CN108076919A - 一种设施大棚内喷淋灌溉-喷雾降温一体化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种设施大棚内喷淋灌溉‑喷雾降温一体化系统，包括PLC主控制器、HMI触摸屏、温湿度传感器、变频控制器、水泵、肥液箱、水箱、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、过滤器和喷淋‑喷雾管路系统。本发明适用于普通大棚喷雾管路系统，具有应用范围广、可复制性强的特点。该系统可分为两种工作模式，即喷淋灌溉和喷雾降温。喷淋灌溉模式下，能够实现对棚内作物的灌溉和施肥；在喷雾降温模式下，能够通过调节喷雾压力使喷出的水进一步雾化，弥漫整个棚室内，达到加湿和降温的效果。

Description

一种设施大棚内喷淋灌溉-喷雾降温一体化系统
技术领域
本发明属于变量喷雾技术应用技术领域，具体涉及一种设施大棚内喷淋灌溉-喷雾降温一体化系统。
背景技术
作为精准农业技术体系的重要组成部分，现代农业智能装备已广泛应用于农田整理和农作物播种、施肥、灌溉及收获等农业生产的各个环节。设施农业作为改造传统农业，助推农业现代化的重要手段，是精确农业发展的主要发展方向，设施农业机械化水平迅速提高，其中，精确喷雾技术发展较快，已初步形成精确化、多用途的喷雾系统，如变量喷雾技术、喷雾降温技术、水肥一体化喷灌技术等都得到了广泛的应用。为进一步推进设施农业精细化控制，各项喷雾技术和喷雾系统正在不断改进和创新。
发明内容
本发明的目的是基于设施大棚内作物生长需求，基于变量喷雾技术集成与创新，提出了一种设施大棚内喷淋灌溉-喷雾降温一体化系统，能够集喷淋灌溉和喷雾降温于一体。
本发明是这样实现的，一种设施大棚内喷淋灌溉-喷雾降温一体化系统，包括PLC主控制器、HMI触摸屏、温湿度传感器、变频控制器、水泵、肥液箱、水箱、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、过滤器和喷淋-喷雾管路系统；所述PLC主控制器连接有HMI触摸屏以及安装在农业设施大棚内的温湿度传感器，所述PLC主控制器由HMI触摸屏进行控制，所述PLC主控制器经变频控制器连接水泵，所述第一电磁阀、第二电磁阀与PLC主控制器连接并由PLC主控制器控制启闭，所述水泵的进水口经管路分别连接第一电磁阀、第二电磁阀，所述水泵的出水口经管路依次连接第三电磁阀和过滤器，所述过滤器经管路依次连接水压表和喷淋-喷雾管路系统，所述肥液箱和水箱分别通过进水管道与外部水源连接，且所述肥液箱与外部水源连接的进水管道上设置有第一水阀，所述水箱与外部水源连接的进水管道上设置有第二水阀；
所述喷淋-喷雾管路系统设置于农业设施大棚内，所述喷淋-喷雾管路系统包括多个可喷雾的喷雾管路。
进一步，所述喷淋-喷雾管路系统的多个喷雾管路安装在农业设施大棚的大棚钢骨上。
进一步，所述PLC主控制器采PZ-36MT-3DA-3AD型PLC。
进一步，所述HMI触摸屏采用WQT_T8060_104触摸屏。
进一步，所述温湿度传感器选择AQ3005Y电压型温湿度变送器。
进一步，所述水泵选用功率2.2kw的JET42-2.2型JET系列喷射式电泵。
进一步，所述变频控制器选择KZ100-2.2K-2型变频调速器。
进一步，所述喷淋-喷雾管路系统的喷雾管路采用UPVC塑料管材制作而成，所述喷雾管路搭配安装有十字微喷头。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种设施大棚内喷淋灌溉-喷雾降温一体化系统，该系统适用于普通大棚喷雾管路系统，具有应用范围广、可复制性强的特点。该系统可分为两种工作模式，即喷淋灌溉和喷雾降温。喷淋灌溉模式下，能够实现对棚内作物的灌溉和施肥；在喷雾降温模式下，能够通过调节喷雾压力使喷出的水进一步雾化，弥漫整个棚室内，达到加湿和降温的效果。该发明可以同时实现设施大棚内喷淋灌溉和喷雾降温两种功能，在一定程度上实现了温室作物生长过程中的水分、养分以及温湿度调控。
附图说明
图1是本发明系统基本结构图；
图2是本发明管路及喷头布置示意图；
