CN112314148A - 一种液态肥精量施肥控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及农业自动化控制领域，具体为一种液态肥精量施肥控制系统，主要包括储肥罐、软管泵模块以及电气控制模块；软管泵模块中包括泵体与施肥运动装置，电气控制模块包括主控制单元、供电子系统、人机交互模块以及变频调速模块；其中储肥罐用于储存液态肥，软管泵模块用于将储肥罐中的液态肥吸入并排出，电机控制模块的供电子系统提供控制系统所需的电能，主控制单元接收与处理输入的指令并保存施肥数据，结合变频调速模块调节施肥装置的施肥频率，人机交互模块用于人机交互、施肥模式的选择。本方案提高了施肥精度，大大的节省了农业施肥的劳动力。
Description
技术领域
本发明涉及农业自动化控制领域，具体为一种液态肥精量施肥控制系统，主要包括储肥罐、软管泵模块以及电气控制模块。
背景技术
据联合国粮食及农业组织的数据显示，我国的农业化肥平均每年的使用量达到6000万吨，约为世界年平均消耗量的1/3，并且，单位面积的化肥用量是世界平均水平的3倍，然而，肥料的有效利用率却只有世界平均水平的30%，发达国家的20%。肥料利用率较低一直是困扰我国粮食增产的主要问题，研究发现，液态肥自动化精量施肥是解决这一问题的有效途径。
以往我国农业种植领域主要采用的是化学固态颗粒肥料，颗粒肥的成分较为单一，主要以氮肥为主，磷元素与钾元素的含量较少，长期的施用会造成土壤养分失调、土壤酸化与板结。
2017年初，我国农业部发布《推进水肥一体化实施方案（2016—2020 年）》，该实施方案表示推进水肥一体化是必要的也是可行的，必要性在于我国水资源短缺，水资源总量仅占世界的6%，人均低于世界平均水平的1/4，水肥资源已经严重制约了我国农业的可持续发展。在这种形势下，推进精量施肥为主的水肥一体化技术成为了缓解水资源短缺、改善农业可持续发展方式、提高我国水资源、肥资源利用效率的关键途径。可行性在于，国内发展水肥一体化的大趋势已经形成，而在国外，美国、以色列、加拿大等国家的先进技术可以为我们提供丰富的发展经验，为推广精量施肥技术奠定了基础。
自动化精量施肥的控制技术能够有效摆脱传统人工撒施肥料带来的随意性与情绪性，通过科学的肥料配方以及精量施肥技术，使农作物均匀的吸收肥料的营养成分，从而提高农作物的产量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精量且自动化的液态肥施肥控制系统，同时能够定时、定量、高精度的将液态肥输送到农田中。该控制系统有效解决了复合液态肥施肥不均匀、施肥过程无法得到有效控制的问题。
本发明的技术方案是一种液态肥精量施肥控制系统，该控制系统包括三大模块：储肥罐、软管泵模块与电气控制模块。储肥罐是一种卧罐或立罐，外表喷涂防腐材料或采用耐腐塑料罐；软管泵模块包括施肥运动装置、泵体；电气控制模块包括主控制单元、人机交互设备、供电装置、变频调速装置。
储肥罐用于储存一定量的液态肥。
软管泵模块通过施肥运动装置与泵体将储肥罐的液态肥通过挤压的方式输送到农田的灌溉系统中。软管泵模块的施肥运动装置为三相异步电动机、伺服电机和直流电机中的一种。
电气控制模块包括供电子系统、主控制单元、人机交互子系统与变频调速子系统。
供电子系统拥有一定的电路保护作用，并提供380V三项交流电压、220V交流电压与24V直流电压。
主控制单元用于数据的收集、处理、发送。
人机交互设备提供智能模式、全自动模式与手动模式3种施肥方式以及可进行参数设置与反冲洗。
变频调速子系统中的变频调速装置为变频器、电机驱动器中的一种，用于调节电机频率。
本发明的工作原理：
（1）主控制单元与人机交互设备通过协议进行通讯，人机交互设备将数据与指令通过该协议传输给主控制单元，主控制单元将接受并处理后的数据存储到内部存储器里，人机交互设备通过访问地址的方式读取包括已施肥量、施肥总量、反冲洗量；
（2）对变频装置进行端子控制方式设定，并配置不同的施肥频率，通过变频装置设置的不同频率进而调节软管泵转速；
（3）人机交互设备中添加了模拟滑动模块，调节该模块，主控制单元输出0-10V的电压，该电压传输给变频器的模拟量输入端，不同的电压值与变频装置输出频率相对应，实现施肥系统的无极调速；
（4）软管泵用于液态肥的输送，变频装置输出一定的频率令电机转动时，带动轴与轴上辊子的转动，泵体内的软管也随之被挤压变形，使泵产生吸入与压出的作用，从而输送储肥罐的液态肥。
本发明的优点在于：
（1）通过对软管泵、控制系统模块的设计，实现了对液态肥的精量控制；
（2）通过人工设定施肥量、施肥时间，结束施肥后自动停止，实现了完全自动化的施肥；
（3）拥有记录并保存历史施肥数据的功能，通过在人机交互设备中插入物联网卡或连接WIFI，将数据发送给云服务器，服务器搭载数据库，对数据进行整理保存；
（4）可以通过手机端监控施肥过程；
（5）通过USB连接线，可实现数据的有线下载；
（6）拥有反冲洗功能，实现施肥管道的清洗，避免液态肥结晶堵塞管道。
附图说明
图1为一个实施例中所述液态肥精量施肥控制系统的逻辑示意图。
图2为一个实施例中所述液态肥精量施肥控制系统的结构图。
