CN105717951B - 卷盘式喷灌机灌水量智能精准控制系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种卷盘式喷灌机灌水量智能精准控制系统及控制方法。控制系统包括风速传感器、流量传感器、PE管线速度传感器、调节卷盘式喷灌机水涡轮隔舌开度的由步进电机驱动的丝杠调节机构和灌水量控制器，流量传感器设置在卷盘式喷灌机进水管上，灌水量控制器通过CAN总线与风速传感器、流量传感器、PE管线速度传感器及步进电机连接，灌水量控制器根据卷盘式喷灌机流量、作业环境下风速及PE管回收线速度的信息，对步进电机进行控制从而控制水涡轮隔舌开度。本发明能实现对卷盘式喷灌机的灌水量进行智能精准控制，自动化运行程度高，操作方便。

Description

卷盘式喷灌机灌水量智能精准控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种控制系统，具体涉及一种卷盘式喷灌机灌水量智能精准控制系统及控制方法，属于节水灌溉技术领域。
背景技术
水是农业的命脉，是农作物优质高产的必要条件。由于我国是农业大国，又是水资源匮乏的国家，发展农业节水灌溉，是保持现代农业可持续发展、绿色发展，特别是现代精准农业发展的必然选择。卷盘式喷灌机作为先进的现代化节水灌溉设备，自上世纪八十年代从国外引进技术以来，通过消化吸收和再创新，目前已初步形成了规模产业和系列化产品。但现有的卷盘式喷灌机产品，其PE管回收速度自动调速装置均通过拉杆机构调节水涡轮的隔舌开度（或调节流经水涡轮的阀门开度）来实现，这种机械式调节方法本身存在着调节精度低、使用调整复杂、工作稳定性差等特点，PE管移动速度误差可达20%，致使喷灌机的灌水量存在着较大误差，作业性能难以大幅度提高，也难以适应现代精准农业的发展要求。
发明内容
本发明目的是提供一种卷盘式喷灌机灌水量智能精准控制系统，自动化程度高，操作方便，运行参数可直观显示,PE管回收速度调节精度高，能实现对卷盘式喷灌机的灌水量进行智能精准控制。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种卷盘式喷灌机灌水量智能精准控制系统,包括用于测量田间作业环境下风速的风速传感器、用于测量卷盘式喷灌机流量的流量传感器、用于测量卷盘式喷灌机PE管回收线速度的PE管线速度传感器、调节卷盘式喷灌机水涡轮隔舌开度的由步进电机驱动的丝杠调节机构和灌水量控制器，流量传感器设置在卷盘式喷灌机进水管上，灌水量控制器通过CAN总线与风速传感器、流量传感器、PE管线速度传感器及步进电机连接，灌水量控制器根据卷盘式喷灌机流量、作业环境下风速及PE管回收线速度的信息，对步进电机进行控制从而控制水涡轮隔舌开度,调节PE管回收速度,对卷盘式喷灌机的灌水量进行智能精准控制。
本发明另一目的是提供一种卷盘式喷灌机灌水量智能精准控制系统的控制方法。
为实现上述目的，本发明采用技术方案如下：
一种卷盘式喷灌机灌水量智能精准控制系统的控制方法，包括以下步骤：
a.卷盘式喷灌机喷灌作业开始，打开灌水量控制器，输入额定灌水深度H及喷枪的喷头射程R；
b．PE管线速度传感器测量喷灌机PE管回收的线速度v,流量传感器测量喷灌机的流量q,风速传感器测量田间作业环境下的风速；
c．通过线速度v、流量q及根据环境风速自动选择射程叠加系数k,计算喷灌机的灌水深度h；
d．将计算的灌水深度h与额定灌水深度H进行比对，当h＞(1+f%)H时，步进电机驱动丝杠调整机构，增大水涡轮的隔舌开度，从而增大PE管回收速度，减小卷盘式喷灌机的灌水量；当h＜(1-f%)H时，步进电机驱动丝杠调整机构，减小水涡轮的隔舌开度，从而减小PE管回收速度，增大卷盘式喷灌机的灌水量，其中f为灌水深度偏差，取值5～8；
e.重复步骤b、c、d，完成调整PE管的回收速度，从而调整卷盘式喷灌机灌水量的另一个循环过程。
上述的控制方法，卷盘式喷灌机的喷灌条带宽度b计算公式如下：
b=2kR
式中：R—喷头射程；
k—射程叠加系数，与环境风速相关，从下表中选取：
上述的控制方法，灌水深度h计算公式为：。
本发明的有益效果是：
通过对PE管回收速度、喷灌机流量及环境风速的自动测量，根据设定的灌水深度，自动计算出合适的PE管回收速度，自动精确调节水涡轮的隔舌开度，从而控制PE管的回收速度，达到智能精准控制喷灌机灌水量的目的；能实现对卷盘式喷灌机的灌水量进行智能精准控制，自动化运行程度高，操作方便。
附图说明
下面结合附图对卷盘式喷灌机灌水量智能精准控制系统作进一步说明：
图1是卷盘式喷灌机灌水量智能精准控制系统结构示意图；
图2是卷盘式喷灌机灌水量智能精准控制方法原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
参考附图1及图2，一种卷盘式喷灌机灌水量智能精准控制系统,包括用于测量田间作业环境下风速的风速传感器、用于测量卷盘式喷灌机流量的流量传感器、用于测量卷盘式喷灌机PE管回收线速度的PE管线速度传感器、调节卷盘式喷灌机水涡轮隔舌开度的由步进电机驱动的丝杠调节机构和灌水量控制器，流量传感器设置在卷盘式喷灌机进水管上，灌水量控制器通过CAN总线与风速传感器、流量传感器、PE管线速度传感器及步进电机连接，灌水量控制器根据卷盘式喷灌机流量、作业环境下风速及PE管回收线速度的信息，计算出卷盘式喷灌机灌水深度并与设定的灌水深度进行比对，对步进电机进行控制从而控制水涡轮隔舌开度，调节PE管回收速度,对卷盘式喷灌机的灌水量进行智能精准控制。
一种卷盘式喷灌机灌水量智能精准控制系统的控制方法，包括以下步骤：
a.卷盘式喷灌机喷灌作业开始，打开灌水量控制器，输入额定灌水深度H及喷枪的喷头射程R；
b．PE管线速度传感器测量喷灌机PE管回收的线速度v,流量传感器测量喷灌机的流量q,风速传感器测量田间作业环境下的风速；
c．通过线速度v、流量q及根据环境风速自动选择射程叠加系数k,计算喷灌机的灌水深度h；
d．将计算的灌水深度h与额定灌水深度H进行比对，当h＞(1+f%)H时，步进电机驱动丝杠调整机构，增大水涡轮的隔舌开度，从而增大PE管回收速度，减小卷盘式喷灌机的灌水量；当h＜(1-f%)H时，步进电机驱动丝杠调整机构，减小水涡轮的隔舌开度，从而减小PE管回收速度，增大卷盘式喷灌机的灌水量，其中f为灌水深度偏差，取值5～8；
e.重复步骤b、c、d，完成调整PE管的回收速度，从而调整卷盘式喷灌机灌水量的另一个循环过程。灌水量控制器能够设定循环频次，这样就完成了对卷盘式喷灌机灌水深度H的闭环控制，使灌水深度始终在（1±f%）H范围内，达到对卷盘式喷灌机灌水量进行智能精准控制的目的。
卷盘式喷灌机的喷灌条带宽度b计算公式如下：
b=2kR
式中：R—喷头射程；
k—射程叠加系数，与环境风速相关，从下表中选取：
灌水深度h计算公式为：。
上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施方式。但是凡是未脱离本发明技术原理的前提下，依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何简单修改、等同变化与改型，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (3)

