CN107943127A - 果园管道喷雾药液压力控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种果园管道喷雾药液压力控制装置及控制方法，所述装置包括控制系统、输入面板、输出面板、变频器、变频电动机、药泵、无线压力接收模块以及多个无线压力发送节点；所述控制系统分别与输入面板、输出面板、变频器和无线压力接收模块相连，所述变频器、变频电动机和药泵依次相连，所述药泵的进药端与药池相连，出药端与喷雾管道相连；所述多个无线压力发送节点部署在喷雾管道上，并分别与无线压力接收模块相连。本发明可以通过控制系统调节变频器的频率，控制变频电动机的转速，从而改变药泵的岀药量，以控制喷雾管道内的药液压力，解决传统管道喷雾对药液压力缺乏有效控制的问题，提高喷雾效果。

Description

果园管道喷雾药液压力控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种药液压力控制装置及控制方法，尤其是一种果园管道喷雾药液压力控制装置及控制方法，属于果园农药喷雾领域。

背景技术

我国南方多山地果园，水果是山地果农的“钱袋子”。果园每年需喷药8-12次，作业强度较大。目前，国外大多为标准化果园，可采用各种新技术进行喷药。而我国南方多为山地果园，移动式喷雾机械进难以进入，施药主要靠背负式喷雾机或机动担架式喷雾机带长胶管进行，劳动强度大且效率低。目前从事该劳作为老人和妇女，谁来施药成为热点问题。

近年来，国内外兴起的管道喷雾技术可多个出药口同时作业，省力省工，无需喷雾机具在果园中移动，适合山地果园使用。由于传统管道喷雾使用恒频恒压电动机，以恒定转速带动药泵运转输出恒定流量，对压力和药量输出缺乏有效控制，且管道药液压力随地形、管网布局、喷雾位置、出药口数目和作业方式不同会产生波动，同时，药液在管道中流动时会出现压力损失，从而导致药液压力不稳定且各点压力各不相同，影响施药效果且容易发生爆管。研究发现压力为影响喷雾性能指标如雾滴粒径、流量、雾滴均匀性、雾滴覆盖、漂移和沉积等的重要参数，因此管道喷雾中对整个喷雾管网的药液压力进行控制显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足之处，提供一种果园管道喷雾药液压力控制装置，该装置可以通过控制系统调节变频器的频率，控制变频电动机的转速，从而改变药泵的岀药量，以控制喷雾管道内的药液压力，解决传统管道喷雾对药液压力缺乏有效控制的问题，提高喷雾效果。

本发明的另一目的在于提供一种果园管道喷雾药液压力控制方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种果园管道喷雾药液压力控制装置，所述装置包括控制系统、输入面板、输出面板、变频器、变频电动机、药泵、无线压力接收模块以及多个无线压力发送节点；

所述控制系统分别与输入面板、输出面板、变频器和无线压力接收模块相连，所述变频器、变频电动机和药泵依次相连，所述药泵的进药端与药池相连，药泵的出药端与喷雾管道相连；所述多个无线压力发送节点部署在喷雾管道上，并分别与无线压力接收模块相连。

进一步的，所述控制系统包括单片机、电源电路、键盘电路、显示电路和信号输出电路，所述单片机分别与电源电路、键盘电路、显示电路、信号输出电路和无线压力接收模块相连，所述键盘电路与输入面板相连，所述显示电路与输出面板相连，所述信号输出电路与变频器相连，所述电源电路接入辅助电源。

进一步的，所述变频器接入三相交流电源，变频器与三相交流电源之间设有漏电开关，所述漏电开关的电源端与三相交流电源相连，漏电开关的负载端与变频器相连。

进一步的，每个无线压力发送节点包括无线压力变送器和电池，用于检测节点处喷雾管道内的药液压力，并将此压力数据的数字信号进行无线发送；无线压力接收模块通过无线通讯，接收无线发送压力节点传来的压力值。

进一步的，所述装置还包括控制箱，所述控制系统设置在控制箱内，所述输入面板和输出面板设置在控制箱上。

进一步的，所述喷雾管道上设有多个出药口，每个出药口上连接软管和喷枪。

进一步的，所述输入面板上设有频率/压力旋钮、极限/设定旋钮、降低/升高旋钮和启动/停止按钮；

所述频率/压力旋钮拨向左端进入频率控制工作模式，该模式先根据设定频率计算控制量，再通过信号输出电路将控制量转换成数字信号送往变频器，控制变频器输出交流电的频率以改变变频电动机的转速，从而使装置按设定频率进行喷雾；

