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【摘要】随着科技的快速发展，节水灌溉工程成为了我国的首要任务，加强自动化控制系统技术的研究，对我国节水灌溉工程的发展起着至关重要的作用。本文将从节水灌溉自动化控制系统的总体结构、节水灌溉自动控制系统的分类及其适用条件及节水灌溉自动化控制系统的工作原理等方面进行了分析。
【关键词】节水；灌溉；自动化
中图分类号： S274.2文献标识码： A
前言
目前由于节水灌溉工程的不断壮大，节水灌溉中技术水平的提高，尤其提高灌溉自动化控制系统技术的问题得到了人们的广泛关注。虽然我国在此技术上有所完善和进步，但是仍然存在一些问题和不足需要改进。在建设社会主义和谐社会的新时期，进一步加强节水灌溉工程的灌溉自动化控制系统技术，，是节水灌溉工程发展的一个重要环节。
二、节水灌溉自动化控制系统的总体结构
泰兴市农科所节水灌溉示范区的130亩土地,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四种灌溉方式。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,分干管上共设有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。
三、节水灌溉自动控制系统的分类及其适用条件
节水灌溉自动控制经历了从初期的机械定时控制到目前同时控制多个物理量的计算机控制系统的发展过程,其类型较多。
1、按控制物理t可分为时间型、压力型、空气湿度型`土壤水分型、雨,型和综合型等时间型控制的物理量为灌水时间。可以通过预先设定好的开启和关闭时间或开启和关闭时间的间隔自动运行。压力型控制的物理量为灌溉系统管道中的压力,目的是提高灌水均匀性,一般与变频控制器结合使用。空气湿度型控制的物理量为空气湿度,目的是控制空气中的湿度,一般与微喷灌结合使用,通常是在控制器中设定空气湿度的最大、最小值。土壤水分型控制的物理量为土壤水分,目的是控制土壤中的含水量,一般与滴灌、渗灌结合使用,也是在控制器中设定土壤含水量的最大、最小值。雨量型控制的物理量为降雨量,目的是控制灌水量,一般与喷灌、微喷灌结合使用。综合型就是同时控制上述物理量中的几种,达到综合控制和较高自动化程度。
2、按控制系统的复杂程度又可分为简易型、多路控制型和中央计算机控制型简易型一般适合小面积使用。比如时间型多为1路输出,控制一台设备(水泵、电磁阀等);空气湿度(土壤湿度、雨量)型一般为1路采集信号,1路或2路控制信号。多路控制型此种类型有多路输人、输出信号,能控制多台设备,适合较大面积使用,一般可控制几十亩至数百亩,与微机控制型相比,虽然操作不太直观、方便,但基本能满足自动控制的要求,而且价格较低,适合目前我国的国情,应用前景较好。中央计算机控制型使用中央计算机作为控制主机,配合编制的软件,能非常直观地进行操作、控制,多路控制型可作为其子系统,根据需要可以无限扩展子系统,适合于大面积应用。
控制系统有控制整个灌溉系统运行的,有控制单个部件的,也有综合在一起控制的,具体到某个实际应用是根据种植的作物种类、种植模式、节水灌溉方式及自动化程度来决定选用控制形式和设备。
四、节水灌溉自动化控制系统的工作原理
为确保作物水、肥、气、热正常生长、生育需要，以不同的作物、作物生长期、气象条件、土壤条件、耕作制度、灌溉制度和灌溉工作制度为依据，需适时、适量的进行灌溉。
1、灌溉控制
灌溉应针对不同的作物、耕作制度、灌溉制度，灌溉工作制度进行，分为人工干预、定时定量、条件控制3种灌溉控制方式。不论采取何种控制方式，当作物达到灌溉开始条件时，首先打开田间阀和主控阀，然后启动水泵，开始进行灌溉。当一个灌水區灌溉结束时，先打开下一组阀门，再关闭正在灌溉的阀门（水泵一直处于运行状态）。当所有需要灌溉的田间阀灌溉完毕，先关闭水泵，再关闭主控阀和田间阀，这样一个灌溉过程结束。
2、施肥控制
为提高作物产量和品质，需对不同作物在不同生长、生育期进行各种肥料施肥。施肥控制方式也分为人工干预、定时定量、条件控制三种。利用 GSM 发送来的解码数据，现场打开、关闭不同肥料的施肥泵向该区间灌水施肥。当进行营养液施肥时，计算机系统根据选定的配方和已设定好的营养液 pH、EC值，利用文丘里注肥器进行水肥混合，同时在线实时监测混合营养液的 pH、EC 值，根据 pH、EC 设定值与检测值之间的偏差来调整混肥阀的注肥频率，在短时间内使营养液的检测值和设定值之差达到允许的范围内。当一个灌水区灌溉阀门施肥结束时，先打开下一组阀门，再关闭正在运行的阀门。当所有需要施肥的田间阀施肥完毕，先关闭施肥泵和水泵，再关闭正在运行的所有阀门，结束施肥控制。
