CN114788449A - 水肥一体机吸肥量调节控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了水肥一体机吸肥量调节控制装置及控制方法，包括主灌溉管、文丘里管、施肥泵和调节阀，主灌溉管的出水口端设有主流量计和肥液参数监测仪，文丘里管的进口端与主灌溉管的出水口端连接，文丘里管的出口端与主灌溉管进水口端之间设置施肥泵和调节阀，文丘里管的吸肥口连接增压泵，增压泵输入端连接有肥料流量计，肥料流量计通过管道与肥料容器相连，施肥泵、调节阀、主流量计、肥液参数监测仪、增压泵和肥料流量计与控制器相连。本发明创造性的利用微型直流增压泵调节吸肥口端压力，控制装置总体成本低，控制方法成熟可靠；控制过程响应时间较快，施肥量能够快速调节到符合要求，满足不同灌溉对象对灌溉时间的要求。

Description

水肥一体机吸肥量调节控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及水肥一体机技术领域，尤其涉及一种水肥一体机吸肥量调节控制装置及控制方法。

背景技术

水肥一体机中的核心部分为施肥装置，施肥装置主要包括文丘里管、施肥泵和电磁阀或电动阀及配套管道，文丘里管进口及出口通过施肥泵分别接灌溉管段(距离大约1米)，文丘里管吸肥口(喉口)通过电磁阀或电动阀连接到肥料桶抽吸肥料至灌溉管中混合。其原理是由施肥泵为文丘里管提供压力差，根据文丘里原理，文丘里管通过一定水量，文丘里管喉部将会产生负压，当打开电磁阀或电动阀时，肥料桶的液体就会通过文丘里管吸肥口被吸入文丘里管，并从文丘里管出口进入灌溉管。

在实际灌溉的过程中，除了满足水肥一体机大纲要求，还要满足不同灌溉对象对灌溉溶液酸碱度(PH)、电导率(EC)等的值及灌溉完成时间的要求，不同的灌溉对象对EC、PH值要求是不一样的。EC、PH值的控制是取决于吸肥量的控制，目前大多控制方式是通过调节控制连接文丘里管吸肥口和肥料桶间的电磁阀或电动阀等开关设备来实现的。灌溉完成时间是指灌溉对象完成灌溉一次的时间，不同的灌溉对象的完成时间是不一样的，室外果蔬可能是几十分钟级甚至上小时，而大棚类的果蔬有可能短至10几秒。水肥一体机灌溉过程经常要对不同果蔬类进行灌溉(不同果蔬对肥液浓度需求不同，即灌溉过程中EC、PH值等需要不断快速改变)，所以较好的水肥机对EC、PH的值控制及控制响应时间一定有要求的。

目前市场上的水肥一体机中的吸肥装置的几种结构如下：

1、在文丘里管吸口端安装节制阀，手动旋转节制阀的开度来调节吸肥量；

2、文丘里管吸肥口处连接安装电磁阀，由于电磁阀只有开关状态，只能通过算法控制电磁阀开关时间比例来调节吸肥量；

3、在文丘里管吸口端安装电动阀，即通过电动控制球阀开度来调节吸肥量；

4、在文丘里管进口及出口端安装交流水泵或增压泵，通过调节水泵扬程调节吸肥量。

对于第一种结构，采用节制阀控制，无法实现自动控制，只能手动调节。

对于第二种结构，采用电磁阀控制，由于电磁阀只能是一个全开或全关的控制状态，电磁阀有个最大工作频率限制，不能实现连续调节功能。另外电磁阀工作频率越大成本越高，市场上同一管径的电磁阀价格可以相差20倍以上，要达到较理想的控制，适合目前市场水肥一体机的单个电磁阀价格要在1000元以上，成本大。

