CN204837055U - 一种应用在滴灌上的自动化精准变量控制配肥施肥装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用在滴灌上的自动化精准变量控制配肥施肥装置，包括配肥箱结构、配肥传送装置、肥水控制装置和PLC集成系统，配肥箱结构连接配肥传送装置，固肥从配肥箱结构中配肥经传送装置传送至肥水控制装置，肥水控制装置和配肥传送装置均由PLC集成系统控制；通过PLC集成系统的操作界面来输入需要灌溉施肥的作物面积、固肥的施加量以及灌溉施肥的时间，从而来确定配施肥的次数和每次的配施肥量、配肥时间以及单次的施肥时间；利用PLC集成操控技术，通过田间农作物长势的情况来确定施肥量，将施肥量和施肥面积以及施肥时间输入PLC集成系统，实现精准变量配肥施肥。

Description

一种应用在滴灌上的自动化精准变量控制配肥施肥装置

技术领域

本实用新型涉及一种应用在滴灌上的自动化精准变量控制配肥施肥装置，属于农业机械技术领域。

背景技术

随着现代农业膜下滴灌技术的发展，在农作物种植过程中为了提高作物产量而对其追加施肥和灌水已成为现代农业发展的必然趋势。由于大多农作物的种植采用膜下种植模式，为此对农作物的膜下追加施肥带来很大麻烦。膜下施肥需要固肥溶解在灌溉水中随着灌溉水一起来施肥，为此配制适应作物生长需要的均一、精准、稳定的灌溉肥液就尤为关键，因而一套自动化滴灌配肥装置的诞生就显得尤为重要。膜下滴灌施肥主要是借助滴灌装置，利用滴灌水作为载体，将配肥装置配制的适应植物生长所需要的精准、均匀、稳定的营养液输送给植物，实现水和肥一体化利用和管理，使水和肥在土壤中以最优化的组合状态供应作物吸收利用。

一般的研究过程中，滴灌肥液的浓度稳定性和均匀性控制难度较大,传统的人工配肥方式低效率、低精度。以及人工操作过程中的设施不足以及经验主义会造成肥料的利用率低、肥液浓度均匀性差、田间任务劳动强度大、非实时性等缺点，不能满足当前农田精准、实时施肥的需求。因此，迫切需要提升肥液的精确度、均匀度和稳定性等综合自动化集成技术以实现对农田滴灌肥液自动配制，确保为农户提供可靠的灌溉肥液。这样可使灌水量、灌水时间、施肥均匀度、施肥时间都达到一定精准的程度，具有水肥同步集中供给一次投资多年受益的特点，从而达到提高水肥利用率的目的，代替了在人工施肥过程中对农作物造成的不必要的损害，使得农作物的产量得到提升。

目前应用的农作物大面积滴灌施肥装置为压差式滴灌施肥装置，它由储液罐（化肥罐）、进水管、供肥液管、调压阀等组成，虽然可以达到配肥和施肥的目的，不会造成肥料回流，对水源不会有污染。但是它对农作物大面积种植区域无法进行肥料的浓度高低调控，很难达到肥液均匀、稳定、持续施肥的目的；同时还会造成固体颗粒肥料的加入时间不确定，出现空载运作状态；最严重的一个配肥缺陷是会出现在开始施肥的一段时间肥料浓度过大，到最后几乎达到浓度为零的状态；且配肥罐容积有限，添加固体颗粒肥次数频繁不适合大面积的施肥灌溉；并且存在一定的水头损失等缺点而不能满足精准施肥的要求，同时无法控制配肥时间和周期，人工操控的难度相当大，使得生产成本剧增，在很大程度上不能有效提高农作物的产量，对肥料的利用率不能达到预期的目的，造成肥料浪费和土壤环境污染。

现有技术的配肥装置主要存在以下缺点:

