现代温室大棚喷灌系统解决方案设计

现代温室大棚喷灌系统解决方案设计

摘要 介绍了1种实用的温室大棚微喷灌及自动控制系统。该系统采用LOGO!为控制器,结合微喷灌系统一些实用性设计,给中小规模温室大棚基地提供一个实用可行的自动灌溉系统方案。关键词 温室大棚;微喷灌;自动控制系统;LOGO!

所谓的温室大棚喷灌系统是从水源取水并输送、分配到田间，实行喷洒灌溉的水利设施。由水源工程、输配水渠道或管道和喷洒机具 等三部分组成。

目前,微喷灌技术和智能控制技术在温室大棚中的应用越来越广。微喷灌为节水灌溉主要形式,它具备灌水均匀、空气湿度低、病虫害少、节省劳力等优点,但也存在着投资大、灌水器易堵的缺点,这在很大程度上影响了这项技术的推广使用。灌溉系统自动控制为温室大棚智能控制的一部分,其形式可分为基于定时器的自动控制和基于微机的智能控制。前者投资少,但功能上只具备定时功能,缺少模拟量控制及逻辑控制功能;后者功能齐全,但控制元件多,投资大,一般适用于规模较大的大棚基地。

1 系统组成

自动灌溉系统由水源、首部枢纽、输配水管网、灌水器4部分组成,系统结构见图1所示。

1.1 水源处理

经试验,当地井水可用于植物和农作物的浇灌,因此,系统以井水为水源,采

用深井泵汲水。但井水温度太低,一般只有19～21℃,且水质太硬,含钙量高,容易结成水垢,堵塞灌水器,不能直接用于浇灌。因此,先将井水抽取到沉淀池内进行曝气和沉淀,以提高水温及水的含氧量,沉淀泥沙及矿物质,降低水的硬度。沉淀池的容量应根据温室规模及用水量确定,保证抽入的水有24h以上的曝气时间,才能用于浇灌。

沉淀池分为2个区,容量较大的区主要用于曝气与沉淀,容量较小的区用于汲水。2个区下部用水泥墙隔开,上部装设金属过滤网,曝气后的井水水温上升,上浮至上部,经过滤网进入汲水区,用于灌溉。沉淀池2个区底部均开有排污口,定期手动排污。沉淀池若长期未清洁和排污,会产生藻类浮游物,极易堵塞灌水器,可投入适量漂白粉(NaClO3),消除浮游物。

1.2 首部枢纽

首部枢纽由离心泵、重力池、过滤器、控制电磁阀及相应管道组成。因微喷灌面积较小,采用重力微喷灌方式即可达到要求。

离心泵由三相交流电动机驱动,将灌溉水输送至2个不同的灌溉区,微喷灌电磁阀开启,将水送至重力池,实施微喷灌;喷灌电磁阀开启,直接将水送至喷头,实施喷灌。选择离心泵流量及压力时,应考虑可满足喷灌与微喷灌同时开启。

重力池是给微喷灌系统提供水源和压力的装置,其底部离地面高度应根据输配水管网长度及弯曲情况确定,一般在1.5m左右。其液面采用自动控制,可及时补充水量,因此,容量不需太大,一般在1～1.5m3即可。重力池可用混凝土浇铸,也可直接用大塑料桶改装而成,其出水口离底面5cm,并在底部设一排污口,用普通水龙头手动关启。重力池也可充当自动施肥施药器使用,将肥料或农药先充分溶于水,倒入重力池配成一定浓度溶液,打开微喷灌电磁阀,即可实施自动施肥施药。此过程控制系统处于手动状态,施肥施药结束后,应再通清水20min,以免肥料药液在灌水器出口处形成结晶,堵塞灌水器。

在重力池后,应装设过滤器,以减少灌水器的堵塞。因水源在沉淀池内已经过沉淀与过滤,此外选择价格较低的筛网式过滤器,即可满足要求。

根据不同作物灌溉要求,灌水器可选择滴头或微喷管,它们所需的水压范围大致一样,输配水管网的干管与支管间也可加设手动阀门,进行分垄浇灌,这可根据具体情况确定。

2 自动控制系统LOGO!