图3是本发明系统喷淋-喷雾两种模式程序设计框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明实施例提供的一种设施大棚内喷淋灌溉-喷雾降温一体化系统，包括PLC主控制器1、HMI触摸屏2、温湿度传感器3、变频控制器4、水泵5、肥液箱6、水箱7、第一电磁阀9、第二电磁阀10、第三电磁阀11、过滤器12和喷淋-喷雾管路系统8；PLC主控制器1连接有HMI触摸屏2以及安装在农业设施大棚内的温湿度传感器3，PLC主控制器1由HMI触摸屏2进行控制，PLC主控制器1经变频控制器4连接水泵5，第一电磁阀9、第二电磁阀10与PLC主控制器1连接并由PLC主控制器1控制启闭，水泵5的进水口经管路分别连接第一电磁阀9、第二电磁阀10，水泵5的出水口经管路依次连接第三电磁阀11和过滤器12，过滤器12经管路依次连接水压表15和喷淋-喷雾管路系统8，肥液箱6和水箱7分别通过进水管道与外部水源连接，且肥液箱6与外部水源连接的进水管道上设置有第一水阀13，水箱7与外部水源连接的进水管道上设置有第二水阀14；
喷淋-喷雾管路系统8设置于农业设施大棚内，喷淋-喷雾管路系统8包括多个可喷雾的喷雾管路。
其中，喷淋-喷雾管路系统8的多个喷雾管路安装在农业设施大棚的大棚钢骨上。喷头的布置与温室结构密切相关，在本发明系统实施时，本系统以825标准钢骨大棚为安装主体，825标准钢骨大棚长30m、跨度8m、肩高2m、顶高3m，在考虑整个温室的结构特点、温室内植物的种植情况及喷头喷射范围后，本发明选用4路30m长的喷灌带进行喷雾，喷灌带安装于离地面2m高处，相邻两路喷灌带之间间隔2m，相邻两喷头间距2m。喷头布置如图2所示。
在本发明实施例中，PLC主控制器1采PZ-36MT-3DA-3AD型PLC，其价格相对合理且运行可靠，基于ARM Cortex-M332位核心芯片，通过系统集成可实现温室内所有执行设备的控制。
HMI触摸屏2采用WQT_T8060_104触摸屏，本发明采用HMI触摸屏2作为系统的监控画面，能够用于自动控制的参数设置和手动控制，该触摸屏具有画面直观、操作简单、兼容良好、性价比高等特点。
基于简便性、数据的准确性、价格的合理性、性能的稳定性等因素的考量，在本发明实施例中，温湿度传感器3选择AQ3005Y电压型温湿度变送器。
水泵是整个喷雾系统的动力来源，考虑系统工作压力、喷雾流量等因素，本发明系统中，水泵5选用功率2.2kw的JET42-2.2型JET系列喷射式电泵，满足整个系统的要求。
变频控制器4选择KZ100-2.2K-2型变频调速器，系统中变频控制器4的主要作用是用于改变水泵出水压力，达到变频调压的效果。。
喷淋-喷雾管路系统8的喷雾管路采用UPVC塑料管材制作而成，喷雾管路搭配安装有十字微喷头，采用这种低流量雾化喷头，可垂直安装于适当位置，具有雾化效果好、喷洒稳定、连接方式简单、防漏滴等特点。
在本发明实施例中，PLC主控制器1作为主控制单元，可根据控制策略，通过温湿度传感器3采集棚室内温湿度信息，以及通过HMI(Human Machine Interface)触摸屏输入的参数量，控制电磁阀的启闭实现水肥两路切换，同时针对不同的作业模式，通过调节变频器控制水泵输出功率达到变量喷雾的目的。喷雾压力决定了雾滴的大小和喷射范围等，不同喷雾压力下的两种作业模式对作物生长也具有截然不同的影响，因此本发明的创新之处在于实现了压力可调的喷雾控制，通过主控制器调节变频器的控制信号进而调节变频器输出频率和输出电压，运用变频调速的方法调节水泵的电机转速，从而达到调节喷雾压力的目的，以便在不同的作业模式下获得不同的喷雾效果。
系统工作原理：
根据图1，喷淋灌溉-喷雾降温一体化系统的工作原理为：(1)灌溉模式下，PLC主控制器1开启喷淋灌溉模式，首先输出指令开启第一电磁阀9和第三电磁阀11以完成肥水通道的建立，PLC主控制器1根据控制策略预先设定好灌溉的时间和频率开启喷淋灌溉。灌溉开始时，第一电磁阀9和第三电磁阀11首先通过PLC主控制器1发送的指使被打开，水泵5随后被开启，水泵不断抽取肥液箱6的水肥，水肥经过滤器过滤后被送往喷雾管路系统，并以一定的压力从管路上的各个喷头喷出。在喷淋过程中，可以通过HMI触摸屏2实现手动控制，根据喷洒环境实时调节喷雾压力的大小，也可以根据现场操作经验现场进行控制参数所输入，等喷淋下次开启进会以最新的控制策略进行作业，同时可手动开启和关闭喷淋系统。(2)降温方式下，PLC主控制器1开启喷淋灌溉模式，系统工作时，棚室内温湿度传感器3实时检测当前温室内的温湿度值，当温度高于预设限值时，PLC主控制器1首先输出指令开启第二电磁阀10和第三电磁阀11以完成喷雾水路通道的建立，开启水泵，并根据控制策略发送对应的控制信号给变频器以控制水泵压力，水泵抽取桶内的清水，以一定的压力进行喷雾降温。在喷雾降温模式开启时，其喷雾压力也可通过HMI触摸屏界面进行手动控制控制和调节，也可以直接通过HMI触摸屏写入控制参数至PLC主控制器1，下一次喷雾降温模式下执行新输入参数。
