CN107047250B - 一种高安全性的灌溉系统 - Google Patents

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Abstract

一种高安全性的灌溉系统，其特征是，包括农药液箱、水箱、抽水泵、油变压器、变压器故障诊断装置、主滤网、旁路滤网、土壤水分检测器、控制器和计时器，农药液箱连通于水箱的顶部，抽水泵设置于输水管道上，主滤网设置于抽水泵后，旁路滤网旁路于主滤网的两端，主滤网的前后设置有压差开关；油变压器的低压侧向抽水泵和控制器供电，输水管道上设置有主电动阀，土壤水分检测器用于检测被灌溉土壤的含水量。

Description

一种高安全性的灌溉系统
技术领域
本发明涉及农业领域，具体涉及一种高安全性的灌溉系统。
背景技术
在农业灌溉领域中，对农作物进行合理有效的灌溉是非常重要的，其直接影响到作物的成长速度和质量。其中，水分和农药的用量控制尤其重要，而灌溉用水的干净也直接影响到农作物的质量。另外，用于给灌溉系统供电的变压器的状态判断和可靠运行，也是十分重要的。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种高安全性的灌溉系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种高安全性的灌溉系统，包括农药液箱、水箱、抽水泵、油变压器、变压器故障诊断装置、主滤网、旁路滤网、土壤水分检测器、控制器和计时器，农药液箱连通于水箱的顶部，抽水泵设置于输水管道上，主滤网设置于抽水泵后，旁路滤网旁路于主滤网的两端，主滤网的前后设置有压差开关；油变压器的低压侧向抽水泵和控制器供电，输水管道上设置有主电动阀，土壤水分检测器用于检测被灌溉土壤的含水量；变压器故障诊断装置用于对油变压器进行故障诊断，其包括特征变量模块、向量模块、权量和超参数模块、概率模型模块、标准化输入参数修正模块、最终概率模块和平滑概率模块。
本发明的有益效果为：该灌溉系统能够准确地控制灌溉用水和农药用量，且能保证用水的农药的纯洁度，同时还配置了精确有效的油变压器故障诊断装置，提高了系统的整体安全性能。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是变压器故障诊断装置的结构示意图。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
请参见如图1-2所示的一种高安全性的灌溉系统，包括农药液箱1、水箱2、抽水泵3、油变压器4、变压器故障诊断装置5、主滤网6、旁路滤网7、土壤水分检测器8、控制器9和计时器10，农药液箱1连通于水箱2的顶部，抽水泵3设置于输水管道上11，主滤网6设置于抽水泵3后，旁路滤网7旁路于主滤网6的两端，主滤网6的前后设置有压差开关12。油变压器4的低压侧向抽水泵3和控制器9供电，输水管道11上设置有主电动阀13，土壤水分检测器8用于检测被灌溉土壤的含水量。
变压器故障诊断装置5用于对油变压器1进行故障诊断，其包括特征变量模块51、向量模块52、权量和超参数模块53、概率模型模块54、标准化输入参数修正模块55、最终概率模块56和平滑概率模块57。
(1)所述特征变量模块51具体执行：选取H2、CH4、C2H+、C2H4、C2H2五种特征气体含量作为向量机分类器的输入特征变量θ，并按下式对输入特征变量进行标准化处理：
其中，θmin为气体含量的最小值，θmax为气体含量的最大值，GS为气体含量标准化的上限设定常量，GI为气体含量标准化的下限设定常量，x为标准化后的输入特征变量。
作为进一步的优选方案，所述控制器9分别与计时器10、抽水泵3、旁路电动阀15、农药控制阀14、压差开关12和土壤水分检测器8电连接，所述控制器9采用STC系列单片机，所述农药控制阀14为电磁控制阀。
