張 龍

（新泰市樓德鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，山東 新泰 271212）

1 智能系統(tǒng)的基本構(gòu)成

滴灌施肥系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、管路、一次傳感器以及田間滴灌組件組成，能夠有效控制滴灌和施肥量，提升農(nóng)業(yè)種植效率，達(dá)到節(jié)約成本與提高產(chǎn)量的目標(biāo)。

2 計(jì)算機(jī)設(shè)備的選擇

基質(zhì)栽培以高附加值植物為主，如高檔花卉、反季蔬菜等，為便于人工控制，選擇適配度高的控制硬件十分重要。此外，不但需要考慮灌溉、施肥精度控制，還需要對(duì)內(nèi)外環(huán)境因子進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和測(cè)算，實(shí)現(xiàn)兩者之間的互聯(lián)互通，從而對(duì)滴灌施肥智能化系統(tǒng)進(jìn)行控制?？刂朴?jì)算機(jī)觸摸屏和可編程控制器操作必須具有操作便捷、功能全面、干擾性強(qiáng)和外觀顯示易讀易懂的特點(diǎn)，I/O模塊數(shù)量可以根據(jù)開(kāi)關(guān)量、模擬量進(jìn)行確定，降低操作難度，從而便于在農(nóng)村進(jìn)行推廣應(yīng)用。小面積單棟日光溫室，一般連片數(shù)量大，單機(jī)控制數(shù)量增加，開(kāi)出量增多，這種情況下，更適宜使用工控機(jī)作為控制中樞，該機(jī)型造價(jià)較低，降低了種植和推廣成本［1］。

3 系統(tǒng)工作原理

3.1 滴灌控制系統(tǒng)

通過(guò)調(diào)節(jié)灌水時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)灌溉水量的控制，稱之為定時(shí)定量法。對(duì)灌溉控制還包括人工干預(yù)、條件控制等多種方式。灌溉控制由系統(tǒng)水泵、主控閥和田間閥組成，在滿足灌溉前提條件下，首先要開(kāi)啟主控閥和田間閥，然后啟動(dòng)水泵，開(kāi)始灌溉過(guò)程；灌溉期間，水泵持續(xù)運(yùn)行是保證灌溉連續(xù)性的基本條件。另外，還要注意操作的先后順序，其中一組閥門結(jié)束灌溉任務(wù)之前需要及時(shí)啟動(dòng)下一組閥門，然后才能關(guān)閉正在執(zhí)行灌溉的上一組閥門；結(jié)束灌溉時(shí)，同樣需要遵循先后次序，首先關(guān)閉水泵，然后關(guān)閉主控閥，最后關(guān)閉田間閥。啟動(dòng)和結(jié)束灌溉按照先后順序進(jìn)行操作，有利于保護(hù)設(shè)備和控制系統(tǒng)。

3.2 施肥控制系統(tǒng)

相比較滴灌控制來(lái)講，施肥控制復(fù)雜程度有所增加，對(duì)施肥量、灌溉液肥料成分及酸堿度進(jìn)行控制是整個(gè)施肥控制系統(tǒng)的基本目的。其中，施肥量可以通過(guò)控制施肥時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榉仕煞峙cEC值有關(guān)，所以肥料濃度可以通過(guò)控制灌溉液EC值來(lái)實(shí)現(xiàn)；與灌溉控制類似，施肥控制有定時(shí)定量、人工干預(yù)和條件控制等多種方式，科學(xué)合理的pH值有利于農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育，所以在具體操作過(guò)程中，需要將不等量調(diào)節(jié)液摻和到灌溉液中，調(diào)和出更適宜的pH數(shù)值，以便適應(yīng)不同農(nóng)作物種類生長(zhǎng)需求。

為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制智能化，首先要精確把握水肥混合比例，依據(jù)混合比例值形成的數(shù)據(jù)，經(jīng)智能化控制系統(tǒng)，完成水肥混合；其次要選擇科學(xué)合理的施肥配方，根據(jù)農(nóng)作物種類及不同生長(zhǎng)階段要求，在線監(jiān)測(cè)匹配EC、pH值，以便使混合營(yíng)養(yǎng)液達(dá)到最佳效果。同時(shí)，在線監(jiān)測(cè)的另一個(gè)作用就是根據(jù)設(shè)定的EC、PH值與實(shí)際檢測(cè)值之間的偏差，及時(shí)調(diào)整注肥頻率，在較短時(shí)間內(nèi)降低營(yíng)養(yǎng)液設(shè)定值與檢測(cè)值之間的差值。