图3为一个实施例中所述储肥罐的右视图。
图4为一个实施例中所述电气控制系统模块结构图1。
图5为一个实施例中所述电气控制系统模块结构图2。
图6为一个实施例中所述软管泵模块结构图。
图7为一个实施例中所述软管泵模块泵体结构图剖面图。
具体实施方案
本发明所介绍的实施方案是对本发明优选的其中一种实施方案，并非本发明的唯一的范围和构思，在本发明的设计原理下进行的构思与再创造均应纳入本发明的保护范围。
下面结合附图进一步详细的说明：
说明书附图中附图的标注包括：储肥罐1、电气控制箱2、三相异步电动机3、空气开关4、380VAC转220VAC变压器5、220VAC转24VDC开关电源6、变频器7、PLC8、触摸屏9、按钮开关10、旋钮开关11、摆线针笼减速机12、联轴器13、轴14、辊子15、泵体16。
液态肥精量施肥控制系统工作方式如下。
液态肥精量施肥控制系统的空气开关4连接外部输入的380V三相交流电压，空气开关4输出口连接380VAC转220VAC变压器5与变频器输入端。
经过变压器将380V电压转成的220V电压经过220VAC转24VDC开关电源6将电压转成24VDC。
开关电源输出口连接PLC8与按钮开关10的常开进口，触摸屏连接按钮开关10的出口，使触摸屏9电源受到按钮开关10控制。
旋钮开关11连接PLC8的输入端子，PLC8的输出端子连接变频器7的端子端口，以控制端子输出的方式调节变频器频率的输出，进而改变三相异步电动机3的转速，实现多段速设计。
具体实施方案实例。
线路接好线后，用户闭合空开，按下按钮开关，触摸屏显示人机操作界面。
旋转按钮用于调节施肥的频率，将变频器设置35HZ、50HZ与65HZ，通过不同的频率调节电机的施肥转速。
人机交互界面包括开机界面、参数设定、手动模式、全自动模式、智能模式与反转清洗功能。
参数设定界面用于设定施肥密度以及总储肥量。
手动模式包括启动、急停与反转功能，并设有需施肥量设定输入框，用于设定需施肥量，当已施肥量达到用户设定的需施肥量时，点击急停，停止施肥，点击清除，清除施肥数据。
全自动模式包括启动、急停、清除功能，设有需施肥量设定输入框以及已施肥量显示框，当已施肥量等于用户设定的需施肥量时，施肥系统停止施肥，点击清除，清除施肥数据。
智能模式界面显示施肥总量、已施肥量、施肥进度、轮灌次数与清水次数，并包括开始、停止、清除功能。
反转清洗界面用于施肥结束后的反转清洗管道。
当施肥开关启动后，三相异步电动机3开始运转，经过摆线针笼减速机12减速后，泵体16内的轴14带动辊子15转动，辊子挤压泵体16内的软管，使软管具有吸入和压出的功能。
Claims (7)
1.液态肥精量施肥控制系统，其特征在于：包括储肥罐、软管泵模块和电气控制模块，储肥罐采用防腐的卧罐，软管泵模块包括泵体与施肥运动装置，电气控制模块包括主控制单元、人机交互模块、供电子系统、变频调速子系统等。
2.根据权利要求1所述的液态肥精量施肥控制系统，其特征在于：所述的储肥罐，采用喷涂防腐材料的金属卧罐，用于存储液态肥。
3.根据权利要求1所述的液态肥精量施肥控制系统，其特征在于：所述的软管泵模块，包括施肥运动装置与泵体，施肥运动装置采用三相异步电动机作为运动机构，泵体中采用辊子旋转挤压软管的方式将液态肥吸入与压出。
4.根据权利要求2所述的液态肥精量施肥控制系统，其特征在于：所述的储肥罐一侧可存放电气控制系统与软管泵模块。
5.根据权利要求1所述的液态肥精量施肥控制系统，其特征在于：所述的电气控制模块，其供电子系统提供380V三相交流电、220V交流电以及24V直流电；380V交流电为变频装置供电，220V交流电通过开关电源转换成24V直流电，24V直流电为人机交互设备、主控制单元和按钮开关供电；主控制单元连接人机交互设备、旋钮开关以及变频装置，用于收集与处理人机交互设备的设定值与指令，输入端子接收旋钮开关的档位，通过旋钮开关调节档位改变控制单元的输入与输出；变频调速子系统包含变频装置，变频装置的输出接口连接施肥运动装置，变频装置接收到主控制单元的输出，输出特定的频率给软管泵模块，实现液态肥的吸入与排出。
6.根据权利要求1所述的液态肥精量施肥控制系统，其特征在于：所述的电气控制模块，其人机交互模块包含3种施肥模式：智能施肥模式、全自动施肥模式与手动施肥模式，智能施肥模式可检控施肥总量、已施肥量、施肥进度、轮灌次数与清水次数，全自动施肥模式包括启动、急停与清除数据功能并设有需施肥量设定输入框与已施肥量显示框，手动施肥模式包括启动、急停与反转功能，并设有需施肥量设定输入框，在全自动施肥模式下，当已施肥量达到需施肥量设定值时，施肥装置自动停止运行；人机交互模块还包括参数设置以及反冲洗界面，参数设置用于设置罐体总储肥量以及施肥密度，反冲洗量用于施肥装置反转清洗管道。
7.一种液态肥精量施肥控制系统，其特征在于：包括如下步骤：
S1、闭合空气开关与按钮开关，导通电路；
S2、旋转旋钮开关设定施肥频率；
S3、在人机交互界面中选择施肥模式，设定需施肥量；
S4、施肥结束后，进入反冲洗界面进行反冲洗。
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