所述频率/压力旋钮拨向右端进入压力控制工作模式，该模式首先接收各个无线压力发送节点发送的压力值，计算所有压力平均值，压力平均值的数字量经控制系统与预先设定的压力值比较后，获得压力误差及压力误差的变化率，根据控制算法获得控制量，该控制量经信号输出电路转换成数字信号送往变频器，控制变频器输出交流电的频率以改变变频电动机的转速，从而使喷雾管道中平均药液压力维持恒定；

所述极限/设定旋钮拨向左端时，选择预设管道极限压力，拨向右端时，选择预设管道设定频/压；

所述降低/升高旋钮用于对极限压力或设定频/压进行调节。

进一步的，所述输出面板上设有极限压力显示数码管、设定频/压显示数码管、平均压力显示数码管、最小压力显示数码管、最大压力显示数码管和最大压力点显示数码管。

进一步的，所述输出面板上还设有运行指示灯，所述运行指示灯用于指示装置运行状态。

本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种果园管道喷雾药液压力控制方法，所述方法包括以下步骤：

S1、接通电源，设定极限压力、变频器频率或喷雾管道平均压力，并接通外部的空气断路器；

S2、将极限/设定旋钮拨向左端或右端，输出面板上的极限压力显示数码管或设定频/压显示数码管闪烁，显示默认管道极限压力和默认设定频/压；将频率/压力旋钮拨向左端或右端，选择频率控制或压力控制喷雾模式；调节降低/升高旋钮修改极限压力或变频器的频率设定值；其他数码管不显示；

S3、按下启动/停止按钮，运行指示灯变绿灯，装置启动运行，极限压力显示数码管和设定频/压显示数码管常亮，显示已经设定好的极限压力和变频器的频率；平均压力显示数码管、最小压力显示数码管、最大压力显示数码管和最大压力点显示数码管常亮，实时显示各压力参数；

S4、装置启动后，变频器带动变频电动机，以驱动药泵工作，通过控制算法，使变频器的频率或喷雾管道的平均压力逐步达到设定值；运行过程中，无线压力发送节点实时发送各节点处的喷雾管道药液压力，若喷雾管道最大压力超过喷雾管道极限压力，装置进行紧急停机，运行指示灯变红灯，进行爆管报警，根据大压力点显示数码管的节点号确定爆管可能发生的位置，并对该节点附近的喷雾管道进行排查；若喷雾管道最大压力达到喷雾管道极限压力设定的某个百分比，运行指示灯变黄灯，进行爆管预警，将自动降低变频器运行频率预防爆管；

S5、再次按下启动/停止按钮，使变频器、变频电动机和药泵停止工作，断开外部的空气断路器，装置停止运行后系统会自动保存该次设定的极限压力和设定频/压，在下一次装置启动运行时自动调用。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明可以通过无线压力接收模块和多个无线压力发送节点来实时监测喷雾管道内的药液压力，通过控制系统的控制算法调节变频器的频率，控制变频电动机的转速，从而改变药泵的岀药量，以控制喷雾管道内的药液压力，解决传统管道喷雾对药液压力缺乏有效控制的问题，提高喷雾效果；此外，采用变频器和变频电动机控制，可以减少电能消耗。

2、本发明可以选择频率控制和压力控制两种喷雾工作模式，频率控制工作模式先根据设定频率计算控制量，再通过信号输出电路将控制量转换成数字信号送往变频器，控制变频器输出交流电的频率以改变变频电动机的转速，从而使装置按设定频率进行喷雾，压力控制工作模式首先接收各个无线压力发送节点发送的压力值，计算所有压力平均值，压力平均值的数字量经控制系统与预先设定的压力值比较后，获得压力误差及压力误差的变化率，根据控制算法获得控制量，该控制量经信号输出电路转换成数字信号送往变频器，控制变频器输出交流电的频率以改变变频电动机的转速，从而使喷雾管道中平均药液压力维持恒定。

3、本发明可以对喷雾管道的最大压力进行监控，可对爆管现象进行预测，可防止爆管，可紧急停机，避免农药浪费和污染环境，可根据最大压力点显示数码管的节点号确定爆管可能发生的位置，并对该节点附近管道进行排查，。

4、本发明利用运行指示灯可以指示装置的运行状态，在出现爆管现象时，进行爆管报警，在预测到可能出现爆管现象时，进行爆管预警。

5、本发明的喷雾管道上设有多个出药口，每个出药口上连接软管和喷枪，多个出药口同时喷雾，泵房无需专人值守，可省力省工，可提高喷药效率。

6、本发明无需机具在果园移动行走，能够广泛应用于山地果园和密植果园。

附图说明

图1为本发明实施例1的果园管道喷雾药液压力控制装置的组成框图。

图2为本发明实施例1的果园管道喷雾药液压力控制装置中控制系统的组成框图。

图3为本发明实施例1的果园管道喷雾药液压力控制装置中控制箱的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