1、现有滴灌施肥装置采用人工配肥方式，其工作量繁重、劳动强度大、肥料添加时间不能控制，不能实现实时添肥、配肥，未能实现多变量施肥。

2、现在农业种植大多都是大面域种植，追加灌溉施肥的过程中施肥量大，而现有的施肥装置大多都是针对小面积的施肥，且还处在人工配肥阶段，为此已无法达到现代农业发展的需求。

3、现代农业向着自动化、智能化和精量化方向发展，对施肥浓度均匀性和稳定性要求比较高，而现有的施肥装置配制的肥料均一性比较差，稳定性几乎没有。

4、现有滴灌施肥装置未能充分利用现代化高新技术，不论是配肥过程，还是配肥机理都存在严重的滞后性。

5、以上配肥装置对固体颗粒肥料的添加存在着一定的难度，无法实现实时的检测。

6、现有装置虽然可以达到精准配肥的目的，但是无法实现变量配肥，为此应用面积比较窄，无法实现大面积施肥应用。

实用新型内容

本实用新型提供一种应用在滴灌上的自动化精准变量控制配肥施肥装置，能够克服以上所述缺陷。

为解决以上技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种应用在滴灌上的自动化精准变量控制配肥施肥装置，包括配肥箱结构、配肥传送装置、肥水控制装置和PLC集成系统，配肥箱结构连接配肥传送装置，固肥从配肥箱结构中配肥经传送装置传送至肥水控制装置，肥水控制装置和配肥传送装置均由PLC集成系统控制；通过PLC集成系统的操作界面来输入需要灌溉施肥的作物面积、固肥的施加量以及灌溉施肥的时间，从而来确定配施肥的次数和每次的配施肥量、配肥时间以及单次的施肥时间；以上数据确定以后，PLC集成系统根据这些数据和配施肥效率确定传送速度，传送速度和配肥传送装置上的配肥槽固定，配肥量固定，PLC集成系统能够确定本次配肥时间，通过配肥槽将固肥输送到肥水控制装置内，当配肥时间达到要求时间以后，固肥添加完成；单次固肥添加完成后，配肥传送装置自动停止工作，肥水控制装置启动，水进入肥水控制装置与固肥在控制的时间内完成溶合，肥水控制装置连接滴灌系统，完成施肥；当配置的灌溉肥液在灌溉时间内灌完后，固肥再次进入肥水控制装置，PLC集成控制系统再次启动配肥传送装置，进行下一个配肥施肥循环，直至配肥施肥达到要求次数为止。

进一步地，所述配肥箱结构包括配肥箱体、配肥箱盖、底座，固肥箱体顶部连接配肥箱盖，底部连接底座，内部设有多格，设有固肥箱I、固肥箱II，配肥传送装置设置在配肥箱内、固肥箱I和固肥箱II的下方、并延伸至肥水控制装置的进水端口，配肥传送装置斜置，固肥由配肥传送装置从下至上输送。

进一步地，皮带输送装置罩内部为配肥传送机构，配肥传送机构包括驱动轴、传动齿轮、传送链条、连接轴、传动带、变频电机、配肥器外接轴，变频电机连接配肥器外接轴，配肥器外接轴连接驱动轴，驱动轴连接一个传动齿轮，变频电机通过传动带传输动力给另一个传动齿轮，两传动齿轮连接传送链条，传送链条的外部包裹有输送带。

进一步地，配肥传送机构的传送带顶部设有多个连续平行且内容量相等的的配肥槽，固肥在配肥槽内。

进一步地，所述肥水控制装置包括直线电机、电机支架、活塞连接拉杆、溶解罐、活塞，直线电机固定于电机支架，直线电机的输出端连接活塞连接拉杆，活塞连接拉杆连接活塞，活塞的下方连接溶解罐。单次固肥添加完成后，变频传动机构自动停止工作，直线电机启动且带动活塞向下运动来确保溶解罐在溶解固肥时的密封性能；溶解罐进水端口的电磁阀打开，进水管道上设置有逆流阀，高压灌溉水进入溶解罐，溶解完成后，成品肥液从溶解罐输出端口电磁阀的打开，肥液被定时送到滴灌带，完成施肥；当配置的灌溉肥液在灌溉时间内灌完后，溶解罐输出端口的电磁阀关闭，进水端口的电磁阀也关闭，直线电机带动活塞上移，确保固体颗粒肥料再次进入溶解罐，PLC控制器再次启动变频电机工作，进行下一个配肥施肥循环，直至配肥施肥达到要求次数为止。

