水肥一體化技術(shù)又稱灌溉施肥技術(shù),是將滴灌與施肥結(jié)合在一起發(fā)展起來的一種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)。這項技術(shù)主要是借助滴灌系統(tǒng),利用滴灌系統(tǒng)中的水為載體,在灌溉的同時進行施肥,實現(xiàn)水和肥一體化利用和管理,使水和肥料在土壤中以優(yōu)化的組合狀態(tài)供給給作物吸收利用。按照作物生長需求,進行全生育期養(yǎng)分需求設(shè)計把作物所需要的水分和養(yǎng)分適時、定量、定時的根據(jù)植物不同的生長期按比例直接提供給作物。這樣可使灌水量、灌水時間、施肥量、施肥時間都達到很高的精度,具有水肥同步、集中供給、一次 、多年受益的特點,從而達到提高水肥利用率的目的。這一技術(shù)可適用于大棚、日光溫室蔬菜等設(shè)施農(nóng)業(yè)栽培,以及農(nóng)田、果樹、等經(jīng)濟效益較好的作物。
水肥一體智能系統(tǒng)無需人為控制,系統(tǒng)自動感測何時需要灌溉,以及施肥,系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動開啟灌溉點,自動關(guān)閉灌溉點;可以按恒定的月、周、日運行表進行循環(huán)運行,按灌溉日內(nèi)循環(huán)時長、間隔間隔時長運行,可設(shè)定土壤水分參數(shù)自動啟停灌溉系統(tǒng),可根據(jù)時間或比例、水量決定注入的肥量或根據(jù)EC/PH值進行施肥的編程。
智能農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的背景
說起滴灌技術(shù),幾乎所有種植者都能想到以色列,以色列利用滴灌節(jié)水的優(yōu)勢,解決了缺水的痛點,把一片沙漠變成了“果蔬之鄉(xiāng)”。以色列滴灌技術(shù)的成功,也被很多的國家和地區(qū)引進學(xué)習(xí)。但是隨著技術(shù)的不斷更新迭代,滴灌技術(shù)也將面臨更新迭代!中國作為農(nóng)業(yè)大國,同時也意味著是用水大國,而且中國水資源 短缺,水資源危機已成為制約經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要的因素。我國農(nóng)業(yè)用水浪費嚴重,灌溉水利用系數(shù)低,因此走科技節(jié)水型農(nóng)業(yè)之路來實現(xiàn)水資源的合理利用,不僅可以節(jié)約水資源, 重要的是可以提高農(nóng)業(yè)用水效率,節(jié)省人力成本,改善生態(tài)環(huán)境,這是實現(xiàn)我國 農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵。
中國農(nóng)業(yè)用水量約占總用水量的80%左右,由于農(nóng)業(yè)灌溉效率普遍低下,水的利用率僅為45%,而水資源利用率高的已達70%~80%,因而,解決農(nóng)業(yè)灌溉用水的問題,緩解水資源緊缺問題是非常重要的。我們的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)在這種背景下應(yīng)運而生。
智能農(nóng)業(yè)灌溉施肥系統(tǒng)就是不需要人為的控制,系統(tǒng)自動感測到什么時候需要灌溉,灌溉多長時間,系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動開啟灌溉點,自動關(guān)閉灌溉點;可以按恒定的月、周、日運行表進行循環(huán)運行,按灌溉日內(nèi)循環(huán)時長、間隔間隔時長運行,可設(shè)定土壤水分參數(shù)自動啟停灌溉系統(tǒng),可根據(jù)時間或比例、水量決定注肥量或根據(jù)EC/PH值進行施肥的編程。
(一)節(jié)水節(jié)肥——按照比例調(diào)控,使水肥達到化利用。
(二)提高產(chǎn)量——投運該系統(tǒng)可增產(chǎn)30-50%。
(三)省時省力——減少人力成本投入, 管理。
(四)智能控制——根據(jù)土壤水分溫度等相關(guān)參數(shù)自動反饋控制灌溉。
(五)科學(xué)研究——本系統(tǒng)擴展性強。
智慧水肥一體化滴灌系統(tǒng)是集“物聯(lián)網(wǎng)”、“移動互聯(lián)網(wǎng)”、“自動控制”等高、精、尖技術(shù)為一體的先進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施。系統(tǒng)依托土壤傳感器和無線通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)土壤濕度的自動感知、自動預(yù)警、自動分析、自動控制,通過控制電磁閥、水泵等灌溉設(shè)備對作物土壤濕度自動調(diào)節(jié),極大降低對人工的依賴性,經(jīng)濟節(jié)能,實現(xiàn)灌溉作業(yè)的無人值守自動化運行
建設(shè)智慧水肥一體化滴灌系統(tǒng)