本实施例在果园地下预先埋设果园专用PVC喷雾管道，喷雾管道包括相连的喷雾主管和喷雾支管，喷雾支管上每隔5m安装上升至地面的立式出药口，出药口上连接软管和喷枪。

如图1所示，本实施例提供了一种果园管道喷雾药液压力控制装置，该装置包括控制系统、输入面板、输出面板、变频器、变频电动机、药泵、无线压力接收模块以及多个无线压力发送节点。

所述控制系统分别与输入面板、输出面板、变频器和无线压力接收模块相连，所述变频器、变频电动机和药泵依次相连，变频器带动变频电动机，以驱动药泵做机械运动，变频器接入三相交流电源，以便对变频器供电，变频器与三相交流电源之间设有漏电开关，所述漏电开关的电源端与三相交流电源相连，漏电开关的负载端与变频器相连；药泵的进药端与药池相连，药泵的出药端与喷雾管道相连，具体与喷雾主管相连；多个无线压力发送节点部署在喷雾管道上，具体部署在喷雾支管上，本实施例的喷雾支管上每隔15m安装一个无线压力发送节点，多个无线压力发送节点分别与无线压力接收模块相连，每个无线压力发送节点包括无线压力变送器和电池，用于检测节点处喷雾管道内的药液压力，并将此压力数据的数字信号进行无线发送；无线压力接收模块通过无线通讯，接收无线发送压力节点传来的压力值，无线压力接收模块和无线压力发送节点之间为一对多关系，即一个无线压力接收模块对应多个无线压力发送节点，一个无线压力接收模块同时接收多个无线压力发送节点的信号。

如图2所示，所述控制系统包括单片机、电源电路、键盘电路、显示电路和信号输出电路，所述单片机分别与电源电路、键盘电路、显示电路、信号输出电路和无线压力接收模块相连，所述键盘电路与输入面板相连，所述显示电路与输出面板相连，单片机用于处理无线压力接收模块接收到的压力信号和输入面板传来的控制信号，对整个喷雾管道内的药液压力进行实时控制，通过控制算法使装置按设定频率或设定平均压力运行，以及将各种主要参数输出到输出面板进行显示；所述信号输出电路与变频器相连，具体与变频器的485通讯接口端相连，信号输出电路用于将控制量转换成数字信号送到变频器的485通讯接口端；所述电源电路接入辅助电源，以便为整个控制系统供电。

为了方便用户操作，本实施例的果园管道喷雾药液压力控制装置还包括控制箱，控制箱的外部结构如图3所示，其中控制系统设置在控制箱内，输入面板和输出面板设置在控制箱上，具体地，控制箱上设有门锁，当开启门锁后，可以对控制箱内的控制系统进行维护。

进一步地，所述输入面板上设有频率/压力旋钮、极限/设定旋钮、降低/升高旋钮和启动/停止按钮。

通过频率/压力旋钮可以使装置选择频率控制和压力控制两种喷雾工作模式，其中选择频率控制工作模式通过将频率/压力旋钮拨向左端实现，该模式先根据设定频率计算控制量，再通过信号输出电路将控制量转换成数字信号送往变频器，控制变频器输出交流电的频率以改变变频电动机的转速，从而使装置按设定频率进行喷雾；而选择压力控制工作模式通过将频率/压力旋钮拨向右端实现，该模式首先接收各个无线压力发送节点发送的压力值，计算所有压力平均值，压力平均值的数字量经控制系统与预先设定的压力值比较后，获得压力误差及压力误差的变化率，根据控制算法获得控制量，该控制量经信号输出电路转换成数字信号送往变频器，控制变频器输出交流电的频率以改变变频电动机的转速，从而使喷雾管道中平均药液压力维持恒定。

通过极限/设定旋钮可以选择预设管道极限压力，或选择预设管道设定频/压，其中选择预设管道极限压力通过将极限/设定旋钮拨向左端实现，选择预设管道设定频/压通过将极限/设定旋钮拨向右端实现，在频率控制工作模式下，极限/设定旋钮拨向右端是选择预设管道设定频率，在压力控制工作模式下，极限/设定旋钮拨向右端是选择预设管道设定压力。

