节水控制论文范文（精选12篇）
节水控制论文 第1篇
随着地球可用水资源的日益减少,我国很多地方出现了用水紧张的问题,所以节水成为我们日常生活所关注的话题之一。作为农业大国,我们更加关注农业方面的水资源问题,针对农业用水紧缺且存在严重浪费的现象,我们采取了一系列的措施来解决这一问题,尤其是在日常大棚生产这一领域中,节水灌溉成为了人们倍为青睐的一种缓解水资源紧张这一局面的形式。随着日新月异的高速科技发展,自动化也慢慢融入了人们的生活之中。本设计就对土壤湿度采集、比较实现了对大棚灌溉设备的自动控制和对数据的实时监测分析,这样不仅节省资金、缩短工作时间,而且有益于提高水的利用率从而缓解缺水现状。因此研究节水灌溉自控系统有着非常重要的现实意义。
1 方案设计与论证
通过分析任务,对于设计要求主要有两个,其一节约水,其二实现系统自控。对于节水我们采取的方法是用对土壤即植物根部含水量的测量结果与预先了解的作物需水量相比较来决定灌溉与否,对于自控我们采取的方法是控制器通过光隔实现对继电器的控制,从而实现对灌溉设备的控制。从整体来看,为了达到设计要求,我们将系统分为采集处理部分、主控制器、监测部分、灌溉控制部分和其他部分。具体设计如图1
2 单元电路及分析
对土壤的含水量即湿度,首先我们要进行测量,目前在市场上测量湿度的方法主要有中子衰减法、张力计测湿法、介电法速测法。由于电容式传感器测量精度高、量程宽、响应速度快、容易实现小型化和集成化且适合于在线监测,这里我们就应用电容式传感器即采用介电法速测法对土壤湿度进行采集,即构成了采集处理部分。
我们知道不同农作物会有不同的需水量,为了达到自动化的设计要求,采集成功之后,就是根据采集结果设计程序来控制灌溉与否。传统的设计方案是直接将采集结果与湿度预置值相比较,然后再控制灌溉部分进行相应操作。因为在应用中湿度不能过大或过小,所以我们设计了如图所示的另一种方案。与传统方案相比,此方案更为简洁,将采集结果直接与湿度的上限值和下限值相比较,使得湿度范围相对增宽,从而更有利于下一步的处理。
对于核心部分主控制器,它完成的主要工作即上述的比较过程和自动化的相关程序控制等,这里我们用AT89C51单片机构成主控制器,在程序中既要设定预定值完成比较工作,又要通过通讯接口连接到上位机,由上位机记录并完成数据的相关分析,当然其也要完成其他程序的设计工作。
上述比较结果完成后,接下来就是对灌溉系统的控制。控制部分主要有光电隔离、继电器和电磁阀,光隔的作用主要是通过“电光电”的转换,实现单片机对灌溉系统的单向控制操作,继电器作为用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”,这里我们用其与电磁阀设计成浇水设备的开关,从而实现此动作的自动化。
除了以上部分,在设计的同时我们还加入了报警装置和空气中的湿度对单片机主控制器的反馈部分。其中反馈部分主要由空气湿度传感器和A/D转换组成,湿度传感器用来采集空气的湿度,然后此数据通过A/D转换器传递给单片机,单片机结合所采集的土壤湿度对灌溉控制部分进行暂缓灌溉的操作,当然在主控制部分我们亦可以根据作物需水量不同,在程序中根据具体比较结果来设定灌溉时间的长短;报警电路的功能是当在以上自动控制的程序发生故障或浇水设备损坏时,蜂鸣器发出警报,从而警告工作人员进项相关维修工作。
3 结论
节水控制论文 第2篇
1.1目的和意义
我国是一个水资源严重缺乏，水旱灾害频繁的国家，虽然水资 源的总量居世界第6位，但是按人均水资源量计算，人均占有量只有2500立方米，约为世界人均水量的1/4，在世界排110位，已被联合国列为13个贫水国家之一。另一方面，我国水资源的分布很不平衡。北方有些地区水资源的占有量仅为900立方米，低于国际公认的1000立方米的水资源下限。有些地区的人均占有量甚至低于世界最贫水的国家埃及和以色列的水平。我国农业用水量约占总用水量的80%左右，由于农业灌溉用水的利用率普遍低下，就全国范围而言，水的利用率仅为45%，而水资源利用率高的国家已达70%～80%，因而，解决农业灌溉用水的问题，对于缓解水资源的紧缺是非常重要的。
在灌溉系统合理地推广自动化控制，不仅可以提高资源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。灌溉系统自动化的水平较低，这也是制约我国高效农业发展的主要原因。以色列、日本、美国等一些国家已采用先进节水灌溉制度。由传统的充分灌溉向非充分灌溉发展，对灌区用水进行监测预报，实际动态管理。采用传感器来监测土壤的墒情和农作物的生长，实现水管理的自动化。高效农业和精细农业要求我们必须提高水资源的利用率。要真正实现水资源的高效，仅凭单项节水灌溉技术是不可能解决的。必须将水源开发、输配水、灌水技术和降雨、蒸发、土壤墒情和农作物需水规律等方面统一考虑。做到降雨、灌溉水、土壤水和地下水联合调用，实现按期、按需、按量自动供水。
自动灌溉监控系统有如下优点：
1、将充分发挥现有的节水设备作用，优化调度，提高效益。
2、通过自动控制技术的应用，更加节水节能，降低灌溉成本，提高灌溉质量。
3、将使灌溉更加科学，方便、提高管理水平。
研制和推广节水灌溉控制新技术是实现农业现代化的需要。
1.2相关研究综述
自动灌溉技术在发达国家，特别是有大面积种植或缺水地区。按灌溉方式分为地面灌、喷灌和微灌等等。而微灌又分为滴灌、微喷灌、涌泉灌和地下渗灌。灌溉系统自动化是世界先进国家发展高效农业的重要手段，而我国目前的灌溉系统自动化的水平较低，这也是制约我国高效农业发展的主要原因。以色列、日本、美国等一些国家已采用先进节水灌溉制度，由传统的充分灌溉向非充分灌溉发展，对灌区用水进行监测预报，实行动态管理。
2.自动灌溉系统的总体设计
2.1功能设计
灌溉自控系统主要由中心主控系统、电磁阀、田间湿度传感器、气象观测站等设备所组成。
操作人员可坐在控制室里，对传上来的气象资料、田间土壤湿度等数据进行综合分析，利用手动或自动方式，足不出户的对整个小区进行灌溉。同时还可以利用数据查询系统和打印系统，随时记录、查询、打印整个灌溉小区的气象资料、土壤湿度、灌溉设置、灌溉进程、灌水历史记录等数据。
本系统由多个控制单元组成，每个控制单元管理一片区域，
利用GPRS/GSM网路，由中央计算机统一管理。室外的空气温湿度传感器把结果送入计算机，在这里进行灌溉参数设置，及对灌溉情况进行统计，并可通过专用软件在计算机上存储，显示数据和图表。同时可以人工进行特殊操作。通过互联网获取天气信息，有预见性地实施灌溉。
2.2网络结构设计
如上图所示，我们的网络结构分为三层，第一层为控制中心，有电脑和以太网组成;第二层为GPRS无线控制器，该层和第一层之间无需电缆连接;第三层为阀门控制器，所有的阀门控制器和GPRS无线控制器只需要用一根电缆连接。下面详细介绍一下本方案。
首先我们可以将需要灌溉的区域分成若干个小区，划分的原则为阀门相对集中。每个小区内采用一个无线数传设备GPRSDTU，通过它与中心控制室通讯;在GPRSDTU上可以连接一个手动控制器，用来手动控制该区域内的阀门开关;再用一跟电缆连接到各个阀门，在阀门的位置需要接一个控制器，一个控制器可以控制1～4个阀门
该套设备只需要很少的电力，可以使用太阳能来供电。这个小区的控制系统无需任何电缆与中心控制室连接。
我们对各个小区实现同样的控制方法，然后再通过无线连成一套系统。
这样的控制方式的主要优点有：
1、中心控制室可以控制远在千里之外的阀门。
2、每个小区内只需使用一根电缆连接所有的阀门。大大节约成本。
3、在电力无法到达的地方，我们可以采用太阳能供电。
4、也可以通过就地的手动控制器来控制阀门。
5、也可以通过手机短信来控制阀门。
3.控制器的设计
3.1控制器的主要功能
1)土壤含水量的监测;
2)EC值和pH值的监测;
3)电磁阀状态的监测;
4)电磁阀状态的控制;
5)各种监测和控制信号的通讯传输;
6)低电压报警;
3.2工作原理
每个控制单元控制着1—4路电磁阀。通过传感器采集来的多路数据，经过A/D转换，信号处理，在微处理器中，根据不同植被需求，确定灌溉量，然后控制信号输出，结合中央管理计算机的指令，控制电磁阀的开关，即可以实现自动灌溉。土壤湿度传感器用来测量土壤的湿度，以了解土壤的真实灌溉情况，据此确定灌溉与否和时间长短;配有EC值和pH值传感器，可对进出水进行EC值和pH值的检测，以便控制自动营养液的配给。
3.3数据采集部分
水稻节水控制灌溉技术示范总结 第3篇
【关键词】水稻；节水；灌溉方式
0.前言
2012年浓江农场示范推广水稻节水控制灌溉技术4万亩，通过水稻节水控制灌溉研究示范及推广，探索出适合本地区的灌溉技术模式，在高产优质的前提下，通过灌溉技术的应用，大幅度地减少灌溉水量，打造低碳节约型的现代化农业灌溉模式，达到减轻农民负担，促进农民增收的目的，为实现垦区400亿斤商品粮，保障国家粮食安全做出更大贡献。
