半透膜微润灌溉自动控制技术研究

发布时间：2017-05-18 07:07

  本文关键词：半透膜微润灌溉自动控制技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：微润灌溉是目前国际上公认的最节水的灌水技术,其用水量约为滴灌用水量的20~30%,节水达70%以上,是当前国内外节水灌溉发展的重要方向。智能化微润灌溉技术,可以利用温室大棚水桶、丘陵山区自然落差进行自压灌溉,具有节水节能、抗堵塞能力强、灌水精准、高效节肥、增产增收、智能管理、设备利用率高等优点,适应丘陵山区高效农业生产的需要。本研究设计出一套半透膜微润灌溉智能装备,以PLC为核心控制器,水泵、电磁阀为执行元件。系统模型中,作物需水量选用联合国粮农组织FAO作物需水量专家咨询组推荐的充分供水条件下的作物需水量。根据监测温度、净辐射等气象因素获得作物的腾发量,再由不同作物系数,推导出不同作物日常需水量。通过半透膜微润带压力与流量试验,可以得出微润带水头高度,根据压力水头调控原则,设计出系统水位高度上下限,监测液位传感器值,得出水箱液面到微润带进口处高度h,由控制器控制执行元件水泵和电磁阀,使得高度h在设计水位上下限以内。主要研究内容如下:1、简介本文所选用半透膜微润带,并在微润带埋设土壤10cm条件下对其压力与流量关系进行分析。选用深圳市微润工程有限公司生产的半透膜微润带,试验场所在江苏大学流体技术研究中心喷灌大厅,现场温度在5℃-9℃,所处环境相对湿度为50%-60%,通过升降台,改变试验水头,分别在1.10m、1.50m、1.90m、2.30m、2.50m等压力水头下,对微润带在埋设土壤10cm条件下流量进行了测定,用软件对试验结果进行拟合,得到流量与水头的关系。2、建立温度、净辐射与参考作物腾发量关系,进而确定作物日常需水量,通过作物日常需水量来确定灌溉决策。根据现有气象条件,确定参考作物腾发量计算公式,由不同作物作物系数,得到作物日常需水量。根据微润带埋设土壤所得流量与水头关系,确定微润带灌溉水头高度h,由灌溉压力水头调控方式,确定灌溉系统设计水位上限:1.1h,水位下限:0.9h。最终将水位的高度控制在0.9h-1.1h范围内。3、分析灌溉决策模型来设计系统整体布局并设计电路图,进而设计系统硬件部分,对硬件进行合理选型。硬件部分主要包括监测元件、执行元件、控制元件,监测元件主要由液位、温度、净辐射传感器组成,执行元件主要由水泵、电磁阀组成,控制元件为可编程逻辑控制器,即PLC。根据系统电路图将硬件进行组件并对硬件进行调试。4、根据控制原则,确定软件设计方案。软件部分包括控制器编程软件、组态王监控软件。控制器编程软件采用梯形图与C语言模块,实现传感器信号采集与处理、技术模型中数值运算、实际值与设定值比较等,根据调控方案,将灌溉压力水头控制在设计范围内,以达到作物灌溉最佳效果。组态王监控软件则是对整个系统现场数据进行记录,实现对液位、温度、净辐射、灌溉压力水头上下限等重要参数记录与监测,灌溉压力水头实时变化曲线图绘制,历史数据查询与报表打印等,最终将系统控制过程以图画的形式展现出来。5、对系统进行调试。将系统处于特定运行环境中,对系统进行在正常运作状态及一些突发状态下系统运行情况进行测试,如水箱中液位过低或者过高,在突发状况下是否会报警,水泵及阀门运行状况是否达到预期效果,进而确定整个灌溉系统是否可靠。
【关键词】：微灌 自动控制 PLC 监测软件
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S275;TP273
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 国内外发展现状13-15
• 1.2.1 国外发展状况13-14
• 1.2.2 国内发展状况14-15
• 1.3 存在问题及发展趋势15
• 1.4 研究内容与意义15-16
• 1.5 技术路线16
• 1.6 本章小结16-17
• 第二章 制定控制系统方案17-24
• 2.1 微润灌溉技术简介17-18
• 2.1.1 微润带应用17-18
• 2.2 供水方案18-19
• 2.3 系统供水结构19-22
• 2.4 控制原理及过程22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第三章 控制模型建立24-31
• 3.1 系统技术模型建立24-27
• 3.1.1 地埋微润带压力流量关系24-25
• 3.1.2 作物需水量计算模型25-26
• 3.1.3 微润带供水量计算模型26
• 3.1.4 微润灌溉压力水头调控26-27
• 3.1.5 技术模型框图27
• 3.2 控制系统模型建立27-29
• 3.2.1 机理法建模28
• 3.2.2 测试法建模28
• 3.2.3 系统模型的建立28-29
• 3.2.4 控制模型的数学表示29
• 3.3 虹吸现象及防虹吸29-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第四章 系统硬件设计31-40
• 4.1 控制回路设计31-32
• 4.2 硬件选型32-36
• 4.2.1 水泵选型32-33
• 4.2.2 可编程逻辑控制器33-34
• 4.2.3 模数转换模块34
• 4.2.4 液位传感器34-35
• 4.2.5 传感器信号转换35-36
• 4.3 系统总体结构图36-37
• 4.4 系统电路图37-39
• 4.4.1 主电路37-38
• 4.4.2 系统电气控制总示意图38-39
• 4.5 本章小结39-40
• 第五章 系统软件设计40-57
• 5.1 上位机的功能结构40-41
• 5.2 组态软件41-46
• 5.2.1 组态王简介41
• 5.2.2 利用组态王建立监控系统方法41-42
• 5.2.3 组态王界面应用42-46
• 5.3 串口通讯46-48
• 5.3.1 组态王与PLC通讯46-48
• 5.4 下位机PLC软件48-51
• 5.4.1 系统主要流程48-51
• 5.5 PLC主要程序设计51-56
• 5.5.1 模型建立的软件编写52-53
• 5.5.2 控制系统程序编写53-55
• 5.5.3 故障处理程序编写55-56
• 5.6 本章小结56-57
• 第六章 控制系统运行状态57-60
• 6.1 系统的调试57-59
• 6.1.1 系统正常运行状态57-58
• 6.1.2 系统故障运行状态58-59
• 6.2 本章小结59-60
• 第七章 结论与展望60-62
• 7.1 结论60-61
• 7.2 展望61-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 攻读硕士学位期间发表的论文及成果67

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