自動(dòng)化控制灌溉及其在滴灌工程中的應(yīng)用

□黃基兵(柳毛灣水管所)

0 引言

建立自動(dòng)化控制灌溉系統(tǒng)能夠在原來(lái)的基礎(chǔ)上提高新疆的節(jié)水灌溉管理水平。以往的節(jié)水灌溉系統(tǒng)雖然在農(nóng)作物產(chǎn)量提高及節(jié)水方面起到了很大的作用，但是由于在灌溉的時(shí)候需要人工進(jìn)行操作，而人工操作的時(shí)候可變性比較大，這也導(dǎo)致了其合理性提高緩慢。若是在進(jìn)行滴灌的時(shí)候?qū)⒆詣?dòng)化控制灌溉系統(tǒng)運(yùn)用進(jìn)去，能夠很好的降低由于人工分析或者決策操作不夠合理而導(dǎo)致的影響，從而提高灌溉的合理性。文章主要分析了自動(dòng)化控制系統(tǒng)的工作原理、組成和應(yīng)用，并選取了一些方案進(jìn)行分析，希望能夠提高自動(dòng)化控制灌溉系統(tǒng)的效率。

1 自動(dòng)化控制灌溉系統(tǒng)的主要情況

1.1 系統(tǒng)本身的工作原理

自動(dòng)化控制灌溉主要是在田間進(jìn)行相關(guān)設(shè)備布設(shè)，并通過(guò)設(shè)備進(jìn)行作物信息及土壤情況的采集，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行?，控制中心通過(guò)軟件分析和決策進(jìn)行滴灌管理指令的發(fā)出。

自動(dòng)化控制系統(tǒng)工作原理是利用監(jiān)測(cè)設(shè)備和傳感器進(jìn)行信息的采集，并將相關(guān)的信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中央控制系統(tǒng)中去，通過(guò)系統(tǒng)中的軟件來(lái)分析相關(guān)的數(shù)值，比如說(shuō)比較含水量、灌溉飽和點(diǎn)以及補(bǔ)償點(diǎn)來(lái)確定是不是需要灌溉或者是停止灌溉，然后通過(guò)閥門(mén)開(kāi)啟或者關(guān)閉的信號(hào)將其傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中去，通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行閥門(mén)的關(guān)閉或者開(kāi)啟，這樣能夠幫助農(nóng)業(yè)更好地進(jìn)行自動(dòng)化控制。

和一些灌溉水平比較高的發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)進(jìn)行農(nóng)業(yè)傳感器生產(chǎn)的水平比較差，但是我國(guó)土壤水分傳感器的生產(chǎn)水平已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際水平。

1.2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組成設(shè)備

一般情況下，自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)備包含以下幾項(xiàng)，分別是中央控制器、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備、田間工作站、電磁閥、解碼器以及信息監(jiān)測(cè)或者信息采集的設(shè)備。

1.2.1 中央控制器

其主站主要組成有控制系統(tǒng)軟件、微機(jī)設(shè)備。其微機(jī)設(shè)備和現(xiàn)在的辦公設(shè)備比較相似，組成部分包含了電源控制箱、激光打印機(jī)、中央控制器以及主控計(jì)算機(jī)等等；控制系統(tǒng)軟件本身便是安裝在微機(jī)設(shè)備上面，主要模塊包含了信息采集處理、信息數(shù)據(jù)顯示、閥門(mén)狀態(tài)監(jiān)控、信息記錄和報(bào)警以及首部控制模塊等等?，F(xiàn)在具備的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)不但可以進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)，還能夠做好監(jiān)視整個(gè)過(guò)程、做好數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、處理和顯示等等，并且還能夠通過(guò)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能決策，從而實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)控制。