水稻控制灌溉又称水稻调亏灌溉，是指在秧苗本田移栽后的各个生育期，田面基本不再长时间建立灌溉水层，也不再以灌溉水层作为灌溉与否的控制指标，而是以不同生育期不同的根层土壤水分作为下限控制指标，确定灌水时间、灌水次数和灌水定额的一种灌溉新技术。
这种灌溉技术是根据水稻在不同生育阶段对水分需求的敏感程度和节水灌溉条件下水稻新的需水规律，在发挥水稻自身调节机能和适应能力的基础上，进行适时适量科学供水的灌水新技术。
在水稻非关键需水期，通过控制土壤水分造成适度的水分亏缺，改变水稻生理生态活动，使水稻根系和株型生长更趋合理。
在水稻关键需水期，通过合理供水改善根系土壤中水、气、热、养分状况及田面附近小气候，使水稻对水分和养分的吸收更趋合理有效，促进水稻生长。
1.试验材料与方法
1.1试验材料
供试品种：龙粳31浓江农场种子公司提供。
供试肥料：浓江农场农业中心。
供试地块：浓江农场第二管理区水稻科技示范区。
1.2试验地基本情况
试验地设在浓江农场第七管理区水稻科技示范区，土壤类型为草甸白浆土，多年的老水田。有机质4.97%，碱解氮259mg/kg，速效磷16.2mg/kg，速效钾292mg/kg，pH值6。在水稻生长前期出现低温寡照，对水稻生长有一定的影响。而在分蘖期、扬花期温度升高，对水稻生长无影响。6月下旬至7月中旬持续阴雨，对水稻生长无明显影响。对该试验影响不大。
1.3试验设计与方法
1.3.1试验设计
试验采用随机区组三次重复，三个处理，每个小区40米行宽，51米行长，每小区2040㎡，试验面积27亩。在水稻品种、育秧、移栽、密度、植保、用肥等技术措施以及基础地力相同的条件下，安排控灌、节灌2个处理，以当地叶龄灌溉处理为对照，进行对比示范。
1.3.2处理设计
处理一：控制灌溉
（1）泡田期。泡田前整平耙细能减少泡田用水，一般可每亩减少30-50m3。用水量一般在80-100m3。结合水耙地封闭灭草。土壤含水下线为饱和含水量的85%。
（2）返青期。花达水返青，插秧后7-10天灌第一次水20mm。结合灌水施肥。土壤含水量下限为饱和含水量的90%。
（3）分蘖期。分蘖初期灌水上限为20-50mm水层，下限为饱和含水量的90%，遇雨是最大蓄水深度不应超过50mm；分蘖中期灌水上限为20mm水层，下限为饱和含水量的90%，遇雨时最大蓄雨深度不应超过50mm；分蘖末期要及时晾田，土壤含水量控制上限为饱和含水量，下限为土壤饱和含水量的80%。
（4）拔节孕穗到抽穗开花期。采用灌一茬水露几天田的办法，当土壤含水量降到饱和含水量的90%时再灌水，灌水上限水层不超过20mm，逢雨不灌，蓄雨上限为50mm，过多排出。
（5）乳熟期。土壤水分要求是田面干、土壤湿，蓄雨上限为20mm，下限为饱和含水量的80%。
（6）黄熟期。田间土壤含水量上限为饱和含水量，下限为饱和含水量的70%。
处理二：节水灌溉
插秧：花达水返青；返青期水层3-5㎝，自然落干；4-7叶（11品种，分蘖期）水层3-5㎝，自然落干；其间返青后3-5㎝水层立即施用分蘖肥；5叶期3-5㎝施灭草剂并保水4-5天；7叶定型诊断茎数，达到计划茎数即开始晒田，晒至田面裂缝1-2㎝，复水3-5㎝水层，施用调节肥，自然落干维持饱和水；若茎数不足到8叶定型后在晒田。剑叶叶耳间距负10㎝开始建立水层到7㎝，到剑叶叶耳距负5㎝时，若有低温加深水层达17㎝，剑叶叶耳间距到正10㎝时，3-5㎝浅水自然落干维持饱和水；抽穗到齐穗3-5㎝浅水自然落干维持饱和水直到蜡熟末期停灌。
处理三：叶龄灌溉
插秧：花达水；返青期水层灌到苗高的三分之二处；4-7叶（11叶品种，分蘖期）水层3-5㎝；其间返青后3-5㎝水层立即施用分蘖肥；5叶期3-5㎝水层施灭草剂并保水4-5天自然落干，间歇灌溉；7叶定型诊断茎数，达计划茎数即开始晒田3-5天，晒至田面裂缝1-2㎝，复水3-5㎝水层，施用调节肥，自然落干，再复浅水再落干，间歇灌溉；若茎数不足到8叶定型后在晒田。剑叶叶耳间距负10㎝开始建立水层到7㎝，到剑叶叶耳距负5㎝时，密切关注天气预报，若有低温加深水层达17㎝，剑叶叶耳间距到正10㎝时，3-5㎝浅水自然落干，间歇灌溉；抽穗前夕晾田2-3天；抽穗到齐穗3-5㎝浅水自然落干，间歇灌溉；直到蜡熟末期停灌。
2.结论
节水灌溉技术的试验推广及其应用，在我场取得了明显的经济效益和社会效益。其农产品品质进一步提高，农业生产节本增效成效明显，现代农业节能减排、低碳生产的农业生产理念得以充分体现。试验证明：
（1）产量明显提高：通过节水灌溉技术每亩可增产27㎏，直接经济效益75元/亩。
（2）充分节约水资源：此项技术的应用大大节约了田间用水量，全年每亩可有效节约用水240m3，节约用电30kw，仅此一项便可直接降低生产成本15元。
节水控制论文 第4篇
失真点1:育秧
水稻覆膜节水综合高产技术倡导采用旱育秧, 是基于旱肓秧较传统的水育秧节水、省工, 且有利于秧苗早发。因此, 如果没有按推荐采用旱育秧即是技术失真。但采用旱育秧如没有培养出壮苗也可被认为技术失真。生产中的常见问题包括施肥过多导致肥害、在钙质土区没有对苗床土进行调酸处理使秧苗发生缺铁黄化以及揭膜练苗时间太迟致使秧苗细弱等方面, 均需切实注意, 从而培育出素质良好的旱育秧苗。
失真点2:开厢
开厢过程的技术失真一是厢面太宽或太窄, 二是厢沟太浅, 三是横沟位置不对。我们提倡1.67m开厢, 是综合考虑了密度和薄膜宽度的因素。厢面太宽将使水稻栽插密度降低, 也会使地膜宽度不够难于覆盖;厢面过窄, 又会造成密度过大和薄膜浪费, 增加成本。厢沟太浅将难于做到厢沟有水厢面无水的管理, 一遇灌水或下雨, 地膜就会漂浮起来而影响增温效果, 不能确保秧苗早发。厢沟深度以15cm左右为宜。横沟是全田水分调度的控制沟, 其沟应相对较深, 以20cm左右为宜。在一个田中可能会有多家农户, 横沟一定要统一开, 保证沟直并贯通全田, 位置应在距上下田埂80cm处。有的农户习惯将横沟开到田埂边处, 一是减少了水稻栽插的实际面积, 二是不利于保水。
失真点3:施肥
施肥的盲目是较为常见的问题。一是在缺磷、缺钾、缺锌土壤上未配施磷、钾肥和锌肥, 二是氮肥不是施用不足就是施用过量了。覆膜栽培不便于追肥, 多采用底肥一道清的施肥方式, 氮肥的施用量以较传统高产栽培低10%～20%为宜。生产中也有施肥不匀的问题, 最好按厢把肥料分好一厢一厢的撒, 以保证每厢的肥料均匀。施肥后应立即将肥料与表土混合, 既能减少氮肥的挥发损失, 也可避免肥害。
失真点4:平厢
不平厢是覆膜栽培中的常见技术失真。厢面的不平整不能使膜紧贴厢面, 带来的主要问题是覆盖的地膜不但不能抑制杂草反而会促进杂草的生长。旺盛生长的杂草如将膜穿破也就使膜完全失去了作用。平整厢面各地农民有不同的方法, 这里我们推荐用一块长1.6米左右、宽20-30厘米的木板, 在上面捆上装有15～20kg土的口袋, 然后一人用条绳子拉着走, 这样又省力又快, 效果还好。
失真点5:盖膜
市面上的农膜厚度、质量不同, 价格也就不同。有的示范点当地市场上没有2m宽的0.004mm的超微膜, 买了较厚的膜也就增加了生产成本, 买了1m宽的膜在一厢上盖2幅也就增加了盖膜用工, 膜也不能盖紧。有的农民图便宜买了质量差的、加了较多再生料的膜, 在稻田破裂的时间早, 保水、增温、抑草效果都会受到影响, 也不便于膜的回收, 容易导致稻田白色污染。因此, 一定要选购质量一级、全新料的、0.004mm厚、2m宽的超微膜。另外, 盖膜时膜一定要紧贴厢面, 两边要用泥土压实, 以免被风刮起。
失真点6:栽秧
在栽秧环节常见的技术失真是密度太低, 基本苗不足。建议尽量用简易“大三围”开穴器打孔栽秧。这样可以使密度更规范, 也能使栽秧速度也更快。每箱四行, 行距40cm, 退窝40cm。幼苗早栽是高产的重要措施, 在早茬口田和冬水田区秧苗2叶后就可以移栽。
失真点7:控水
在控水上通常存在的问题一是在前期淹水太深时不愿放水使水上了厢面, 影响地膜的增温效果, 二是在后期出现严重旱情时没有及时灌水。为确保前期灌水适量不致太深可在排水口设平缺口, 让多余的田面水及时自动排出。在秧苗分蘖数够了以后要晒田控苗。在孕穗期尽量保证稻田在足量的水。在水稻黄熟前15天要把田里的水放干, 这样将十分有利于水稻的收割和地膜的回收。
失真点8:防病治虫
病虫害防治不到位也是水稻覆膜节水综合高产技术常见的失真问题。近年在水稻覆膜节水综合高产技术示范推广地区, 不少农户往往没有及时防病治虫, 影响了最终的产量效果。应全面落实病虫害综合防治技术。前期应注意稻蓟马和螟虫的防治, 中期应注意螟虫和纹枯病的防治, 后期应注意稻包虫和稻飞虱的防治。
失真点9:揭膜
生产中目前采用的几乎均为不可降解的聚乙烯膜, 因此水稻收获后的揭膜十分重要。这是应用水稻覆膜节水综合高产技术免于白色污染, 获得水稻持续高产的关键。水稻收割时做到低留稻茬, 将方便地膜的回收。
世界节水日节水标语 第5篇
2、自身节约一小步，世界迈进一大步!
3、节约用水，浪费可耻。
4、当你让水白白流掉时，我们离干旱又近了一步。
5、一周无水，人则虚;一年无水，则国损;百年无水，将如何?