进一步地，溶解罐设有固肥入口、进水端口和输出端口，固肥入口处设有电磁阀，进水端口处设有电磁阀，输出端口处设有电磁阀，三个电磁阀均由PLC集成系统控制。

进一步地，所述配肥传送机构设有两台，每台配肥传送机构对应一种固肥。

本实用新型涉及的这种应用在滴灌上的自动化精准变量控制配肥施肥装置，利用PLC集成操控技术，通过田间农作物长势的情况来确定施肥量，将施肥量和施肥面积以及施肥时间输入PLC集成系统，实现精准变量配肥施肥；利用传送带传输技术，将固肥定量精确地输送到配肥罐；利用变频电机驱动原理，由变频驱动电机的转速大小来确定传送带输送肥料的量来实现精量配肥；本装置代替了人为添加固体颗粒肥料的方式，不但节省了人力，而且还实现了自动化实时控制固体颗粒肥料的添加量，控制了灌溉肥液浓度的均一性和稳定性，实现了按需施肥和精量施肥的目的，同时提高滴灌配肥的效率和肥料的利用率，相比传统的人为调查方法具有明显的优势。

附图说明

图1为本实用新型一种应用在滴灌上的自动化精准变量控制配肥施肥装置正视图；

图2为本实用新型配肥施肥装置三维结构图；

图3为本实用新型配肥驱动部件结构图；

图4为本实用新型配肥驱动部件结构图。

图1标记如下：18-直线电机凸出拉杆；19-直线电机；20-电机支架；21-活塞连接拉杆；22-固肥入口；23-活塞；24-溶解罐，内置有200目的反冲洗过滤网；25-进水端口；26-输出端口；27-废渣排泄端；28-溶解罐支架；29-固体颗粒储存箱；30-配肥驱动部件工作仓。

图2标记如下：1-配肥箱盖；3-皮带输送装置罩；4-底座；5-固肥箱I；6-固肥箱II。

图3和图4标记如下：8-驱动轴；10-传动齿轮；11-传送链条；12-连接轴；13-配肥传送机构；14-配肥槽；15-传动带；16-变频电机；17-配肥器外接轴。

具体实施方式

如图2所示，一种应用在滴灌上的自动化精准变量控制配肥施肥装置，配肥箱结构包括配肥箱体、配肥箱盖1、底座4，固肥箱体顶部连接配肥箱盖，底部连接底座，内部设有多格，设有固肥箱I5、固肥箱II6，配肥传送装置设置在配肥箱内、固肥箱I5和固肥箱II6的下方、并延伸至肥水控制装置的进水端口，配肥传送装置斜置，固肥由配肥传送装置从下至上输送。

如图3和图4所示，皮带输送装置罩内部为配肥传送机构13，配肥传送机构包括驱动轴8、传动齿轮10、传送链条11、连接轴12、传动带15、变频电机16、配肥器外接轴17，变频电机连接配肥器外接轴17，配肥器外接轴17连接驱动轴8，驱动轴8连接传动齿轮10，传动齿轮10为主传动齿轮，通过传动带15连接被动齿轮，主传动齿轮和被动齿轮间连接传送链条11，传动链条11的连接输送带，输送带的表面有配肥槽，配肥传送机构的传送带顶部设有多个连续平行且内容量相等的的配肥槽，固肥在配肥槽内。

如图1所示，所述肥水控制装置包括直线电机19、电机支架20、活塞连接拉杆21、溶解罐24、活塞23，直线电机19固定于电机支架20，直线电机的输出端连接活塞连接拉杆21，活塞连接拉杆连接活塞23，活塞的下方连接溶解罐24。

