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【摘 要】 我国正处于传统农业向现代化农业的转型时期，现代农业对作物生长的微环境要求较高，如对土壤湿度、灌水部位、水肥营养供给等都有更精确的要求。自动化远程控制系统应用于农田灌溉是现代农业发展的一个必然趋势。
【关键词】 节水灌溉;自动化;远程控制
引言：
长期以来，我国在农业灌溉水资源管理中，一直采用粗放的管理模式，水资源浪费严重，利用率低。改变传统的灌溉模式，采用先进的节水灌溉技术是非常必要和迫切的。自动化远程控制系统应用于节水灌溉，将充分实现水资源的优化配置，发挥现有的节水设备作用，优化调度，提高效益。
1.我国农田节水灌溉现状
我国水资源短缺，农业用水量占总用水量的70%，其中灌溉用水又占农业用水的92%，占据份额特别大。现今，我国大部分地区的农田灌溉方式还是采用传统的大水漫灌或者串灌，西部地区尤甚，据统计，我国西部地区每亩耕地灌水量高达1600多立方米，跑水、漏水、渗水现象严重，农业用水有效利用率只有30%～40%，个别省份只有20%，单方水粮食生产率为1.0kg左右，农业用水浪费十分严重。而国外发达国家，农业用水率达70%～80%，单方水粮食生产率达2.0万kg以上。由此可见，我国的节水灌溉跟国外发达国家的差距较大，节水灌溉的科技投入非常低，基本还停留在人工操作层面，建立农田节水灌溉的自动化系统，采用高效的灌水方式已势在必行，也是我国发展现代农业的必由之路。
2.我国节水灌溉自动化远程控制技术发展状况
灌溉自动控制模式与人工控制力方式相比，具有节省水、肥、能量、杀虫剂、人工等优点，并可基本消除在灌溉过程中人为因素造成的不利影响，提高操作的准确性，有利于灌溉过程的科学管理和先进灌溉技术的推广。同时通过灌溉自动控制器适时、适量地灌水，提高农作物产量，有利于我国广大农村劳动力的转移和农村经济结构的调整，同时，对环境保护也起到一定的作用。
目前，我国在开发灌溉自动化控制系统方面正处于研制、试用阶段，实际投入应用且应用较广泛的灌溉控制器还不多见。有些地方搞了一些灌溉工程自动控制系统，但只是小面积的局部控制，真正具有扩展功能的大规模灌溉工程的计算机监控系统应用还不多见。
下面是以江苏省泰州市农科所节水灌溉示范区所应用的节水灌溉自动化控制系统为例，进行简单介绍.自动化远程控制系统的结构和工作原理。
2.1节水灌溉自动化控制系统的总体结构
主要由固定喷灌区，大蓬滴灌区，露地微灌区，草坪喷灌区，低压管道输水灌溉区等部分组成，主要采用滴灌、喷灌、微喷灌和低压管道输水灌溉这几种灌溉方式。整个灌区采用自动控制系统，在分干管的放水孔口设置电磁阀和信号收发设备，通过电缆传输到泵房内的控制中心，控制中心根据需水的孔口数量确定打开电磁阀的个数，自动或手动开机灌溉。由泵站出水口沿灌溉区设主干管，主干管沿线再设分干管，分干管上设有36个给水口，由电磁阀控制后连接支管，每个给水口设置用户给水信号开关一只，当用户需要供水时，按动信号开关，控制中心就会有相应的声光报警提示，控制中心可以远程控制水泵和相应的电磁阀，实现供水，当达到预定的灌溉量水量时，可以自动停泵或关闭电磁阀。控制系统主要是利用PC机远程控制一台水泵、四台加压泵以及36个电磁阀来实现各种灌溉方式。整个控制系统由3个现场控制单元，每个现场控制单元由继电器输出模块，数字量输入模块，开关电源，控制电源等组成，根据系统要求，本系统采用每十六个控制量由一个现场控制单元控制。节水灌溉自动化控制系统的总体结构如图1所示。
图1 节水灌溉自动化控制系统的总体结构图
2.2自动化控制系统结构
整个自动化控制系统的结构采用总线型结构，所有的节点共享一个公共物理通道（总线）。这种结构的特点是网络不封闭，很容易加扩新的节点，节点之间通过总线直接通信，速度较快;当某个节点出现故障时不会影响其他节点的工作，不会导致整个系统瘫痪。但总线式结构对硬件的实现要求相对较高，因为总线式网络的各个节点都是挂在一条总线上的，总线的负载很重。由于考虑到本系统传输的数据量相对较小，以及系统结构的可扩容性，故采用了总线式结构。一条485总线上挂接了17个模块（11个继电器输出模块，6个数字量输入模块），控制一台水泵、四台加压泵和36个电磁阀等设备。由于每个继电器输出模块能输出4路信号，而每个数字量输入模块能接收8路信号，在本系统中，共采用了11个继电器输出模块、6个数字量输入模块。系统由数字量输入模块采集输入数字量信号以获得供水请求信息;电磁阀由继电器输出模块输出开关控制信号控制，水泵和加压泵由继电器输出模块输出开关控制信号并通过控制中间继电器和交接触器来进行控制，电磁阀、水泵和加压泵均可手动控制。自动化控制系统如图2所示.