1.2.2 田間工作站

田間工作站又可以稱其為中繼站。在設(shè)計(jì)田間工作站時(shí)應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡匦我约霸O(shè)備信號(hào)接收過(guò)程中的一些限制進(jìn)行，并根據(jù)這些情況進(jìn)行個(gè)數(shù)和位置的確定。在實(shí)際操作時(shí)，若是地形比較平坦沒(méi)有大的遮擋物，信號(hào)傳輸?shù)男Ч銜?huì)比較高，通過(guò)一個(gè)田間工作站便能夠進(jìn)行很大面積的控制，若是遮擋物比較多、地形不平坦，必須根據(jù)實(shí)際的需要設(shè)置多個(gè)田間工作站。

田間工作站本身便是信息中轉(zhuǎn)站，通過(guò)田間工作站，能夠?qū)⒉杉男畔鬏數(shù)街醒肟刂破髦腥?，而中央控制器通過(guò)數(shù)據(jù)分析并下達(dá)的指令則必須利用田間工作站進(jìn)行傳輸。

1.2.3 解碼器或者遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備

這兩個(gè)設(shè)備主要作用是接收田間工作站傳遞過(guò)來(lái)的相關(guān)指令，并進(jìn)行指令的執(zhí)行。閥門(mén)控制器是和管網(wǎng)布置電磁閥直接連接的，在收到相關(guān)指令之后便根據(jù)指令來(lái)控制電磁閥的打開(kāi)或者閉合，與此同時(shí)，其還能夠進(jìn)行田間信息的采集，將得到的信息傳遞到田間工作站去，并且多個(gè)電磁閥是可以通過(guò)一個(gè)閥門(mén)進(jìn)行控制的。

1.2.4 電磁閥

進(jìn)行田間灌溉控制的閥門(mén)是電磁閥，在確定電磁閥安裝位置或個(gè)數(shù)時(shí)，必須根據(jù)田間節(jié)水灌溉設(shè)計(jì)的輪灌組進(jìn)行確定。

1.2.5 墑情信息采集站以及田間信息采集和監(jiān)測(cè)的相關(guān)設(shè)備

實(shí)現(xiàn)滴灌自動(dòng)化控制，最根本的是要做好田間信息采集工作。在進(jìn)行田間信息采集時(shí)，對(duì)傳感設(shè)備非常的依賴。傳感設(shè)備是能夠?qū)Ρ粶y(cè)量物進(jìn)行感受，并將其轉(zhuǎn)化成為能夠輸出的信號(hào)的裝置或者設(shè)備。采集信息完畢之后，需要將其傳輸給中央控制器，在中央控制器中，則通過(guò)設(shè)備和軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和決策，并進(jìn)行決策的傳達(dá)。

1.3 自動(dòng)化控制系統(tǒng)中子系統(tǒng)的實(shí)際配置情況

在進(jìn)行系統(tǒng)配置時(shí)，可以根據(jù)用戶的實(shí)際需要進(jìn)行多個(gè)子系統(tǒng)的配置，這樣在進(jìn)行管理時(shí)，便能夠給用戶提供更多的方式。此外，在選擇灌溉方式時(shí)，也應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況和需要進(jìn)行。

1.4 選擇合適的自動(dòng)化控制系統(tǒng)灌溉方式

在進(jìn)行灌溉方式選擇時(shí)，必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際需要和管理水平進(jìn)行。就目前而言，新疆地區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化控制方式主要包含了下面幾種。

1.4.1 自動(dòng)化控制灌溉方式

由于新疆地區(qū)的實(shí)際情況，在進(jìn)行自動(dòng)化控制時(shí)，還是根據(jù)設(shè)計(jì)的耗水定額、作物需要以及灌溉時(shí)間等進(jìn)行自動(dòng)化控制命令的發(fā)出。首先可以根據(jù)時(shí)間來(lái)進(jìn)行輪灌的設(shè)定；其次，可以根據(jù)灌溉量進(jìn)行輪灌的設(shè)定；最后，可以根據(jù)實(shí)際的需要選擇輪灌方式。

1.4.2 人工參與灌溉控制

人工參與智能化灌溉控制時(shí)，主要參數(shù)是土壤的實(shí)際濕度。用戶可以通過(guò)墑情監(jiān)測(cè)，利用G網(wǎng)和手機(jī)控制灌溉情況。

