CN105230448A - 自动灌溉***首部装置 - Google Patents

Abstract

一种自动灌溉***首部装置，水泵(1)的出水口通过管路分别与高位水槽(2)的进水口和浇水用的灌溉装置连接，在连接管路中分别设有电磁阀(XV-01)和电磁阀(XV-03)，高位水槽(2)的出水口通过管路与灌溉装置连接，管路中设置有电磁阀(XV-02)，控制***根据液位变送器(LT-01)的检测值，控制水泵(1)和电磁阀的启闭。在自动模式时，打开电磁阀(XV-02)，使高位水槽(2)中的水通过所述灌溉装置到灌区，并根据液位变送器(LT-01)的检测值，通过控制电磁阀(XV-01)和水泵(1)的启闭，使高位水槽(2)中的水位保持在上限和下限值之间。在高压自动模式时，启动水泵(1)和电磁阀(XV-03)，使水泵(1)泵出的水直接通过灌溉装置灌溉到灌区。

Description

自动灌溉***首部装置

技术领域

本发明涉及自动灌溉***首部装置。

背景技术

土地的滴灌或是浇灌是保证土壤湿度，提高农作物产量的一个重要措施。通常采用水泵，人为的控制水泵对土地进行浇灌，解决土地干旱的问题。为了避免水的浪费达到节约用水的目的，现有技术中有增加高位水箱，利用高位水箱进行浇灌的方法。由于高位水箱中的水位需要人为看管，不仅劳动强度大，还容易出现水加满溢出水箱和水箱断水导致浇灌无水的现象发生，既耗时耗力又浪费水源。

我国是一个干旱缺水严重的国家，人均水资源量只有2300立方米，仅为世界平均水平的1/4，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。人均水资源占有量2300立方米，只有世界人均水平的1/4，居世界第109位。水资源的有效利用，对于水资源缺乏的我国来说具有重要的意义。

本发明的目的在于，提供一种能够对水的浇灌进行精细化控制，即能较好的控制土壤湿度，又能够节约用水，防止水资源浪费的自动灌溉***首部装置。

发明内容

本发明的第一技术方案为一种自动灌溉***首部装置，其特征在于，包括水泵、高位水槽、控制阀门、连接管路、检测仪表、控制***，所述水泵(1)的出水口通过管路分别与高位水槽(2)的进水口和浇水用的灌溉装置连接，在连接管路中分别设有水槽加水用电磁阀(XV-01)和水泵灌溉用电磁阀(XV-03)，所述高位水槽(2)的出水口通过管路与灌溉装置连接，在该连接管路中设置有水槽灌溉用电磁阀(XV-02)，检测仪表包括检测高位水槽水位的液位变送器(LT-01)，所述控制***根据检测仪表的检测值，控制所述水泵(1)和所述电磁阀的启闭，控制模式包括自动模式和自动高压模式，在自动模式时，所述控制***打开水槽灌溉用电磁阀(XV-02)，使高位水槽(2)中的水通过所述灌溉装置到灌区，并根据液位变送器(LT-01)的检测值，通过控制水槽加水用电磁阀(XV-01)和水泵(1)的启闭，使高位水槽(2)中的水位保持在上限和下限值之间，在高压自动模式时，所述控制***启动水泵(1)和水泵灌溉用电磁阀(XV-03)，使水泵(1)泵出的出水不经过高位水箱(2)直接通过所述灌溉装置灌溉到灌区。

第二技术方案基于第一技术方案，其特征在于，所述检测仪表还包括检测灌区土壤湿度的湿度传感器(32)，所述控制***根据湿度传感器(32)的检测值，控制水泵(1)和所述水槽灌溉用电磁阀(XV-02)或水泵(1)和所述水泵灌溉用电磁阀(XV-03)的开闭。

第三技术方案基于第二技术方案，其特征在于，所述检测仪表还包括检测灌区是否下雨的雨量传感器(33)，所述控制***根据雨量传感器(33)的检测值，控制水泵(1)和所述水槽灌溉用电磁阀(XV-02)或水泵(1)和所述水泵灌溉用电磁阀(XV-03)的开闭。

第四技术方案基于第三技术方案，其特征在于，所述水泵(1)的出水口管路中设置有过滤器(A、B)，所述检测仪表还包括检测过滤器(A、B)两端管路压力的压力变送器(PT-01、PT-02)，当检测到管路压差大于设定值时，启动报警。

第五技术方案基于第四技术方案，其特征在于，所述控制***的控制模式还包括手动灌溉模式，在手动灌溉模式时，所述控制***根据手动操作，控制水泵(1)和电磁阀。

第六技术方案基于第五技术方案，其特征在于，所述控制***具有人机交互界面(11)，通过人机交互界面(11)进行参数设定和模式切换。

第七技术方案基于第六技术方案，其特征在于，所述灌溉装置具有多组，各组的管路中分别设有灌区电磁阀(XV-A1、XV-B1)，所述控制***通过灌区电磁阀(XV-A1、XV-B1)，控制所述灌溉装置的出水。