如图1所示，溶解罐24设有固肥入口22、进水端口25和输出端口26，固肥入口处设有电磁阀，进水端口处设有电磁阀，输出端口处设有电磁阀，三个电磁阀均由PLC集成系统控制。

如图1所示，溶解罐的底部设有废渣排泄端27，溶解罐的底部由溶解罐支架28支撑。

所述配肥传送机构设有两台，每台配肥传送机构对应一种固肥。

直线电机19顶部连接直线电机凸出拉杆18。

本装置利用PLC集成操控技术对配肥装置进行配肥信号传输，通过PLC集成系统的操作界面来输入需要灌溉施肥的作物面积、固体颗粒肥料的施加量以及灌溉施肥的时间，从而来确定配施肥的次数和每次的配施肥量、配肥时间以及单次的施肥时间。以上数据确定以后，PLC集成系统会根据这些数据和配施肥机配施肥效率来确定变频电机的转速，由于变频电机的转速和配肥传送带上的配肥槽的配肥量是固定的，为此PLC集成系统就可以确定本次配肥时间，通过配肥槽将固体肥料输送到配肥罐内，当配肥时间达到要求时间以后，固体肥料添加完成。单次固体肥料添加完成后变频电机自动停止工作，直线电机启动且带动活塞向下运动来确保溶解罐在溶解肥料时的密封性能。进水口电磁阀打开（进水管道设置有逆流阀），高压灌溉水进入溶解罐，溶解完成后，成品肥液输出端口电磁阀打开，肥液被定时送到滴灌带，完成施肥。当配置的灌溉肥液在灌溉时间内灌完后，成品肥液输出端口电磁阀关闭、进水口电磁阀关闭、同时直线电机带动活塞上移，确保固体颗粒肥料再次顺利进入溶解罐。此时PLC集成控制系统将会再次启动变频电机工作，进行下一个配肥施肥循环，直至配肥施肥达到要求次数为止。

本实用新型涉及的这种应用在滴灌上的自动化精准变量控制配肥施肥装置，存在下述特点：

1.根据农作物在一定区域内的长势情况，来确定这一区域的追肥量，即所需追加的固肥的质量。

2.在确定了固肥的追加量以后，通过PLC集成控制系统的操作界面来输入灌溉施肥的作物面积、固体颗粒肥料的施加量以及灌溉施肥的时间，从而来确定配施肥的次数和每次的配施肥量、配肥时间以及单次的施肥时间。此时PLC集成系统会根据这些数据和配施肥机配施肥效率来确定变频电机的转速。

3.当以上参数确定以后，变频电机开始带动配肥传送机构把单位配肥所需要的固肥通过配肥槽输送到配肥罐内。当单次固肥的添加完成后变频电机自动停止工作。直线电机带动活塞向下运动来确保溶解罐在溶解肥料时的密封性能。同时进水端口电磁阀打开（进水管道设置有逆流阀），高压灌溉水进入溶解罐，溶解完成后，输出端口电磁阀打开，肥液被送到滴灌带，完成施肥。

4.当配置的灌溉肥液在灌溉时间内灌完后，输出端口电磁阀关闭、进水端口电磁阀关闭、同时直线电机带动活塞上移，确保固体颗粒肥料再次顺利进入溶解罐。此时PLC集成控制系统将会再次启动变频电机工作，进行下一个配肥施肥循环，直至配肥施肥达到要求次数为止。

5.由于种植面积和农作物的长势不同，所需添加的固肥质量不同，为此设计的配施肥装置主要还体现了变量施肥的功效，主要表现在变频电机转速的可控性，随着变频电机转速的变化来改变配肥传送机构的运行速度，从而可以确定配肥槽在单位时间内的工作效率，来改变配置添加的固肥的质量。

