滴灌自动化控制在大田膜下滴灌系统中的应用

柴敬礼

摘要总结了滴灌系统控制运行3种方式的特点,并指出其优、缺点,为新疆地区大田膜下种植、实现灌溉的自动化控制提供参考。

关键词滴灌自动化控制;大田膜下滴灌;方式;特点

中图分类号S275.6文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)09-0227-01

灌溉中的滴灌系统,能很方便地实现自动化控制,灌水的自动化控制能有效发挥节水灌溉的技术特点,也是实现农业现代化的要求。对滴灌系统的控制,根据控制系统运行的方式不同,一般可分为手动控制、自动控制和智能控制3类。

1手动控制系统

系统的所有操作均由人工完成,如水泵启闭,阀门的开启、关闭,灌溉时间的长短,何时灌溉等。这类系统的优点是成本较低,控制部分技术含量不高,便于使用和维护,适合大面积推广;不足之处是使用的方便性较差,不适宜控制大面积灌溉。

2智能控制系统

系统不要人直接参与,通过预先编制好的控制程序和根据反映作物需水的某些参数可以长时间自动启闭水泵和自动按一定的轮灌顺序进行灌溉。人的作用只是调整控制程序和检修控制设备。这种系统中,除灌水器、管道、管件及水泵、电机外,还包括中央控制器、自动阀、传感器(土壤水分传感器、温度传感器、压力传感器、水位传感器和雨量传感器等)及电线等。该系统优点是自动化控制程度高,能够根据作物不同生长时期所需的水、肥、农药等及时满足作物生长需要;缺点是工程投资较大,经济效益不明显。

3自动控制系统

滴灌自动化系统是由水源、首部控制装置、量测仪表、输配水管网、中央监控计算机、田间控制站、电磁阀、控制电缆及相关的软件系统组成的一套田间自动化灌溉系统。系统中在灌溉区域没有安装传感器,灌水时间、灌水量和灌溉周期等均是操作人员在系统首部利用电缆线通过灌溉操作触摸屏来控制田间给水栓电磁阀的开启和关闭,操作人员不需要进入田间。对于大面积的自动控制系统,由于距离较远,控制中心和执行机构之间如何更可靠和更经济地实现通讯成为了主要问题。在自动控制系统中,从控制中心到执行机构的通讯上,在灌溉领域目前存在着3种自动控制通讯方式:第1种为有线(传输电信号)传输;第2种为有线(传输液力信号)传输;第3种为无线(传输无线电信号)传输。

3.1有线传输

执行机构为电磁阀或电液联合阀,通讯载体为电缆线。电缆线控制电磁阀的方式有2种。一是采用接受开关信号的电磁阀门,即电信号是开启或关闭阀门的命令,阀门开启或关闭所需要的能量是由电线供给,这种方式比较省电,也节省电缆线。二是采用连续通电的方式开启或关闭电磁阀门,即通电状态阀门一直开启或关闭,断电后阀门关闭或开启。这种方式控制器是直接控制电磁阀。

电缆线通讯的特点是系统不易受到干扰,可靠性高,数据传输量大,可以进行各项监测数据的传送,设计和施工操作都比较方便。传统的电缆线控制方式,需要使用的电缆线用量非常大。目前使用总线技术控制的方式,电缆线的使用数量已经大为减少,大大降低了电缆线的投入。

3.2液力线传输

执行机构为液力阀,通讯载体为液力线。液力线控制液力阀的方式有2种。一是采用接受开关信号的阀门,即水力信号是开启或关闭阀门的命令,阀门开启或关闭所需要的能量是由系统的水压供给。二是采用连续供水力的方式开启或关闭阀门,即通水状态阀门一直开启或关闭,断水后阀门关闭或开启。这2种方式中,液力线和控制中心之间采用中间控制单元RTU,灌溉系统控制中心与RTU之间的通讯依然采用电缆线的方式,也有采用无线方式进行通讯的。

液力线通讯的特点是安装工序简单,劳动强度低,易于对线路的维护和检测,经济性一般。这种方式存在一定的缺陷:液力信号传输中,适用于地势较为平坦的地方,地形复杂的地方使用不便;而且可靠性一般,液力传输易受外来因素影响;田间的RTU对执行机构只能发送开关命令,不能进行监测。

3.3无线传输

执行机构是液力阀或电磁阀,通讯载体是无线电信号。无线电控制使用的阀门必须是接受开关信号的阀门,无线电信号是开启或关闭阀门的命令,阀门开启和关闭使用的能量一般由蓄电池供给,需要定期检查蓄电池的容量以保证系统的正常使用。目前常见的有2种方式。一是控制中心直接给电磁阀发送通讯信号。二是与有线方式结合,控制中心到田间无线RTU采用无线方式,RTU到电磁阀采用有线方式。第1种方式的特点是田间的电缆线使用量大为减少,需采用专用的无线控制阀门,这种阀门要安装无线信号发射接收装置和电源,因此造价较高。第2种方式使用的阀门与前2种方式相同,田间的线路与前2种相同,只是减少了控制中心到RTU的的线缆。这种系统的缺点是在我国使用无线电必须向无线电管理部门申请频点,得到批准方可使用,且每年需要缴纳一定的费用;数据传输速率较低;受外界的干扰较大,系统的可靠性较低。比如:相同频率的信号会干扰系统的正常工作,高大的建筑物和树林也会对无线电信号的传输产生影响,恶劣天气也会影响无线电信号的传输。目前农八师自动化控制滴灌技术有2种类型,第1种类型系统中心控制单元到田间设备以无线方式通讯的自动化控制系统;第2种类型系统中心控制单元到田间设备以总线方式通讯的自动化控制系统。使用效果根据使用单位反映较好。第1种类型,即系统中心控制单元到田间设备以无线方式通讯,田间RTU到电磁阀采用有线方式连接的自动化控制系统。无线方式通讯的自动化控制系统是利用GSM/GPRS通讯网络,把单片机模块化软件管理,将滴灌技术及湿度传感器、无线远程摇控、GSM通讯系统、田间智能控制阀、自动控制中央管理系统与项目区农业生产实践经验的有机结合技术。该系统主要由以下部分构成:中央控制器、田间自动控制阀、中心控制计算机、泵站运行监控设备、数传电台等。在系统首部管理房内增设灌溉控制箱、灌溉操作触摸屏、移动式编程器及变频柜等主要电子设备控制田间的灌水。整个系统由4个单元组成,一是中心单元:计算机、通讯控制器、稳压器;二是首部单元:滴灌控制箱、变频柜、超声波流量仪;三是通讯单元:无线收发设备组成;四是田间控制单元:阀门远程控制器(RTU)、连接电缆、电磁阀等。

大田膜下滴灌是一种高效节能省水增产的微灌灌溉技术,它具有很多突出的优点,在新疆地区大田膜下种植中积累了很多成功的经验,具有很强的推广优势,而且很方便实现灌溉的自动化控制,滴灌自动化系统在经济上合理,在技术上是可行,可大面积推广应用。