滴灌施肥系统智能化测控研究

张 龙

（新泰市楼德镇农业综合服务中心，山东 新泰 271212）

1 智能系统的基本构成

滴灌施肥系统主要由计算机、管路、一次传感器以及田间滴灌组件组成，能够有效控制滴灌和施肥量，提升农业种植效率，达到节约成本与提高产量的目标。

2 计算机设备的选择

基质栽培以高附加值植物为主，如高档花卉、反季蔬菜等，为便于人工控制，选择适配度高的控制硬件十分重要。此外，不但需要考虑灌溉、施肥精度控制，还需要对内外环境因子进行实时监测和测算，实现两者之间的互联互通，从而对滴灌施肥智能化系统进行控制。控制计算机触摸屏和可编程控制器操作必须具有操作便捷、功能全面、干扰性强和外观显示易读易懂的特点，I/O模块数量可以根据开关量、模拟量进行确定，降低操作难度，从而便于在农村进行推广应用。小面积单栋日光温室，一般连片数量大，单机控制数量增加，开出量增多，这种情况下，更适宜使用工控机作为控制中枢，该机型造价较低，降低了种植和推广成本［1］。

3 系统工作原理

3.1 滴灌控制系统

通过调节灌水时间实现对灌溉水量的控制，称之为定时定量法。对灌溉控制还包括人工干预、条件控制等多种方式。灌溉控制由系统水泵、主控阀和田间阀组成，在满足灌溉前提条件下，首先要开启主控阀和田间阀，然后启动水泵，开始灌溉过程；灌溉期间，水泵持续运行是保证灌溉连续性的基本条件。另外，还要注意操作的先后顺序，其中一组阀门结束灌溉任务之前需要及时启动下一组阀门，然后才能关闭正在执行灌溉的上一组阀门；结束灌溉时，同样需要遵循先后次序，首先关闭水泵，然后关闭主控阀，最后关闭田间阀。启动和结束灌溉按照先后顺序进行操作，有利于保护设备和控制系统。

3.2 施肥控制系统

相比较滴灌控制来讲，施肥控制复杂程度有所增加，对施肥量、灌溉液肥料成分及酸碱度进行控制是整个施肥控制系统的基本目的。其中，施肥量可以通过控制施肥时间来实现，因为肥水成分与EC值有关，所以肥料浓度可以通过控制灌溉液EC值来实现；与灌溉控制类似，施肥控制有定时定量、人工干预和条件控制等多种方式，科学合理的pH值有利于农作物生长发育，所以在具体操作过程中，需要将不等量调节液掺和到灌溉液中，调和出更适宜的pH数值，以便适应不同农作物种类生长需求。

为实现计算机控制智能化，首先要精确把握水肥混合比例，依据混合比例值形成的数据，经智能化控制系统，完成水肥混合；其次要选择科学合理的施肥配方，根据农作物种类及不同生长阶段要求，在线监测匹配EC、pH值，以便使混合营养液达到最佳效果。同时，在线监测的另一个作用就是根据设定的EC、PH值与实际检测值之间的偏差，及时调整注肥频率，在较短时间内降低营养液设定值与检测值之间的差值。

同灌溉控制过程一样，施肥操作同样需要注意操作先后顺序。例如，打算结束一组田间阀门施肥操作，就需要在上一组田间阀门施肥任务结束之前及时启动下一组阀门，然后关闭正在执行施肥任务的上一组阀门；当需要结束整个施肥过程时，同样需要遵循先后次序，首先关闭施肥泵和水泵，然后关闭正在运行的所有阀门，按照先后顺序进行操作，有利于保护设备和控制系统。

3.3 过滤器自动反冲洗控制系统

在施肥过程中，由于受肥料均匀度、掺和浓度等因素影响，有时会导致过滤器堵塞，造成过滤器进、出口两端差压增大，致使机械无法正常运行，在这种情况下，需要增加差压感应开关，并设定压差限制参数，便于计算机对进、出口两端差压进行实时监测，当压差达到设定参数值时，自动终止机械运行，同时启动反冲洗程序，依次对过滤器组进行反冲洗，冲洗时间长短可根据需要任意设定；完成冲洗后，控制系统自动恢复起始运行状态，这是根据设定程序完成的反冲洗控制方式，也可以根据需要，手动对过滤器进行反冲洗。

3.4 优先权控制

为实现滴灌施肥控制系统有效运行，在智能化控制操作中，要对系统优先权级别进行划分：首先，将过滤器反冲洗控制列为最高级权，当接到过滤器反冲洗指令时，不论系统正在执行任何操作，会立刻中断当前操作任务，同时启动过滤器反冲洗任务，待完成反冲洗作业后，系统恢复起始运行状态；其次，将人工控制灌溉施肥干预列为次高级权，定时定量灌溉施肥列为最低级权。高一级别控制相对于低一级别控制具有中断操作程序优先权，当某一级别控制被中断后，要遵循逐级恢复顺序，保证恢复中断前系统依旧具有良好运行状态。

3.5 环境监测系统

温室植物相较于普通农作物，在品质和产量上具有明显优势，对种植环境进行量化监测和控制，是智能化控制系统的重要功能之一。温室内外湿度、温度、光照度和二氧化碳浓度随时会发生改变，而不同种类农作物所需湿度、温度、光照度和二氧化碳浓度也存在较大差异，这就需要智能化控制系统对温室环境进行在线监测，设置环境因子变化上下限报警值，实现农作物生长环境精确控制；当环境因子变化达到设定数值时，系统会通过声光报警，提醒人工介入，采取适当措施恢复到适宜农作物生长的温室环境。

4 智能控制系统数据设定

滴灌施肥精量控制，关键在于计算机系统运行状态，其核心在于智能控制系统与机械硬件之间的匹配及协作程度。智能控制系统通过输入模块采集EC值、pH值并进行数据分析和处理，在计算机系统上对EC值、PH值、流量和压力等数值进行设定，在控制界面上显示设置参数和存储数据，以便掌握设备实时运行状况，及时对参量、流量、压力等项目参数进行控制和调整，并根据EC值、pH值控制施肥阀动作频率。同时，管道压力值也是智能控制系统实现有效控制的重要指标，系统对管道压力进行实时监测，压力超出承受范围时，计算机系统就会报警并启动调压装置［2］。与系统匹配的控制输出部件包括电磁开关、调压开关、灌溉阀、施肥开关和肥料泵。