对于第三种结构，采用电动阀控制，可以较好的解决吸肥量控制，但由于电动阀存在全行程调节时间较长问题(通常在10～60秒不等，调节反应较慢)，不适合每次灌溉时间短的水培种植等灌溉，难以满足灌溉过程中需要快速改变EC、PH值等需求；而且全行程调节时间短的调节阀价格很高，适合目前市场水肥一体机的单个调节阀价格要在3500元以上。

对于第四种结构，在文丘里管进口及出口端设置交流水泵或增压泵控制，需专用控制电路或变频器控制转速，如专利公开号为CN108811658A、专利名称为一种变量施肥***及其控制方法，提出了一种变量施肥***及其控制方法；其在吸肥进液管上沿水流方向依次设有监测仪5、第一电磁阀6、增压泵7、第一压力传感器8，增压泵7可以变频运行，用于调整吸肥管路内的压力，进而改变文丘里施肥器9进口、出口的压差，以改变吸肥流量；上述这些装置结构较复杂，控制成本较高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种一种水肥一体机吸肥量调节控制装置及控制方法，通过在文丘里管的吸肥口创造性的设置增压泵，利用增压泵调节吸肥压力，这种增压泵控制装置总体成本低，控制方法成熟可靠；施肥量能够快速调节到符合要求，控制滞后时间短，很好的满足对灌溉完成时间较短的灌溉要求。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

水肥一体机吸肥量调节控制装置，包括主灌溉管、文丘里管、施肥泵和调节阀，所述主灌溉管的出水口端设有主流量计和肥液参数监测仪，所述文丘里管的进口端与所述主灌溉管的出水口端连接，所述文丘里管的出口端与所述主灌溉管进水口端之间设置所述施肥泵和调节阀，所述文丘里管的吸肥口连接增压泵，所述增压泵输入端连接有肥料流量计，所述肥料流量计通过管道与肥料容器相连，所述施肥泵、调节阀、主流量计、肥液参数监测仪、增压泵和肥料流量计与控制器相连。

进一步的，所述文丘里管包括两套以上，两套以上的所述文丘里管并联设置，每套所述文丘里管都单独连接有增压泵和肥料流量计。

进一步的，调节阀为手动调节阀或自动调节阀。

进一步的，所述增压泵为微型直流增压泵，其扬程大于5米，流量大于800L/H，功率50～100W。

根据上述的水肥一体机吸肥量调节控制装置的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、增压泵处于断电状态，启动所述施肥泵，旋转调节阀使文丘里管的吸肥力接近临界吸肥状态，此时肥料流量计测得的流量接近于零；

S2、增压泵通电开启，控制器读取肥液参数监测仪测量的肥液参数实时值及肥料流量计测量的实时流量值，计算肥液参数目标值与肥液参数实时值偏差，根据偏差值调节增压泵的扬程，从而调节肥料容器和文丘里管吸肥口间的压差，通过调节吸肥量改变主灌溉管中肥液配比，使肥液参数实时值趋近目标值。

进一步的，所述调节阀为手动阀时，经人工手动旋转调节至测肥料流量计测得的流量接近于零。

进一步的，所述调节阀为自动调节阀时，所述调节阀经控制器控制自动旋转调节至肥料流量计测得的流量接近于零。

进一步的，所述步骤S2中，调节所述增压泵扬程时，通过调节所述增压泵转速从而改变扬程。

进一步的，所述步骤S2中，肥液参数目标值事先设于控制程序中，通过调节吸肥量使肥液参数实时值趋近目标值时，控制器读取肥料流量计6测量的实时流量值，监测其流量是否在量程范围内，并计算监测其流量变化是否与增压泵5的扬程变化趋势相符，如不符发出报警信号。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明在文丘里管的吸肥口创造性的设置增压泵，利用增压泵调节吸肥压力，增压泵设置在吸肥口(喉口)与常规的设置于文丘里管进口或出口有明显区别，控制装置总体成本低，控制方法成熟可靠，更易实施；控制过程响应时间较快，施肥量能够快速调节到符合要求，满足不同灌溉对象对灌溉完成时间的要求。

