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摘要：低压管灌、喷灌、微灌是当今世界上节水效果最显著的技术，而计算机自动控制节水灌溉则是利用计算机中控系统技术，自动调节灌溉时间及水量，实现灌溉的精准化、系统化和自动化。节水灌溉自动控制系统采用先进的中控软件，在灌区安装土壤水份测量仪，土壤压力传感器，铺设光纤，通过光纤传感，实时采集和分析土壤的湿度信息和压力状况，传输给中央计算机，通过计算机反馈给电磁阀，适时开阀进行灌溉，实现灌溉工程的自动运行和远程控制，在灌区安装视频监控系统，随时查看灌区灌水情况，实现灌溉的可视监控。
关键词：自动控制技术；节水灌溉；应用
我国是水资源匮乏的国家，平均年水资源总量为 28 124亿 m3，居世界第 6 位，人均占有量为 2 500 m3，为世界人均总量的 1/4，被联合国列为世界13 个贫水国之一。中国现实可利用的淡水资源量则更少，人均可利用水资源量约为 900m3，并且其分布极不均衡。我国是发展中国家，既面临着水资源匮乏危机，又面临着发展经济带来大规模用水的巨大压力，因此农田灌溉大力推广节水灌溉势在必行。
一、节水灌溉自动化控制系统的工作原理
为确保作物水、肥、气、热正常生长、生育需要，以不同的作物、作物生长期、气象条件、土壤条件、耕作制度、灌溉制度和灌溉工作制度为依据，需适时、适量的进行灌溉。
1.灌溉控制
灌溉应针对不同的作物、耕作制度、灌溉制度，灌溉工作制度进行，分为人工干预、定时定量、条件控制 3 种灌溉控制方式。不论采取何种控制方式，当作物达到灌溉开始条件时，首先打开田间阀和主控阀，然后启动水泵，开始进行灌溉。当一个灌水区灌溉结束时，先打开下一组阀门，再关闭正在灌溉的阀门（水泵一直处于运行状态）。当所有需要灌溉的田间阀灌溉完毕，先关闭水泵，再关闭主控阀和田间阀，这样一个灌溉过程结束。
2.施肥控制
为提高作物产量和品质，需对不同作物在不同生长、生育期进行各种肥料施肥。施肥控制方式也分为人工干预、定时定量、条件控制三种。利用 GSM 发送来的解码数据，现场打开、关闭不同肥料的施肥泵向该区间灌水施肥。当进行营养液施肥时，计算机系统根据选定的配方和已设定好的营养液 pH、EC值，利用文丘里注肥器进行水肥混合，同时在线实时监测混合营养液的 pH、EC 值，根据 pH、EC 设定值与检测值之间的偏差来调整混肥阀的注肥频率，在短时间内使营养液的检测值和设定值之差达到允许的范围内。当一个灌水区灌溉阀门施肥结束时，先打开下一组阀门，再关闭正在运行的阀门。当所有需要施肥的田间阀施肥完毕，先关闭施肥泵和水泵，再关闭正在运行的所有阀门，结束施肥控制。
3.数据传送方式
GSM 数据传输，GSM 数据通过短信息与管水员交流。
4.环境监测
为保证作物在适宜的环境下生长，提高作物的产量和品质。根据不同作物、不同生长时期所需的水、肥、气、热等条件，智能化控制系统可在线进行作物生长环境的光照度、湿度、CO2 浓度和温度等环境因子监测。在控制系统中设置环境因子的上下限报警值。当环境因子达到设定值时，计算机控制系统会发出声光报警，提醒用户进行处理，这样可以防止对作物造成伤害。
5.系统的软件开发
系统控制软件采用 VB 语言编程。
二、节水灌溉自动化控制系统具备的功能与特点
1.功能强大，操作简便
拥有人工干预、定时定量、条件控制 3 种灌溉与施肥控制方式，具备多种控制方式的穿插和记忆保存、灌溉施肥信息的统计、查询、打印、温室内外环境因子的实时监测、系统运行状态的动态显示、系统传感器的通断选择及校正、田间电磁阀的任意分组、水泵恒压变频控制等功能。全中文界面、触摸屏，用户可根据实际情况选用，方便用户操作使用。
2.系统硬件配置高，规格齐全，产品系列化，性能稳定，价格低廉
