滴灌施肥系統智能化測控研究

張 龍

（新泰市樓德鎮農業綜合服務中心，山東 新泰 271212）

1 智能系統的基本構成

滴灌施肥系統主要由計算機、管路、一次傳感器以及田間滴灌組件組成，能夠有效控制滴灌和施肥量，提升農業種植效率，達到節約成本與提高產量的目標。

2 計算機設備的選擇

基質栽培以高附加值植物為主，如高檔花卉、反季蔬菜等，為便于人工控制，選擇適配度高的控制硬件十分重要。此外，不但需要考慮灌溉、施肥精度控制，還需要對內外環境因子進行實時監測和測算，實現兩者之間的互聯互通，從而對滴灌施肥智能化系統進行控制。控制計算機觸摸屏和可編程控制器操作必須具有操作便捷、功能全面、干擾性強和外觀顯示易讀易懂的特點，I/O模塊數量可以根據開關量、模擬量進行確定，降低操作難度，從而便于在農村進行推廣應用。小面積單棟日光溫室，一般連片數量大，單機控制數量增加，開出量增多，這種情況下，更適宜使用工控機作為控制中樞，該機型造價較低，降低了種植和推廣成本［1］。

3 系統工作原理

3.1 滴灌控制系統

通過調節灌水時間實現對灌溉水量的控制，稱之為定時定量法。對灌溉控制還包括人工干預、條件控制等多種方式。灌溉控制由系統水泵、主控閥和田間閥組成，在滿足灌溉前提條件下，首先要開啟主控閥和田間閥，然后啟動水泵，開始灌溉過程；灌溉期間，水泵持續運行是保證灌溉連續性的基本條件。另外，還要注意操作的先后順序，其中一組閥門結束灌溉任務之前需要及時啟動下一組閥門，然后才能關閉正在執行灌溉的上一組閥門；結束灌溉時，同樣需要遵循先后次序，首先關閉水泵，然后關閉主控閥，最后關閉田間閥。啟動和結束灌溉按照先后順序進行操作，有利于保護設備和控制系統。

3.2 施肥控制系統

相比較滴灌控制來講，施肥控制復雜程度有所增加，對施肥量、灌溉液肥料成分及酸堿度進行控制是整個施肥控制系統的基本目的。其中，施肥量可以通過控制施肥時間來實現，因為肥水成分與EC值有關，所以肥料濃度可以通過控制灌溉液EC值來實現；與灌溉控制類似，施肥控制有定時定量、人工干預和條件控制等多種方式，科學合理的pH值有利于農作物生長發育，所以在具體操作過程中，需要將不等量調節液摻和到灌溉液中，調和出更適宜的pH數值，以便適應不同農作物種類生長需求。

為實現計算機控制智能化，首先要精確把握水肥混合比例，依據混合比例值形成的數據，經智能化控制系統，完成水肥混合；其次要選擇科學合理的施肥配方，根據農作物種類及不同生長階段要求，在線監測匹配EC、pH值，以便使混合營養液達到最佳效果。同時，在線監測的另一個作用就是根據設定的EC、PH值與實際檢測值之間的偏差，及時調整注肥頻率，在較短時間內降低營養液設定值與檢測值之間的差值。

同灌溉控制過程一樣，施肥操作同樣需要注意操作先后順序。例如，打算結束一組田間閥門施肥操作，就需要在上一組田間閥門施肥任務結束之前及時啟動下一組閥門，然后關閉正在執行施肥任務的上一組閥門；當需要結束整個施肥過程時，同樣需要遵循先后次序，首先關閉施肥泵和水泵，然后關閉正在運行的所有閥門，按照先后順序進行操作，有利于保護設備和控制系統。

3.3 過濾器自動反沖洗控制系統

在施肥過程中，由于受肥料均勻度、摻和濃度等因素影響，有時會導致過濾器堵塞，造成過濾器進、出口兩端差壓增大，致使機械無法正常運行，在這種情況下，需要增加差壓感應開關，并設定壓差限制參數，便于計算機對進、出口兩端差壓進行實時監測，當壓差達到設定參數值時，自動終止機械運行，同時啟動反沖洗程序，依次對過濾器組進行反沖洗，沖洗時間長短可根據需要任意設定；完成沖洗后，控制系統自動恢復起始運行狀態，這是根據設定程序完成的反沖洗控制方式，也可以根據需要，手動對過濾器進行反沖洗。

3.4 優先權控制

為實現滴灌施肥控制系統有效運行，在智能化控制操作中，要對系統優先權級別進行劃分：首先，將過濾器反沖洗控制列為最高級權，當接到過濾器反沖洗指令時，不論系統正在執行任何操作，會立刻中斷當前操作任務，同時啟動過濾器反沖洗任務，待完成反沖洗作業后，系統恢復起始運行狀態；其次，將人工控制灌溉施肥干預列為次高級權，定時定量灌溉施肥列為最低級權。高一級別控制相對于低一級別控制具有中斷操作程序優先權，當某一級別控制被中斷后，要遵循逐級恢復順序，保證恢復中斷前系統依舊具有良好運行狀態。

3.5 環境監測系統

溫室植物相較于普通農作物，在品質和產量上具有明顯優勢，對種植環境進行量化監測和控制，是智能化控制系統的重要功能之一。溫室內外濕度、溫度、光照度和二氧化碳濃度隨時會發生改變，而不同種類農作物所需濕度、溫度、光照度和二氧化碳濃度也存在較大差異，這就需要智能化控制系統對溫室環境進行在線監測，設置環境因子變化上下限報警值，實現農作物生長環境精確控制；當環境因子變化達到設定數值時，系統會通過聲光報警，提醒人工介入，采取適當措施恢復到適宜農作物生長的溫室環境。

4 智能控制系統數據設定

滴灌施肥精量控制，關鍵在于計算機系統運行狀態，其核心在于智能控制系統與機械硬件之間的匹配及協作程度。智能控制系統通過輸入模塊采集EC值、pH值并進行數據分析和處理，在計算機系統上對EC值、PH值、流量和壓力等數值進行設定，在控制界面上顯示設置參數和存儲數據，以便掌握設備實時運行狀況，及時對參量、流量、壓力等項目參數進行控制和調整，并根據EC值、pH值控制施肥閥動作頻率。同時，管道壓力值也是智能控制系統實現有效控制的重要指標，系統對管道壓力進行實時監測，壓力超出承受范圍時，計算機系統就會報警并啟動調壓裝置［2］。與系統匹配的控制輸出部件包括電磁開關、調壓開關、灌溉閥、施肥開關和肥料泵。