第八技术方案基于第七技术方案，其特征在于，所述检测仪表还包括检测各灌区土壤湿度的多组湿度传感器(32)。

第九技术方案基于第八技术方案，其特征在于，所述控制***由PLC控制器(21)、人机交互界面(11)、电源模块、I/O模块、报警指示灯、接线端子、报警器组成。

第十技术方案基于第一至第九中的任一项技术方案，其特征在于，还包括发电机、带车轮的撬块、驱动马达。

附图说明

图1是自动灌溉***首部装置的PID图；

图2是PLC控制箱面板示意图；

图3是；PLC控制器各输入输出点分配表

图4是PLC控制器与其他装置的连接结构图；

图5是控制流程的说明图。

具体实施方式

以下以对本发明的自动灌溉***首部装置的实施方式进行说明。

本发明的自动灌溉***首部装置由PLC控制***、电气***、输送水泵、过滤器、高位水槽、检测仪表、控制阀门及连接管路、发电机、带车轮的撬块、驱动马达等构成。

图1是自动灌溉***首部装置的PID图，水泵1通过管路DN40分别与高位水槽2的进水口和外部的灌溉装置连接，在水泵1的出水口管路中设置有过滤器A、B，过滤器A、B的出水端与高位水槽2的进水口和外部的灌溉装置的管路中分别设有水槽加水用电磁阀XV-01和水泵灌溉用电磁阀XV-03，通过水槽加水用电磁阀XV-01和水泵灌溉用电磁阀XV-03能够为高位水槽2加水或直接由灌溉装置向灌区浇水。水泵1与水源之间通过软管连接。高位水槽2的出水口通过管路与灌溉装置连接，管路中设置有水槽灌溉用电磁阀XV-02，高位水槽2中的水通过水槽灌溉用电磁阀XV-02由灌溉装置向灌区浇水。即本发明中，既能由高位水槽2供水也能不通过高位水槽2直接由水泵1向灌区供水。在本实施方式中，外部的灌溉装置有两组能够分别对A区和B区进行灌溉。两组的灌溉装置的入口处分别设有灌区电磁阀XV-A1、XV-B1，用于控制各个灌溉装置。

检测仪表包括液位变送器(LT-01)31、湿度传感器32、雨量传感器33、压力变送器(PT-01、PT-02)34，湿度传感器32具有两组分别设置A区和B区，压力变送器(PT-01、PT-02)34检测过滤器A、B两端的管路压力，检测仪表的检测信号通过数据线输入到PLC控制箱。

PLC控制***由PLC控制器、人机交互界面、电源模块、I/O模块、报警指示灯、接线端子、报警器等组成，供电电源为DC24V，PLC控制器、电源模块、I/O模块、报警指示灯、接线端子、报警器为一个整体集成在控制箱中，控制箱面板安装有LCD显示的人机交互界面和各种报警指示灯以及报警扬声器。图2是PLC控制箱面板示意图。PLC控制器采用采用可编程控制器(PLC)构成，输入输出点的分配如图3所示。

图4是PLC控制器与其他装置的连接结构图，液位变送器(LT-01)31、湿度传感器32、雨量传感器33、压力变送器(PT-01、PT-02)34将检测到的信号实时的传输到PLC控制器21。雨量传感器33和湿度传感器32分别检测灌区的天气是否下雨、湿度传感器32检测各灌区农田土壤的水分数据。PLC控制器21对数据进行对比分析，控制水泵1和各电磁阀，对A区、B区的土壤进行浇水或输出报警。

工作原理说明

本自动灌溉***首部装置采用湿度传感器监测土壤的湿度情况，当土壤湿度低于所设定的值后，自动开启水泵电机和电磁阀经过滤器过滤实现对高位水槽的补水，然后依靠高位水槽自压对该土壤浇水，当湿度达到所要求的值后，停止浇水。为满足在大面积灌溉时高位水槽出口压力偏小和频繁启泵补水以及灌溉时间过长的问题本***采用多种控制模式，在自动模式和手动模式的基础上增加自动高压模式，即直接起动水泵输水经过过滤器后接灌溉装置对灌区进行灌溉，当湿度达到设定值时自动停止灌溉。为节约水资源，本***设有雨天自动停止灌溉的功能，当灌区雨量报警器输出信号时(雨天)，PLC控制器自动结束灌溉。本***还具有电机空转保护、过滤器前后压差报警(表示过滤器可能堵塞)等功能。

