施肥机的智能化测控系统

施肥机的智能化测控系统

摘要：通过当前中国农业现状和智能化技术的发展，设计一个通过管路连接到灌溉系统的施肥机，通过控制肥水量来实现智能施肥，它能够执行比较精确的施肥过程，预防肥水使用不足或者过度的现象。本设计的职能施肥机采用西门子S7-200系列PLC作为控制器，监控软件选用VB

关键词：智能化；施肥机；PLC；VB

农业发达的国家已经实现作物的自动施肥，为作物生长提供适宜的营养，而在我国这种技术发展还不是很成熟，还处于研发阶段，自动化程度比较低，应用的智能控制器比较少。我国普遍应用的传统的施肥方式除肥料底施外，田间追肥多以地面撒施为主，劳动强度比较大而且量上不太好控制，肥料的实际利用率只有30%左右，肥料的渗透、挥发严重，既造成了生产资料的极大浪费，有污染了水源，空气和土壤。国外的自动控制施肥系统大多施肥和灌溉一体化进行，借鉴这一技术，并考虑中国的现状，可将施肥机设计成为通过管道将肥水混成适合浓度滴灌施加给植物，他能够执行比较精确的施肥过程，按照用户的设置营养配比适量的施肥。大大的提高利用率。

设计的施肥结构简单，易于实现，适应各种环境，加装智能控制系统，能够很好地控制施肥流量，提高利用率

图1 施肥机的总体结构

智能施肥机控制系统的总体设计

本设计采用上下位机结构，上位机选用VB软件作为监控软件，下位机采用可编程逻辑控制器。系统控制图如图2所示

图2 施肥机控制系统图

设计输入有EC值、PH值、流量、压力。EC和PH值是系统主要控制参量和流量、压力一样都通过PLC的模拟输入模块采集进入下位机，这些参数在下位机进行处理，EC，PH值得变化控制施肥阀的动作频率，压力如果超出管道的承受范围则启动调压设备并报警。设计控制部分输出有：电磁开关、调压开关、3路灌溉阀、3路施肥开关和肥料泵。施肥机的运行操作的核心是PLC的控制下进行的。上位机软件主要是显示设置参数、存储数据，观察设备运行状况等功能。

智能施肥机控制器的设计

1）需要灌溉时，控制灌溉阀的打开和关闭，一边按照用户需求的灌溉方式和灌溉量实现给作物的灌水。

2）需要施肥时，施肥控制阀按照系统设定的施肥频率将肥液混入灌溉管道，同时系统实时检测混肥管道中肥水的EC和PH值，并与用户设定的值比较，根据比较调整施肥频率

3）实时检测管道压力，如果压力过高，启动调压装置

4）检测施肥管道的流量，并将EC、PH、压力值发给上位机显示

5）根据系统运行需要控制灌溉总阀，施肥总阀、肥料泵的打开和关闭程序流程图如图3

图3 施肥部分流程图

灌溉的控制主要是控制灌溉的水量，这个可方便地通过调节灌水时间来实现。施肥的控制为施肥量、灌溉液中肥料成分和酸碱度的控制问题，施肥量还是施肥时间的控制，而EC值反映肥水的成分、故控制灌溉液EC值即可控制肥料浓度，另外，不同作物在不同生长阶段，对灌溉液的PH值也有一定的要求，为了将其控制在有利于作物生长的范围之内，还需向灌溉液中加入PH值调节液，以调节PH值在适合作物生长的范围内。其中施肥机的3个施肥罐肥料1为碱性调节液，肥料2为肥料原液，肥料3位酸性调节液。

施肥机根据设定的施肥频率施肥，同时系统根据实时的EC/PH值与设定范围比较，确定是否该增加或减少进入管道的肥料量，即调节施肥频率（肥料进入灌

溉管道的阀门开关频率），施肥频率调整主要是调整施肥阀的动作频率，即给施肥阀的方波信号的频率，调整的是高电平信号的持续时间，低电平信号时间不变。

EC值控制：施肥阀2控制肥料罐2的肥料原液进入灌溉系统中，当检测的EC值高于某个设定范围的最大值时减小施肥阀2的开的时间，而电磁阀关闭的时间是一定的，即增大开关频率。当低于设定范围的最小值时，增大电磁阀开的时间，即减小施肥阀2的开关频率。EC值在设定范围内时，不改变。

PH值控制：施肥阀1/3控制施肥罐1/3的碱性、酸性调节液进入灌溉系统中，当PH值高于设定的最大值的时候按一定的开关频率打开施肥阀3，当PH值低于设定的最小值的时候按一定的开关频率打开施肥阀1，当PH值符合要求时，阀1/3闭合

参考文献

[1] 钱晓华.美国肥料科技现状及其对我们的启示[J].安徽农学通报，1995.5(1):16-17

[2] 杨仁全，周增产，卜云龙，等.精密施肥机的研究与应用[J].农业工程学报，2005（S2）：197-199

[3] 张晓文，尹雪琴.植物精密施肥机的研制与开发[J].温室园艺，2005:62-63