6、拥有时不知珍惜，失去时方觉可惜。请珍惜每一滴水。
7、地球淡水将耗尽，节水行动得抓紧。
8、今日留下的泪，明日留下的水!
9、别让以后的孩子认为鱼类只有泥鳅。
10、水体既由氢氧构，何必再生氮磷钾?忆起绿水肥田时，苦中作乐摘甜瓜。
11、树立人人珍惜水，人人节约水的良好风尚!
12、水，并不是因为我们珍惜才显得珍贵
13、高炉热水煤炭耗，珍惜热水莫乱倒。
14、君不见龙头之水天上来，浪费之后不复回!
15、水是生命之源，请珍惜每一滴水。
16、厉行节约用水，变沙漠为绿洲。
17、华山再高，顶过有路;资源再好，无水不成。
18、无能再造一水，有心不费一滴。
19、水源是生命的起源，勿让那拍案的惊涛成为人类死亡的交响乐。
20、流走的是蓝色液滴，回来的是黄色颗粒。
21、人人关心节水，时时注意节水!
22、皮皮虾都在节水了，你还在干什么?
23、节约一滴水，造福万千人。
24、即使不能再生水，至少不要再失去它。
25、涓涓细流清美灵动时行时止。
26、世界水日，珍爱点滴!从今天开始，从你我做起，共筑美好未来!
27、雨神(萧敬腾)：若您愿与我比翼双飞，勿让我流干最后一滴血。
28、珍惜点滴，珍惜生命之源
29、请珍惜宝贵的生命之源--水!
30、每一滴死于非命的水，干涸是它们复仇的方式。
31、浪费一滴水，多流一滴泪。
32、淡水在减少，浪费可不好!
33、节约用水，关注点滴!
34、用水有制，流之不复。
35、加强用水设备管理，堵塞水的跑冒滴漏!
36、为了人类共同的未来，必须保护和合理使用好水资源!
37、春光十里尚需万顷雨露，莫使滴水贵如油!
38、水池边：不要让流失的水成为后人的泪。
39、浴不必江海，要之去垢;马不必骐骥，要之善走。
40、没有水的日子里，生命之花将枯萎珍爱生命，节约水源。
41、仙人掌都懂的事，你明白吗?
42、别再让它伤心流泪请自觉关好水龙头。
43、流得多，留得少!
44、水是生命的源泉、农业的`命脉、工业的血液!
45、滴水即生命，请珍惜水资源。
46、民以食为天，食以水为先。保护水资源，保护每一分绿色。
47、临渊羡鱼，不如退而结网。
48、水滴可汇成大海，但大海也会枯成沙漠。
49、若不珍惜，沙漠之后再无绿洲。
50、水是生命的源泉，请珍惜我们的生命。
51、定个小目标，先节约一盆水。
52、与其日后水枯悔恨，不如今朝珍水节水。
53、依法节水，循环用水，平等使用，公平享受。
54、国家实行计划用水，厉行节约用水!
55、流水不腐亦不复。
56、今天节约一滴水，留给后人一滴血。
57、我有一句节约用水不知当不当说。
58、山锐则不高，水狭则不深。
59、龙头打开水哗哗，转身莫忘关掉它。
60、节约一滴水珠，滋润一方土地。
61、请珍惜每一滴水，愿你每一天安好。
62、护我十里水源，还你三生三世。
63、请用您的手，拭去我的泪。
64、节约用水，利在当代，功在千秋!
65、水，为你，千千万万遍;愿你，如泉眼无声般惜细流。
66、用者本无心，流水却有溢!
67、要像爱护眼睛一样，珍惜水资源!
68、套路是我学的，想节水是真的。
69、别等到口干舌燥时才想起曾经水滴的娥罗多姿。
70、为了人类和您自身的生命，请珍惜每一滴水!
71、水房：别让我的眼泪陪我过夜。
72、善游者溺，善骑者附。
73、请动一下手，关好水龙头。
74、节约用水是每个公民的责任和义务!
75、你今天节约的每一滴水，将会是明天人类少流下的一滴悔恨之泪!
76、泠泠滴水，生命之源。
77、物有本末，事有始终，水为众生之源，生乃万物之本。
78、认真贯彻“开源节流并重，以节流为主”的方针!
79、成全落花有意，别让“流”水无情!
80、新沐者必弹冠，新浴者必振衣。
81、一点一滴，当思留之不易;一湖一泊，方可深深流长。
节水控制论文 第6篇
【关键词】自动控制技术；工业用水；节水节能
自动控制技术是在20世纪中发展的最快、给人类生产生活带来影响最多的一门科学技术，而在21世纪的工业生产领域，自动控制技术也是最重要的技术之一。自动控制技术从字面意义上来讲就是通过电子机械、仪器仪表、计算机以及其他自动化装置来代替生产中的各种人工的手动化操作，相较于人工手动化操作来讲，自动控制技术在工业中的应用更为快捷、可靠，并且具备一定的准确性。本文通过对自动控制技术进行分析，总结出了在工业用水节水节能的相关应用性能及为工业用水带来的节水节能效果。
1、自动控制技术在工业用水节水节能的应用概述
通常来讲，工业用水的节水节能通常可以分为生产管理性和自动控制技术性两类。其中自动控制技术性的节水节能措施包括在工业生产过程中对循环用水系统进行建立和完善，以及对工业生产中的生产工艺和用水工艺进行改革[1]。在工业生产过程中建立完善的循环用水系统可以从根本上提高工业生产过程中工业用水的重复使用率，而工业生产过程中所用水的重复率越高，越能降低工业生产的用水量和水消耗程度。与此同时该做法还能在极大程度上降低工业生产过程中的污水排放数量，减少工业污水排放对生态环境的影响，继而从根本上减缓工业生产过程中的水资源供给压力。而通过自动控制技术对生产工艺以及用水工艺进行改革，其中重要的技术手段包括在工业生产过程中采取省水新型工艺、选用无污染或少污染的工业生产技术以及推广新型节水器具[2]。
以吉林省长春市绿园区汽车制造厂为例，在没有将自动控制技术融入工厂用水之前，该汽车制造厂每天用于厂内清洗的用水大概在20吨以上，而且大量的洗刷污水的排除对周围的环境也造成了一定的污染。但在使用了一系列相关的水资源自动控制系统之后，该汽车制造工厂每日的用水量得到了大大的降低，每天都能控制在12吨左右。目前在我国常用的工业用水节水自动控制技术包括自动控制重复用水技术、自动控制洗涤节水技术以及自动控制冷却节水技术。上面所提到的吉林省长春市绿园区汽车制造厂就是将这三种技术进行结合而达到最终的节水效果。自动控制重复用水技术可以使工业用水得到重复使用，用自动控制技术的相关特性发展工业生产外排污水回用以及“零排放”技术。该技术可以通过对企业污水进行处理后将其还原进行再利用，尤其是在供水困难的相关地区更应使用该种自动化控制技术，继而完成对企业用水的节水节能。而自动控制冷却节水技术则是利用自动控制技术来进行工业生产蒸汽冷凝后的水回收再利用技术，采用自动化的技术对企业生产过程中的蒸汽冷凝水回收网络进行优化，建立以闭环控制技术为主的笔试回收系统。在进行工业生产的过程中，应对蒸汽泠凝水回收设备装置进行大面积的使用，并对生产过程中对漏气率小、背压度大的自动控制节水型疏水器进行推广。与此同时，还应通过自动控制技术对工业生产中蒸汽冷凝除铁、除油技术进行优化。
2、自动控制技术在工业用水节水节能中的应用分析
2.1自动控制冷却节水技术应用分析。在对工业用水进行节水节能的控制过程中，采用自动控制技术进行高效的冷却节水是最为重要的环节。首先，应将自动控制技术的相关原理应用到高效的工业用水换热设备当中，实现对工业用水换热设备中换热器以及其换热流程的优化，继而是工业生产用水中的自动化物料换热节水技术得到推广[3]。其次，利用自动控制技术生产出高效环保节能型工业生产用水冷却塔以及相应的冷却器具，使得循环冷却水系统能够实现自动化控制，淘汰以往的用于工业生产用水冷却的人工操作的冷却池、冷水池以及冷却器具，将自动化的高效旁滤器应用到工业生产用水的冷却环节当中。最后，利用相关的自动控制技术，建立起一套高效的循环冷却水处理技术，在工业生产用水的敞开式循环间接冷却水系统中融入自动化技术，使得其的水处理运行技术能够实现自动化工作以及浓缩倍数>4的相关水处理环节，用自动控制技术来限制高磷锌水在工业生产用水的冷却环节当中的使用，继而从根本上实现对工业生产用水的节水和节能。自动控制冷却节水不仅能够为工业企业提供充足的用水，也能够降低其成本支出，与我国建设资源节约型社会相吻合，因此，针对自动控制冷却节水技術在工业用水节水节能中的系统建设与应用对推动我国工业发展至关重要[4]。本文所讨论的自动控制冷却节水技术其应用流程如图1所示。
首先，工业生产过程中温度及杂质较高的冷却水经过给水管道的引导，流向了制冷器，本次研究中所设计的自动控制冷却节水系统制冷设备采用石墨制冷器，其好处为工业循环冷却水在经过该处理器冷却过程中能够将大量工业杂质从冷却水中分离出来，提高了冷却水质量。同时高效的制冷设备也可以实现快速降温，从而实现初步降温的目的。此过程中需要保证工业生产中冷却水量供给充足，以最大化发挥制冷器的作用，提高工业用水降温相率，为后续水处理工作提供帮助[5]。其次，经过初步冷却的工业冷却水需要采用电导率检测仪来实施检测，以确保电厂锅炉给水和蒸汽冷凝水等高纯水电阻率的在线连续监测。同时也可以将检测结果传输给废酸水中和站，从而制定下一阶段的冷却水处理工作。此阶段自动控制冷却节水技术主要是对已经冷却的冷却水实施杂质监督，从冷却水质中分析水中所包含杂志、颗粒物、温度等数据资料，如果工业用水经处理后无法满足工业生产需求而需要向外界排放，则可以将工业给水对环境的影响及损害降到最低，有力的推动了环保工作开展，为我国水资源可持续利用提供了较为科学的使用方法。如果工业用水经电导率检测仪检测后相关指标符合循环冷却处理要求，那么将通过给水管道将冷却水传导至废酸水中和站，以便实施接下来的循环水去除杂质等工作[6]。