以下根据图5对自动灌溉***首部装的工作流程进行说明。

(一)、自动模式

通过人机交互界面11选择开关设定在自动模式时，***进入自动工作模式，此时两个灌溉区(A区、B区)的湿度传感器32将植物土壤水分数据实时的传到PLC控制器21，PLC控制器21根据湿度传感器32的信号与预先设定的适合植物生长的湿度范围进行比较，判断是否需要灌溉。当检测值低于设置的下限值时，PLC控制器21控制对应灌区土壤缺水指示灯(红色)闪烁同时执行自动灌溉程序。

自动灌溉程序如下:

首先，判断高位水槽2液位是否低于20％，液位变送器(LT-01)31输出与水位对应的4-20mA模拟信号给PLC控制器21，PLC控制器判断水槽液位低于20％时，控制扬声器43发出警报声同时控制水泵1电机得电，启动水泵1、打开水槽加水用电磁阀XV-01自动加水，液位高于20％后报警解除，直至液位达到设定值90％时水泵1的电机断电、水泵1停止运行、关闭水槽加水用电磁阀XV-01自动结束加水。

然后PLC控制器21判断雨量传感器33是否为输出雨天的信号，若为雨天则停止各灌溉区全部灌溉程序；若非雨天则打开水槽灌溉用电磁阀XV-02以及对应灌区电磁阀XV-A1或XV-B1，依靠高位水槽自压进行灌溉，当水槽液位低于20％时，PLC控制器21重复自动加水过程。当湿度传感器32检测值达到设定上限值时，PLC控制器21控制水泵1电机失电停泵、关闭水槽灌溉用电磁阀XV-02、灌区电磁阀XV-A1或XV-B1，结束灌溉。

湿度传感器32检测值介于设定湿度上下限值之间时，PLC控制器21输出信号土壤水分适宜指示灯(绿色)闪烁，检测值超过设定上限值时，土壤水分过量指示灯(黄色)闪烁，达到监控的目的。

(二)、自动高压模式

当灌溉区域面积较大，需要高压喷灌以及考虑到不同植物需水量不同或同种植物不同生长期需水量不同，需要大水量灌溉时，自动灌溉模式下高位水槽出口压力偏下且频繁启动补水程序，耗时耗力，为此可将主令开关选择自动高压模式。***进入自动高压工作模式，此时两个灌区(A区、B区)的湿度传感器32将植物土壤水分数据实时的传到PLC控制器21，PLC控制器21根据湿度传感器32的信号与设定的适合植物生长的湿度范围进行比较，判断是否需要灌溉。当检测值低于设置的下限值时，PLC控制器21控制对应灌区土壤缺水指示灯(红色)闪烁同时执行自动高压灌溉程序。

自动高压灌溉程序如下:

首先PLC控制器21判断雨量传感器33的信号是否为雨天，若为雨天则停止各灌溉区全部灌溉程序，同时控制扬声器发出警报声；若非雨天则输出信号控制水泵1电机得电，启动水泵1、打开高压灌溉电磁阀XV-03以及对应灌区电磁阀XV-A1或XV-B1将水输送至对应灌区进行灌溉。当湿度传感器32检测值达到设定上限值时控制水泵1电机断电停泵、关闭高压灌溉电磁阀XV-03、灌区电磁阀XV-A1或XV-B1，结束灌溉。湿度传感器32检测值介于湿度设定上下限值之间时，PLC控制器21控制土壤水分适宜指示灯(绿色)闪烁，检测值超过设定上限值时，土壤水分过量指示灯(黄色)闪烁，达到监控的目的。

(三)、手动灌溉模式

在手动灌溉模式下用户可以根据实际情况手动设置各电磁阀的开启顺序和水泵1的启停时间以及灌溉区域等，PLC控制器21根据不同的手动操作的信号，控制水泵1和各电磁阀。

本实施方式中，为防止水质中的杂质堵塞管路、喷头等，如图1所示***中设有两台水质过滤器A和B并联运行，过滤器进出口压力变送器PT-01、PT-02输出4-20mA模拟信号给PLC控制器，当PLC控制器21检测到前后压差达到0.3bar时输出报警提示：过滤器压差高，同时过滤器压差报警灯闪烁，提示用户过滤器可能堵塞，需要清理。

为保护电机，防止水泵1电机空转，当控制器启动水泵后检测到水泵1空转电流时，PLC控制器21自动停止水泵，这个设定值根据实际采购的电机空转电流值设定。

水高位槽液位下限是***设置的初始值(即20％)，一般是不会随意调整的，当造成液位不准时，如果无法及时清理，需要对低液位重新设定，当清理完毕后，仍需要恢复为初始值。