3、数据传送方式
GSM数据传输，GSM数据通过短信息与管水员交流。
4、节点控制
通过GSM发送来的数据指令，解码控制就地控制柜中灌溉节点继电器或接触器，起停灌溉设备。
5、人工现场控制
就地控制箱“一键式”人工启动，设置非常简单，适合农场管水员很快上手操作，灌溉哪一区、灌多少、是否加肥、加什么肥料，可在控制箱面板上设置，中途可以停止。
6、环境监测
为保证作物在适宜的环境下生长，提高作物的产量和品质。根据不同作物、不同生长时期所需的水、肥、气、热等条件，智能化控制系统可在线进行作物生长环境的光照度、湿度、CO2 浓度和温度等环境因子监测。在控制系统中设置环境因子的上下限报警值。当环境因子达到设定值时，计算机控制系统会发出声光报警，提醒用户进行处理，这样可以防止对作物造成伤害。
7、系统的软件开发
系统控制软件采用VB语言编程。
五、应用节水灌溉自动化控制系统的意义
1、节水灌溉系统通过空气温度、湿度和土壤湿度等主要生态因子多参数控制模式调节作物生长，为作物创造优化的生态环境条件。并在系统智能化应用方面具有较大的创新，将人工智能控制策略应用于系统，作物栽培专家咨询系统可根据作物不同生长发育期的需水规律，指导作物的水肥控制管理，根据作物生长的需水规律预报做出灌溉用水的决策，随时可以根据实际执行的结果，水情气象和田间灌溉影响因素的变化及用户的要求进行修正和调整，实行动态管理，投入运行后对作物生产具有显著的节水增效作用。
2、节水灌溉系统采用模块化、结构化设计思路，方便系统的更新、升级和扩充，可以适应不断提高的作物灌溉管理水平和现代高效农业发展的要求。
六、结束语
通过对自动化控制系统在节水灌溉工程中的应用分析，进一步明确了自动化控制系统技术在灌溉工程中的应用方向。因此，在灌溉工程中的后续发展中，要不断提高自动化控制系统技术的研究，促进灌溉工程的进一步发展。
参考文献
[1]陈文清 节水灌溉自动化控制系统研究与应用 技术学院学报 2004年
[2]施炯林，郭忠 节水灌溉技术 甘肃民族出版社 2003年
[3]蒋黎明，祖已学 自动化日光温室微灌试验工程设计 科技与企业2005年
【关键词】节水；灌溉；自动化
中图分类号： S274.2文献标识码： A
前言
目前由于节水灌溉工程的不断壮大，节水灌溉中技术水平的提高，尤其提高灌溉自动化控制系统技术的问题得到了人们的广泛关注。虽然我国在此技术上有所完善和进步，但是仍然存在一些问题和不足需要改进。在建设社会主义和谐社会的新时期，进一步加强节水灌溉工程的灌溉自动化控制系统技术，，是节水灌溉工程发展的一个重要环节。
二、节水灌溉自动化控制系统的总体结构
泰兴市农科所节水灌溉示范区的130亩土地,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四种灌溉方式。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,分干管上共设有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。
三、节水灌溉自动控制系统的分类及其适用条件
节水灌溉自动控制经历了从初期的机械定时控制到目前同时控制多个物理量的计算机控制系统的发展过程,其类型较多。
1、按控制物理t可分为时间型、压力型、空气湿度型`土壤水分型、雨,型和综合型等时间型控制的物理量为灌水时间。可以通过预先设定好的开启和关闭时间或开启和关闭时间的间隔自动运行。压力型控制的物理量为灌溉系统管道中的压力,目的是提高灌水均匀性,一般与变频控制器结合使用。空气湿度型控制的物理量为空气湿度,目的是控制空气中的湿度,一般与微喷灌结合使用,通常是在控制器中设定空气湿度的最大、最小值。土壤水分型控制的物理量为土壤水分,目的是控制土壤中的含水量,一般与滴灌、渗灌结合使用,也是在控制器中设定土壤含水量的最大、最小值。雨量型控制的物理量为降雨量,目的是控制灌水量,一般与喷灌、微喷灌结合使用。综合型就是同时控制上述物理量中的几种,达到综合控制和较高自动化程度。