第三，废酸水中和站循环冷却水处理。目前，我国工业用水节水节能工作中循环冷却水水质管理和加药管理主要采取人工作业方式，对工作人员数量及工作效率依赖性较高，在工业循环冷却水处理过程中需要耗费大量的人力物力来进行操作，而且还存在着操作强度高，水质波动大，加药滞后，容易过量和不足等影响水处理效果和运行费用等不利因素。不仅降低了整个工业用水节水节能工作效率，也在一定程度上影响了工业循环冷却水的处理质量，造成节水节能工作没有取得理想的效果，经济成本支出较高。根据现有工业用水节水节能工作发展情况分析可知，我国冷却水处理技术与欧美发达国家差距并不是很大，经过二十多年的开发、研究和应用，国内生产的药剂已经能够满足工业循环冷却水处理需求，同时与国际水平相比，具有较高的价格优势。并且，适时地开发系列自动控制系统和装置，实现水处理运行控制的智能化、自动化，是当前我们急需解决的问题。本文研究中充分利用现有技术和设备，将工业循环冷却水从源头开始，直到回水返回给工业生产，整个过程均处在自动控制冷却节水系统监控之中，经过自动加药处理后工业循环冷却水实现了总碱+总硬（CaCO3计）控制1600ppm，浓缩倍数≥5，碳钢腐蚀率≤0.075mm/a，污垢热阻≤2.5×10-4m2〃k/w，异氧菌数<5×105个/ml的主体目标[7]。最后，经过给水管道将已经冷却处理完毕的工业循环冷却水重新回流给工业企业，用于工业企业再次生产。
2.2自动控制重复用水技术。在工业生产用水过程中，大力推广和发展自动控制重复用水技术，可以有效提高工业用水的重复使用效率，继而达到工业用水节水节能的目的。首先，应利用自动控制技术的相关理论建立起自动化的工业循环用水系统、工业串联用水系统以及工业回用水系统，大力推进企业对于其自身用水网络集成技术的应用与开发，对已有的企业用水网络系统进行优化，并根据自动化的控制技术对工业生产中的用水网络集成技术进行改建、扩建和新建。其次，还应利用自动控制技术来进行工业生产蒸汽冷凝后的水回收再利用技术。采用自动化的技术对企业生产过程中的蒸汽冷凝水回收网络进行优化，建立以闭环控制技术为主的笔试回收系统。在进行工业生产的过程中，应对蒸汽泠凝水回收设备装置进行大面积的使用，并对生产过程中对漏气率小、背压度大的自动控制节水型疏水器进行推广。与此同时，还应通过自动控制技术对工业生产中蒸汽冷凝除铁、除油技术进行优化。最后，利用自动控制技术的相关特性发展工业生产外排污水回用以及“零排放”技术。该技术可以通过对企业污水进行处理后将其还原进行再利用，尤其是在供水困难的相关地区更应使用该种自动化控制技术，继而完成对企业用水的节水节能。具体的自动控制重复用水技术流程图如下。
结论
综上所述，在我国目前的工业生产过程中，工业用水浪费情况日益明显，这样的状况在给工业生产的用水成本带来了一定负担的同时，也给国家的水资源造成了一定的浪费。自动控制技术是目前用于工业生产的主要技术之一，将其融入到对工业用水的节水节能当中，可以有效实现对工业用水节约程度，减少为工业用水供水设备的维修次数。
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节水控制论文 第7篇
城市绿地可以起到净化空气、吸滞粉尘、调节和改善小气候以及美化环境的作用。随着我国城市化进程的加速发展、城市建设的日新月异,城市绿地灌溉的需水量也越来越多。目前,多数城市绿地依然采用自来水进行灌溉,这对日益紧张的城市供水更是雪上加霜,加剧了城市自来水的供需矛盾。因此,采用高效的灌溉方式势在必行。本文提出了一种能够充分利用气象预报信息的绿地智能灌溉控制系统,该控制系统通过无线通信接口接收、识别气象预报信息,再根据天气的未来降雨概率、雨量等气象信息,以及传感器检测到的土壤的湿度等环境因素,通过模糊决策决定灌溉与否及灌溉量,从而达到智能节水灌溉。同时,本控制系统还利用降雨概率、气温、风速等天气预报信息,对控制器进行不定期唤醒,以达到节电的目的。
1 系统设计
1.1 设计原理
城市绿地灌溉模糊控制系统原理框图,如图1所示。
1.2 系统组成
城市绿地灌溉模糊控制系统由硬件和软件两大部分组成,硬件负责数据的采集和电磁阀的控制,软件负责整个系统的正常运行。
1.3 硬件设计
控制器采用MCS51系列单片机89C51为核心,采用西门子公司的T35作为气象预报信息的GSM短信接收模块,与单片机串行口相连;采用南京传滴仪器设备有限公司生产的FJA-10型压电式水势变送器,输出电压0~5V,通过A/D转换后得到土壤水势数字量;控制阀采用PWM方法调节单位时间的灌水量;辅以X25045、键盘、显示等外围芯片构成。控制器硬件构成,如图2所示。
下面重点介绍GSM短信通讯模块的接口电路,其框图如图3所示。T35的瞬间峰值电流可达到2A,因此电源容量要足够,在系统中采用了大容量的电容来满足供电要求。T35数据接口工作在CMOS电平,可直接与单片机串行口连接。T35通过40芯ZIF与单片机、SIM卡相连,ZIF提供控制线、数据线、电源线等接口,ZIF连接器提供6个引脚给SIM卡接口。其中,CCIN用来检测SIM卡是否插好;CCVCC给SIM卡提供电源;CCCLK为时钟脉冲信号;CCIO为数据传输线。系统加电后,为使T35进入工作状态,必须给IGT加一个延时100ms的低脉冲,电平下降时间不超过1ms。启动后,IGT应保持高电平。本控制系统采用当前大多数手机使用的PDU Mode来接收短信息,接收之后通过PDU解码,获取短信内容。
1.4 软件设计
控制器软件主要包括监控程序、定时检测控制程序等部分。其中,监控程序完成系统的参数设置、显示等功能,结构框图如图4所示。
根据气象预报信息计算检测控制程序下一次被执行的时间,完成土壤水势的检测,并将之和气象预报信息的雨量信息进行模糊化处理、模糊推理、解模糊化,输出被控制量(灌溉时间),程序框图如图5所示。
2 结论
本城市绿地模糊灌溉控制系统充分利用了现今比较准确的气象预报信息,将未来的降雨概率、雨量与传感器检测到的湿度等环境因素相结合。同时,采用模糊控制决策来决定灌溉控制系统的灌溉与否及灌溉量,并利用未来天气的降雨概率、雨量、气温、风速等气象预报信息,采用对模糊控制器不定时唤醒策略。因此,该控制系统节电,且克服了传统灌溉依靠模型计算绿地需水量的缺陷,特别适用于大型公园、高尔夫球场的灌溉,具有良好的应用前景。
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节水控制论文 第8篇
我国水资源短缺,利用率低,水浪费严重,供需矛盾突出,严重制约我国社会经济的发展。解决水资源短缺问题最根本的出路在节水,建设节水型社会是新农村建设发展节水的根本途径。我国水资源总量并不算少,但是人均水资源量仅是世界平均数的26%,而灌溉用水量偏多是多年存在的一个突出问题。因此要节约用水,合理灌溉,发展节水农业。要做到这些,深入了解作物蓄水规律,掌握合理灌溉的时期、指标和方法,实行科学供水是非常重要的。
近几年来,随着我国设施农业以及温室大棚的蓬勃发展,水的需求量日益增加,加之我国是一个水资源短缺的国家,尤其是西北干旱半干旱地区,节水灌溉工程已成为国民经济可持续发展的一项重要战略任务。发展节水灌溉对于缓解水资源紧缺矛盾、扩大灌溉面积、实现“两个转变”、可持续发展战略、提高农业综合生产能力具有十分重要的意义。节水灌溉的基本原则就是用少量的水取得最大的效果,而合理的灌溉是农作物正常生长发育并获得高产的重要保证,可取得良好的生理效应和生态效应,增产效果显著。国外一些喷灌系统设备结构复杂、成本较高,其安装和维护过程都很复杂,不适合在我国使用。
我国制造的喷灌设备成本相对低廉,但是由于绝大多数采用的是普通继电器控制系统,调试与维护困难,灵敏度不够高,不能实现定时定量喷灌,其产品市场占有率很低[1,2,3,4,5,6,7]。PLC具有体积小、功能强、编程简单、可靠性高和组装灵活等优点,广泛应用于国防、电力和通讯等领域,但在农业领域很少应用。可编程控制器(PLC)应用在节水灌溉控制工程设计中能够简化硬件结构,具有提高可靠性、增加灵活性和适用于各种环境条件下运行等优点,并且在系统硬件组成不变的情况下,通过更改软件设置来适应多种运行方式的需要,是传统继电器控制的理想替代品,尤其在农田水利系统的小型泵站中可实现无人值守或半无人值守,具有广阔的应用前景和使用价值[8,9,10]。
1 系统要求
1.1 技术要求
我国把节水灌溉作为国民经济可持续发展的一项重要措施和战略任务,研制和推广节水灌溉控制新技术是实现农业现代化的需要,同时也是建设和保护干旱、半干旱地区生态环境的一条重要途径。PLC是在传统电气控制的基础上发展而来的,它将继电器、接触器控制系统的优点与计算机控制系统的编程灵活、功能齐全、应用面广和计算功能强大等优点结合起来,并且汇集了超大规模集成电路的众多优点,把它应用在节水灌溉控制系统中,能够简化硬件结构,提高可靠性,增加灵活性,可收到人们常说的“以软(件)代硬(件)”的效果。基于PLC的自动喷灌控制系统是将自动控制与喷灌系统有机地结合起来,使喷灌系统在无人干预的情况下通过控制器按规定的程序自动进行喷灌。为了达到节水的目的,灌溉区域采用分组轮灌,其灌水量的控制要求采用自动灌溉控制系统,按序开关各小区的供水电磁阀,达到既节省人力又使灌溉时间控制准确和提高灌溉质量的目的。
1.2 节水灌溉自动控制系统的功能要求
可编程控制器是以微处理器为基础,综合了计算机、自动控制和通信等技术的一种新型通用工业控制装置,它具有结构简单、编程方便和可靠性高等优点,已广泛应用于工业生产过程和装置的自动控制中,成为工业控制的主要手段和重要的基础控制设备之一。由可编程控制器构成的节水灌溉自动控制系统根据植物生长、研究的特点和要求,系统需要提供以下控制功能。
1)实现喷灌自动化,利用其自带的PID功能指令及其扩展功能模块实现系统对农作物喷灌的自动控制,基本上实现了“无人值守”灌溉,大大节省了人工劳动。