图2 自动化控制系统图
3.我国节水灌溉远程自动化控制技术未来发展趋势
国外的节水灌溉自动化控制技术已逐步趋于成熟、系列化，但价格昂贵。国内虽引进一些，但多数是农业示范区、科研单位、高校等，虽然国外的技术比较成熟，性能优越，但没有考虑到我国特殊的自然气候、农村经济发展状况等各方面因素，因而国外引进的远程控制器在国内并不普及，國内虽有很多研制结束灌溉控制器的，但多数是小规模、实验和理论的探讨，应用方面不够普及。究其原因，开发性能完善的灌溉控制系统需要大量的人力、物力的投入，需要多部门、多学科的融合，这在一定程度上限制了性能完善、适应性强的控制器的开发。其次原因，是现在开发出来的节水灌溉远程控制器成本较大，价格昂贵，农民负担不起，这在一定程度上业限制了控制器的普及。
随着中国农业现代化进程的加快，农业结构的调整等因素，可以预见未来对农业节水灌溉远程自动化控制技术的要求越来越高，在我国将有巨大的发展应用市场。节水灌溉远程控制器在中国应朝着价格低、性能优、操作简便的方向发展，从长远利益考虑，新的智能化技术、传感技术、农业科技的引入、应用和普及，将会有智能化程度更高、功能更强、性能更稳定可靠的灌溉自动化控制器出现。
4.结束语
随着人工智能技术的发展，模糊控制、神经网络等新技术为节水灌溉控制器的研制开辟了广阔的应用前景。广大农村可根据我国国情和各地经济和技术发展的实际情况，大力发展可靠、实用、成本低、操作简便的节水灌溉控制器，这样做不仅具有广阔的市场，而且具有巨大的社会和经济效益。
参考文献：
[1]毛慎建，张文革，许一飞.智能化灌溉控制器.北京农业工程大学，1995（2）
[2]许吉力.温室灌溉的计算机控制、管理及专家系统的开发.上海大学硕士学文论文，2000
[3]钱蕴壁，李英能，杨刚等.节水农业新技术研究，黄河水利出版社，2002
【关键词】 节水灌溉;自动化;远程控制
引言：
长期以来，我国在农业灌溉水资源管理中，一直采用粗放的管理模式，水资源浪费严重，利用率低。改变传统的灌溉模式，采用先进的节水灌溉技术是非常必要和迫切的。自动化远程控制系统应用于节水灌溉，将充分实现水资源的优化配置，发挥现有的节水设备作用，优化调度，提高效益。
1.我国农田节水灌溉现状
我国水资源短缺，农业用水量占总用水量的70%，其中灌溉用水又占农业用水的92%，占据份额特别大。现今，我国大部分地区的农田灌溉方式还是采用传统的大水漫灌或者串灌，西部地区尤甚，据统计，我国西部地区每亩耕地灌水量高达1600多立方米，跑水、漏水、渗水现象严重，农业用水有效利用率只有30%～40%，个别省份只有20%，单方水粮食生产率为1.0kg左右，农业用水浪费十分严重。而国外发达国家，农业用水率达70%～80%，单方水粮食生产率达2.0万kg以上。由此可见，我国的节水灌溉跟国外发达国家的差距较大，节水灌溉的科技投入非常低，基本还停留在人工操作层面，建立农田节水灌溉的自动化系统，采用高效的灌水方式已势在必行，也是我国发展现代农业的必由之路。
2.我国节水灌溉自动化远程控制技术发展状况
灌溉自动控制模式与人工控制力方式相比，具有节省水、肥、能量、杀虫剂、人工等优点，并可基本消除在灌溉过程中人为因素造成的不利影响，提高操作的准确性，有利于灌溉过程的科学管理和先进灌溉技术的推广。同时通过灌溉自动控制器适时、适量地灌水，提高农作物产量，有利于我国广大农村劳动力的转移和农村经济结构的调整，同时，对环境保护也起到一定的作用。
目前，我国在开发灌溉自动化控制系统方面正处于研制、试用阶段，实际投入应用且应用较广泛的灌溉控制器还不多见。有些地方搞了一些灌溉工程自动控制系统，但只是小面积的局部控制，真正具有扩展功能的大规模灌溉工程的计算机监控系统应用还不多见。
下面是以江苏省泰州市农科所节水灌溉示范区所应用的节水灌溉自动化控制系统为例，进行简单介绍.自动化远程控制系统的结构和工作原理。
2.1节水灌溉自动化控制系统的总体结构
