基于自動控制器控制的溫室自動噴灌系統(tǒng)設(shè)計

1、基于自動控制器控制的溫室自動噴灌系統(tǒng)設(shè)計摘要 介紹了 1種實用的溫室大棚微噴灌及自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用LOGOS控制器,結(jié)合微噴灌系統(tǒng)一些實用性設(shè)計，給中小規(guī)模溫室大棚基地提供一個實 用可行的自動灌溉系統(tǒng)方案。關(guān)鍵詞溫室大棚；微噴灌；自動控制系統(tǒng)；LOGO!目前,微噴灌技術(shù)和智能控制技術(shù)在溫室大棚中的應(yīng)用越來越廣。微噴灌為 節(jié)水灌溉主要形式，它具備灌水均勻、空氣濕度低、病蟲害少、節(jié)省勞力等優(yōu)點， 但也存在著投資大、灌水器易堵的缺點，這在很大程度上影響了這項技術(shù)的推廣 使用。灌溉系統(tǒng)自動控制為溫室大棚智能控制的一部分 ，其形式可分為基于定時 器的自動控制和基于微機的智能控制。前者投資少，但功能

2、上只具備定時功能，缺少模擬量控制及邏輯控制功能；后者功能齊全，但控制元件多，投資大,一般適 用于規(guī)模較大的大棚基地。某高校的園藝實訓(xùn)基地建有 30mK 8m溫室大棚10棟。其中8棟用于觀葉植 物栽培，因其葉面水分揮發(fā)量大，采用噴灌；2棟用于蔬菜和花卉栽培，采用微噴 灌。根據(jù)實訓(xùn)基地教學(xué)與生產(chǎn)的要求，設(shè)計了自動灌溉系統(tǒng)，該系統(tǒng)也適合中小型 溫室大棚基地推廣使用。1系統(tǒng)組成自動灌溉系統(tǒng)由水源、首部樞紐、輸配水管網(wǎng)、灌水器4部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1所示。X#* (QUEQ)哦章電(CM)sass1.1 水源處理經(jīng)試驗 , 當(dāng)?shù)鼐捎糜谥参锖娃r(nóng)作物的澆灌 ,因此,系統(tǒng)以井水為水源 , 采用深井泵汲水

3、。但井水溫度太低，一般只有1921C ,且水質(zhì)太硬，含鈣量高， 容易結(jié)成水垢 , 堵塞灌水器 , 不能直接用于澆灌。因此 , 先將井水抽取到沉淀池內(nèi) 進行曝氣和沉淀 , 以提高水溫及水的含氧量 , 沉淀泥沙及礦物質(zhì) , 降低水的硬度。 沉淀池的容量應(yīng)根據(jù)溫室規(guī)模及用水量確定 , 保證抽入的水有 24h 以上的曝氣時 間, 才能用于澆灌。沉淀池分為 2 個區(qū), 容量較大的區(qū)主要用于曝氣與沉淀 , 容量較小的區(qū)用于 汲水。 2 個區(qū)下部用水泥墻隔開 , 上部裝設(shè)金屬過濾網(wǎng) , 曝氣后的井水水溫上升 , 上浮至上部 , 經(jīng)過濾網(wǎng)進入汲水區(qū) , 用于灌溉。沉淀池 2 個區(qū)底部均開有排污口 , 定期手動

4、排污。沉淀池若長期未清潔和排污 , 會產(chǎn)生藻類浮游物 , 極易堵塞灌水器 , 可投入適量漂白粉 (NaClO3), 消除浮游物。1.2 首部樞紐 首部樞紐由離心泵、重力池、過濾器、控制電磁閥及相應(yīng)管道組成。因微 噴灌面積較小 , 采用重力微噴灌方式即可達到要求。離心泵由三相交流電動機驅(qū)動 , 將灌溉水輸送至 2 個不同的灌溉區(qū) , 微噴灌 電磁閥開啟 , 將水送至重力池 ,實施微噴灌 ;噴灌電磁閥開啟 ,直接將水送至噴頭 , 實施噴灌。選擇離心泵流量及壓力時 , 應(yīng)考慮可滿足噴灌與微噴灌同時開啟。重力池是給微噴灌系統(tǒng)提供水源和壓力的裝置 , 其底部離地面高度應(yīng)根據(jù)輸 配水管網(wǎng)長度及彎曲情況確定

5、 , 一般在 1.5m 左右。其液面采用自動控制 , 可及時 補充水量，因此，容量不需太大，一般在11.5m3即可。重力池可用混凝土澆鑄， 也可直接用大塑料桶改裝而成，其出水口離底面5cm,并在底部設(shè)一排污口，用普 通水龍頭手動關(guān)啟。重力池也可充當(dāng)自動施肥施藥器使用 , 將肥料或農(nóng)藥先充分 溶于水,倒入重力池配成一定濃度溶液 , 打開微噴灌電磁閥 ,即可實施自動施肥施 藥。此過程控制系統(tǒng)處于手動狀態(tài) , 施肥施藥結(jié)束后 , 應(yīng)再通清水 20min, 以免肥 料藥液在灌水器出口處形成結(jié)晶 ,堵塞灌水器。在重力池后 , 應(yīng)裝設(shè)過濾器 , 以減少灌水器的堵塞。 因水源在沉淀池內(nèi)已經(jīng)過 沉淀與過濾 ,