2)自动控制系统对作物进行灌溉时,遇到阴雨天会自动停止灌溉。灌溉不仅受时间控制,而且要求在软件中有湿度、温度控制功能,即温湿度达到某一控制点时改变运行程序,这样与传统的灌溉机械系统相比更为节水。本系统用传感器电路测量湿度和温度。当湿度达到设定值时,自动停止灌溉;当温度低于0℃时,自动停止灌溉,从而减少了水的浪费。
3)手动和自动控制功能。考虑到系统的可靠性和经济性,要求系统有手动和自动控制功能。系统在自动(或手动)工作方式时,能自动(或手动)控制供水水泵的运行与停止。
4)在系统硬件组成不变的情况下,通过更改上位机组态软件设置,来适应多种运行方式以及作物不同生长期的需要,适应不同运行环境的需要(如农田、果林、草场、温室大棚、草坪和沙床苗圃等),并且可以选择不同的灌溉方式(喷灌或者滴灌等)。
5)可编程控制器(PLC)和控制计算机实现通信,通过MCGS和组态王等组态软件开发设计,实现上位机控制界面,足不出户就可以控制整个系统,并且监控整个设备的运行状态。根据作物的需水规律及其整个生命状态实时调整程序的参数进行,以适应作物不同生长期对水和矿物质的需求。
6)对断电、断水等情况加以考虑,使系统具有较高的安全性。采用PLC程序控制,相比继电器控制系统,提高了可靠性,减少了维护工作量。
喷灌工作由系统在无人看守的情况下自动完成,具体要求为:启动后,系统白天喷水,晚上停止。当土壤湿度达到一定值时,自动停止喷水;少于一定值时,自动喷水;雨量超过一定值时,系统会自动停止喷水报警。遇断水情况,为了不使水泵空转,须有断水保护和报警;当系统突然断电,有断电保护功能,来电后系统恢复运行。既可远喷,又可近喷,且系统还具有手动控制功能。另外,要求本系统成本较低,可靠性高,适于野外环境。
2 系统设计
2.1 总体设计
在国内外有许多类似的控制系统设计,但由于采用的是单片机或微型机控制,其接口及程序设计复杂,且抗干扰能力差,而由PLC构成的控制系统具有设计简单、编程方便和系统抗干扰能力强等特点。此控制系统设计可以充分发挥现有的节水设备作用,优化调度,提高效益,通过自动控制技术的应用,更加节水节能,降低灌溉成本,提高灌溉质量,使灌溉更加科学、方便,提高管理水平。
目前,在一些大型的灌区采用一种用组态软件开发出的节水灌溉远程自动控制系统,但其经济因素及适用性和针对性对中小型的温室大棚而言并不适用。本文研究了在节水灌溉自动控制系统中以PLC作为控制核心,通过PLC的RS232口与管理机通信,以实现集中化管理。PC机作为上位机对其进行定期的数据收集、存储以及进行一定程度的监控和数据设定,并且能实现灌溉的定时定量控制和循环控制。PC上位机主要完成系统时间的设定、灌区灌溉时间的设定和实时监视灌区电磁阀的运行状态。基于此,设计选型时采用一般的个人计算机作为上位机。PC机价格适中,操作简单方便,内存大,人机界面友好,且带有标准的RS-232通信接口,易于和外围设备相连。根据本系统所要实现的功能,用一般的个人计算机完全满足要求,控制系统结构图如图1所示。
节水灌溉自动控制系统可以通过调整硬件的配置,来满足中小规模的温室中灌溉的要求或者其他灌溉外部环境的要求。同时,系统能够在出现异常情况时进行报警(比如湿度、温度、土壤当中的营养物质浓度和天气的变化等),并从终端传输到上位机上,显示在仿真控制界面上,以提醒工作人员。上位控制计算机能够根据环境(植物的需求、土壤的性质)的变化对软件程序参数进行实时的调整,从而达到在最大限度节约水资源的同时满足作物生理需求和提高产量的目的。
2.2 系统硬件选型
2.2.1 主机的选择
可编程控制器的种类和型号可以根据系统的大小和稳定性的要求进行调整。三菱、西门子、欧姆龙的小型机一般可以满足要求,但在稳定性要求特别高时,也可以选择施耐德或者A-B可编程控制器。主机的型号根据其具体的输入输出点的多少进行选择。
2.2.2 其他设备的选择
除了主机之外,水泵、电磁阀、传感器等其数量和性能指标都要根据具体的灌溉环境进行选择,使系统的稳定性和可靠性得到保证,如此才能保证在节约水资源的同时,作物一直处于良好的生长环境当中。硬件设备的选择如表1所示。
2.3 下位机软件的设计
2.3.1 PID指令
此系统的软件主要是可编程序控制器(PLC)的系统控制程序,使农作物喷灌系统在PLC的控制下实现自动控制。为了能够实现对农作物喷灌的精确控制,此控制系统的软件程序利用了可编程序控制器(PLC)中的PID控制。因此,在进行软件设计说明之前,先介绍一下PLC的PID控制。
2.3.1. 1 PID控制系统
控制系统结构如图2所示。
该系统主要由PID控制器和被控对象所组成,而PID控制器则由比例(P)、积分(I)、微分(D)等3个环节组成,它根据给定值r(t)与实际输出值y(t)构成的偏差信号e(t),并将偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量,对被控对象进行控制,故称PID控制器。PID控制器的数学模型可以表示为
式中u(t)控制器的输出;
e(t)控制器的输入,它是给定值和被控对象输出的差,称偏差信号;
KP控制器的比例系数;
TI控制器的积分时间;
TD控制器的微分时间。
简单来说,PID控制器各校正环节的主要控制作用如下:
1)比例部分。
比例作用的引入是为了及时成比例地反应控制系统的偏差信号,以最快速度产生控制作用,使偏差向减小的趋势变化。比例部分数学表达式为Kpe(t),比例系数KP的作用在于加快系统的响应速度,提高系统的调节精度。KP越大,系统的响应速度越快,但将产生超调和振荡,甚至导致系统不稳定,因此KP值不能取得过大;如果KP取值较小,则会降低调节精度,使响应速度缓慢,从而延长调节时间,使系统动静态特性变坏。故而比例系数KP的选择必须适当,才能使过渡时间少,静差小而又稳定。
2)积分部分。
积分作用的引入主要是为了保证被控量在稳态时对设定值的无静差跟踪。积分部分数学表达式为由此表达式可以知道,只要存在偏差,则它的控制作用就会不断增加。只有在偏差e(t)=0时,它的积分才会为一个常数,控制作用才是一个不会增大的常数。可见,积分部分的作用可以消除系统的偏差。积分时间常数TI对积分部分的作用影响极大。当TI较大时,积分作用较弱,系统的过渡过程不易产生振荡,但是消除偏差所需的时间较长;当TI较小时,积分作用较强,这时系统过渡过程中有可能会产生振荡,但消除偏差所需的时间较短。
3)微分部分。
微分作用的引入主要是为了改善闭环系统的稳定性和动态响应的速度。微分作用使控制作用于被控量,从而与偏差量未来变化趋势形成近似的比例关系。微分部分的数学表达式为由此表达式可以知道,微分部分的作用强弱由微分时间常数TD决定。TD越大,则它抑制e(t)变化的作用越强;TD越小,则它反抗e(t)变化的作用越弱,它对系统的稳定有很大影响。
在以微处理器为硬件核心的控制系统中,由于是以采样周期对输入和输出状态进行实时采样,故它是离散时间控制系统。在离散控制系统中,PID控制采用差分方程表示,即
式中k采样序号,k=0,1,2,;
u(k)第k次采样时刻的计算机输出值;
e(k)第k次采样时刻输入的偏差值;
e(k-1)第(k-1)次采样时刻输入的偏差值;
为了避免在求取控制量u(t)时对偏差求和运算,在实际应用中通常采用增量式,即
△u(k)=Kp△e(k)+KIe(k)+KD[△e(k)-△e(k-1)]
2.3.1. 2 实现PID控制的方法
1)使用PID过程控制模块。
在这种模块中,包含A/D转换器和D/A转换器,PID控制程序是可编程序控制器厂家设计的,并存放在模块中,用户在使用时只需设置一些参数,使用起来非常方便,一块模块可以控制几路甚至几十路闭环回路。但是这种模块的价格昂贵,一般在大型控制系统中使用。
2)使用PID功能指令。
现在有很多可编程序控制器都有供PID控制用的功能指令(如三菱、西门子和欧姆龙都有PID指令),实际上是用于PID控制的子程序,与模拟量输入/输出模块一起使用可以得到类似于使用PID过程控制模块的效果,但是价格要便宜得多。
3)用自编的程序实现PID闭环控制。
有的可编程序控制器没有PID进程控制模块和PID控制用的功能指令,有时虽然可以使用PID控制指令,但是希望采用其他的PID控制方法。在上述情况下,都需要用户自己编制PID控制程序。
如果将反馈信号送给PLC的模拟量输入模块,用PLC实现PID闭环控制,用D/A转换器输出的模拟信号作为变频器的频率给定信号,需增加PLC的模拟量输入模块和模拟量输出模块,将会增加硬件成本。
PID闭环控制要求可编程序控制器具有较强的算术运算功能、较高的指令执行速度和较大的用户程序存储器容量,最好选用像FX2N这种高性能价格比的小型可编程序控制器或大中型可编程序控制器[11,12]。
2.3.1. 3 可编程控制器(PLC)的PID功能指令
在学习PLC的PID功能指令前,应先了解PLC闭环控制系统结构图,如图3所示(注意字母所代表的量,有助于理解指令)。
由图3可知,PID回路运算由给定值SV、当前测量到的反馈值PV和运算结果MV组成。其中,源操作数、目标操作数和控制参数均存放在数据寄存器中。PID指令用于闭环模拟量控制,在PID控制开始之前,应使用MOV指令将参数设定值预先写入数据寄存器中。如果使用有断电保持功能的数据寄存器,还需要重复写入。如果目标操作数[D]有断电保持功能,应使用初始化脉冲的常开触点将它复位。
数据寄存器分别用来存放采样周期TS、动作方向、输入滤波常数α(0%~99%)、比例增益KP、积分时间TI、微分增益KD(0%~100%)和微分时间TD。PID运算的内部处理、输入输出变化量增加、减少的报警设定值和报警输出同样需要数据寄存器。
