CN108934390A - 自动精量施肥机测试平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了自动精量施肥机测试平台及方法，涉及水肥一体化技术领域，主要用于为研究、生产自动精量施肥机提供测试手段，同时为使用者提供准确的性能参数，以使自动精量施肥机能更好地为农业生产服务，其技术要点包括主管、水源、灌溉泵、过滤器、自动精量施肥机、主管调节阀、与自动精量施肥机相连的肥液供给系统、对自动精量施肥机使用过程中的各项参数进行测定的信息采集系统、控制设备运行并分析设备运行过程中的各项参数的测控系统。

Description

自动精量施肥机测试平台及方法

技术领域

本发明涉及水肥一体化技术领域，特别涉及自动精量施肥机测试平台及方法。

背景技术

近年来，由于微灌具有节水、灌溉均匀度高、省工、节肥、增产等诸多优点，发展迅速，得到了广泛使用，已成为农业生产中的重要技术手段，目前全国微灌应用面积已达到5000多万亩。微灌是通过管道系统与安装在尾部（末级管道上）的特制灌水器（滴头、微喷头、渗灌管和微管等），将水和养分以较小的流量输送到作物根部，使土壤保持在最佳水、肥、气状态的灌水方法。由于微灌直接把水和养分直接输送到作物根部，所以利用微灌系统施肥具有很大的优势，因而水肥一体化也得到了普遍使用。

目前水肥一体化系统中的施肥设备产品种类主要有压差式施肥罐、高压施肥泵、文丘里施肥器、水力施肥泵等，这些设备实现了把肥料施入管道的目的，但不能精确控制施入的浓度、比例，也不能实现自动化控制，已不能满足精准施肥的要求，自动精量施肥机的出现解决了这个问题，因而得到了快速的发展。自动精量施肥机受计算机或小型控制器控制，实现精确施肥，由泵辅助将溶液连续定量注入微灌管道，每一路均配有流量计和调节阀，能自动精确地调节施肥浓度、EC和PH值。

自动精量施肥机的类型很多，原理各异，受流量、压力、肥料、采用的部件及控制方法的影响很大，性能质量参差不齐，因而有必要对各种施肥机的性能在统一标准下进行精确测试，得出准确的实际参数，为设计者、使用者提供决策依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动精量施肥机测试平台，同时给出相应的测试方法，为研究、生产自动精量施肥机提供测试手段，同时为使用者提供准确的性能参数，以使自动精量施肥机能更好地为农业生产服务。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

自动精量施肥机测试平台，其特征在于：包括主管、水源、灌溉泵、过滤器、自动精量施肥机、主管调节阀、与自动精量施肥机相连的肥液供给系统、对自动精量施肥机使用过程中的各项参数进行测定的信息采集系统、控制设备运行并分析设备运行过程中的各项参数的测控系统；所述水源、灌溉泵、过滤器及主管调节阀通过主管依次相连，所述自动精量施肥机上设有进水口及出水口，且所述进水口及出水口均与主管连接。

进一步的，所述自动精量施肥机为需要通过测试平台检测各项性能的施肥设备，包括施肥阀、施肥泵、文丘里施肥器、吸肥通道阀门、吸肥电磁阀、施肥泵流量计、单向阀；所述施肥阀设于自动精量施肥机的进水口，所述施肥阀打开后水即可从主管流入自动精量施肥机；所述文丘里施肥器设有至少一个，每个所述文丘里施肥器均与肥液供给系统相连；所述吸肥通道阀门位于每个文丘里施肥器的出水的一端；所述吸肥电磁阀设于文丘里施肥器与肥液桶之间；所述单向阀位于自动精量施肥机的出水口的一端，并且位于施肥泵与主管之间，水只能从自动精量施肥机流向出水管，而不能反向进行流动；所述施肥泵流量计位于文丘里施肥器与施肥泵之间。

进一步的，所述肥液供给系统包括肥液桶和连接管道，所述肥液桶盛放测试用肥液，所述肥液桶的顶端设置有搅拌电机，所述搅拌电机轴末端安装搅拌叶轮，所述搅拌叶轮位于肥液桶内中部位置，所述肥液桶的上部设有一加肥口，固体或液体肥料通过加肥口加入桶内；所述肥液桶侧面的上部设有一加水管，在配肥时向桶内加水，所述加水管与灌溉泵出水端连接；所述肥液桶侧面下部设有一吸肥管，所述吸肥管与文丘里施肥器连接。

