一種基于PLC自動控制的滴灌系統(tǒng)

摘 要：滴灌是迄今為止農田灌溉方法中最節(jié)水的灌溉技術之一。而且還具有節(jié)肥、省人工的功效，目前廣泛應用于農田、果園、蔬菜和溫室大棚中。本文以湖南湘西州獼香園家庭農場為例，深入研究了獼猴桃果園滴灌系統(tǒng)的設計方法。

關鍵詞：獼猴桃；滴灌系統(tǒng)；設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.043

滴灌（drip irrigation）是目前干旱缺水地區(qū)最有效的一種節(jié)水灌溉方式，水的利用率可達95%。滴灌較噴灌具有更高的節(jié)水增產效果，同時可以結合施肥，提高肥效一倍以上。可適用于果樹、蔬菜、經濟作物以及溫室大棚灌溉，在干旱缺水的地方也可用于大田作物灌溉。目前在我國新疆、甘肅、河南等地已經得到了大面積的推廣。本文研究結合湘西州獼香園家庭農場灌溉系統(tǒng)需求，對果園滴灌系統(tǒng)進行設計。

1 滴灌技術原理及特點

滴灌是微灌技術之一。微灌是微水灌溉之簡稱，它是通過有壓供水管道系統(tǒng)與安裝在未級管道上的灌水器（滴頭、微噴頭、滴灌管、微噴帶、滲灌管等），將水和植物生長所需的養(yǎng)分以較小的流量，均勻準確地直接輸送到作物根部附近的土壤表面和土層中或作物葉面，實現(xiàn)局部灌溉，使作物葉面或根部經常保持在最佳水、肥、氣狀態(tài)的灌水方法。

滴灌比較于溝灌和澆灌等傳統(tǒng)灌溉方法，其優(yōu)點是：1）灌溉效率高、灌溉質量好，可以節(jié)省工本，而且具有提高產量、防止土壤板結等作用。2）滴灌能結合灌水輸送水溶性肥料溶液，能將肥水直接輸送到植株根部，不僅均勻一致，而且減少了肥料流失。3）滴灌對土壤的平整度要求不高，因此可以在不適宜進行溝灌的山區(qū)丘陵應用。4） 滴灌還可以利用微咸水灌溉，可以在海涂等缺少淡水的地區(qū)應用。5）微灌能提高水利用率近一倍，很適合在缺水地區(qū)使用。

2 滴灌系統(tǒng)設計

湘西州境，地處云貴高原北東側與鄂西山地南西端之結合部，武陵山脈由北東向南西斜貫全境，地勢南東低、北西高，屬中國由西向東逐步降低第二階梯之東緣。西部與云貴高原相連，北部與鄂西山地交頸，東南以雪峰山為屏障，武陵山脈蜿蜒于境內。地勢由西北向東南傾斜，平均海拔800～200米，地貌形態(tài)的總體輪廓是一個以山原山地為主，兼有丘陵和小平原，并向北西突出的弧形山區(qū)地貌。很多農戶果農依山開地，種植地形崎嶇不平，而且很多種植地離水源地較遠，不少農戶果農不得不用傳統(tǒng)的背水形式進行灌溉。雖然很多地方修葺了引水渠和儲水池，但是不少地勢較高、較復雜的地方依然缺水，而且湘西州7～10月降雨量少，而這段時間正是獼猴桃、煙葉等經濟作物生長的關鍵時刻，缺水會導致農作物、經濟作物減產、甚至絕產。而滴灌系統(tǒng)可以有效的解決農作物供水問題。

3 PLC控制系統(tǒng)設計

PLC（可編程邏輯控制器）是一種采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。其結構簡單、操作方便、編程簡單、可靠性好，目前在工業(yè)自動控制、機電一體化等領域已經得到廣泛的應用。本人從實際情況出發(fā)研發(fā)設計了一種基于PLC的自動控制的滴灌系統(tǒng)，該系統(tǒng)能自動監(jiān)測儲水池水位并進行控制，同時監(jiān)測農作物的濕度情況并根據需求自動進行灌溉，當?shù)喂嗟晤^堵塞時該系統(tǒng)能進行報警監(jiān)測。該系統(tǒng)運用于滴灌系統(tǒng)后能進一步實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)肥、省人工的目標，從而進一步發(fā)揮滴灌系統(tǒng)的本身優(yōu)勢。該系統(tǒng)能自動監(jiān)測儲水池水位并進行控制，同時監(jiān)測農作物的濕度情況并根據需求自動進行灌溉，當?shù)喂嗟晤^堵塞時該系統(tǒng)能進行報警監(jiān)測。該系統(tǒng)運用于滴灌系統(tǒng)后能進一步實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)肥、省人工的目標，從而進一步發(fā)揮滴灌系統(tǒng)的本身優(yōu)勢。如圖所示：

如圖所示，我們在傳統(tǒng)的滴灌系統(tǒng)增加了三個PLC監(jiān)測和控制環(huán)節(jié)。其中（1）水位控制系統(tǒng)和輸水控制系統(tǒng)，在水箱也即灌井我們設置了最低水位和最高水位，其中最高水位是避免抽水太多水溢出水箱導致浪費水資源，當水箱水位低于最低水位時，PLC監(jiān)測到信號并控制水泵進行抽水，直到水箱水位達到最高水位停止抽水。當PLC監(jiān)測到果園需要灌溉時候控制閥門打開進行灌溉。（2）為濕度監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測果樹的土壤濕度，不同的果樹需要不同的生長環(huán)境，根據果樹生長的濕度需求在濕度檢測器上進行設置，當?shù)陀谄湫枨鬂穸葧r候，反饋信號，PLC收到信號控制輸水閥門打開進行灌溉，達到其濕度上限時關閉輸水閥門停止供水。（3）為滴灌系統(tǒng)滴灌頭堵塞檢測系統(tǒng)，由于植物的根具有向水性，其細小的根須會往水源處伸展，很容易伸入滴灌頭導致堵塞，同時因為野草及各種細小泥土等雜質都會引起滴灌頭堵塞，當?shù)喂囝^堵塞后就無法對該植物進行灌溉，而且堵塞不容易發(fā)現(xiàn)，對植物的生長帶來影響，因此我們在滴灌頭設計了一個堵塞報警系統(tǒng)，當?shù)喂囝^發(fā)生堵塞時候反饋信號，這種信號可以是光或者聲音的形式來展示，實現(xiàn)堵塞報警。果農會根據報警提示準確快速的定位堵塞部位。也可以將此報警信號反饋到果農手機上，實現(xiàn)滴灌頭堵塞遠程監(jiān)測。

4 結論

該PLC控制系統(tǒng)功能較強大，維護簡單，同時在很大程度上實現(xiàn)了節(jié)水、節(jié)肥、省人工的作用，能幫助果農更好更有效的對果園進行維護和管理。

參考文獻：

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[2]李富先.滴灌系統(tǒng)安裝與管理[M].中國勞動社會保障出版社，2008.

[3]尹飛虎.滴灌--隨水施肥技術理論與實踐[M].中國科學技術出版社，2010.

作者簡介：薛輝（1979-），男，土家族，湖南永順人，本科，講師，主要研究方向：數(shù)控加工及自動化。