1.一种卷盘式喷灌机灌水量智能精准控制系统的控制方法，卷盘式喷灌机灌水量智能精准控制系统包括用于测量田间作业环境下风速的风速传感器、用于测量卷盘式喷灌机流量的流量传感器、用于测量卷盘式喷灌机PE管回收线速度的PE管线速度传感器、调节卷盘式喷灌机水涡轮隔舌开度的由步进电机驱动的丝杠调节机构和灌水量控制器，流量传感器设置在卷盘式喷灌机进水管上，灌水量控制器通过CAN总线与风速传感器、流量传感器、PE管线速度传感器及步进电机连接，灌水量控制器根据卷盘式喷灌机流量、作业环境下风速及PE管回收线速度的信息，对步进电机进行控制从而控制水涡轮隔舌开度，调节PE管回收速度,对卷盘式喷灌机的灌水量进行智能精准控制，其特征在于，包括以下步骤：
a.卷盘式喷灌机喷灌作业开始，打开灌水量控制器，输入额定灌水深度H及喷枪的喷头射程R；
b．PE管线速度传感器测量喷灌机PE管回收的线速度v,流量传感器测量喷灌机的流量q,风速传感器测量田间作业环境下的风速；
c．通过线速度v、流量q及根据环境风速自动选择射程叠加系数k,计算喷灌机的灌水深度h；
d．将计算的灌水深度h与额定灌水深度H进行比对，当h＞(1+f%)H时，步进电机驱动丝杠调整机构，增大水涡轮的隔舌开度，从而增大PE管回收速度，减小卷盘式喷灌机的灌水量；当h＜(1-f%)H时，步进电机驱动丝杠调整机构，减小水涡轮的隔舌开度，从而减小PE管回收速度，增大卷盘式喷灌机的灌水量，其中f为灌水深度偏差，取值5～8；
e.重复步骤b、c、d，完成调整PE管的回收速度，从而调整卷盘式喷灌机灌水量的另一个循环过程。
2.权利要求1所述的控制方法，其特征在于：卷盘式喷灌机的喷灌条带宽度b计算公式如下：
b=2kR
式中：R—喷头射程；
k—射程叠加系数，与环境风速相关，当风速≤0.2 m/s时, k为0.8，当风速＞0.2～2m/s时, k为0.7～0.8，当风速＞2～4.5 m/s时, k为0.6～0.7，当风速＞4.5～5.5 m/s时,k为0.5～0.6。
3.权利要求2所述的控制方法，其特征在于：灌水深度h计算公式为：。
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