进一步的，所述信息采集系统包括第一主管流量计、第一压力传感器、第二主管流量计、第二压力传感器、检测EC、PH传感器、吸肥流量计，以上传感器与测控系统电连接；所述第一主管流量计、第一压力传感器位于主管上过滤器与自动精量施肥机的出水口之间；所述第二主管流量计、第二压力传感器、检测EC、PH传感器位于主管上自动精量施肥机的进水口及主管调节阀之间。

进一步的，所述测控系统包括操作台箱体、触摸屏、PLC控制器、施肥泵变频器、灌溉泵变频器、测控软件及控制线路等；所述触摸屏安装在操作台箱体台面上，负责显示和输入数据信息；所述PLC控制器、施肥泵变频器、灌溉泵变频器安装在操作台箱体内部，并通过控制线路相互连接；所述测控软件能根据设定的程序对不同的自动精量施肥机进行各项性能参数测试，并处理分析得出结果，存储供查询。

自动精量施肥机测试平台的使用方法，包括以下步骤：

S1：首先把自动精量施肥机的进出水口与主管上相应接口连接，每个文丘里施肥器的吸肥管与肥液桶相连接，接上电源；

S2：启动测控系统，运行灌溉泵变频器和施肥泵变频器，启动灌溉泵，打开施肥控制器，设置施肥电磁阀PWM占空比为100%，并运行；

S3：通过灌溉泵变频器及施肥泵变频器分别调整灌溉泵及施肥泵的转速，对不同的工作状态进行模拟；

S4：在不同的工况下记录各传感器值，数据处理得到各压力下各个文丘里施肥器的吸肥流量，并与施肥机的标称值相比较。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明根据施肥机需要测试的各项性能，通过PLC控制器、变频器、各种传感器，精确控制各测试设备运行，并设计了性能参数测试方案，得到了施肥机的各项参数值，可判断施肥机性能是否合格，供生产者完善各项设计，也可供使用者了解设备性能，更好地使用；

2、本测试平台设计新颖，通用性强，控制系统精确可靠，检测快速，具有较好的经济价值和社会价值，有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明自动精量施肥机测试平台的原理结构示意图；

图2是本发明自动精量施肥机测试平台中肥液桶内的结构示意图。

图中，1、吸水滤网；2、水源；3、吸水管；4、灌溉泵；5、主管；6、主阀；7、过滤器；8、第一主管流量计；9、第一压力传感器；10、自动精量施肥机；1001、进水口；1002、出水口；101、施肥阀；103、文丘里施肥器；104、吸肥通道阀门；105、吸肥电磁阀；106、施肥泵流量计；107、施肥泵；108、单向阀；11、EC传感器；111、PH传感器；12、第二主管流量计；13、第二压力传感器；14、主管调节阀；15、肥液桶；151、搅拌电机；152、加肥口；153、加水管；154、搅拌叶轮；155、吸肥管； 17、吸肥流量计； 181、操作台箱体；182、触摸屏；183、PLC控制器；184、施肥泵变频器；185、灌溉泵变频器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，本实施例不构成对本发明的限制。

实施例1：

一种自动精量施肥机，参照图1，包括主管5、水源2、灌溉泵4、过滤器7、自动精量施肥机10、主管调节阀14、与自动精量施肥机10相连的肥液供给系统、对自动精量施肥机10使用过程中的各项参数进行测定的信息采集系统、控制设备运行并分析设备运行过程中各项参数的测控系统；水源2、灌溉泵4、过滤器7及主管调节阀14通过主管5依次相连，灌溉泵4将水源2中的水抽出，沿着主管5输送，经过过滤器7将水中的杂质等进行过滤，主管调节阀14主要用以对主管5的水量进行调整；自动精量施肥机10上设有进水口1001及出水口1002，进水口1001及出水口1002均与主管5相连，因此，水可从进水口1001进入自动精量施肥机10中，并且从出水口1002流出自动精量施肥机10。