PID指令可以在定时中断、子程序、步进梯形指令和转移指令中使用,但是在执行PID指令之前必须使用指令将相关数据寄存器清0。在执行PID运算之前,必须将正确的反馈量读入PV中,对模拟量的输入值进行PID运算时,要注意转换时间。在执行PID指令之前,先要设定相关的控制参数,并写入数据寄存器中。控制参数的设定和PID运算中的数据出现错误时,“运算错误”标志为ON,同时将错误代码放入数据寄存器中。
2.3.2 软件程序参数的调整
合理灌溉是农作物正常生长发育并获得高产的重要保证。作物是否需要灌溉以及灌溉量的多少可依据气候特点、土壤墒情、作物的形态、生理形状和指标加以判断,不同作物、不同品种和不同生育期对肥料要求也不同。因此,软件程序当中的设定值应该根据作物对水分和肥料的需求做出及时的调整,以保证作物的正常生长,并实现合理灌溉,合理施肥,从而提高产量。
首先,不同作物对水分的需求量不同,同一作物不同生长期对水分的需求量不同。一是种子萌发到分蘖前期,消耗水最多;二是分蘖末期到抽穗期,消耗水最多;三是抽穗到乳熟末期,消耗水最多,缺水会严重减产;四是乳熟末期到完熟期,消耗水较少,如此时供水过多,反而会使小麦贪青迟熟,籽粒含水量增高,影响品质,作物的水分临界期(植物在生命周期中对水分缺乏最敏感、最易受伤害的时候)不同。
其次,在不同生育期施肥对生长的影响不同,对增产效果有很大的差别。其中,有一个时期施用肥料的营养效果最好,这个时期被称为植物营养最大效率期。一般作物的营养最大效率期是生殖生长时期。施肥的目的是为了满足作物对矿质元素的需要,肥料要施得及时合理。首先,应了解作物需肥规律,方能达到预期效果。不同作物或同一作物的不同品种需肥情况不同,作物不同需肥形态不同,同一作物在不同生育期需肥不同,如表2所示[13]。因此,要针对作物的具体特点,进行合理施肥。作物整个生命周期当中可能会需要很多种矿质元素,但对其起决定作用的就一种或几种,如苦瓜受锌钼影响最大,生姜受限于锌的水平,苹果的品质受限于钙的水平等。
要合理施肥,就要全面掌握土壤肥力和植物营养状况。有了这两方面的资料,方能根据土壤肥力,配施适量基肥,并根据各生长阶段的营养状况及时追肥。土壤营养丰缺指标、作物营养丰缺指标,作物营养丰缺指标又包括形态指标(长相和叶色)和生理指标(体内养分状况、叶绿素含量、酰胺和淀粉含量及酶活性)。
植物对矿元素的吸收受环境条件的影响,其中以温度、氧气、土壤酸碱度和土壤溶液浓度的影响最为显著,即土壤的水分将影响施肥的效果。合理施肥与合理灌溉是相辅相成的,温度、通气状况、土壤溶液浓度及土壤p H等所有的参数指标都将通过传感器测量之后传送到控制计算机,经过处理之后自动调整软件程序当中的相关设定值,并及时报警,提醒工作人员何时施肥、施什么样的肥(有机还是无机)和施哪种肥料(二胺、尿素或碳酸氢铵)。
只有及时根据气候特点、土壤墒情、作物的形态、生理形状和指标在线自动调整设定值,才能实现合理灌溉和合理施肥,如此才能达到最大限度的节约水资源,并且实现增产的目的。
3 系统上位机组态界面的设计
该系统中上位机采用组态王软件,它是新型的工业自动控制系统,具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济和开发周期短等优点,具有便捷的计算、图形、动画、监控和操作能力,有着强大的数据管理能力,而且它能充分利用Windows的图形编辑功能,方便地构成监控画面,并以动画方式显示控制设备的状态,具有报警窗口、实时趋势曲线等,可便利地生成各种报表。同时,它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式以及数据链接功能,便于和PLC连接构成专业化的控制系统。组态技术在节水灌溉控制系统中的应用能够形成可视化人机界面,并能够对灌溉的运行情况进行实时、有效、便捷的监控。同时,组态王软件具有良好的扩展性和设备硬件无关性,能够根据不同的现场控制需要方便快捷的建立动画画面和监控系统以及形成各种数据报表。因此,利用该系统的监控功能,可以合理地指导农民进行科学的灌溉,达到粮食增产的目的。
4 灌溉方式的选择
水是生命的“先天”环境,没有水就没有植物,而植物对水的需求又与其新陈代谢、抗逆性蒸腾作用的强弱有密切的关系。灌溉的基本原则就是用少量的水取得最大的效果。要进一步发挥灌溉的作用,就要掌握作物的需水规律。作物需水量因作物种类、生长发育时期不同而有差异。合理灌溉则要以作物需水量和水分临界期为依据,参照生理指标制定灌溉方案,采用先进的灌溉方法及时地进行灌溉,方能取得良好的生理效应和生态效应,增产效果显著。
漫灌是我国目前应用最为广泛的灌溉方法,其最大缺点是造成水资源的浪费,还会造成土壤冲刷、肥力流失、土地盐碱化等诸多弊端。近些年来,喷滴灌技术的研究应用已遍及全国。所谓喷灌,就是借助动力设备把水喷到空气成水滴降落到植物和土壤上。这种方法既可解除大气干旱和土壤干旱,保持土壤团粒结构,防止土壤盐碱化,又可节约用水。所谓滴灌,是通过埋入地下或设置于地面的塑料管道网络,将水分输送到作物根系周围,水分(也可添加营养物质)从管上的小孔缓慢地滴出,让作物根系经常处于良好的水分、空气和营养状态下。
5 结论
1)该系统实现了农作物喷灌的自动控制,提高了系统的可靠性。
2)本系统能通过对土壤湿度、土壤温度、降雨量以及气候的变化来自动实现对农作物喷灌量和喷灌时间的控制。
3)可编程序控制器(PLC)的PID功能能够实现对系统的精确控制。
4)本系统造价低廉、可靠性高、能耗低,并且调试维护简单、灵敏度较高,可以替代传统的继电器控制系统,具有广阔的应用前景和使用价值。
5)实现了PLC与上位机的通信,上位机组态软件可以采集测量设备所测量到的参数。上位机以此为依据向喷灌区可编程序控制器发出控制指令,对农作物按照控制要求进行喷灌。同时,能自动连续地检测各喷灌区的实际工作情况和控制设备(电磁阀及水泵)的运行状态,并将设备的实际工作情况以信息的形式显示在组态界面上。
6 展望
1)喷灌的原理、喷头和喷灌的角度还需深入研究。当整个控制系统根据具体的环境和土质设计完成之后,灌溉管道的铺设就成为主要工作。灌溉方式的选择将影响整个系统的成本。喷灌还是滴灌要根据具体的灌溉环境而定,而具体如何实现才能最大限度的节省原材料要由灌溉区域的地形和面积的大小计算而定,如喷灌时急需要选定喷灌角、旋转角以及喷头的架设高度。在能满足整个系统要求的前提下,最大程度地节省原材料,从而使整个系统的经济性得到发挥。
2)如果将现代虚拟技术、传感器技术和地理信息技术等引入到灌溉信息自控系统中,进一步提高了灌溉节水效率同时,应用各类算法模型、数据处理方法能为灌溉控制提供预测决策的支持功能,提高政府的宏观决策能力,实现智能灌溉控制。
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节水控制论文 第9篇
1 方法
试验设在二道河农场第一作业区一号地。共设3个处理。处理1, 除水稻插秧至返青期间田间保留3cm左右深 (俗称瓜皮水) 水层以外其他各生育期间均控制灌溉, 即:当田间耕层0～20cm厚土层含水量达35%～40%时开始灌水, 灌至耕层土壤含水量达50%时为止, 雨后及时排水, 田间保留水层;处理2, 遇降雨田间可蓄存雨水, 但不超过5cm深 (分蘖后期除外) ;遇低温冷害天气与常规栽培相同, 要及时灌深水保温, 天气转暖后田内水排出。其他各生育阶段同处理1, 均采取控制灌溉方法;处理3 (对照) , 保有水层的常规灌溉栽培。
根据现场观测的土壤含水量, 决定田间灌溉用水次数与水量。试验处理设3次重复, 每小区面积667m2。试验用水稻品种99～390。5月20日插秧, 人工插宽窄行 (40cm+20cm) 12cm。阿罗津两次封闭除草, 第二次加苄嘧磺隆。
2 结果与分析
处理1、处理2土壤水分控制标准, 见表1、表2。
2.1 节水情况
处理1较对照平均节水125.6m3/667m2, 节省用水成本9.2元/667m2;处理2较对照平均节水133.4m3/667m2, 节省用水成本9.8元/667m2 (表3) 。
2.2 产量性状
从产量性状上看 (表4) , 处理1好于处理2和对照。处理1有效收获穗数最多, 结实率高, 千粒重比处理2和对照好, 成熟比对照早熟3d左右。从各处理平均产量看处理1为603.6kg/667m2, 处理2为592.6 kg/667m2, CK为556.9 kg/667m2, 处理1比对照增产8.4%, 增产水稻46.7 kg/667m2, 按照每公斤水稻为1.5元计算, 每667m2水稻可增加效益70.05元, 再加上节水费9.2元, 累计每667m2水稻可增效益79.25元, 节约用水125.6m3/667m2。
3 存在问题
经验不足, 需要进一步学习;节水控制灌溉土壤表面现象不好观测很难掌握, 需要多实践;控灌与叶龄关系不好把握, 要加强实践和学习;控制灌溉不能超过土壤含水量下限值, 如控Ⅰ-3产量低, 粒重下降。
4 结论与讨论
4.1 节水控制灌溉技术适合建三江地区草甸白浆土。
通过一年试验表明, 节水控灌技术是一个很好的项目;白浆土具有通透性差、保水力强的特点, 通过控灌改善土壤结构、增加土壤通透性, 使土壤氧气增多, 促使水、肥、气、热诸多因素协调, 以改善水稻的营养条件, 不断提高土壤肥力, 使用稻产量提高。将低产田变为高产、稳产田。
4.2 节水控制灌溉技术具有节水、增产、降低成本、省工、省事、提高灌溉水生产效率的特点, 有应用价值。
使本地区水田面积的开发拓展了空间, 成为水稻主产区。