LOGO!是西门子公司开发的一种小型可编程控制器。其特点是体积小,编程简单,参数设置方便,安装与维护方便,价格便宜,并且具有较强的逻辑功能,实时时钟功能及数字量/模拟量输入输出功能。

2.1 选型及硬件接线图

LOGO!型号有多种,根据温室大棚的控制要求,笔者选用230RC型,其具有面板输入及显示功能,方便编程,有8个输入点、4个输出点,每个输出点电压为115～240V(DC/AC),电流可达10A,可直接联接电磁阀线圈。确定输出输入电压均为交流220V,所用器件可方便购买到。其硬件接线图见图2。各输入输出单元分配见表1。

KM2是离心泵电机主接触器,其由KA1或KA2中间继电器接通,只要Y1或Y2一个得电,KM2即得电,启动离心泵运行。

2.2 软件原理(图3)2.3 控制特点

(1)手动与自动控制转换。

根据控制要求,设置手动与自动2种控制模式,由转换开关SA设定。SA闭合时为自动模式,断开时为手动模式。手动模式时,控制按钮SB2、SB3通过RS触发器模块B08、B12同时起开启和关闭电磁阀的作用,可节省控制元件。

(2)定时与延时控制。

在自动控制模式下,利用LOGO!内置定时模块实现灌溉的时间和时长自动控制。B10与B15为定时模块,可设定灌溉开始时间与时长,如B10设定第1次微喷灌开启时间为10:00,结束时间为10:30,时长30min。每个定时模块可设定3个

时间段,并可根据月份、星期设定不同的时间段。

(3)沉淀池和重力池液面控制。

通过上浮子开关S2、S3,下浮子开关S1、S4,可实现2个池液面的自动控制。液面在S1、S4下方时,通过反相器B01、B03,将S1、S4断开信号转换为高电平,驱动深井汞或离心泵起动供水;液面达S2、S3处时,通过置位复位模块切断水泵电机电源,停止供水。重力池液面也可采用手动控制。

3 总结

该系统经1年多的使用,稳定可靠,操作方便,很适合中、小规模的大棚基地使用。其优点有以下几方面: (1)投资少,经济实用。该系统在满足灌溉要求的条件下,简化了首部枢纽、输配水管网的设置,减少了阀门管道的数量,并且用重力池代替施肥器可节省投资,有利于节水灌溉的推广。同时LOGO!也较其他控制器更具功能强、扩展容易的优点,有较高的性价比。

(2)有效减少灌水器堵塞。灌水器堵塞是微喷灌系统中常发生且较难解决的问题,发生堵塞后,滴头和滴管往往会报废,造成一定的经济损失。该系统采用沉淀池处理水源,并用2道过滤装置,大大减少了灌水器堵塞现象。

(3)自动控制系统操作方便,设置调整简单。系统设置手动与自动2种控制模式,即有一定的智能性,又有很好的随机性。采用LOGO!为控制器,对电源要求不高,但工作稳定性高,且有面板输入功能,可根据灌溉作物、季节、气候不同,随时调整灌溉时间与时长,操作方便。

(4)在控制对象及控制功能上具备扩展能力。LOGO!为一种积木式控制器,可在基本模块上增加扩展模块,如大棚数量增加,只要增加扩展模块,扩充控制点数即可,而不需更换控制器。增加模拟量模块,可增加其控制功能,如大棚温度控制,可通过测温传感器与模拟量模块联接,控制喷雾冷却系统或加热系统工作,达到控温目的。

附录—托普物联网简介

托普物联网是浙江托普仪器有限公司旗下的重要项目。浙江托普仪器是国内领先的农业仪器研发生产商，依据自身在农业领域的研发实力，和自主研发的配套设备，在农业物联网领域崭露头角！