變頻調(diào)速分級恒壓灌溉自動控制系統(tǒng)及應用

戴新偉

（甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心，甘肅景泰730400）

現(xiàn)階段我國農(nóng)業(yè)在灌溉方面應用最廣泛的技術(shù)當屬微噴灌技術(shù)，此技術(shù)具有節(jié)約水資源、增加土地產(chǎn)量、適應能力極強等優(yōu)點，并逐漸向節(jié)能、精準灌溉、自動化管理、對多目標進行灌溉等領(lǐng)域發(fā)展。根據(jù)大量的調(diào)查表明，截至2018年底，我國節(jié)水灌溉工程的總體面積已經(jīng)達到了30萬hm2，其中應用微噴灌技術(shù)的土地面積就已高達8萬hm2，占總節(jié)水灌溉面積的27%左右。灌溉是否有均勻性，是噴微灌工程設(shè)計中用來考量灌溉水質(zhì)量最好的方法與途徑，無論是作物增產(chǎn)還是節(jié)水效果方面都有著千絲萬縷的聯(lián)系和密不可分的關(guān)系。因為水泵電動機在運行的過程中幾乎都會應用工頻電源來進行工作，如果水泵的運行效率出現(xiàn)了偏低等問題，勢必第一時間會出現(xiàn)無法與管理和流量、壓力變化相適應的問題。當灌溉的面積偏多時，再繼續(xù)使用具有傳統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)措施，就會產(chǎn)生一定的影響，無法與灌溉要求的均衡度相符合。因此，必須要加大變頻調(diào)速分級恒壓灌溉自動控制系統(tǒng)研究與分析的力度。基于此，本文對變頻調(diào)速分級恒壓灌溉自動控制系統(tǒng)和應用進行了進一步的分析與研究。

1 變頻調(diào)速恒定壓力控制機理

變頻調(diào)整保持恒定壓力供水的原理是使用變頻器設(shè)備確保水泵電動機（連接變頻器）的轉(zhuǎn)數(shù)進行科學、合理的調(diào)整，最終實現(xiàn)恒壓供水。水泵的特點是決定恒壓控制原理的主要因素。

2 變頻調(diào)速分級恒壓灌溉控制系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)是由壓力可變的調(diào)控器（十分精密）、控制器（可通過計算機編程）、壓力遠傳表、編程時控的形狀、各零件（電氣控制）一起組合而成。該設(shè)備與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)對比具有明顯的不同，一些性能得以提升，該新型系統(tǒng)構(gòu)成能夠在同一時間對1臺或者3臺水泵電動機全部執(zhí)行自動式的管理與控制。與此同時，還有變頻調(diào)速與全制動閉環(huán)控制功能的機電一體化智能設(shè)備。此轉(zhuǎn)換電路不但能夠根據(jù)農(nóng)作物不同的灌溉需求對壓力實現(xiàn)自動調(diào)解，并可以有效實現(xiàn)分級的、恒定壓自動供水灌水，還能進一步確保灌溉過程中出水均勻。

3 變頻調(diào)速分級恒壓灌溉控制系統(tǒng)的工作原理

首先，通過遠傳壓力的檢測以及管網(wǎng)的控制壓力，將壓力有效改變成為電信號，轉(zhuǎn)變成為電信號后再傳遞給主控制器，通過該設(shè)備把壓力反饋以及壓力信號進行合理的比較，經(jīng)過調(diào)整得出頻率的給定信號，信號的作用是對變頻器的工作頻率進行科學的管理。根據(jù)大量的實踐證明，其能夠較為合理的對水泵的轉(zhuǎn)數(shù)和流量控制，保證管網(wǎng)的流量變化，讓控制點的壓力一直保持不變。

其次，通過主控制器能根據(jù)壓力的不同實現(xiàn)上控信息和下控信息，直接傳導給編程所用的控制器，再經(jīng)過多段的壓力設(shè)置，將其中的電路以自動的方式轉(zhuǎn)化成為壓力，然后根據(jù)設(shè)定好的灌溉區(qū)域進行自動型的節(jié)水灌溉。