参照图1，本实施例中，自动精量施肥机10是需要通过测试平台进行各项性能检测的施肥设备，包括提供动力的施肥泵107、控制自动精量施肥机10的流量大小的施肥阀101、进行施肥工作的文丘里施肥器103、控制文丘里施肥器103吸肥的开关的吸肥电磁阀105、测定文丘里施肥器103施肥的量的大小的施肥泵流量计106及单向阀108；其中，施肥阀101位于自动精量施肥机10的进水口1001的一端，施肥阀101打开后，从进水口1001流入的水即可进入自动精量施肥机10中；文丘里施肥器103至少设有一个，本实施例中，设有3个文丘里施肥器103，且3个文丘里施肥器103相互并联，每个文丘里施肥器103均与肥液供给系统相连，由肥液供给系统向每个文丘里施肥器103提供肥液；还设有吸肥通道阀门104，吸肥通道阀门104设置于每个文丘里施肥器103的出水的一端，通过控制吸肥通道阀门104的开闭即可对每个文丘里施肥器103进行控制，从而对施肥工作进行开启和关闭；吸肥电磁阀105与文丘里施肥器103的吸肥的一端相连，每个文丘里施肥器103均配有一个吸肥电磁阀105，吸肥电磁阀105为高频阀，可快速的开关，控制吸肥量；单向阀108设置于自动精量施肥机10的出水口1002的一端，并且位于施肥泵107与主管5之间，水只能从自动精量施肥机10流向出主管5，而不能反向的进行流动，从而可确保在自动精量施肥机10内部水都是单向流动的；施肥泵流量计106位于文丘里施肥器103与施肥泵107之间，其能检测流经施肥管道的肥液的总流量。

参照图1及图2，本实施例中，肥液供给系统包括肥液桶15及连接管道，肥液桶15用于盛放测试用的肥液，在肥液桶15的顶端设有搅拌电机151，搅拌电机151的轴的末端安装有搅拌叶轮154，搅拌叶轮154位于肥液桶15内的中部位置处，在肥液桶15的上部设有一个加肥口152，固体或者液体肥料可通过加肥口152加入桶内；在肥液桶15的侧边的上部还设有一根加水管153，加水管153可在配置肥液的时候向肥液桶15中加水，加水管153与灌溉泵4的出水的一端连接；在肥液桶15的侧面的下部还设有一根吸肥管155，吸肥管155与文丘里施肥器103连接，肥液可通过吸肥管155的连接，从肥液桶15进入文丘里施肥器103中。

参照图1，本实施例中，信息采集系统包括第一主管流量计8、第一压力传感器9、第二主管流量计12、第二压力传感器13、EC传感器11、PH传感器111、吸肥流量计17等，以上的所有的传感器均和测控系统电连接，第一主管流量计8及第一压力传感器9位于主管5上过滤器7与自动精量施肥机10的出水口1002之间，可对排出自动精量施肥机10的流量及压力进行测定；第二主管流量计12、第二压力传感器13、EC传感器11、PH传感器111均位于主管5上自动精量施肥机10的进水口1001及主管调节阀14之间，分别可对进入自动精量施肥机10的水的流量、管道的压力、EC值及PH值等进行监测，进而确定对施肥的情况有一定的了解。

参照图1，本实施例中，测控系统包括操作台箱体181、触摸屏182、PLC控制器183、施肥泵变频器184、灌溉泵变频器185及配套使用的测控软件及控制线路，其中触摸屏182安装于操作台箱体181的台面上，负责显示和输入数据信息；PLC控制器183、施肥泵变频器184、灌溉泵变频器185安装于操作台箱体181的内部，并且通过控制线路相互连接；测控软件可根据设定的程序对不同的自动精量施肥机10进行各项性能的参数测试，并且根据测试的结果进行处理分析，并将所得的结果存储以供后期进行查询。

实施例2：

一种自动精量施肥机测试平台的使用方法，本实施例主要针对在各种压力下施肥机性能的测定方法，主要包括以下步骤：

S1：首先把自动精量施肥机10的进水口1001及出水口1002与主管5上相应接口连接，每个文丘里施肥器103的吸肥管155与肥液桶15相连接，接上电源；

S2：启动测控系统，运行灌溉泵变频器185和施肥泵变频器184，启动灌溉泵4，设置施肥电磁阀PWM占空比为100%，并运行；

S3：通过灌溉泵变频器185调节灌溉泵4转速，使得压力传感器2的值分别达到0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.5、0.4MPa，当灌溉泵4已全速运转仍未达到设定压力时，调节主管调节阀14，使得压力达到设定值；