(2)所述向量模块52具体执行：
设定权重收敛期望值ws、超参数收敛期望值fs和最大迭代次数N，在样品数据中按下式得到φ(xn)：
其中，n为迭代变量，xn为第n次迭代的输入特征变量， S(xn,x2),…,S(xn,xN)依此类推，U为S函数的函数系数，‖‖为范数符号。
作为进一步的优选方案，所述农药液箱1和水箱2内均设置有液位检测器，所述液位检测器于控制器9电连接，控制器9根据农药液箱1和水箱2的水位来控制农药控制阀14的开度，从而控制灌溉用水和农药的混合比例，同时通过计时器10来控制抽水泵3的运行时间，避免灌溉时间过长。
(3)所述权量和超参数模块53具体执行：按下式计算梯度向量r：
其中，y(n)＝wn×S(xn,xN)+w0，g(n)＝(ε+1)×y(n)，wn为当前权重，w0为人为设定的权重基量，ε为人为设定的噪音误差系数；当n＝1时，令w1为人为设定的常值权量；
按下式计算矩阵H：
其中，ZE＝diag[1，y(1)(1-y(1)),y(2)(1-y(2)),…,y(N)(1-y(N))]，A0为人为设定的定值N+1行N+1列对称矩阵，易知当n和xn确定时H为N+1行N+1列矩阵；
得到梯度向量g和矩阵H后，更新当前权量为 其中w′n为更新后的权量；
按下式求取参数fn:
其中，γn＝1-fn-1×Ai,i，为协方差，且当n＝1时，以及fn-1＝f0均为人为设定值；协方差采用定量式协方差，即均为人设定值，Ai,i为矩阵φ(xn)×[φ(xn)]T的第i项对角线元素，i为小于等于N+1的整数。
作为进一步的优选方案，当压差开关12检测到主滤网6的前后压差过大时，向控制器9发送信号，控制器9控制旁路电动阀15开大阀门开度，直至差压开关12的压差过大信号消失为止；输水管道11的末端设置有多个用于喷水的灌溉喷头16。
(4)所述概率模型模块54具体执行：
递增迭代变量n，直至得到的w′n和fn分别收敛于各自的期望值ws、fs，则按下式输出向量机概率模型Z(w′n|fn)：
其中N(.)为正态分布函数；
该诊断装置能够以概率的形式输出诊断结果，便于分析问题的不确定性，能够有效地解决少样本数据情况下的诊断问题，诊断正确率优异，诊断速度更快。
作为进一步的优选方案，所述旁路滤网7采用铝合金本体加付生物抗菌剂制成，将生物抗菌剂稀释后加在雾化器内，并打开雾化器，使抗菌剂由液态变化成气雾状，将旁路滤网7放在传送带上，通过雾化器上方，使生物抗菌剂能均匀地喷在旁路滤网7表面，将雾化后的旁路滤网7传送至烘干设备内进行烘干，使生物抗菌剂附着在旁路滤网7上。
(5)所述标准化输入参数修正模块55具体执行：
引入国标DL/T722-2000变压器油中溶解气体分析和判断导则中给出的气体含量注意值θs，按下式记录准预警项L：
其中，M1为θ≥θs的累计时间，单位秒。
(6)所述最终概率模块56具体执行：将待检测的五种特征气体含量输入所述向量机概率模型，得到中间概率值Bi，当L小于准预警项的设定值LS时，将Bi值更新为Bi-0.03，作为最终概率值，否则直接将得到的中间概率值Bi作为最终概率值；如果得到的最终概率值大于0.6，则判断为正常状态，否则为故障状态；如果得到的最终概率值在0～0.2之间，则判断为电性故障，如果在0.2～0.6之间，则判断为非电性故障；如果得到的最终概率值在0～0.11之间，则判断为高能放电故障，如果得到的最终概率值在0.11～0.2之间则判断为低能放电故障；如果得到的最终概率值在0.2～0.4之间，则判断为高温过热故障，如果得到的最终概率值在0.4～0.6之间则判断为低温过热故障。
引入国标DL/T722-2000变压器油中溶解气体分析和判断导则中给出的气体含量注意值和超限累计时间作为概率P的修正依据，可以很大程度克服气体含量采集带来的误差，为最终的故障判断提高更可靠的依据。
