一种基于PLC自动控制的滴灌系统
时间：2020-10-28 07:59:39 来源：达达文档网 本文已影响 人 
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摘 要：滴灌是迄今为止农田灌溉方法中最节水的灌溉技术之一。而且还具有节肥、省人工的功效，目前广泛应用于农田、果园、蔬菜和温室大棚中。本文以湖南湘西州猕香园家庭农场为例，深入研究了猕猴桃果园滴灌系统的设计方法。
关键词：猕猴桃；滴灌系统；设计
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.043
滴灌（drip irrigation）是目前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式，水的利用率可达95%。滴灌较喷灌具有更高的节水增产效果，同时可以结合施肥，提高肥效一倍以上。可适用于果树、蔬菜、经济作物以及温室大棚灌溉，在干旱缺水的地方也可用于大田作物灌溉。目前在我国新疆、甘肃、河南等地已经得到了大面积的推广。本文研究结合湘西州猕香园家庭农场灌溉系统需求，对果园滴灌系统进行设计。
1 滴灌技术原理及特点
滴灌是微灌技术之一。微灌是微水灌溉之简称，它是通过有压供水管道系统与安装在未级管道上的灌水器（滴头、微喷头、滴灌管、微喷带、渗灌管等），将水和植物生长所需的养分以较小的流量，均匀准确地直接输送到作物根部附近的土壤表面和土层中或作物叶面，实现局部灌溉，使作物叶面或根部经常保持在最佳水、肥、气状态的灌水方法。
滴灌比较于沟灌和浇灌等传统灌溉方法，其优点是：1）灌溉效率高、灌溉质量好，可以节省工本，而且具有提高产量、防止土壤板结等作用。2）滴灌能结合灌水输送水溶性肥料溶液，能将肥水直接输送到植株根部，不仅均匀一致，而且减少了肥料流失。3）滴灌对土壤的平整度要求不高，因此可以在不适宜进行沟灌的山区丘陵应用。4） 滴灌还可以利用微咸水灌溉，可以在海涂等缺少淡水的地区应用。5）微灌能提高水利用率近一倍，很适合在缺水地区使用。
2 滴灌系统设计
湘西州境，地处云贵高原北东侧与鄂西山地南西端之结合部，武陵山脉由北东向南西斜贯全境，地势南东低、北西高，属中国由西向东逐步降低第二阶梯之东缘。西部与云贵高原相连，北部与鄂西山地交颈，东南以雪峰山为屏障，武陵山脉蜿蜒于境内。地势由西北向东南倾斜，平均海拔800～200米，地貌形态的总体轮廓是一个以山原山地为主，兼有丘陵和小平原，并向北西突出的弧形山区地貌。很多农户果农依山开地，种植地形崎岖不平，而且很多种植地离水源地较远，不少农户果农不得不用传统的背水形式进行灌溉。虽然很多地方修葺了引水渠和储水池，但是不少地势较高、较复杂的地方依然缺水，而且湘西州7～10月降雨量少，而这段时间正是猕猴桃、烟叶等经济作物生长的关键时刻，缺水会导致农作物、经济作物减产、甚至绝产。而滴灌系统可以有效的解决农作物供水问题。
3 PLC控制系统设计
PLC（可编程逻辑控制器）是一种采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。其结构简单、操作方便、编程简单、可靠性好，目前在工业自动控制、机电一体化等领域已经得到广泛的应用。本人从实际情况出发研发设计了一种基于PLC的自动控制的滴灌系统，该系统能自动监测储水池水位并进行控制，同时监测农作物的湿度情况并根据需求自动进行灌溉，当滴灌滴头堵塞时该系统能进行报警监测。该系统运用于滴灌系统后能进一步实现节水、节肥、省人工的目标，从而进一步发挥滴灌系统的本身优势。该系统能自动监测储水池水位并进行控制，同时监测农作物的湿度情况并根据需求自动进行灌溉，当滴灌滴头堵塞时该系统能进行报警监测。该系统运用于滴灌系统后能进一步实现节水、节肥、省人工的目标，从而进一步发挥滴灌系统的本身优势。如图所示：
如图所示，我们在传统的滴灌系统增加了三个PLC监测和控制环节。其中（1）水位控制系统和输水控制系统，在水箱也即灌井我们设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导致浪费水资源，当水箱水位低于最低水位时，PLC监测到信号并控制水泵进行抽水，直到水箱水位达到最高水位停止抽水。当PLC监测到果园需要灌溉时候控制阀门打开进行灌溉。（2）为湿度监测装置，用于监测果树的土壤湿度，不同的果树需要不同的生长环境，根据果树生长的湿度需求在湿度检测器上进行设置，当低于其需求湿度时候，反馈信号，PLC收到信号控制输水阀门打开进行灌溉，达到其湿度上限时关闭输水阀门停止供水。（3）为滴灌系统滴灌头堵塞检测系统，由于植物的根具有向水性，其细小的根须会往水源处伸展，很容易伸入滴灌头导致堵塞，同时因为野草及各种细小泥土等杂质都会引起滴灌头堵塞，当滴灌头堵塞后就无法对该植物进行灌溉，而且堵塞不容易發现，对植物的生长带来影响，因此我们在滴灌头设计了一个堵塞报警系统，当滴灌头发生堵塞时候反馈信号，这种信号可以是光或者声音的形式来展示，实现堵塞报警。果农会根据报警提示准确快速的定位堵塞部位。也可以将此报警信号反馈到果农手机上，实现滴灌头堵塞远程监测。
4 结论
该PLC控制系统功能较强大，维护简单，同时在很大程度上实现了节水、节肥、省人工的作用，能帮助果农更好更有效的对果园进行维护和管理。
参考文献：
[1]郑重.滴灌自动控制与智能化管理技术[M].科学出版社，2014.
[2]李富先.滴灌系统安装与管理[M].中国劳动社会保障出版社，2008.
[3]尹飞虎.滴灌--随水施肥技术理论与实践[M].中国科学技术出版社，2010.
作者简介：薛辉（1979-），男，土家族，湖南永顺人，本科，讲师，主要研究方向：数控加工及自动化。