注: (1) mm为田面水层深度。饱和含水量及灌水下限含水量。 (2) 处理中只有当现场观测的土壤水分在达到下限土壤含水量时, 要灌水至上限, 灌水后田面不保留水层。
摘要：针对水稻田间节水控制灌溉技术在三江地区的应用进行论述。
节水控制论文 第10篇
关键词：ZigBee,无线传感器,节水灌溉,墒情监测
农业灌溉是我国的用水大户,其用水量约占总用水量的70%。据统计,因干旱我国粮食每年平均受灾面积达两千万公顷,损失粮食占全国因灾减产粮食的50%[1]。长期以来,由于技术、管理水平落后,导致灌溉用水浪费十分严重,农业灌溉用水的利用率仅40%[2,3]。如果根据监测土壤墒情信息,实时控制灌溉时机和水量,可以有效提高用水效率[4,5]。而人工定时测量墒情,不但耗费大量人力,而且做不到实时监控;采用有线测控系统,则需要较高的布线成本,不便于扩展,而且给农田耕作带来不便。因此,设计一种基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统,该系统主要由低功耗无线传感网络节点通过ZigBee自组网方式构成[6],从而避免了布线的不便、灵活性较差的缺点,实现土壤墒情的连续在线监测,农田节水灌溉的自动化控制,既提高灌溉用水利用率,缓解我国水资源日趋紧张的矛盾,也为作物生长提供良好的生长环境。
1 系统构架
1.1 无线传感器网络
无线传感器网络技术应用在该节水灌溉控制系统中,其核心技术是ZigBee自组网技术。ZigBee是一种低复杂度、低功耗、低数据率、低成本、高可靠信度、大网络容量的双向无线通信技术。由应用层、网络层、介质接入控制层和物理层组成。ZigBee网络中的设备分为全功能设备(Full Function Device,FFD)和简化功能设备(Reduce Function Device,RFD)两种[7]。ZigBee网络支持星型网、树状网和网状网三种拓扑结构[8]。本系统采用混合网,底层为多个ZigBee监测网络,负责监测数据的采集。每个ZigBee监测网络有一个网关节点和若干的土壤温湿度数据采集节点。监测网络采用星型结构,网关节点作为每个监测网络的基站。网关节点具有双重功能,一是充当网络协调器的角色,负责网络的自动建立和维护、数据汇集;二是作为监测网络与监控中心的接口,与监控中心传递信息。此系统具有自动组网功能,无线网关一直处于监听状态,新添加的无线传感器节点会被网络自动发现,这时无线路由会把节点的信息送给无线网关,有无线网关进行编址并计算其路由信息,更新数据转发表和设备关联表等。
1.2 系统体系结构
该系统以单片机为控制核心,由无线传感节点(RFD)、无线路由节点(FFD)、无线网关(FFD)、监控中心四大部分组成,通过ZigBee自组网,监控中心、无线网关之间通过GPRS进行墒情及控制信息的传递[9]。每个传感节点通过温湿度传感器,自动采集墒情信息,并结合预设的湿度上下限进行分析,判断是否需要灌溉及何时停止。每个节点通过太阳能电池供电,电池电压被随时监控,一旦电压过低,节点会发出电压过低的报警信号,发送成功后,节点进入睡眠状态直到电量充足。其中无线网关连接ZigBee无线网络与GPRS网络,是基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统的核心部分,负责无线传感器节点的管理。传感器节点与路由节点自主形成一个多跳的网络[10]。温湿度传感器分布于监测区域内,将采集到的数据发送给就近的无线路由节点,路由节点根据路由算法选择最佳路由,建立相应的路由列表,其中列表中包括自身的信息和邻居网关的信息[6]。通过网关把数据传给远程监控中心,便于用户远程监控管理。本文设计的基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统组成框图如图1所示。
2 硬件设计
2.1 传感器节点模块
土壤水分是作物生长的关键性限制因素,土壤墒情信息的准确采集是进行农田的节水灌溉、最优调控的基础和保证,对于节水技术有效的实施具有关键性的作用[11]。本系统传感器节点硬件结构如图2所示。
系统采用TDR-3A型土壤温湿度传感器,该传感器集温度和湿度测量于一体,具有密封、防水、精度高的特点,是测量土壤温湿度的理想仪器。温度的量程是-40~+80 ℃,精度为±0.2 ℃;湿度的量程是0~100%,在0~50%范围内精度为±2%。温湿度传感器输出信号是4~20 mA的标准电流环,在主控制器电路上先进行I/U转换,然后进行A/D转换为数字信号后通过射频天线发射出去。电流变换器采用RCV420JP芯片,该芯片集成电阻网络、运算放大器和标准的10 V基准电压源,能够将4~20 mA的电流环转换成0~5 V的电压输出。
信号调理电路如图3所示。A/D转换器则采用低功耗射频集成电路CC2530内部的ADC转换器[12],其采样频率为12位,内部有一个8通道多路开关,可以根据地址码锁存译码后的信号,只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。
2.2 无线通信模块
基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统的通信系统是建立在ZigBee无线通信技术和GPRS的基础上。ZigBee是一种高可靠的无线数传网络,有2.4 GHz(全球)、915 MHz(美国)及868 MHz(欧洲)三种工作频带。本系统采用目前是传感器网络优先选择的全球通用频段2.4 GHz,传输速率为250 KB/s,该频段在大多数国家都无需申请许可证。
无线传感节点(RFD)、无线路由节点(FFD)、无线网关(FFD)的通信模块均采用CC2530芯片,在结构上也有一定的一致性,这里只详细介绍无线网关的硬件结构。网关负责无线传感网络的控制和管理,实现信息的融合处理,他连接传感器网络与GPRS网络,实现两种通信协议的转换,同时发布监测终端的任务,并把收集到的数据通过GPRS网络传到远程监控中心,结构框图如图4所示。
网关采用华为GPRS通信模块GTM900C和TI公司的ZigBee射频芯片模块CC2530。GTM900C GPRS模块支持GSM900/1800双频,提供电源接口、模拟音频接口、标准SIM卡接口和UART接口,支持语音业务、短消息业务、GPRS数据业务和电路型数据业务。CC2530是ZigBee新一代SoC芯片,拥有多达256 B的快闪记忆体,允许芯片无线下载,支持系统编程,提供了101 dB的链路质量,优秀的接收器灵敏度和健壮的抗干扰性。此外,CC2530结合了一个完全集成的,高性能的RF收发器与一个8051微处理器,8 KB的RAM,32/64/128/256 KB闪存,以及一套广泛的外设集包括2个USART、12位ADC和21个通用GPIO(General Purpose Input Output,通用输入输出)。
3 软件设计
本节水灌溉控制系统中,监测数据与控制命令在无线传感节点、无线路由节点、无线网关和监控中心之间传送。传感节点打开电源,初始化、建立链接后进入休眠状态。当无线网关接到中断请求时触发中断,经过路由节点激活传感节点,发送或接收信息包,处理完毕后继续进入休眠状态,等待有请求时再次激活。在同一个信道中只有两个节点可以通信,通过竞争机制来获取信道。每个节点周期性睡眠和监听信道,如果信道空闲则主动抢占信道,如果信道繁忙则根据退避算法退避一段时间后重新监听信道状态。在程序设计中主要采集中断的方法完成信息的接收和发送。传感器节点程序流程图如图5所示。
远程监控中心的PC端软件用Delphi设计管理界面,建立相应的数据库,实现对土壤墒情的查询、管理、打印以及通过GPRS网络传递控制命令与土壤温湿度信息。
4 结 语
本文设计的基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统,应用低成本、低功耗的ZigBee无线通信技术,避免了布线的不便,提高了节水灌溉控制系统的灵活性。系统采用高精度土壤温湿度传感器,根据土壤墒情和作物用水规律实施精准灌溉,不但能有效解决农业灌溉用水利用率低的问题,缓解水资源日趋紧张的矛盾,而且还为作物提供了更好的生长环境,充分发挥现有节水设备的作用,优化调度,提高效益,使灌溉更加科学、方便,提高管理水平。本系统操还支持对有关参数的人工修改和远程控制,适用于多种作物,能增加农作物的产量,降低农产品的灌溉成本,提高灌溉质量,具有很大的推广价值。此外,配置不同的传感器,该系统可以构成不同功能的监控网络。
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农田水利灌溉的节水现状及节水对策 第11篇
【关键词】农田水利工程；节水灌溉；灌溉模式
我国是一个水资源短缺的国家，而农业又是我国的第一产业，因此，为保证农业的可持续发展，必须考虑水资源的合理利用问题。节水农业体系的根本，就是充分利用农业水资源综合技术中的节水技术，使农业水资源的利用率显著提高，使农业经济得到持续稳定的发展。
1.我国农田水利灌溉的节水现状
1.1节水新技术、新设备推广范围有限
当前，我国已经对一些节水新技术进行了研究并进行了局部推广，如喷灌、滴灌技术等，也取得了显著的成绩，但从总体来看，在多方面因素的影响下（如研究人员继续开发技术潜力、技术设备成本等），这些技术并未真正得到大范围推广，导致节水灌溉技术在农业灌溉过程中出现迟滞的现象。
1.2节水灌溉技术的使用缺乏监督和激励机制
节水灌溉对农业发展意义重大，应得到一定的激励。然而，在我国当前的农业发展中，一些部门的管理制度还不健全，管理人员没有明确的监督范围，使得常常出现越级管理的现象，导致出现了不少问题。