作为进一步的优选方案，所述主滤网6采用不锈钢合金本体加付生物抗菌剂制成，将生物抗菌剂稀释后加在雾化器内，并打开雾化器，使抗菌剂由液态变化成气雾状，将主滤网6放在传送带上，通过雾化器上方，使生物抗菌剂能均匀地喷在主滤网6表面，将雾化后的6主滤网传送至烘干设备内进行烘干，使生物抗菌剂附着在主滤网6上。
(7)所述平滑概率模块57具体执行：将中间概率值Bi按下式变换得到正弦概率Bisin:
如果得到的平滑概率值大于0.5，则判断为正常状态，否则为故障状态；如果得到的平滑概率值在0～0.25之间，则判断为电性故障，如果得到的平滑概率值在0.25～0.5之间，则判断为非电性故障；如果得到的平滑概率值在0～0.125之间，则判断为高能放电故障，如果得到的平滑概率值在0.125～0.25之间则判断为低能放电故障；如果得到的平滑概率值在0.25～0.375之间，则判断为高温过热故障，如果得到的平滑概率值在0.375～0.5之间则判断为低温过热故障；最终概率模块中最终概率值的故障判断与Bisin的故障判断，为与的关系，两者均满足时则发出相应故障报警。
通过增加正弦概率的变换和判断，克服了以往概率输出不够平滑容易发生误报警的问题，提高了故障判断的可靠性。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种高安全性的灌溉系统，其特征是，包括农药液箱、水箱、抽水泵、油变压器、变压器故障诊断装置、主滤网、旁路滤网、土壤水分检测器、控制器和计时器，农药液箱连通于水箱的顶部，抽水泵设置于输水管道上，主滤网设置于抽水泵后，旁路滤网旁路于主滤网的两端，主滤网的前后设置有压差开关；油变压器的低压侧向抽水泵和控制器供电，输水管道上设置有主电动阀，土壤水分检测器用于检测被灌溉土壤的含水量；变压器故障诊断装置用于对油变压器进行故障诊断，其包括特征变量模块、向量模块、权量和超参数模块、概率模型模块、标准化输入参数修正模块、最终概率模块和平滑概率模块。
2.根据权利要求1所述的一种高安全性的灌溉系统，其特征是，所述农药液箱与水箱之间的连通管道上设置有农药控制阀，计时器安装于水箱的外壁体上，旁路滤网后安装有旁路电动阀；所述特征变量模块具体执行：选取H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2五种特征气体含量作为向量机分类器的输入特征变量θ，并按下式对输入特征变量进行标准化处理：
其中，θmin为气体含量的最小值，θmax为气体含量的最大值，GS为气体含量标准化的上限设定常量，GI为气体含量标准化的下限设定常量，x为标准化后的输入特征变量。
3.根据权利要求2所述的一种高安全性的灌溉系统，其特征是，所述控制器分别与计时器、抽水泵、旁路电动阀、农药控制阀、压差开关和土壤水分检测器电连接，所述控制器采用STC系列单片机，所述农药控制阀为电磁控制阀；所述向量模块具体执行：
设定权量收敛期望值ws、超参数收敛期望值fs和最大迭代次数N，在样品数据中按下式得到φ(xn)：
其中，n为迭代变量，xn为第n次迭代的输入特征变量， S(xn,x2),…,S(xn,xN)依此类推，KO为S函数的函数系数，||||为范数符号。
4.根据权利要求3所述的一种高安全性的灌溉系统，其特征是，所述农药液箱和水箱内均设置有液位检测器，所述液位检测器与控制器电连接，控制器根据农药液箱和水箱的水位来控制农药控制阀的开度，从而控制灌溉用水和农药的混合比例，同时通过计时器来控制抽水泵的运行时间，避免灌溉时间过长；所述权量和超参数模块具体执行：按下式计算梯度向量r：
其中，y(n)＝wn×S(xn,xN)+w0，g(n)＝(ε+1)×y(n)，wn为当前权量，w0为人为设定的权量基量，ε为人为设定的噪音误差系数；当n＝1时，令w1为人为设定的常值权量；
