智能控制系统在节水灌溉上的应用—郑锐.doc

智能控制系统在节水灌溉上的应用一、设计背景目前我国农业的灌溉方式还是采用人工监测和灌溉方式,由于人工土壤水份监测工作采用人工土钻取土,烘干称重的方式,取样比较困难,工作比较繁琐,测量结果人为因素影响较多,测量周期长,对土壤破坏较大。采用自动设备监控土壤水份含量,控制灌溉,可提高测量的准确性和实时性,实施及时定量灌溉,既可以及时补充土壤水份,又能节约用水。是一种即环保又节约的现代农业生产方式。农田智能水灌溉系统是根据我国水资源贫乏及灌溉方式不合理的现状研发的一套节水灌溉系统。该系统在灌区参数里设置各个灌区的作物后,通过调整水泵的供水量,管理设置每种作物最佳的水势范围,并且通过土壤含水量参数的采集,进而在软件界面上进行土壤含水量的实时监视。该系统利用成熟的软件技术实现农田灌溉决策和灌溉用水量的精细、适时灌溉控制,应用于农田供水,达到自动控制、节能降耗的目的,不仅能提高水利资源的利用率,还能促进农业增产增收。通过传感器实时监测土壤的指定深度水份含量、日照强度、空气温度,把数据传送到PLC,并根据设定的土壤水份阈值,结合日照强度和空气温度计算出合理的灌溉时间和灌溉水量,控制灌溉装置实施灌溉,并通过CDMA无线通信把数据传送到数据中心,数据中心也可以通过无线通信查询实时和历史数据,设置系统工作参数,实施人工控制。智能化化灌溉系统不需要人直接参与,通过预先编制好的控制程序和根据反映作物需水的某些参量可以长时间地自动启闭水泵或阀门和自动按一定的轮灌顺序进行灌溉。人的作用只是调整控制程序和检修控制设备。这种系统中,除灌水器(喷头、滴头等)、管道、管件及水泵、电机外,还有中央控制器、自动阀、传感器(土壤水分传感器、温度传感器、压力传感器、水位传感器和雨量传感器等)及电线等。为了科学管理,各个灌区的工作状态,运行参数均可实时地传输到智能节水灌溉监控中心,在智能节水灌溉监控中心可对各灌区实施信息查询和控制,在控制中心,只要点一下鼠标,就可以开启水泵或阀门。二、系统结构智能控制系统监控中心由工控型监控主机、视频计算机、不间断电源、打印机、千兆交换机、大屏显示器等共同组成,实现对灌区的集中控制、数据管理、统计报表及打印机功能等。智能控制系统现地控制层由西门子PLC分别实现现地泵站、电磁阀基站等机械设备的现地控制,通过ZigBee协调器远程至分控中心。视频监控系统由泵房摄像机、CDMA无线图像传输控制器以及视频计算机组成,传输方式采用图像无线远传方式。整个系统的主要通信方式是建立在TCP/IP协议之上的。连接,连接,这样分控中心就与现场PLC模组实现TCP/IP通信了。控制中心授权用户,,就可以实现控制泵站和灌区的目的。泵房现场PLC模组与电磁阀基站之间采用ZigBee通信方式,PLC模组与ZigBee协调器连接,电磁阀基站的ZigBee模块工作在路由模式或终端设备模式。连接实现无线网络传输。系统结构图如下:分控中心系统结构图现地控制层结构图压力表远传水表压力表远传水表灌区系统示意图三、,可一键启动实现水泵运行、泵房出口管道水压恒压控制、电磁阀轮流导通实现所辖区域轮灌、轮灌结束自动停泵的全功能控制;可采集田间作物生长环境参数,并报告给上位机;可选择参与轮灌的轮灌组;可选择轮灌时间长度;在出现水泵机组故障时能自动将备用泵切入到运行状态,同时向上位机报警;即使在PLC模组出现故障的情况下,也能全手动地控制水泵运行和电磁阀启闭,不会影响农作物的灌溉;能接收并执行分控中心或总控制中心的控制命令;能采集2路摄像机图像,并传输给分控中心或总控中心;能在出现非法入侵泵房现场时发出现场警报声,配合无线图像传输控制器可将此刻现场图像自动发送到控制中心,并通过GSM无线通信至少给3路指定的号码拨打报警电话。;能控制1路电动阀的启闭;能输入电动阀的全开全关状态信号;能采集2路模拟量数据。,可以控制辖区内全部泵站及其轮灌组的启停和启闭运行;可以采集辖区内全部泵站及其电磁阀的运行状态信息;可以采集辖区内作物生长环境参数;可以对辖区内泵站运行的故障进行报警提示;可产生各种报表并归档打印。可以收集各个泵房的动态视频图像并在视频处理软件中集中显示和储存;和有效授权,可以在任何地方访问和控制分控中心所辖泵站和灌区。支持总控中心发布控制命令。:(1)第一级(集中控制层):分控中心集中操作在分控中心主控级实现对灌区设备的监视控制,有以下两种方式:(a)智能自动控制:分控中心主控级计算机按预先设定的水压、选择参与轮灌的轮灌组要求和其他限制条件,完成对灌