同灌溉控制過(guò)程一樣，施肥操作同樣需要注意操作先后順序。例如，打算結(jié)束一組田間閥門施肥操作，就需要在上一組田間閥門施肥任務(wù)結(jié)束之前及時(shí)啟動(dòng)下一組閥門，然后關(guān)閉正在執(zhí)行施肥任務(wù)的上一組閥門；當(dāng)需要結(jié)束整個(gè)施肥過(guò)程時(shí)，同樣需要遵循先后次序，首先關(guān)閉施肥泵和水泵，然后關(guān)閉正在運(yùn)行的所有閥門，按照先后順序進(jìn)行操作，有利于保護(hù)設(shè)備和控制系統(tǒng)。

3.3 過(guò)濾器自動(dòng)反沖洗控制系統(tǒng)

在施肥過(guò)程中，由于受肥料均勻度、摻和濃度等因素影響，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致過(guò)濾器堵塞，造成過(guò)濾器進(jìn)、出口兩端差壓增大，致使機(jī)械無(wú)法正常運(yùn)行，在這種情況下，需要增加差壓感應(yīng)開(kāi)關(guān)，并設(shè)定壓差限制參數(shù)，便于計(jì)算機(jī)對(duì)進(jìn)、出口兩端差壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)壓差達(dá)到設(shè)定參數(shù)值時(shí)，自動(dòng)終止機(jī)械運(yùn)行，同時(shí)啟動(dòng)反沖洗程序，依次對(duì)過(guò)濾器組進(jìn)行反沖洗，沖洗時(shí)間長(zhǎng)短可根據(jù)需要任意設(shè)定；完成沖洗后，控制系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)起始運(yùn)行狀態(tài)，這是根據(jù)設(shè)定程序完成的反沖洗控制方式，也可以根據(jù)需要，手動(dòng)對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行反沖洗。

3.4 優(yōu)先權(quán)控制

為實(shí)現(xiàn)滴灌施肥控制系統(tǒng)有效運(yùn)行，在智能化控制操作中，要對(duì)系統(tǒng)優(yōu)先權(quán)級(jí)別進(jìn)行劃分：首先，將過(guò)濾器反沖洗控制列為最高級(jí)權(quán)，當(dāng)接到過(guò)濾器反沖洗指令時(shí)，不論系統(tǒng)正在執(zhí)行任何操作，會(huì)立刻中斷當(dāng)前操作任務(wù)，同時(shí)啟動(dòng)過(guò)濾器反沖洗任務(wù)，待完成反沖洗作業(yè)后，系統(tǒng)恢復(fù)起始運(yùn)行狀態(tài)；其次，將人工控制灌溉施肥干預(yù)列為次高級(jí)權(quán)，定時(shí)定量灌溉施肥列為最低級(jí)權(quán)。高一級(jí)別控制相對(duì)于低一級(jí)別控制具有中斷操作程序優(yōu)先權(quán)，當(dāng)某一級(jí)別控制被中斷后，要遵循逐級(jí)恢復(fù)順序，保證恢復(fù)中斷前系統(tǒng)依舊具有良好運(yùn)行狀態(tài)。

3.5 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

溫室植物相較于普通農(nóng)作物，在品質(zhì)和產(chǎn)量上具有明顯優(yōu)勢(shì)，對(duì)種植環(huán)境進(jìn)行量化監(jiān)測(cè)和控制，是智能化控制系統(tǒng)的重要功能之一。溫室內(nèi)外濕度、溫度、光照度和二氧化碳濃度隨時(shí)會(huì)發(fā)生改變，而不同種類農(nóng)作物所需濕度、溫度、光照度和二氧化碳濃度也存在較大差異，這就需要智能化控制系統(tǒng)對(duì)溫室環(huán)境進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，設(shè)置環(huán)境因子變化上下限報(bào)警值，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境精確控制；當(dāng)環(huán)境因子變化達(dá)到設(shè)定數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)聲光報(bào)警，提醒人工介入，采取適當(dāng)措施恢復(fù)到適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)的溫室環(huán)境。

4 智能控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)設(shè)定

滴灌施肥精量控制，關(guān)鍵在于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，其核心在于智能控制系統(tǒng)與機(jī)械硬件之間的匹配及協(xié)作程度。智能控制系統(tǒng)通過(guò)輸入模塊采集EC值、pH值并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上對(duì)EC值、PH值、流量和壓力等數(shù)值進(jìn)行設(shè)定，在控制界面上顯示設(shè)置參數(shù)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以便掌握設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，及時(shí)對(duì)參量、流量、壓力等項(xiàng)目參數(shù)進(jìn)行控制和調(diào)整，并根據(jù)EC值、pH值控制施肥閥動(dòng)作頻率。同時(shí)，管道壓力值也是智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有效控制的重要指標(biāo)，系統(tǒng)對(duì)管道壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，壓力超出承受范圍時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警并啟動(dòng)調(diào)壓裝置［2］。與系統(tǒng)匹配的控制輸出部件包括電磁開(kāi)關(guān)、調(diào)壓開(kāi)關(guān)、灌溉閥、施肥開(kāi)關(guān)和肥料泵。