按下式计算矩阵H：
其中，ZE＝diag[1，y(1)(1-y(1)),y(2)(1-y(2)),…,y(N)(1-y(N))]，A0为人为设定的定值N+1行N+1列对称矩阵，易知当n和xn确定时H为N+1行N+1列矩阵；
得到梯度向量r和矩阵H后，更新当前权量为其中w'n为更新后的权量；
按下式求取参数fn:
其中，γn＝1-fn-1×Ai,i，为协方差，且当n＝1时，以及fn-1＝f0均为人为设定值；协方差采用定量式协方差，即均为人设定值，Ai,i为矩阵φ(xn)×[φ(xn)]T的第i项对角线元素，i为小于等于N+1的整数。
5.根据权利要求4所述的一种高安全性的灌溉系统，其特征是，当压差开关检测到主滤网的前后压差过大时，向控制器发送信号，控制器控制旁路电动阀开大阀门开度，直至压差开关的压差过大信号消失为止；输水管道的末端设置有多个用于喷水的灌溉喷头；所述概率模型模块具体执行：
递增迭代变量n，直至得到的w'n和fn分别收敛于各自的期望值ws、fs，则按下式输出向量机概率模型Z(w'n|fn)：
其中N(.)为正态分布函数；
所述标准化输入参数修正模块具体执行：
引入国标DL/T722-2000变压器油中溶解气体分析和判断导则中给出的气体含量注意值θs，按下式记录准预警项L：其中，M1为θ≥θs的累计时间，单位秒。
6.根据权利要求5所述的一种高安全性的灌溉系统，其特征是，所述旁路滤网采用铝合金本体加付生物抗菌剂制成，将生物抗菌剂稀释后加在雾化器内，并打开雾化器，使抗菌剂由液态变化成气雾状，将旁路滤网放在传送带上，通过雾化器上方，使生物抗菌剂能均匀地喷在旁路滤网表面，将雾化后的旁路滤网传送至烘干设备内进行烘干，使生物抗菌剂附着在旁路滤网上；所述最终概率模块具体执行：将待检测的五种特征气体含量输入所述向量机概率模型，得到中间概率值Bi，当L小于准预警项的设定值LS时，将Bi值更新为Bi-0.03，作为最终概率值，否则直接将得到的中间概率值Bi作为最终概率值；如果得到的最终概率值大于0.6，则判断为正常状态，否则为故障状态；如果得到的最终概率值在0～0.2之间，则判断为电性故障，如果在0.2～0.6之间，则判断为非电性故障；如果得到的最终概率值在0～0.11之间，则判断为高能放电故障，如果得到的最终概率值在0.11～0.2之间则判断为低能放电故障；如果得到的最终概率值在0.2～0.4之间，则判断为高温过热故障，如果得到的最终概率值在0.4～0.6之间则判断为低温过热故障。
7.根据权利要求6所述的一种高安全性的灌溉系统，其特征是，所述主滤网采用不锈钢合金本体加付生物抗菌剂制成，将生物抗菌剂稀释后加在雾化器内，并打开雾化器，使抗菌剂由液态变化成气雾状，将主滤网放在传送带上，通过雾化器上方，使生物抗菌剂能均匀地喷在主滤网表面，将雾化后的过主滤网传送至烘干设备内进行烘干，使生物抗菌剂附着在主滤网上；所述平滑概率模块具体执行：将中间概率值Bi按下式变换得到正弦概率Bisin:
如果得到的平滑概率值大于0.5，则判断为正常状态，否则为故障状态；如果得到的平滑概率值在0～0.25之间，则判断为电性故障，如果得到的平滑概率值在0.25～0.5之间，则判断为非电性故障；如果得到的平滑概率值在0～0.125之间，则判断为高能放电故障，如果得到的平滑概率值在0.125～0.25之间则判断为低能放电故障；如果得到的平滑概率值在0.25～0.375之间，则判断为高温过热故障，如果得到的平滑概率值在0.375～0.5之间则判断为低温过热故障；最终概率模块中最终概率值的故障判断与Bisin的故障判断，为与的关系，两者均满足时则发出相应故障报警。
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