S4：在每个压力下记录各传感器值，数据处理得到各压力下各个文丘里施肥器103的吸肥流量，并与施肥机的标称值相比较。

实施例3：

一种自动精量施肥机测试平台的使用方法，本实施例主要针对各种灌溉泵4流量下施肥机性能的测试方法，包括以下步骤：

S1：首先把自动精量施肥机10的进水口1001及出水口1002与主管5上相应接口连接，每个文丘里施肥器103的吸肥管155与肥液桶15相连接，接上电源；

S2：启动测控系统，运行灌溉泵变频器185和施肥泵变频器184，启动灌溉泵4，设置施肥电磁阀PWM占空比为100%，并运行;

S3：通过灌溉泵变频器185调节灌溉泵4转速，使得第一主管流量计8的值分别达到施肥机标称工作流量的0.2倍、0.4倍、0.6倍、0.8倍、1倍、1.2倍，并调节主管调节阀14，使第一压力传感器9的值为0.2MPa；

S4：在每个流量下记录各传感器值，数据处理得到各流量下各个文丘里施肥器103的吸肥流量，并与施肥机的标称值相比较。

实施例4：

一种自动精量施肥机测试平台的使用方法，本实施例主要针对各种施肥泵107流量下施肥机性能的测试方法，包括以下步骤：

S1：首先把自动精量施肥机10的进水口1001及出水口1002与主管5上相应接口连接，每个文丘里施肥器103的吸肥管155与肥液桶15相连接，接上电源；

S2：启动测控系统，运行灌溉泵变频器185和施肥泵变频器184，启动灌溉泵4，设置施肥电磁阀PWM占空比为100%，并运行；

S3：通过灌溉泵4、施肥泵变频器184分别调节灌溉泵4、施肥泵107转速，使得第一主管流量计8的值为施肥机流量标称值，施肥泵流量计106分别达到施肥泵107标称工作流量的0.2倍、0.4倍、0.6倍、0.8倍、1倍、1.2倍，并调节主管调节阀14，使第二压力传感器13的值为0.2MPa；

S4：在施肥泵107每个流量下记录各传感器值，数据处理得到各流量下各个文丘里施肥器103的吸肥流量。

实施例5：

一种自动精量施肥机测试平台的使用方法，本实施例主要针对特定的EC值、PH值响应时间及一致性性能测试的测试方法，包括以下步骤：

S1：首先把自动精量施肥机10的进水口1001及出水口1002与主管5上相应接口连接，每个文丘里施肥器103的吸肥管155与肥液桶15相连接，肥液桶15内配制一定浓度的肥液，其中酸度通道桶内配制一定浓度的酸液，接上电源；

S2：启动测控系统，运行灌溉泵变频器185和施肥泵变频器184，启动灌溉泵4，设置各施肥通道比例数值为同一值，同时设定EC、PH值，并运行；

S3：通过灌溉泵变频器185调节灌溉泵4转速，使得第二压力传感器13的值为0.2MPa，施肥泵107全速运转，施肥机自动调节吸肥电磁阀105的PWM占空比；

S4：记录各传感器的值，数据处理得到施肥机达到设定EC、PH值的响应时间，在不同时间段EC、PH值的一致性，自动精量施肥机10内的EC传感器11、PH传感器111与主管5上的EC传感器11、PH传感器111数值的偏差。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，不用于限制本发明，本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.自动精量施肥机测试平台，其特征在于：包括主管（5）、水源(2)、灌溉泵(4)、过滤器(7)、自动精量施肥机(10)、主管调节阀(14)、与自动精量施肥机(10)相连的肥液供给系统、对自动精量施肥机(10)使用过程中的各项参数进行测定的信息采集系统、控制设备运行并分析设备运行过程中的各项参数的测控系统；

所述水源(2)、灌溉泵(4)、过滤器(7)及主管调节阀(14)通过主管（5）依次相连，所述自动精量施肥机(10)上设有进水口（1001）及出水口（1002），且所述进水口（1001）及出水口（1002）均与主管（5）连接。