2、本发明在调节控制时，首先调节阀使文丘里管的吸肥力接近临界吸肥状态(吸肥量接近零)，然后再通电启动增压泵，这样就能够通过调整微型直流增压泵扬程实现吸肥量从0到设定值之间按计算公式变化，控制稳定可靠，吸肥量调节效果好。

3、本发明调节阀可以采用手动调节阀或自动调节阀，采用手动调节阀成本低；采用自动调节阀调节操作方便、自动控制程度高，有利于远程控制。

附图说明

图1为本发明水肥一体机吸肥量调节控制装置的***结构示意图。

图2为增压泵性能曲线图。

图3为增压泵控制电压与转速关系图。

附图标记说明：

1、主灌溉管；11、主流量计；12、肥液参数监测仪；2、文丘里管；3、施肥泵；4、调节阀；5、增压泵；6、肥料流量计；7、肥料容器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

参见图1-3所示，水肥一体机吸肥量调节控制装置，包括主灌溉管1、文丘里管2、施肥泵3和调节阀4，所述主灌溉管1的出水口端设有主流量计11和肥液参数监测仪12，所述文丘里管2的进口端与所述主灌溉管1的出水口端连接，所述文丘里管2的出口端与所述主灌溉管1进水口端之间设置所述施肥泵3和调节阀4，调节阀4为手动调节阀或自动调节阀；所述文丘里管2的吸肥口连接增压泵5，所述增压泵5输入端连接有肥料流量计6，所述肥料流量计6通过管道与肥料容器7相连，所述施肥泵3、调节阀4、主流量计11、肥液参数监测仪12、增压泵5和肥料流量计6与控制器相连。

所述文丘里管2包括两套以上，两套以上的所述文丘里管2并联设置，每套所述文丘里管2都单独连接有增压泵5和肥料流量计6。本实施图例中设置四套。

所述增压泵5为微型直流增压泵，其扬程大于5米，流量大于800L/H，功率50～100W。

根据上述的水肥一体机吸肥量调节控制装置的控制方法，其包括如下步骤：

S1、增压泵5处于断电状态，启动所述施肥泵3，旋转调节阀4使文丘里管2的吸肥力接近临界吸肥状态，此时肥料流量计6测得的流量接近于零；

S2、增压泵5通电开启，控制器读取肥液参数监测仪12测量的肥液参数实时值及肥料流量计6测量的实时流量值，计算肥液参数目标值与肥液参数实时值偏差，根据偏差值调节增压泵5的扬程，从而调节肥料容器7和文丘里管2吸肥口间的压差，通过调节吸肥量改变主灌溉管1中肥液配比，使肥液参数实时值趋近目标值。

根据主灌溉管1的流量范围选择合适的施肥泵3和调节阀4的型号规格，为了简化控制，施肥泵3只采用普通的泵，不需要使用变频器控制。

所述调节阀4为手动阀时，经人工手动旋转调节至测肥料流量计6测得的流量接近于零。所述调节阀4为自动调节阀时，所述调节阀4经控制器控制自动旋转调节至肥料流量计6测得的流量接近于零。

所述步骤S2中，肥液参数目标值事先设于控制程序中，肥液参数的变化取决于吸肥量的变化，通过调节吸肥量使肥液参数实时值趋近目标值时，控制器读取肥料流量计6测量的实时流量值，监测其流量是否在量程范围内(超出量程范围也报警)，并计算监测其流量变化是否与增压泵5的扬程变化趋势相符，如不符发出报警信号。如按需求设定好灌溉肥液EC值、主流量及对应的灌溉时长后(可设置多段不同参数)，运行时如发现实时值小于设定值，则增加吸肥量，则EC值将增加，反之亦然。PH值调节也同理。