6、 此外選擇價格較低的篩網(wǎng)式過濾器 , 即可滿足要求。根據(jù)不同作物灌溉要求 , 灌水器可選擇滴頭或微噴管 , 它們所需的水壓范圍 大致一樣 ,輸配水管網(wǎng)的干管與支管間也可加設(shè)手動閥門 ,進行分壟澆灌 , 這可根 據(jù)具體情況確定。2 自動控制系統(tǒng) LOGO!LOGC是西門子公司開發(fā)的一種小型可編程控制器。其特點是體積小，編程簡 單, 參數(shù)設(shè)置方便 , 安裝與維護方便 , 價格便宜 , 并且具有較強的邏輯功能 , 實時時 鐘功能及數(shù)字量 / 模擬量輸入輸出功能。2.1 選型及硬件接線圖LOGO型號有多種,根據(jù)溫室大棚的控制要求,筆者選用230RC型,其具有 面板輸入及顯示功能 ,方便編程,有8個輸入

7、點、4個輸出點,每個輸出點電壓為 115240V(DC/AC)，電流可達10A，可直接聯(lián)接電磁閥線圈。確定輸出輸入電壓均 為交流220V,所用器件可方便購買到。其硬件接線圖見圖 2。各輸入輸出單元分 配見表 1。KM2是離心泵電機主接觸器,其由KA1或KA2中間繼電器接通,只要丫1或 Y2一個得電，KM2即得電，啟動離心泵運行。2.2 軟件原理 ( 圖 3)2.3 控制特點(1) 手動與自動控制轉(zhuǎn)換。根據(jù)控制要求,設(shè)置手動與自動2種控制模式,由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA設(shè)定。SA閉合時為 自動模式,斷開時為手動模式。手動模式時,控制按鈕SB2 SB3通過RS觸發(fā)器模 塊B08 B12同時起開啟和關(guān)閉電磁閥的

8、作用,可節(jié)省控制元件。表1輸入輸出單元分配輸入外接說明輸出外接元件說明單元元件單元11S1沉淀池下浮子開關(guān)Q1KM1深井泵電機主接觸器DS2沉淀池上浮子開關(guān)BS3重力池上浮子開關(guān)Q2Y1 (KA1)重力池電磁閥HS4重力池下浮子開關(guān)15SA手動與自動控制轉(zhuǎn) 換開關(guān)Q3Y2微灌電磁閥16重力池電磁閥手動開關(guān)n忠2微灌電磁閥手動開關(guān)3 (KA2)噴灌電磁閥18思3噴灌電磁閥手動開關(guān)LJ22_DV AO41 a n n圖2硬件接線i1U3Q30411*略L n1丄13【6薛而血U：OB-1D：JO10;00-101J歷：|匸16?3丁 ©pD8BIOdrB09LTQi02Q3B1312：3

9、M2j50,17:00" I>0"©B15H_r圖3軟件原理(2) 定時與延時控制。在自動控制模式下,利用LOGO內(nèi)置定時模塊實現(xiàn)灌溉的時間和時長自動控 制。B10與B15為定時模塊,可設(shè)定灌溉開始時間與時長，如B10設(shè)定第1次微噴 灌開啟時間為10:00,結(jié)束時間為10:30,時長30min。每個定時模塊可設(shè)定3個 時間段,并可根據(jù)月份、星期設(shè)定不同的時間段。(3) 沉淀池和重力池液面控制。通過上浮子開關(guān)S2、S3,下浮子開關(guān)S1、S4,可實現(xiàn)2個池液面的自動控制。 液面在S1、S4下方時，通過反相器B01、B03,將S1、S4斷開信號轉(zhuǎn)換為高電平， 驅(qū)動

10、深井汞或離心泵起動供水；液面達S2、S3處時,通過置位復(fù)位模塊切斷水泵 電機電源,停止供水。重力池液面也可采用手動控制。3總結(jié)該系統(tǒng)經(jīng)1年多的使用，穩(wěn)定可靠,操作方便,很適合中、小規(guī)模的大棚基地使用。 其優(yōu)點有以下幾方面：(1)投資少,經(jīng)濟實用。該系統(tǒng)在滿足灌溉要求的條件 下，簡化了首部樞紐、輸配水管網(wǎng)的設(shè)置，減少了閥門管道的數(shù)量，并且用重力池 代替施肥器可節(jié)省投資，有利于節(jié)水灌溉的推廣。同時 LOGO也較其他控制器更 具功能強、擴展容易的優(yōu)點，有較高的性價比。(2) 有效減少灌水器堵塞。灌水器堵塞是微噴灌系統(tǒng)中常發(fā)生且較難解決的問題 ， 發(fā)生堵塞后，滴頭和滴管往往會報廢，造成一定的經(jīng)濟損失。