1.3财政投入对节水灌溉的资金支持有限
我国有很多地区的水利工程建设时间较早，使用至今已经出现了不同程度的工程老化，由于缺乏工程维护资金，未能对其进行及时养护，导致工程使用功能受损，节水灌溉效益不明显，其覆盖的有效灌溉范围也不断缩小。财政投入对这方面的支持，常常出现资金不足或没有落实到位，安排不合理的现象，导致农业灌溉工程的发展受到了不小的制约。
1.4节水灌溉推广部门在推广过程中配合不足
导致对节水措施推广的可行性论证不充分，难以因地制宜的制定节水灌溉计划，或存在针对性不强的问题，导致节水灌溉工程的经济效益得不到充分的发挥。
2.我国农田水利灌溉的节水对策
2.1提高节水管理的制度管理水平
农业节水灌溉的目的在于用最少的灌溉水获取最大的灌溉效益，农业节水灌溉制度应当包含农作物育种期、生长期在内的灌溉时间、灌溉次数、灌溉周期、灌溉定额等，不同的农作物要进行分类管理，耗水量大的作物要加大灌溉力度，并对经济作物的耗水量进行研究，找出水资源的合理利用方法，在此基础上制定不同灌溉区的节水方案，包括气象、水文、管理等，进行高效率的节水灌溉管理，提高管理水平。
2.2加强各种节水灌溉技术的推广利用
（1）渠道防渗技术。渠道防渗技术主要是减少输水过程中出现的渗漏。传统利用土渠进行灌溉，睡水资源的利用系数一般在0.4～0.5，而采用渠道防渗技术，则最多可减少90%的渗透损失。同时，水资源利用率的提高也能大大提高农田的单位产值，提高农民种粮积极性，稳定国家粮食供给。可见，渠道防渗是一次投资、多次受益的节水措施。
（2）低压管灌措施，低压管灌是利用低压管道代替明渠进行输水灌溉的节水形式，管道内水的压力通常在0.2MPa以下，因而对承压要求较低，施工中一般采用造价较低的专门低压管，如塑料软管、塑料硬管、金属管、混凝土管等。采用低壓管道输水，一可以节约用水，避免水在输送过程中的蒸发和渗漏，与渠道输水相比，管道输水灌溉面积更大，实现增产增收。二可以节约用电，管道输水灌溉所需的水资源少，从井中抽取的水量自然更少，从而实现节约用电的目的，同时，低压管灌溉无需占用渠道的占地面积，从而增加耕种面积，且一次性投资也不高，直接利用低压管道就可以了。
（3）喷灌节水措施。喷灌一般采用移动式、固定式、半固定式，移动式是指把输水管道固定埋在地下，将水输送到喷灌地段，但田间的支管和喷头都是可以拆卸下来多次使用的，这样就可以节省投资，当前有很多地区已经采用了喷灌技术。喷灌的节水效益十分明显，可比渠灌节约近50%的水资源，比管灌节约10%的水资源，且占用耕地面积小，增加耕地面积。其次，喷灌效果均匀，土壤不宜板结。最后，喷灌适用于各种土质，减少平整土地的工序，解放了劳动力去从事其他工作，从而增加了农民收入。
2.3提高对再生水的利用水平
再生水即经过水质处理之后合格，可用于灌溉的生活污水、工业废水。再生水的利用，一是要确保污水、废水的处理要严格符合灌溉用水的标准，并做好水质监测，保证其符合灌溉标准。二是要做好污染物对农作物生长影响、污染物在田地内移动规律的研究，确保再生水不会对农作物质量产生不良影响。
2.4加强对节水设备、节水技术的制造研究
当前，我国农业节水设备的科技含量不足，节水效率不高，因此，我们仍有必要继续加大投入，研究节水设备，提高节水设备的节水效率和自动化水平，提高生产效率，节省劳动力，还要重点研究节水灌溉农具。针对我国地形复杂、气候多样的特点，还需结合区域特点进行针对性研究，制造符合本区域农业生产特点的节水灌溉设备，例如对于经济作物的灌溉，可研究一种智能控制的节水灌溉系统，能自动分析空气湿度、温度和墒情，做到既能保证农作物健康成长，又能节水灌溉。此外，政府部门也有必要加强财政投入在节水灌溉方面的倾斜，加强扶持力度，为节水灌溉技术的发展提供可靠的资金保障。
3.结语
总而言之，虽然我国农业的节水灌溉还存在较多的问题，节水灌溉技术水平有限，但只要我们能够进行积极的研究和改进，借鉴国际先进技术，因地制宜的制定符合我国国情的节水管理工程和管理模式，提高管理水平，就必然能使节水灌溉更好的服务于农业生产，促进农民增收。 [科]
【参考文献】
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节水控制论文 第12篇
关键词：感应水龙头,数学建模,仿真实验
地球上的淡水资源有限, 尤其是我国, 人均可利用淡水量不到世界平均数的四分之一。节约用水便成为全民关注的焦点。许多城市为了节能, 纷纷采取提高水价方式来抑制能源消费。因此节水洁具成为众多目光关注的焦点。几乎所有的卫浴洁具都把节水作为最大的卖点, 同时以往出现在公共场所的感应式水龙头也开始走进家庭, 因为这样可以最大限度的节约白流水的现象。但是, 自动感应式水龙头的推广也并不能完全避免“白滴水”现象, 例如当手离开水龙头的感应范围之后, 因为延迟的存在, 水龙头仍然会有一到两秒的流水, 因此通过对人们洗手时不同步骤所需时间进行调查并建模分析, 以期望通过对出水环节进行优化处理是该行业的一个主要研究方向, 此研究方向亦是当今部分学者所极力关注的焦点, 现我们试图运用数学建模理论以及控制理论设计出更加节约的新型的水龙头。我们的目的是利用不同规格电磁阀的组合实现控制出水速度及减小出水量致l, 并使之在不同组合情况下满足总出水量L较小。
研究的内容主要有以下几点:
1.对建立节水优化模型的研究
基于调查所得到的数据, 以及通过多次对不同水流速、水流量、水流时间和不同电磁阀的组合的实验, 建立合理的理论模型, 以选择最合适的数据, 从而建立相应的节水优化模型。
2.对出水速度以及出水量最优化控制的研究
电磁阀是红外感应水龙头工作的重要元件, 当手处在红外感应范围内是, 电磁阀接收到单片机的指令进行开启。而电磁阀只能进行开启或关闭, 并不能控制开启的程度, 因此将两个电磁阀并联, 通过控制开启数量以实现对速度的控制。通过对不同规格的电磁阀进行搭配, 以研究出如何控制能排出要求的出水量。
3.对出水时间合理化控制的研究
通过数学建模, 对统计得到的数据进行分析, 以得到在不同情况下的出水时间以及水流变化的具体时刻。研究编程的相关知识以及单片机的原理, 并编写出相应的程序, 来实现通过对电磁阀开启时间的控制从而达到对出水时间的控制。
4.对出水时间及速度进行仿真实验的研究
在对 (2) 、 (3) 的内容进行研究的基础上, 根据前期数据的分析结果编写出单片机对电磁阀的控制程序, 然后根据输入的不同时间在单片机学习开发系统上不断进行模拟实验, 比较不同的执行结果, 并对出水速度及时间进行合理的调整, 利用计算机进行仿真实验以期对程序以及流水速度及时间进行优化。
基于此研究内容设计的实验步骤如下:
1.收集调查数据, 通过数学建模得出一般人洗手所需要的时间:
情况一:湿手时间 (T1s) , 使用洗手液 (T2s) , 再次使用水龙头到结束 (T3s)
情况二:不使用洗手液只洗手 (ts)
在T1时刻控制电磁阀调节出水量至l, 使减小;
(A) 若之后手仍在感应范围内在默认为情况二, 出水量调节回默认出水量, 之后在t-2时刻改变出水量为L, 手离开感应区出水停止
(B) 若手离开感应范围, 则默认为情况一, 在T1时刻停止出水, T2时刻再次出水, 出水量为默认出水量, 在T3-2时刻改变出水量为l, 手离开感应区出水停止。
2.将两个不同规格的电磁阀进行组合, 改变电磁阀的不同组合来比较用水流量, L表示从洗手开始到结束全过程所用水量, l表示减小水量后的流量。取不同情况下L最小, l最合适的搭配组合为最优组合。
3.根据实验, 详细编写单片机的控制程序。我们关于此项目的可行性进行了以下的分析, 从该项目背景背景来看, 目前已经存在的红外感应水龙头节水有效地防止了“白滴水”现象, 可是仍有一些不足, 比如由于水流过急、水流量过大造成水的浪费.本课题正是基于此现象, 构想出一种可控制水流量、水流速的更加节约水资源的感应水龙头。
从技术可行性分析来看, 红外感应技术可行性:当今红外感应器的应用日益广泛。它的性能稳定, 真正做到了既节能又环保, 可以说是声光控产品的完美替代产品。它是通过人体辐射, 能自动快速开启水龙回头, 各种灯具, 防盗报警器等各种电器设备。特别适用于中、高级宾馆, 餐厅等等。方式为一次触发及连续触发。红外感应技术的成熟对项目的研究有重大意义。
从电磁阀使用方式可行性来看, 利用两个电磁阀的并联工作形式, 在单片机控制下, 在洗手初期阶段, 控制两个都工作;在最后阶段, 仅控制其中一个工作达到减小流速。其中, 并联工作下的两电磁阀互不影响, 都收单片机控制。
从产品社会效益分析来看, 这种节约型红外感应水龙头在一次洗手控制水流速及水流量来实现更加节水目的, 通过试验和数学统计分析, 一人在一次洗手时同使用普通红外感应水龙头可节约用水量的三分之一。
总结而言, 这种节约型红外感应水龙头是对目前市场上已经使用的利用红外线反射原理制成的自动感应水龙头的进一步改进和创新。避免了在冲洗过程中由于流水量过大及手离开时由于反应时间的延迟所造成的流水浪费, 通过红外线反射原理、控制电磁阀数量及工作顺序、软件编程等知识的结合来实现控制水龙头在一定时间段的出水量及流速。是普通红外感应水龙头所不及的。如果能够实现对当前自动感应水龙头的改进, 将对“节约用水”做出又一重大贡献。
参考文献
[1]成家国.红外传感器在节能水龙头中的应用[J].科协论坛, 2011 (3) :90.
[2]潘正义.红外线自动水龙头控制器[C].陕西:西安交通大学出版社, 2003:46.