所述步骤S2中，调节所述增压泵5扬程时，通过调节所述增压泵5转速从而改变扬程。增压泵5的扬程和其转速有关，呈平方关系，调节其转速就可以调节扬程，即调节肥料容器7和文丘里管2吸肥口(喉口)间的压差，从而使得吸肥量达到设定值，为一闭环***控制过程。图2为增压泵性能曲线图，图3为增压泵控制电压与转速关系图，从图中可以看出不同的控制电压，对应扬程、流量曲线是不一样，通过电压控制可以调节增压泵扬程及流量。

根据目前大部分水肥一体机每个管道最大吸肥量是600～800L/H左右的特点，采取扬程10米、流量1000L/H左右的微型直流增压泵，主流量计11与肥料流量计6测量范围比大致为10-20：1(根据配比范围选择)，保证水肥调节能够快速达到调节要求。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.水肥一体机吸肥量调节控制装置，其特征在于：包括主灌溉管(1)、文丘里管(2)、施肥泵(3)和调节阀(4)，所述主灌溉管(1)的出水口端设有主流量计(11)和肥液参数监测仪(12)，所述文丘里管(2)的进口端与所述主灌溉管(1)的出水口端连接，所述文丘里管(2)的出口端与所述主灌溉管(1)进水口端之间设置所述施肥泵(3)和调节阀(4)，所述文丘里管(2)的吸肥口连接增压泵(5)，所述增压泵(5)输入端连接有肥料流量计(6)，所述肥料流量计(6)通过管道与肥料容器(7)相连，所述施肥泵(3)、调节阀(4)、主流量计(11)、肥液参数监测仪(12)、增压泵(5)和肥料流量计(6)与控制器相连。

2.根据权利要求1所述的水肥一体机吸肥量调节控制装置，其特征在于：所述文丘里管(2)包括两套以上，两套以上的所述文丘里管(2)并联设置，每套所述文丘里管(2)都单独连接有增压泵(5)和肥料流量计(6)。

3.根据权利要求1所述的水肥一体机吸肥量调节控制装置，其特征在于：调节阀(4)为手动调节阀或自动调节阀。

4.根据权利要求1所述的水肥一体机吸肥量调节控制装置，其特征在于：所述增压泵(5)为微型直流增压泵，其扬程大于5米，流量大于800L/H，功率50～100W。

5.根据权利要求1所述的水肥一体机吸肥量调节控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、增压泵(5)处于断电状态，启动所述施肥泵(3)，旋转调节阀(4)使文丘里管(2)的吸肥力接近临界吸肥状态，此时肥料流量计(6)测得的流量接近于零；

S2、增压泵(5)通电开启，控制器读取肥液参数监测仪(12)测量的肥液参数实时值及肥料流量计(6)测量的实时流量值，计算肥液参数目标值与肥液参数实时值偏差，根据偏差值调节增压泵(5)的扬程，从而调节肥料容器(7)和文丘里管(2)吸肥口间的压差，通过调节吸肥量改变主灌溉管(1)中肥液配比，使肥液参数实时值趋近目标值。

6.根据权利要求5所述的水肥一体机吸肥量调节控制方法，其特征在于：所述调节阀(4)为手动阀时，经人工手动旋转调节至测肥料流量计(6)测得的流量接近于零。

7.根据权利要求5所述的水肥一体机吸肥量调节控制方法，其特征在于：所述调节阀(4)为自动调节阀时，所述调节阀(4)经控制器控制自动旋转调节至肥料流量计(6)测得的流量接近于零。

8.根据权利要求5所述的水肥一体机吸肥量调节控制方法，其特征在于：所述步骤S2中，调节所述增压泵(5)扬程时，通过调节所述增压泵(5)转速从而改变扬程。

9.根据权利要求5所述的水肥一体机吸肥量调节控制方法，其特征在于：

所述步骤S2中，肥液参数目标值事先设于控制程序中，通过调节吸肥量使肥液参数实时值趋近目标值时，控制器读取肥料流量计(6)测量的实时流量值，监测其流量是否在量程范围内，并计算监测其流量变化是否与增压泵(5)的扬程变化趋势相符，如不符发出报警信号。

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