6.该装置的中试效果表明：该装置对滴灌施肥配制的肥液浓度的精准度控制可以达到92%以上，不但时效性好，而且准确度高；且变量施肥的功效可以满足目前农作物大面积种植的要求，实现了自动化配肥、施肥理念，打破了传统的人工配肥，在指导农作物实际生产中滴灌施肥起到了举足轻重的作用。

本实用新型所述的具体实施方式并不构成对本申请范围的限制，凡是在本实用新型构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够作出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种应用在滴灌上的自动化精准变量控制配肥施肥装置，其特征在于，包括配肥箱结构、配肥传送装置、肥水控制装置和PLC集成系统，配肥箱结构连接配肥传送装置，固肥从配肥箱结构中配肥经传送装置传送至肥水控制装置，肥水控制装置和配肥传送装置均由PLC集成系统控制；通过PLC集成系统的操作界面来输入需要灌溉施肥的作物面积、固肥的施加量以及灌溉施肥的时间，从而来确定配施肥的次数和每次的配施肥量、配肥时间以及单次的施肥时间；以上数据确定以后，PLC集成系统根据这些数据和配施肥效率确定传送速度，传送速度和配肥传送装置上的配肥槽固定，配肥量固定，PLC集成系统能够确定本次配肥时间，通过配肥槽将固肥输送到肥水控制装置内，当配肥时间达到要求时间以后，固肥添加完成；单次固肥添加完成后，配肥传送装置自动停止工作，肥水控制装置启动，水进入肥水控制装置与固肥在控制的时间内完成溶合，肥水控制装置连接滴灌系统，完成施肥；当配置的灌溉肥液在灌溉时间内灌完后，固肥再次进入肥水控制装置，PLC集成控制系统再次启动配肥传送装置，进行下一个配肥施肥循环，直至配肥施肥达到要求次数为止。

2.根据权利要求1所述的一种应用在滴灌上的自动化精准变量控制配肥施肥装置，其特征在于，所述配肥箱结构包括配肥箱体、配肥箱盖、底座，固肥箱体顶部连接配肥箱盖，底部连接底座，内部设有多格，设有固肥箱I、固肥箱II，配肥传送装置设置在配肥箱内、固肥箱I和固肥箱II的下方、并延伸至肥水控制装置的进水端口，配肥传送装置斜置，固肥由配肥传送装置从下至上输送。

3.根据权利要求2所述的一种应用在滴灌上的自动化精准变量控制配肥施肥装置，其特征在于，皮带输送装置罩内部为配肥传送机构，配肥传送机构包括驱动轴、传动齿轮、传送链条、连接轴、传动带、变频电机、配肥器外接轴，变频电机连接配肥器外接轴，配肥器外接轴连接驱动轴，驱动轴连接一个传动齿轮，变频电机通过传动带传输动力给另一个传动齿轮，两传动齿轮连接传送链条，传送链条的外部包裹有输送带。

4.根据权利要求3所述的一种应用在滴灌上的自动化精准变量控制配肥施肥装置，其特征在于，所述输送带顶部设有多个连续平行且内容量相等的的配肥槽，固肥在配肥槽内。

5.根据权利要求1所述的一种应用在滴灌上的自动化精准变量控制配肥施肥装置，其特征在于，所述肥水控制装置包括直线电机、电机支架、活塞连接拉杆、溶解罐、活塞，直线电机固定于电机支架，直线电机的输出端连接活塞连接拉杆，活塞连接拉杆连接活塞，活塞的下方连接溶解罐。

6.根据权利要求1所述的一种应用在滴灌上的自动化精准变量控制配肥施肥装置，其特征在于，溶解罐设有固肥入口、进水端口和输出端口，固肥入口处设有电磁阀，进水端口处设有电磁阀，输出端口处设有电磁阀，三个电磁阀均由PLC集成系统控制。

7.根据权利要求4所述的一种应用在滴灌上的自动化精准变量控制配肥施肥装置，其特征在于，所述配肥传送机构设有两台，每台配肥传送机构对应一种固肥。