本系统的喷淋灌溉和喷雾降温两种模式工作程序设计如图3所示。
PLC主控制器初始化完成后进行喷淋和喷雾两种工作模式选择，喷淋灌溉模式下，默认为自动控制，通过读取控制策略实现对喷淋系统的压力调节，喷淋时间的控制。在控制过程中可切换至手动控制模式，此时可进行控制参数调节，也可进行喷淋系统的开启与关闭操作。
喷雾降温模式下，PLC主控制器1首先读取控制策略，同时需要读取当前的棚室内温湿度信息，当棚室内温度高于设定阈值时按照原有设定控制策略通过控制喷雾压力和喷雾时间自动进行喷雾降温操作，同时，也可切换为手动模式，手动模式下用户可根据实际需要手动控制喷雾压力和喷雾时间进行降温。
本发明系统的特点：
1.基于变量喷雾技术，通过自动调节管路压力实现了喷淋灌溉和喷雾降温两种功能；
2.采用变频器通过主控制器对水泵进行控制，实现了大棚管路的压力的线性控制；
3.，该系统可根据喷淋和喷雾需求自动化调节压力，实现灌溉与棚内降温的自动化；
4.整个系统结构简单，可复制性强，适用于设施环境下对多种作物生长过程中的肥、水、药以及环境温湿度的调节需求。
5.可实现对设施作物生长环境因子的正向干预，通过喷淋与喷灌两种模式的切换实现对设施环境下作物生长过程中的水分、养分、环境温湿度等有效调节，达到节本、增效、高产的目的。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种设施大棚内喷淋灌溉-喷雾降温一体化系统，其特征在于，包括PLC主控制器(1)、HMI触摸屏(2)、温湿度传感器(3)、变频控制器(4)、水泵(5)、肥液箱(6)、水箱(7)、第一电磁阀(9)、第二电磁阀(10)、第三电磁阀(11)、过滤器(12)和喷淋-喷雾管路系统(8)；所述PLC主控制器(1)连接有HMI触摸屏(2)以及安装在农业设施大棚内的温湿度传感器(3)，所述PLC主控制器(1)由HMI触摸屏(2)进行控制，所述PLC主控制器(1)经变频控制器(4)连接水泵(5)，所述第一电磁阀(9)、第二电磁阀(10)与PLC主控制器(1)连接并由PLC主控制器(1)控制启闭，所述水泵(5)的进水口经管路分别连接第一电磁阀(9)、第二电磁阀(10)，所述水泵(5)的出水口经管路依次连接第三电磁阀(11)和过滤器(12)，所述过滤器(12)经管路依次连接水压表(15)和喷淋-喷雾管路系统(8)，所述肥液箱(6)和水箱(7)分别通过进水管道与外部水源连接，且所述肥液箱(6)与外部水源连接的进水管道上设置有第一水阀(13)，所述水箱(7)与外部水源连接的进水管道上设置有第二水阀(14)；
所述喷淋-喷雾管路系统(8)设置于农业设施大棚内，所述喷淋-喷雾管路系统(8)包括多个可喷雾的喷雾管路。
2.如权利要求1所述的一种设施大棚内喷淋灌溉-喷雾降温一体化系统，其特征在于，所述喷淋-喷雾管路系统(8)的多个喷雾管路安装在农业设施大棚的大棚钢骨上。
3.如权利要求1所述的一种设施大棚内喷淋灌溉-喷雾降温一体化系统，其特征在于，所述PLC主控制器(1)采PZ-36MT-3DA-3AD型PLC。
4.如权利要求1所述的一种设施大棚内喷淋灌溉-喷雾降温一体化系统，其特征在于，所述HMI触摸屏(2)采用WQT_T8060_104触摸屏。
5.如权利要求1所述的一种设施大棚内喷淋灌溉-喷雾降温一体化系统，其特征在于，所述温湿度传感器(3)选择AQ3005Y电压型温湿度变送器。
6.如权利要求1所述的一种设施大棚内喷淋灌溉-喷雾降温一体化系统，其特征在于，所述水泵(5)选用功率2.2kw的JET42-2.2型JET系列喷射式电泵。
7.如权利要求1所述的一种设施大棚内喷淋灌溉-喷雾降温一体化系统，其特征在于，所述变频控制器(4)选择KZ100-2.2K-2型变频调速器。
8.如权利要求1所述的一种设施大棚内喷淋灌溉-喷雾降温一体化系统，其特征在于，所述喷淋-喷雾管路系统(8)的喷雾管路采用UPVC塑料管材制作而成，所述喷雾管路搭配安装有十字微喷头。
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