11、該系統(tǒng)采用沉淀池處 理水源,并用2道過濾裝置，大大減少了灌水器堵塞現(xiàn)象。(3) 自動控制系統(tǒng)操作方便，設(shè)置調(diào)整簡單。系統(tǒng)設(shè)置手動與自動 2種控制模式， 即有一定的智能性,又有很好的隨機性。采用 LOGC為控制器,對電源要求不高, 但工作穩(wěn)定性高，且有面板輸入功能，可根據(jù)灌溉作物、季節(jié)、氣候不同，隨時調(diào) 整灌溉時間與時長，操作方便。(4) 在控制對象及控制功能上具備擴展能力。LOGOS種積木式控制器，可在基 本模塊上增加擴展模塊，如大棚數(shù)量增加，只要增加擴展模塊，擴充控制點數(shù)即可， 而不需更換控制器。增加模擬量模塊，可增加其控制功能，如大棚溫度控制，可通 過測溫傳感器與模擬量模塊聯(lián)接，控制噴霧冷

12、卻系統(tǒng)或加熱系統(tǒng)工作，達到控溫 目的。附錄一托普物聯(lián)網(wǎng)簡介托普物聯(lián)網(wǎng)是浙江托普儀器有限公司旗下的重要項目。浙江托普儀器是國 內(nèi)領(lǐng)先的農(nóng)業(yè)儀器研發(fā)生產(chǎn)商，依據(jù)自身在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)實力，和自主研發(fā)的 配套設(shè)備，在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域嶄露頭角！托普物聯(lián)網(wǎng)開創(chuàng)智慧農(nóng)業(yè)。專業(yè)解決畜牧水產(chǎn)養(yǎng)殖自動扌空制系統(tǒng)、大田種植智能 管理系統(tǒng)、花卉種植控制系綻農(nóng)產(chǎn)品安全溯源、溫室大棚智能控制等 網(wǎng)址： mvr tpwlw. com www, agriSO- conn1農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案咨詢；132557137230571-81957260 36056609托普物聯(lián)網(wǎng)以客戶需求為源頭，結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技、通信技術(shù)、計算機技術(shù)、

13、 GIS信息技術(shù)，以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，竭誠為傳統(tǒng)行業(yè)提供信息化、智能化的產(chǎn)品與 端到端的解決方案。主要有：大田種植智能解決方案、畜牧養(yǎng)殖管理解決方案、 食品安全溯源解決方案、食用菌種植智能化管理解決方案、水產(chǎn)養(yǎng)殖管理解決方 案、溫室大棚智能控制解決方案等。托普物聯(lián)網(wǎng)三大系統(tǒng)產(chǎn)品我們知道物聯(lián)網(wǎng)主要包括三大層次， 即感知層、 傳輸層和應(yīng)用層。 因此托普 物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品主要以這三個層次延伸，涵蓋了感知系統(tǒng)（環(huán)境監(jiān)測傳感設(shè)備） 、傳 輸系統(tǒng)（數(shù)據(jù)傳輸處理網(wǎng)絡(luò)） 、應(yīng)用系統(tǒng)（終端智能控制平臺。 ） 托普物聯(lián)網(wǎng)模塊化智能集成系統(tǒng) 托普物聯(lián)網(wǎng)依據(jù)自身研發(fā)優(yōu)勢，開發(fā)了多種模塊化智能集成系統(tǒng)。1、傳感模塊：即環(huán)境傳感監(jiān)

14、測系統(tǒng)。它依據(jù)各類傳感設(shè)備可以完成整個園區(qū)或 完成對異地園區(qū)所需數(shù)據(jù)監(jiān)測的功能。2、終端模塊：即終端智能控制系統(tǒng)。它可以完成整個園區(qū)或遠程控制異地園區(qū) 進行自動灌溉、自動降溫、自動開啟風(fēng)機，自動補光及遮陽，自動卷簾，自動開 窗關(guān)窗，自動液體肥料施肥、自動噴藥等各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的自動控制。3、視頻監(jiān)控模塊：即實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)。主要是通過監(jiān)控中心實時得到植物生 長信息，在監(jiān)控中心或異地互聯(lián)網(wǎng)上既可隨時看到作物的實時生長狀況。4、預(yù)警模塊：即遠程植保預(yù)警系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^聲光報警、短信報警、語音報警 等方式進行預(yù)警。5、溯源模塊：即農(nóng)產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)。該系統(tǒng)對農(nóng)產(chǎn)品從種植準備階段、種植 和培育階段、生長階段、收獲階段等對作物生長環(huán)境、噴藥施肥情況、病蟲害狀 況等實施實時信息自動記錄，有據(jù)可查，在儲藏、運輸、銷售階段采用二維碼或 者 RFID 射頻技術(shù)對各個階段數(shù)據(jù)記錄，這樣就能實現(xiàn)消費者拿到農(nóng)產(chǎn)品時通過 終