考虑以后***升级，设备改造等因素，在PLC控制***中预留相应的卡件通道，做为备用。PLC控制器还可以通过通讯接口连接上位机进行数据传输和程序组态修改，也可以读取农田灌溉相应数据，同时可以联机打印相关数据，以备查询，实现农田灌溉的科学管理，提高农田灌溉技术。由于本发明的自动灌溉***首部装置带有发电机、带车轮的撬块、驱动马达等，不仅能够移动，还能够用于没有电源的地方，可以因地制宜灵活使用，很好的节省水资源和降低灌溉成本。

本发明的自动灌溉***首部装置既可以手动控制对各地块(灌溉区)进行灌溉,也可以通过湿度传感器与控制器形成闭合控制的全自动控制。不仅防止因高位水槽因补水不及时导致水压低灌溉装置的毛细滴定管不出水的问题，在下雨天能够利用雨水，防止了水资源被浪费。对于灌溉区域面积较大，需要高压喷灌以及考虑到不同植物需水量不同或同种植物不同生长期需水量不同，需要大水量灌溉时，选择通过自动高压模式，由水泵1直接供水，既不需要设置水位更高的高位水槽，又避免了出口压力偏下且频繁启动补水程序，降低了能耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，只要在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动灌溉***首部装置，其特征在于，包括水泵、高位水槽、控制阀门、连接管路、检测仪表、控制***，所述水泵(1)的出水口通过管路分别与高位水槽(2)的进水口和浇水用的灌溉装置连接，在连接管路中分别设有水槽加水用电磁阀(XV-01)和水泵灌溉用电磁阀(XV-03)，所述高位水槽(2)的出水口通过管路与灌溉装置连接，在该连接管路中设置有水槽灌溉用电磁阀(XV-02)，检测仪表包括检测高位水槽水位的液位变送器(LT-01)，所述控制***根据检测仪表的检测值，控制所述水泵(1)和所述电磁阀的启闭，控制模式包括自动模式和自动高压模式，在自动模式时，所述控制***打开水槽灌溉用电磁阀(XV-02)，使高位水槽(2)中的水通过所述灌溉装置到灌区，并根据液位变送器(LT-01)的检测值，通过控制水槽加水用电磁阀(XV-01)和水泵(1)的启闭，使高位水槽(2)中的水位保持在上限和下限值之间，在高压自动模式时，所述控制***启动水泵(1)和水泵灌溉用电磁阀(XV-03)，使水泵(1)泵出的出水不经过高位水箱(2)直接通过所述灌溉装置灌溉到灌区。

2.根据权利要求1记载的一种自动灌溉***首部装置，其特征在于，所述检测仪表还包括检测灌区土壤湿度的湿度传感器(32)，所述控制***根据湿度传感器(32)的检测值，控制水泵(1)和所述水槽灌溉用电磁阀(XV-02)或水泵(1)和所述水泵灌溉用电磁阀(XV-03)的开闭。

3.根据权利要求2记载的一种自动灌溉***首部装置，其特征在于，所述检测仪表还包括检测灌区是否下雨的雨量传感器(33)，所述控制***根据雨量传感器(33)的检测值，控制水泵(1)和所述水槽灌溉用电磁阀(XV-02)或水泵(1)和所述水泵灌溉用电磁阀(XV-03)的开闭。

4.根据权利要求3记载的一种自动灌溉***首部装置，其特征在于，所述水泵(1)的出水口管路中设置有过滤器(A、B)，所述检测仪表还包括检测过滤器(A、B)两端管路压力的压力变送器(PT-01、PT-02)，当检测到管路压差大于设定值时，启动报警。

5.根据权利要求4记载的一种自动灌溉***首部装置，其特征在于，所述控制***额的控制模式还包括手动灌溉模式，在手动灌溉模式时，所述控制***根据手动操作，控制水泵(1)和电磁阀。

6.根据权利要求5记载的一种自动灌溉***首部装置，其特征在于，所述控制***具有人机交互界面(11)，通过人机交互界面(11)进行参数设定和模式切换。

7.根据权利要求6记载的一种自动灌溉***首部装置，其特征在于，所述灌溉装置具有多组，各组的管路中分别设有灌区电磁阀(XV-A1、XV-B1)，所述控制***通过灌区电磁阀(XV-A1、XV-B1)，控制所述灌溉装置的出水。

8.根据权利要求7记载的一种自动灌溉***首部装置，其特征在于，所述检测仪表还包括检测各灌区土壤湿度的多组湿度传感器(32)。

9.根据权利要求8记载的一种自动灌溉***首部装置，其特征在于，所述控制***由PLC控制器(21)、人机交互界面(11)、电源模块、I/O模块、报警指示灯、接线端子、报警器组成。

10.根据权利要求1至9中任一项记载的一种自动灌溉***首部装置，其特征在于，还包括发电机、带车轮的撬块、驱动马达。