2.根据权利要求1所述的自动精量施肥机测试平台，其特征在于：所述自动精量施肥机(10)为需要通过测试平台检测各项性能的施肥设备，包括施肥阀(101)、施肥泵(107)、文丘里施肥器(103)、吸肥通道阀门(104)、吸肥电磁阀(105)、施肥泵流量计(106)、单向阀(108)；

所述施肥阀(101)设于自动精量施肥机(10)的进水口（1001），所述施肥阀(101)打开后水即可从主管（5）流入自动精量施肥机(10)；所述文丘里施肥器(103)设有至少一个，每个所述文丘里施肥器(103)均与肥液供给系统相连；所述吸肥通道阀门(104)位于每个文丘里施肥器(103)的出水的一端；所述吸肥电磁阀(105)设于文丘里施肥器(103)与肥液桶(15)之间；所述单向阀(108)位于自动精量施肥机(10)的出水口（1002）的一端，并且位于施肥泵(107)与主管（5）之间，水只能从自动精量施肥机(10)流向出水管(5)，而不能反向进行流动；所述施肥泵流量计(106)位于文丘里施肥器(103)与施肥泵(107)之间。

3.根据权利要求1所述的自动精量施肥机测试平台，其特征在于：所述肥液供给系统包括肥液桶(15)和连接管道，所述肥液桶(15)盛放测试用肥液，所述肥液桶(15)的顶端设置有搅拌电机(151)，所述搅拌电机(151)轴末端安装搅拌叶轮(154)，所述搅拌叶轮(154)位于肥液桶(15)内中部位置，所述肥液桶(15)的上部设有一加肥口(152)，固体或液体肥料通过加肥口(152)加入桶内；所述肥液桶(15)侧面的上部设有一加水管(153)，在配肥时向桶内加水，所述加水管(153)与灌溉泵(4)出水端连接；所述肥液桶(15)侧面下部设有一吸肥管(155)，所述吸肥管(155)与文丘里施肥器(103)连接。

4.根据权利要求1所述的自动精量施肥机测试平台，其特征在于：所述信息采集系统包括第一主管流量计(8)、第一压力传感器(9)、第二主管流量计(12)、第二压力传感器(13)、EC传感器（11）、PH传感器(111)、吸肥流量计(17)，以上传感器与测控系统电连接；所述第一主管流量计(8)、第一压力传感器(9)位于主管（5）上过滤器(7)与自动精量施肥机(10)的出水口（1001）之间；所述第二主管流量计(12)、第二压力传感器(13)、EC传感器（11）、PH传感器(111)位于主管（5）上自动精量施肥机(10)的进水口（1001）及主管调节阀(14)之间。

5.根据权利要求1所述的自动精量施肥机测试平台，其特征在于：所述测控系统包括操作台箱体(181)、触摸屏(182)、PLC控制器(183)、施肥泵变频器（184）、灌溉泵变频器(185)、测控软件及控制线路等；所述触摸屏(182)安装在操作台箱体(181)台面上，负责显示和输入数据信息；所述PLC控制器(183)、施肥泵变频器(184)、灌溉泵变频器（185）安装在操作台箱体(181)内部，并通过控制线路相互连接；所述测控软件能根据设定的程序对不同的自动精量施肥机(10)进行各项性能参数测试，并处理分析得出结果，存储供查询。

6.一种采用上述权利要求1-5所述的自动精量施肥机测试平台的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：首先把自动精量施肥机(10)的进出水口与主管上相应接口连接，每个文丘里施肥器(103)的吸肥管(155)与肥液桶(15)相连接，接上电源；

S2：启动测控系统，运行灌溉泵(4)变频器和施肥泵(107)变频器，启动灌溉泵(4)，打开施肥控制器，设置施肥电磁阀PWM占空比为100%，并运行；

S3：通过灌溉泵变频器（185）及施肥泵变频器（184）分别调整灌溉泵(4)及施肥泵(107)的转速，对不同的工作状态进行模拟；

S4：在不同的工况下记录各传感器值，数据处理得到各压力下各个文丘里施肥器(103)的吸肥流量，并与自动精量施肥机(10)的标称值相比较。