于滴灌工程中的主要有三種基本控制方法，分別根據(jù)時間、水量和反饋進(jìn)行控制。時間控制是按照設(shè)定好的時間進(jìn)行關(guān)放水，水量控制是按照設(shè)定好的配水量進(jìn)行關(guān)放水，反饋控制是根據(jù)濕度感受器反饋的信號進(jìn)行關(guān)放水。

2.6制定灌溉計劃

首先，需要制定管理計劃來提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量，降低用水量，提高用水效益。管理計劃的制定需要為用戶提供完善的作物生產(chǎn)管理系統(tǒng)，保證用戶能夠了解農(nóng)田土壤水分狀況，從而確定日水分利用量，做出科學(xué)的灌溉管理決策，根據(jù)農(nóng)田灌水量需求安排灌溉次序、調(diào)整灌溉計劃；其次，詳細(xì)制定灌溉計劃，確定灌溉的時機和灌水量，使用土壤水分測定等技術(shù)和相關(guān)處理軟件使灌溉計劃更加科學(xué)化、合理化、精細(xì)化，確保土壤水分保持在農(nóng)作物生長需要的最佳狀態(tài)。

2.7軟件系統(tǒng)

通常，軟件系統(tǒng)采用便于數(shù)據(jù)查詢、存儲、使用的樹狀結(jié)構(gòu)，管理人員能夠借助農(nóng)田中的各個監(jiān)測點實時收集相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過計算機和相關(guān)軟件進(jìn)行處理、顯示，為用戶提供農(nóng)作物種植所需的準(zhǔn)確、詳細(xì)資料。另外，還需要顯示任何一個監(jiān)測點某一年份的情況，明確灌溉飽和與需要灌溉的點位以及土壤水分平衡、土壤水分含量、日水分使用、日用水量等情況，預(yù)測出再次灌溉的時間、用水量，以保障日常管理工作的準(zhǔn)確、高效，為未來制定灌溉計劃提供科學(xué)、完善、合理的評價標(biāo)準(zhǔn)。

在數(shù)據(jù)輸入方面，讀數(shù)記錄屏可以顯示土壤水分張力計監(jiān)測到的數(shù)據(jù)、作物籽粒大小等田間數(shù)據(jù)，以準(zhǔn)確計算作物生長所需的水量和灌溉時機。氣象數(shù)據(jù)可以通過人工輸入或是氣象站自動載入的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，掌握氣象數(shù)據(jù)能夠計算出水分蒸發(fā)總量，從而更為合理的制定作物灌溉計劃。

軟件系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確計算土壤水分達(dá)到飽和點需要的時間和水分，計算出作物播種直到成熟收獲各個階段的天數(shù)，與往年的作物生長數(shù)據(jù)進(jìn)行同步分析，確定作物水分的使用效益和作物總產(chǎn)量。對于玉米、棉花等作物，借助作物―水分方程和氣象資料能夠較為精準(zhǔn)的計算出作物產(chǎn)量，借助速率方程能夠計算作物該階段以及整個生命周期的生長速率，借助土壤水分測定儀器能夠指導(dǎo)用戶有效利用水資源，最大限度的提高農(nóng)業(yè)效益。

3.推廣自動化滴灌的幾點建議

3.1規(guī)范設(shè)計，建立標(biāo)準(zhǔn)

目前國家對滴灌自動化設(shè)計無統(tǒng)一、明確標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計單位在規(guī)劃設(shè)計時往往根據(jù)自己的經(jīng)驗或者參考國外相關(guān)資料，導(dǎo)致滴灌設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不一，采用產(chǎn)品種類型號各異；其次，對當(dāng)前的滴灌工程的規(guī)劃、設(shè)計應(yīng)堅持高起點、高要求的標(biāo)準(zhǔn)，避免以后自動化改造配套出現(xiàn)問題。

3.2開發(fā)性能可靠、經(jīng)濟適用的滴灌自動化控制系統(tǒng)

目前膜下滴灌已形成的廣大市場就是自動化控制的潛力市場，自動化控制系統(tǒng)的相關(guān)生產(chǎn)廠家應(yīng)抓住這個良好機遇，加大研發(fā)技術(shù)和攻關(guān)力度，多開發(fā)無線控制、電磁閥等系列化產(chǎn)品，降低農(nóng)戶生產(chǎn)成本。

3.3加大滴灌自動化控制技術(shù)與相關(guān)技術(shù)集成的研究與推廣

科研院所及相關(guān)專家應(yīng)加大測土配方施肥、科學(xué)化控、滴灌自動化、病蟲害綜合防治治理等技術(shù)的組裝與集成， 為今后該項技術(shù)大面積的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，保證農(nóng)作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。

3.4加強對農(nóng)戶的宣傳和培訓(xùn)工作

要推廣、使用好這項技術(shù)，農(nóng)戶對這項技術(shù)的理解和掌握是關(guān)鍵。因此，各級部門要加大對農(nóng)戶的宣傳、培訓(xùn)和示范工作，讓農(nóng)戶掌握使用好這項技術(shù)以及簡單的維護(hù)常識， 使其切實感受到新技術(shù)帶來的效益。

4.結(jié)束語

滴灌是一種高效節(jié)能省水增產(chǎn)的微灌灌溉技術(shù)，它具有很多優(yōu)點，具有很強的推廣優(yōu)勢，滴灌將成為二十一世紀(jì)發(fā)展我國節(jié)水灌溉的重點，是加速我國農(nóng)業(yè)實現(xiàn)節(jié)水灌溉、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和設(shè)施農(nóng)業(yè)的有效途徑，將更好的促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化。