降低/升高旋钮用于对极限压力或设定频/压进行调节，当极限/设定旋钮选择预设管道极限压力时，降低/升高旋钮调节的是极限压力，当极限/设定旋钮选择预设管道设定频/压，降低/升高旋钮调节的是设定频/压；启动/停止按钮用于对装置进行软启动和软停止。

进一步地，所述输出面板上设有极限压力显示数码管、设定频/压显示数码管、平均压力显示数码管、最小压力显示数码管、最大压力显示数码管和最大压力点显示数码管；优选地，所述输出面板上还设有运行指示灯，运行指示灯用于指示装置运行状态。

由以上所述可知，本实施例的装置可以实时监测整个喷雾管道内的药液压力；控制面板可显示主要压力参数；通过输入面板预设和调节变频器频率控制变频电动机的转速，从而改变药泵的岀药量，以控制喷雾管道内的药液压力；通过对喷雾管道的最大压力进行监控，可对爆管现象进行预测，可防止爆管，可紧急停机，避免农药浪费和污染环境；通过输出面板显示最大压力点，可方便排查爆管可能发生的位置；运行指示灯可直观给出爆管警示。

实施例2：

本实施例提供了一种果园管道喷雾药液压力控制方法，该方法需要预先搭建好管道喷雾平台，包括安装好喷雾管道，连接好软管和喷枪，部署好无线压力发送节点，组装好变频电动喷雾机组(包括变频电动机、药泵、机组底架、皮带轮、防护网)，安装好控制箱和变频器，其包括以下步骤：

S1、接通电源，设定极限压力、变频器频率或喷雾管道平均压力，并接通外部的空气断路器；

S2、将极限/设定旋钮拨向左端或右端，输出面板上的极限压力显示数码管或设定频/压显示数码管闪烁，显示默认管道极限压力和默认设定频/压；将频率/压力旋钮拨向左端或右端，选择频率控制或压力控制喷雾模式；调节降低/升高旋钮修改极限压力或变频器的频率设定值，修改精度分别为±0.1MPa，±2Hz；其他数码管不显示；设定频/压在装置运行过程中可利用上位机在线修改；

S3、按下启动/停止按钮，运行指示灯变绿灯，装置启动运行，极限压力显示数码管和设定频/压显示数码管常亮，显示已经设定好的极限压力和变频器的频率；平均压力显示数码管、最小压力显示数码管、最大压力显示数码管和最大压力点显示数码管常亮，实时显示各压力参数；

S4、装置启动后，变频器带动变频电动机，以驱动药泵工作，通过控制算法，使变频器的频率或喷雾管道的平均压力逐步达到设定值；运行过程中，无线压力发送节点实时发送各节点处的喷雾管道药液压力，若喷雾管道最大压力超过喷雾管道极限压力，装置进行紧急停机，运行指示灯变红灯，进行爆管报警，根据大压力点显示数码管的节点号确定爆管可能发生的位置，并对该节点附近的喷雾管道进行排查；若喷雾管道最大压力达到喷雾管道极限压力设定的某个百分比，运行指示灯变黄灯，进行爆管预警，利用控制程序将自动降低变频器运行频率预防爆管；

S5、再次按下启动/停止按钮，使变频器、变频电动机和药泵停止工作，断开外部的空气断路器，装置停止运行后系统会自动保存该次设定的极限压力和设定频/压，在下一次装置启动运行时自动调用。

综上所述，本发明可以通过无线压力接收模块和多个无线压力发送节点来实时监测喷雾管道内的药液压力，通过控制系统的控制算法调节变频器的频率，控制变频电动机的转速，从而改变药泵的岀药量，以控制喷雾管道内的药液压力，解决传统管道喷雾对药液压力缺乏有效控制的问题，提高喷雾效果；此外，采用变频器和变频电动机控制，可以减少电能消耗。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种果园管道喷雾药液压力控制装置，其特征在于：所述装置包括控制系统、输入面板、输出面板、变频器、变频电动机、药泵、无线压力接收模块以及多个无线压力发送节点；

所述控制系统分别与输入面板、输出面板、变频器和无线压力接收模块相连，所述变频器、变频电动机和药泵依次相连，所述药泵的进药端与药池相连，药泵的出药端与喷雾管道相连；所述多个无线压力发送节点部署在喷雾管道上，并分别与无线压力接收模块相连。

2.根据权利要求1所述的一种果园管道喷雾药液压力控制装置，其特征在于：所述控制系统包括单片机、电源电路、键盘电路、显示电路和信号输出电路，所述单片机分别与电源电路、键盘电路、显示电路、信号输出电路和无线压力接收模块相连，所述键盘电路与输入面板相连，所述显示电路与输出面板相连，所述信号输出电路与变频器相连，所述电源电路接入辅助电源。