系统控制硬件选用进口的 PLC、触摸屏、工控机和板卡；执行机构为进口的电磁阀、水泵，保证了系统的可靠性和稳定性；系统关键设备自冲洗过滤器、文丘里注肥器、就地控制箱、数据采集系统性能可靠；田间墒情数据多站采集、一站多点采集；主机节电控制，太阳能电池+蓄电池供电，节能环保，传感器节电控制设计，超长待机时间；组网设计，RS485 接口预留，方便搭建积木式采集网络；遥测、定时回测方便用户更新数据；采用新一代 ISP 在线用户程序更新单片机，使设备方便在线升级；指定手机接收数据，方便监测系统运行状态。
3.节水、节肥、省工、省时
用户可根据气象条件、作物种类、耕作制度、灌溉制度等实际情况的需要，进行流量和肥料等的控制。
4.适用性，实用性强
此技术可广泛应用于我国东北、华北、西北主要旱作地区的小麦、大豆、苜蓿等密植作物，玉米等宽行作物，蔬菜、瓜果和林果等植物的灌溉，具有较强的通用性。
5.控制精度高
应用智能地面灌溉控制系统，进行作物需水与供水、灌溉控制与施肥控制、就地控制与远程控制、现场管理与集中管理同步，有效地发挥微灌节水设备的高效、精准运行的特点。实现高效节水、智能控制、精准实施、提高产品品质和资源利用效率等多重目标。
三、节水灌溉自动化控制系统设计
以麦子塬滴灌项目区为例对节水灌溉自动化控制系统设计进行分析
1 自动控制系统的意义 麦子塬滴灌项目区距离县城近，海拔高，地形复杂，灌溉面积大。在 66. 67 hm2的灌溉面积上实施自动控制，改进节水灌溉管理方式，不仅可以有效地提高节水效率，节约灌溉成本，而且能提高项目区的规格品位，为现代節水农业提供示范。
2 自动控制系统的目的 实现灌溉系统自动运行和节约用水。高效高能节水灌溉自动化控制与监控系统是集监测、控制为一体，在自动化监控中用无线监控与有线监控相结合，全面的监控灌溉送水过程中管网供水压力、各设备的运行状况，并根据作物灌溉需求及管网供水压力控制灌溉支线管道开启、关闭，达到灌溉系统自行运行和节约用水，高效高能的目的。麦子塬滴灌项目区自动化控制系统采用有线监控方式，特点是信号传递准确、迅速、故障率低。 麦子塬滴灌项目区节水灌溉自动控制和监控系统建成后，可对高位水池水位、各支管电磁阀工作状态、节点管网压力及水泵的运行状态进行实时监测，根据监测到的实时数据自动调整灌溉管网供水压力及水泵的运行状态，达到最佳灌溉效果，为节水灌溉提供科学、准确的监测数据，提高管理效率和节水灌溉效益。
3 自动控制系统设计原则 ①系统设计先进性原则。以成熟领先的控制和监测技术作支撑，先进的控制和监测设备作保证，使麦子塬节水工程具有强大的自动化数据采集、通讯、管理功能，并对异常情况实时监测及报警。
②系统设计的可靠性原则。根据麦子塬所处的地理位置，要求系统必须具备抗雷击设施和较好的抗干扰能力，保证系统在恶劣环境下能够长期稳定运行，降低故障率，提高可靠性。系统同时具备自动检错、纠错能力。
③系统设计的经济性原则。系统设计时，在考虑先进性的同时，根据麦子塬工程实际情况，同时应兼顾其经济性。设备选配除关键部件外，均采用质量可靠的国产设备，以节
约开支。
④系统设计的实用性原则。系统设计功能齐全，监测资料及时完备、系统完整。在满足相关监测技术规范的基础上，要达到操作简单，维护方便，易于管理，实用性强的功能。
⑤系统设计的准确性原则。系统组网设计合理，技术先进。系统采集的监测数据必须能满足供水的实时动态显示的需要，各种监测仪器必须满足测量精度要求，保证数据准确可靠。
⑥系统设计的可扩性原则。系统能适应麦子塬节水灌溉系统及其他监控系统增加内容，扩充规模的需要。有较高的灵活性和通用型，能为将来系统规模扩大和功能扩展提供良好的软硬件接口。
四、小结
将自动控制技术应用于园林节水灌溉中，可以全面推动农村经济和农业可持续发展，增加灌区农民经济收入，不断改善、提高农民群众的生活水平，加快農村现代化建设的步伐，早日实现小康社会，同时，节约的水量可用来缓解用水紧张的状况，对改善项目区及周边县市的生态环境，实现水资源可持续利用将会起到积极作用。
参考文献：
[1] 施炯林，郭忠，贾生海.节水灌溉技术[M].兰州：甘肃民族出版社，2003.