1.4.3 手動(dòng)方式進(jìn)行灌溉控制

若是自動(dòng)化系統(tǒng)出現(xiàn)意外時(shí)，可以利用人工手動(dòng)的方式開(kāi)啟電磁閥，以確保灌溉本身的連續(xù)性，不會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)問(wèn)題而耽誤農(nóng)時(shí)。

2 自動(dòng)化控制灌溉系統(tǒng)在滴灌中的應(yīng)用

2.1 將自動(dòng)化控制灌溉系統(tǒng)運(yùn)用到滴灌中的必要性

在滴灌中運(yùn)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)是非常重要的，其應(yīng)用能夠很好地節(jié)約水資源，在水資源貧乏的新疆地區(qū)更是如此。

在新疆地區(qū)，常年干旱少雨，降水量很少，但是蒸發(fā)量卻很高，為了提高水資源的利用效率必須采用滴灌的方式，并且由于地域比較特殊，新疆的滴灌系統(tǒng)比較成熟，運(yùn)用自動(dòng)化控制灌溉系統(tǒng)非常有必要，通過(guò)自動(dòng)化控制灌溉系統(tǒng)，能夠很好地了解土壤墑情以及作物的實(shí)際生長(zhǎng)情況，能夠很好地了解灌溉區(qū)域的需水情況，能夠真正地實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理，這對(duì)新疆農(nóng)業(yè)的發(fā)展非常重要。

對(duì)于新疆地區(qū)而言，運(yùn)用自動(dòng)化控制灌溉系統(tǒng)，不但能夠很好地提高水資源的利用效率，還能夠提高作物的產(chǎn)量，提高農(nóng)民的收入。而且，要發(fā)展精細(xì)農(nóng)業(yè)和高效農(nóng)業(yè)，就必須重視水資源利用效率的提高，所以必須重視自動(dòng)化控制系統(tǒng)在滴灌中的應(yīng)用。

2.2 應(yīng)用前景

運(yùn)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，不但能夠幫助新疆農(nóng)業(yè)更好地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化管理，而且還能促進(jìn)精準(zhǔn)化農(nóng)業(yè)的出現(xiàn)。新疆本身的資源條件以及實(shí)際的環(huán)境都給自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)在滴灌中的運(yùn)用奠定了良好的基礎(chǔ)。但是由于技術(shù)管理方式不夠先進(jìn)，阻礙了其節(jié)水功能的發(fā)揮，很難大面積推廣。在實(shí)踐中，自動(dòng)控制配置比較完善的灌溉系統(tǒng)比較少，而以往的滴灌技術(shù)過(guò)度地依靠農(nóng)民本身的經(jīng)驗(yàn)，這也導(dǎo)致了管理人員的經(jīng)驗(yàn)和作物的需水規(guī)律很難真正地結(jié)合在一起，相關(guān)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)無(wú)法真正的發(fā)揮出來(lái)。而自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)的運(yùn)用，能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)的計(jì)算來(lái)了解作物的需水情況，這樣能夠根據(jù)需要，按時(shí)按量地來(lái)給作物供水。其應(yīng)用能夠很好地避免澆灌的盲目性，提高新疆農(nóng)業(yè)灌溉的水平，更好地滿足農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精細(xì)化和高效化。

3 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)化滴灌系統(tǒng)對(duì)于國(guó)家高效農(nóng)業(yè)節(jié)水節(jié)能是非常重要的，在新疆地區(qū)節(jié)水灌溉工程應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛，而且技術(shù)也比較成熟，所以進(jìn)行自動(dòng)化灌溉技術(shù)的發(fā)展是非常有必要的。但是由于受到技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)條件的影響，自動(dòng)化灌溉控制技術(shù)還是處于分散試點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)。所以，我們必須真正認(rèn)識(shí)到其重要性，并對(duì)推廣可行性進(jìn)行分析，做好自動(dòng)化工程建設(shè)，提高新疆地區(qū)的農(nóng)業(yè)水平，進(jìn)而促進(jìn)新疆經(jīng)濟(jì)更好的發(fā)展。

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