3.根据权利要求1所述的一种果园管道喷雾药液压力控制装置，其特征在于：所述变频器接入三相交流电源，变频器与三相交流电源之间设有漏电开关，所述漏电开关的电源端与三相交流电源相连，漏电开关的负载端与变频器相连。

4.根据权利要求1所述的一种果园管道喷雾药液压力控制装置，其特征在于：每个无线压力发送节点包括无线压力变送器和电池，用于检测节点处喷雾管道内的药液压力，并将此压力数据的数字信号进行无线发送；无线压力接收模块通过无线通讯，接收无线发送压力节点传来的压力值。

5.根据权利要求1所述的一种果园管道喷雾药液压力控制装置，其特征在于：所述装置还包括控制箱，所述控制系统设置在控制箱内，所述输入面板和输出面板设置在控制箱上。

6.根据权利要求1所述的一种果园管道喷雾药液压力控制装置，其特征在于：所述喷雾管道上设有多个出药口，每个出药口上连接软管和喷枪。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种果园管道喷雾药液压力控制装置，其特征在于：所述输入面板上设有频率/压力旋钮、极限/设定旋钮、降低/升高旋钮和启动/停止按钮；

所述频率/压力旋钮拨向左端进入频率控制工作模式，该模式先根据设定频率计算控制量，再通过信号输出电路将控制量转换成数字信号送往变频器，控制变频器输出交流电的频率以改变变频电动机的转速，从而使装置按设定频率进行喷雾；

所述频率/压力旋钮拨向右端进入压力控制工作模式，该模式首先接收各个无线压力发送节点发送的压力值，计算所有压力平均值，压力平均值的数字量经控制系统与预先设定的压力值比较后，获得压力误差及压力误差的变化率，根据控制算法获得控制量，该控制量经信号输出电路转换成数字信号送往变频器，控制变频器输出交流电的频率以改变变频电动机的转速，从而使喷雾管道中平均药液压力维持恒定；

所述极限/设定旋钮拨向左端时，选择预设管道极限压力，拨向右端时，选择预设管道设定频/压；

所述降低/升高旋钮用于对极限压力或设定频/压进行调节。

8.根据权利要求1-6任一项所述的一种果园管道喷雾药液压力控制装置，其特征在于：所述输出面板上设有极限压力显示数码管、设定频/压显示数码管、平均压力显示数码管、最小压力显示数码管、最大压力显示数码管和最大压力点显示数码管。

9.根据权利要求8所述的一种果园管道喷雾药液压力控制装置，其特征在于：所述输出面板上还设有运行指示灯，所述运行指示灯用于指示装置运行状态。

10.一种果园管道喷雾药液压力控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

S1、接通电源，设定极限压力、变频器频率或喷雾管道平均压力，并接通外部的空气断路器；

S2、将极限/设定旋钮拨向左端或右端，输出面板上的极限压力显示数码管或设定频/压显示数码管闪烁，显示默认管道极限压力和默认设定频/压；将频率/压力旋钮拨向左端或右端，选择频率控制或压力控制喷雾模式；调节降低/升高旋钮修改极限压力或变频器的频率设定值；其他数码管不显示；

S3、按下启动/停止按钮，运行指示灯变绿灯，装置启动运行，极限压力显示数码管和设定频/压显示数码管常亮，显示已经设定好的极限压力和变频器的频率；平均压力显示数码管、最小压力显示数码管、最大压力显示数码管和最大压力点显示数码管常亮，实时显示各压力参数；

S4、装置启动后，变频器带动变频电动机，以驱动药泵工作，通过控制算法，使变频器的频率或喷雾管道的平均压力逐步达到设定值；运行过程中，无线压力发送节点实时发送各节点处的喷雾管道药液压力，若喷雾管道最大压力超过喷雾管道极限压力，装置进行紧急停机，运行指示灯变红灯，进行爆管报警，根据大压力点显示数码管的节点号确定爆管可能发生的位置，并对该节点附近的喷雾管道进行排查；若喷雾管道最大压力达到喷雾管道极限压力设定的某个百分比，运行指示灯变黄灯，进行爆管预警，将自动降低变频器运行频率预防爆管；

S5、再次按下启动/停止按钮，使变频器、变频电动机和药泵停止工作，断开外部的空气断路器，装置停止运行后系统会自动保存该次设定的极限压力和设定频/压，在下一次装置启动运行时自动调用。