2、按控制系统的复杂程度又可分为简易型、多路控制型和中央计算机控制型简易型一般适合小面积使用。比如时间型多为1路输出,控制一台设备(水泵、电磁阀等);空气湿度(土壤湿度、雨量)型一般为1路采集信号,1路或2路控制信号。多路控制型此种类型有多路输人、输出信号,能控制多台设备,适合较大面积使用,一般可控制几十亩至数百亩,与微机控制型相比,虽然操作不太直观、方便,但基本能满足自动控制的要求,而且价格较低,适合目前我国的国情,应用前景较好。中央计算机控制型使用中央计算机作为控制主机,配合编制的软件,能非常直观地进行操作、控制,多路控制型可作为其子系统,根据需要可以无限扩展子系统,适合于大面积应用。
控制系统有控制整个灌溉系统运行的,有控制单个部件的,也有综合在一起控制的,具体到某个实际应用是根据种植的作物种类、种植模式、节水灌溉方式及自动化程度来决定选用控制形式和设备。
四、节水灌溉自动化控制系统的工作原理
为确保作物水、肥、气、热正常生长、生育需要，以不同的作物、作物生长期、气象条件、土壤条件、耕作制度、灌溉制度和灌溉工作制度为依据，需适时、适量的进行灌溉。
1、灌溉控制
灌溉应针对不同的作物、耕作制度、灌溉制度，灌溉工作制度进行，分为人工干预、定时定量、条件控制3种灌溉控制方式。不论采取何种控制方式，当作物达到灌溉开始条件时，首先打开田间阀和主控阀，然后启动水泵，开始进行灌溉。当一个灌水區灌溉结束时，先打开下一组阀门，再关闭正在灌溉的阀门（水泵一直处于运行状态）。当所有需要灌溉的田间阀灌溉完毕，先关闭水泵，再关闭主控阀和田间阀，这样一个灌溉过程结束。
2、施肥控制
为提高作物产量和品质，需对不同作物在不同生长、生育期进行各种肥料施肥。施肥控制方式也分为人工干预、定时定量、条件控制三种。利用 GSM 发送来的解码数据，现场打开、关闭不同肥料的施肥泵向该区间灌水施肥。当进行营养液施肥时，计算机系统根据选定的配方和已设定好的营养液 pH、EC值，利用文丘里注肥器进行水肥混合，同时在线实时监测混合营养液的 pH、EC 值，根据 pH、EC 设定值与检测值之间的偏差来调整混肥阀的注肥频率，在短时间内使营养液的检测值和设定值之差达到允许的范围内。当一个灌水区灌溉阀门施肥结束时，先打开下一组阀门，再关闭正在运行的阀门。当所有需要施肥的田间阀施肥完毕，先关闭施肥泵和水泵，再关闭正在运行的所有阀门，结束施肥控制。
3、数据传送方式
GSM数据传输，GSM数据通过短信息与管水员交流。
4、节点控制
通过GSM发送来的数据指令，解码控制就地控制柜中灌溉节点继电器或接触器，起停灌溉设备。
5、人工现场控制
就地控制箱“一键式”人工启动，设置非常简单，适合农场管水员很快上手操作，灌溉哪一区、灌多少、是否加肥、加什么肥料，可在控制箱面板上设置，中途可以停止。
6、环境监测
为保证作物在适宜的环境下生长，提高作物的产量和品质。根据不同作物、不同生长时期所需的水、肥、气、热等条件，智能化控制系统可在线进行作物生长环境的光照度、湿度、CO2 浓度和温度等环境因子监测。在控制系统中设置环境因子的上下限报警值。当环境因子达到设定值时，计算机控制系统会发出声光报警，提醒用户进行处理，这样可以防止对作物造成伤害。
7、系统的软件开发
系统控制软件采用VB语言编程。
五、应用节水灌溉自动化控制系统的意义
1、节水灌溉系统通过空气温度、湿度和土壤湿度等主要生态因子多参数控制模式调节作物生长，为作物创造优化的生态环境条件。并在系统智能化应用方面具有较大的创新，将人工智能控制策略应用于系统，作物栽培专家咨询系统可根据作物不同生长发育期的需水规律，指导作物的水肥控制管理，根据作物生长的需水规律预报做出灌溉用水的决策，随时可以根据实际执行的结果，水情气象和田间灌溉影响因素的变化及用户的要求进行修正和调整，实行动态管理，投入运行后对作物生产具有显著的节水增效作用。
2、节水灌溉系统采用模块化、结构化设计思路，方便系统的更新、升级和扩充，可以适应不断提高的作物灌溉管理水平和现代高效农业发展的要求。
六、结束语
通过对自动化控制系统在节水灌溉工程中的应用分析，进一步明确了自动化控制系统技术在灌溉工程中的应用方向。因此，在灌溉工程中的后续发展中，要不断提高自动化控制系统技术的研究，促进灌溉工程的进一步发展。
参考文献
[1]陈文清 节水灌溉自动化控制系统研究与应用 技术学院学报 2004年
[2]施炯林，郭忠 节水灌溉技术 甘肃民族出版社 2003年
[3]蒋黎明，祖已学 自动化日光温室微灌试验工程设计 科技与企业2005年