[2] 冯广志等.灌区信息化建设[M].北京：中国水利水电出版社，2003.
[3] 许翠平，刘洪禄，张书函等.目光温室蔬菜滴灌系统配套设备研究[J].中国农村水利水电，2002，（1）
关键词：自动控制技术；节水灌溉；应用
我国是水资源匮乏的国家，平均年水资源总量为 28 124亿 m3，居世界第 6 位，人均占有量为 2 500 m3，为世界人均总量的 1/4，被联合国列为世界13 个贫水国之一。中国现实可利用的淡水资源量则更少，人均可利用水资源量约为 900m3，并且其分布极不均衡。我国是发展中国家，既面临着水资源匮乏危机，又面临着发展经济带来大规模用水的巨大压力，因此农田灌溉大力推广节水灌溉势在必行。
一、节水灌溉自动化控制系统的工作原理
为确保作物水、肥、气、热正常生长、生育需要，以不同的作物、作物生长期、气象条件、土壤条件、耕作制度、灌溉制度和灌溉工作制度为依据，需适时、适量的进行灌溉。
1.灌溉控制
灌溉应针对不同的作物、耕作制度、灌溉制度，灌溉工作制度进行，分为人工干预、定时定量、条件控制 3 种灌溉控制方式。不论采取何种控制方式，当作物达到灌溉开始条件时，首先打开田间阀和主控阀，然后启动水泵，开始进行灌溉。当一个灌水区灌溉结束时，先打开下一组阀门，再关闭正在灌溉的阀门（水泵一直处于运行状态）。当所有需要灌溉的田间阀灌溉完毕，先关闭水泵，再关闭主控阀和田间阀，这样一个灌溉过程结束。
2.施肥控制
为提高作物产量和品质，需对不同作物在不同生长、生育期进行各种肥料施肥。施肥控制方式也分为人工干预、定时定量、条件控制三种。利用 GSM 发送来的解码数据，现场打开、关闭不同肥料的施肥泵向该区间灌水施肥。当进行营养液施肥时，计算机系统根据选定的配方和已设定好的营养液 pH、EC值，利用文丘里注肥器进行水肥混合，同时在线实时监测混合营养液的 pH、EC 值，根据 pH、EC 设定值与检测值之间的偏差来调整混肥阀的注肥频率，在短时间内使营养液的检测值和设定值之差达到允许的范围内。当一个灌水区灌溉阀门施肥结束时，先打开下一组阀门，再关闭正在运行的阀门。当所有需要施肥的田间阀施肥完毕，先关闭施肥泵和水泵，再关闭正在运行的所有阀门，结束施肥控制。
3.数据传送方式
GSM 数据传输，GSM 数据通过短信息与管水员交流。
4.环境监测
为保证作物在适宜的环境下生长，提高作物的产量和品质。根据不同作物、不同生长时期所需的水、肥、气、热等条件，智能化控制系统可在线进行作物生长环境的光照度、湿度、CO2 浓度和温度等环境因子监测。在控制系统中设置环境因子的上下限报警值。当环境因子达到设定值时，计算机控制系统会发出声光报警，提醒用户进行处理，这样可以防止对作物造成伤害。
5.系统的软件开发
系统控制软件采用 VB 语言编程。
二、节水灌溉自动化控制系统具备的功能与特点
1.功能强大，操作简便
拥有人工干预、定时定量、条件控制 3 种灌溉与施肥控制方式，具备多种控制方式的穿插和记忆保存、灌溉施肥信息的统计、查询、打印、温室内外环境因子的实时监测、系统运行状态的动态显示、系统传感器的通断选择及校正、田间电磁阀的任意分组、水泵恒压变频控制等功能。全中文界面、触摸屏，用户可根据实际情况选用，方便用户操作使用。
2.系统硬件配置高，规格齐全，产品系列化，性能稳定，价格低廉
系统控制硬件选用进口的 PLC、触摸屏、工控机和板卡；执行机构为进口的电磁阀、水泵，保证了系统的可靠性和稳定性；系统关键设备自冲洗过滤器、文丘里注肥器、就地控制箱、数据采集系统性能可靠；田间墒情数据多站采集、一站多点采集；主机节电控制，太阳能电池+蓄电池供电，节能环保，传感器节电控制设计，超长待机时间；组网设计，RS485 接口预留，方便搭建积木式采集网络；遥测、定时回测方便用户更新数据；采用新一代 ISP 在线用户程序更新单片机，使设备方便在线升级；指定手机接收数据，方便监测系统运行状态。