主要由固定喷灌区，大蓬滴灌区，露地微灌区，草坪喷灌区，低压管道输水灌溉区等部分组成，主要采用滴灌、喷灌、微喷灌和低压管道输水灌溉这几种灌溉方式。整个灌区采用自动控制系统，在分干管的放水孔口设置电磁阀和信号收发设备，通过电缆传输到泵房内的控制中心，控制中心根据需水的孔口数量确定打开电磁阀的个数，自动或手动开机灌溉。由泵站出水口沿灌溉区设主干管，主干管沿线再设分干管，分干管上设有36个给水口，由电磁阀控制后连接支管，每个给水口设置用户给水信号开关一只，当用户需要供水时，按动信号开关，控制中心就会有相应的声光报警提示，控制中心可以远程控制水泵和相应的电磁阀，实现供水，当达到预定的灌溉量水量时，可以自动停泵或关闭电磁阀。控制系统主要是利用PC机远程控制一台水泵、四台加压泵以及36个电磁阀来实现各种灌溉方式。整个控制系统由3个现场控制单元，每个现场控制单元由继电器输出模块，数字量输入模块，开关电源，控制电源等组成，根据系统要求，本系统采用每十六个控制量由一个现场控制单元控制。节水灌溉自动化控制系统的总体结构如图1所示。
图1 节水灌溉自动化控制系统的总体结构图
2.2自动化控制系统结构
整个自动化控制系统的结构采用总线型结构，所有的节点共享一个公共物理通道（总线）。这种结构的特点是网络不封闭，很容易加扩新的节点，节点之间通过总线直接通信，速度较快;当某个节点出现故障时不会影响其他节点的工作，不会导致整个系统瘫痪。但总线式结构对硬件的实现要求相对较高，因为总线式网络的各个节点都是挂在一条总线上的，总线的负载很重。由于考虑到本系统传输的数据量相对较小，以及系统结构的可扩容性，故采用了总线式结构。一条485总线上挂接了17个模块（11个继电器输出模块，6个数字量输入模块），控制一台水泵、四台加压泵和36个电磁阀等设备。由于每个继电器输出模块能输出4路信号，而每个数字量输入模块能接收8路信号，在本系统中，共采用了11个继电器输出模块、6个数字量输入模块。系统由数字量输入模块采集输入数字量信号以获得供水请求信息;电磁阀由继电器输出模块输出开关控制信号控制，水泵和加压泵由继电器输出模块输出开关控制信号并通过控制中间继电器和交接触器来进行控制，电磁阀、水泵和加压泵均可手动控制。自动化控制系统如图2所示.
图2 自动化控制系统图
3.我国节水灌溉远程自动化控制技术未来发展趋势
国外的节水灌溉自动化控制技术已逐步趋于成熟、系列化，但价格昂贵。国内虽引进一些，但多数是农业示范区、科研单位、高校等，虽然国外的技术比较成熟，性能优越，但没有考虑到我国特殊的自然气候、农村经济发展状况等各方面因素，因而国外引进的远程控制器在国内并不普及，國内虽有很多研制结束灌溉控制器的，但多数是小规模、实验和理论的探讨，应用方面不够普及。究其原因，开发性能完善的灌溉控制系统需要大量的人力、物力的投入，需要多部门、多学科的融合，这在一定程度上限制了性能完善、适应性强的控制器的开发。其次原因，是现在开发出来的节水灌溉远程控制器成本较大，价格昂贵，农民负担不起，这在一定程度上业限制了控制器的普及。
随着中国农业现代化进程的加快，农业结构的调整等因素，可以预见未来对农业节水灌溉远程自动化控制技术的要求越来越高，在我国将有巨大的发展应用市场。节水灌溉远程控制器在中国应朝着价格低、性能优、操作简便的方向发展，从长远利益考虑，新的智能化技术、传感技术、农业科技的引入、应用和普及，将会有智能化程度更高、功能更强、性能更稳定可靠的灌溉自动化控制器出现。
4.结束语
随着人工智能技术的发展，模糊控制、神经网络等新技术为节水灌溉控制器的研制开辟了广阔的应用前景。广大农村可根据我国国情和各地经济和技术发展的实际情况，大力发展可靠、实用、成本低、操作简便的节水灌溉控制器，这样做不仅具有广阔的市场，而且具有巨大的社会和经济效益。
参考文献：
[1]毛慎建，张文革，许一飞.智能化灌溉控制器.北京农业工程大学，1995（2）
[2]许吉力.温室灌溉的计算机控制、管理及专家系统的开发.上海大学硕士学文论文，2000
[3]钱蕴壁，李英能，杨刚等.节水农业新技术研究，黄河水利出版社，2002