4 主要的系統(tǒng)功能

一是其中有多段壓力設(shè)置轉(zhuǎn)換電路，可以按照農(nóng)作物對灌溉要求的不同，分層、自動的對不同灌溉區(qū)域進行壓力等級的轉(zhuǎn)換，同時還能夠?qū)㈦姵亻y以自動的方式進行開啟或者關(guān)閉，對需要灌溉的所有區(qū)域全部采用分層、分級、分區(qū)域的灌溉工作。

二是變頻調(diào)速分級恒壓灌溉控制系統(tǒng)設(shè)置了手動與自動2種方式進行電路的切換，依照出口的壓力改變，系統(tǒng)可實現(xiàn)水泵轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)，確保保持管網(wǎng)內(nèi)的恒定壓力。但是需要注意的是，如果電路運轉(zhuǎn)中出現(xiàn)不可避免的問題，即可以將其系統(tǒng)調(diào)整到手動擋位，保證水泵能夠正常的運轉(zhuǎn)與工作，確保農(nóng)田灌溉不會被中斷。

三是此系統(tǒng)能夠根據(jù)已經(jīng)設(shè)置好的灌溉制度，以自動的形式對農(nóng)作物進行灌溉工作。

四是采用PIC管理和控制水泵全循環(huán)軟件的啟動。與此同時，在故障發(fā)生時第一時間進行預警。另外，還具有電路的短路、過載、瞬間斷電保護等功能。

5 變頻調(diào)速分級恒壓灌溉自動控制系統(tǒng)所應用的范圍

5.1 面積較大的農(nóng)田

噴微灌技術(shù)進行大面積農(nóng)田灌溉都是應用輪流灌溉的工作方法，所以各個輪灌組對于水泵提供的流量與壓力要求會有很多不同的要求，面對這種情況，可以采用變頻調(diào)速分級恒壓灌溉制動控制系統(tǒng)。

5.2 地勢較高的區(qū)域

噴微灌技術(shù)應用在地勢較高的區(qū)域時，各個灌水器對于水泵提供的壓力要求之間會有一定的差異性，此時可根據(jù)設(shè)計允許壓力變幅對所需要灌溉的區(qū)域進行科學的劃分，各個需要灌溉的分區(qū)對于水泵提供的流量和壓力自然會有不同性質(zhì)，要采用變頻調(diào)整器對壓力進行分定處理。

5.3 將一機多用真正地實現(xiàn)

當只有一個水源而各種植物所要求的灌溉方式不同時，如一個水井源控制區(qū)域，對于梨樹需要采用的灌溉方式是滴灌，而所種植的小麥則需要應用噴灌的方式來進行灌溉，不同的植物對水泵所提供的流量和壓力會有不同的要求，為了滿足不同植物對水泵的要求，應用變頻調(diào)整的壓力分級系統(tǒng)可實現(xiàn)有效的灌溉。

6 變頻調(diào)速分級恒壓灌溉自動控制系統(tǒng)分級壓力等級的確定

將灌溉的總體區(qū)域分為若干個分區(qū)，明確管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力，設(shè)計噴微灌工程，有效滿足管理的需求，且非常方便，將管網(wǎng)壓力控制點集中于該區(qū)域，如果所需要灌溉的面積非常大，可以將壓力控制點選在若干個分區(qū)管網(wǎng)入口。

7 結(jié)語

科學、合理的應用系統(tǒng)，如果灌溉的面積偏大，或者地勢處于較高時，單單應用一個恒定的管網(wǎng)壓力不能滿足灌溉的整體地區(qū)，同時也不能確保灌溉的均勻度。在微噴灌系統(tǒng)傳統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)壓力等級的不同對需要灌溉的區(qū)域進行科學劃分，不同區(qū)域所應用的壓力自然具有差異性，要真正地實現(xiàn)分級恒壓自動供水，以此滿足噴灌均勻度的要求。