3.节水、节肥、省工、省时
用户可根据气象条件、作物种类、耕作制度、灌溉制度等实际情况的需要，进行流量和肥料等的控制。
4.适用性，实用性强
此技术可广泛应用于我国东北、华北、西北主要旱作地区的小麦、大豆、苜蓿等密植作物，玉米等宽行作物，蔬菜、瓜果和林果等植物的灌溉，具有较强的通用性。
5.控制精度高
应用智能地面灌溉控制系统，进行作物需水与供水、灌溉控制与施肥控制、就地控制与远程控制、现场管理与集中管理同步，有效地发挥微灌节水设备的高效、精准运行的特点。实现高效节水、智能控制、精准实施、提高产品品质和资源利用效率等多重目标。
三、节水灌溉自动化控制系统设计
以麦子塬滴灌项目区为例对节水灌溉自动化控制系统设计进行分析
1 自动控制系统的意义 麦子塬滴灌项目区距离县城近，海拔高，地形复杂，灌溉面积大。在 66. 67 hm2的灌溉面积上实施自动控制，改进节水灌溉管理方式，不仅可以有效地提高节水效率，节约灌溉成本，而且能提高项目区的规格品位，为现代節水农业提供示范。
2 自动控制系统的目的 实现灌溉系统自动运行和节约用水。高效高能节水灌溉自动化控制与监控系统是集监测、控制为一体，在自动化监控中用无线监控与有线监控相结合，全面的监控灌溉送水过程中管网供水压力、各设备的运行状况，并根据作物灌溉需求及管网供水压力控制灌溉支线管道开启、关闭，达到灌溉系统自行运行和节约用水，高效高能的目的。麦子塬滴灌项目区自动化控制系统采用有线监控方式，特点是信号传递准确、迅速、故障率低。 麦子塬滴灌项目区节水灌溉自动控制和监控系统建成后，可对高位水池水位、各支管电磁阀工作状态、节点管网压力及水泵的运行状态进行实时监测，根据监测到的实时数据自动调整灌溉管网供水压力及水泵的运行状态，达到最佳灌溉效果，为节水灌溉提供科学、准确的监测数据，提高管理效率和节水灌溉效益。
3 自动控制系统设计原则 ①系统设计先进性原则。以成熟领先的控制和监测技术作支撑，先进的控制和监测设备作保证，使麦子塬节水工程具有强大的自动化数据采集、通讯、管理功能，并对异常情况实时监测及报警。
②系统设计的可靠性原则。根据麦子塬所处的地理位置，要求系统必须具备抗雷击设施和较好的抗干扰能力，保证系统在恶劣环境下能够长期稳定运行，降低故障率，提高可靠性。系统同时具备自动检错、纠错能力。
③系统设计的经济性原则。系统设计时，在考虑先进性的同时，根据麦子塬工程实际情况，同时应兼顾其经济性。设备选配除关键部件外，均采用质量可靠的国产设备，以节
约开支。
④系统设计的实用性原则。系统设计功能齐全，监测资料及时完备、系统完整。在满足相关监测技术规范的基础上，要达到操作简单，维护方便，易于管理，实用性强的功能。
⑤系统设计的准确性原则。系统组网设计合理，技术先进。系统采集的监测数据必须能满足供水的实时动态显示的需要，各种监测仪器必须满足测量精度要求，保证数据准确可靠。
⑥系统设计的可扩性原则。系统能适应麦子塬节水灌溉系统及其他监控系统增加内容，扩充规模的需要。有较高的灵活性和通用型，能为将来系统规模扩大和功能扩展提供良好的软硬件接口。
四、小结
将自动控制技术应用于园林节水灌溉中，可以全面推动农村经济和农业可持续发展，增加灌区农民经济收入，不断改善、提高农民群众的生活水平，加快農村现代化建设的步伐，早日实现小康社会，同时，节约的水量可用来缓解用水紧张的状况，对改善项目区及周边县市的生态环境，实现水资源可持续利用将会起到积极作用。
参考文献：
[1] 施炯林，郭忠，贾生海.节水灌溉技术[M].兰州：甘肃民族出版社，2003.
[2] 冯广志等.灌区信息化建设[M].北京：中国水利水电出版社，2003.
[3] 许翠平，刘洪禄，张书函等.目光温室蔬菜滴灌系统配套设备研究[J].中国农村水利水电，2002，（1）