水肥一體化灌溉系統(tǒng)可以幫助生產(chǎn)者實現(xiàn)自動水肥一體化管理。系統(tǒng)由上位機軟件系統(tǒng)、區(qū)域控制柜、分路控制器、變送器、數(shù)據(jù)采集終端組成。通過與供水系統(tǒng)有機結(jié)合,實現(xiàn)自動化控制。可實現(xiàn)監(jiān)測、控制灌溉中的供水時間、施肥濃度以及供水量。變送器(土壤水分變送器、流量變送器等)將實時監(jiān)測的灌溉狀況,當灌區(qū)土壤濕度達到預(yù)先設(shè)定的下限值時,電磁閥可以自動開啟,當監(jiān)測的土壤含水量及液位達到預(yù)設(shè)的灌水定額后,可以自動關(guān)閉電磁閥系統(tǒng)??筛鶕?jù)時間段調(diào)度整個灌區(qū)電磁閥的輪流工作,并手動控制灌溉和采集墑情。整個系統(tǒng)可協(xié)調(diào)工作實施灌溉,充分提高灌溉用水效率,實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電,減少勞動強度,降低人力投入成本。
水肥一體化技術(shù)是將灌溉與施肥融為一體的農(nóng)業(yè)新技術(shù)??筛鶕?jù)作物不同生育期的需肥特點和土壤特點,自動對水,肥進行檢測調(diào)配和供給,精細配水配肥,提供水肥利用率,水肥灌溉系統(tǒng)組成:主水泵,恒壓變頻控制柜,過濾器,施肥部分(水肥一體機),保護計量設(shè)備(流量計,壓力傳感器,EC,PH,閥門系列等),輸水管網(wǎng)系統(tǒng),無線/有線閥門控制系統(tǒng),田間灌水器系統(tǒng)。
灌溉設(shè)計
智能滴灌系統(tǒng)的類型,根據(jù)供水方式的不同,有恒定流量的滴頭(自補償式),可調(diào)節(jié)的微型滴頭。必須根據(jù)每種植物的水需求,土壤特性和智能滴灌系統(tǒng)的大小來選擇滴管。
恒定流量的滴頭:它們不可調(diào)節(jié),并且總是提供相同量的水。它們是始終需要相同量水的植物的理想之選,這些水通常是成年植物的標本。這種類型的滴管是最簡單,最經(jīng)濟的。
自補償?shù)晤^:它們是恒定流量(不可調(diào)節(jié))的滴頭,能夠補償壓力差,以確保相同流量。建議在滴水管的長度超過25 m或有明顯差異時使用。
可調(diào)式滴頭:這種類型的滴頭允許將流量調(diào)節(jié)到最高60升/小時。它們是專為生長中的植物或溫度和濕度條件變化很大的地方設(shè)計的。
微型灑水裝置:您的灌溉方式是微雨。這些微型噴頭投射出非常細的水滴(甚至可以用作霧化器),并投射出半徑最大為5 m的水。使用這種灌溉方式時,必須注意灌溉時間表,以免植物因陽光而燃燒。
常規(guī)管傳統(tǒng)的聚乙烯管是可與滴頭配合使用的管。與其他類型的管道(例如多孔或集成滴頭)相比,最大的優(yōu)點是它們可以將每個滴頭放置在所需的確切位置,從而充分利用水并進行精確灌溉。根據(jù)每個工廠的用水需求,您可以連接并組合不同類型的滴頭,甚至微擴散器。直徑的選擇取決于所需灌溉點的數(shù)量,必須覆蓋的延伸范圍以及地形的特征。最常見的直徑是:直徑4毫米。這種細管非常適合組成小型智能滴灌系統(tǒng):最多12個盆或15線性米。它也用于較粗的管道中的分支。
增壓泵參數(shù)設(shè)計:水泵流量數(shù)據(jù)=參考主管道過流量(即主管道經(jīng)濟輸水能力)+計劃灌溉面積,水泵流量可以選擇:25立方/小時,確定水泵參數(shù)為: 流量:25立方/小時,揚程:32米,功率:4KW。
水泵控制方式
設(shè)計單臺水泵,采用1拖1形式工作,主管道上安裝壓力傳感裝置。田間閥門開啟后泵開始工作,變頻水泵控制柜系統(tǒng)通過測到的管道壓力,經(jīng)變頻器系統(tǒng)內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器運算,調(diào)節(jié)輸出頻率,然后實現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓供水。變頻器的頻率超限信號(一般可作為管網(wǎng)壓力信號)可適時通知PLC的進行變頻泵切換。為防止水錘現(xiàn)象的產(chǎn)生,泵的開關(guān)將聯(lián)動其出口。
砂石過濾器選型
因水源為地表水,含雜質(zhì)主要是有機物,根據(jù)選用灌水器對水質(zhì)的要求選用“全自動(120目)過濾器”過濾即可滿足該滴灌系統(tǒng)要求。
設(shè)計2個缸體,單個直徑600mm,過流量:40m3/h,2個碳鋼砂缸,帶法蘭盤式,水平安裝;
砂石介質(zhì)過濾器主要用來處理水中有機雜質(zhì)和藻類,主要適用于開放性水源如:水庫、池塘及渠道水的初級過濾,一般在其后面配備疊片式過濾器作為二級過濾。
1、設(shè)置固定時間清洗程序;
2、過濾器進出口差壓感應(yīng)清洗程序;
疊片過濾器選型
設(shè)計單體2寸過濾體,3組并聯(lián);流量:每組20m3/h,總流量為60m3/h,采用全自動清洗控制方式;當達到一定的壓差時,或設(shè)定的時間內(nèi)系統(tǒng)自動進入反沖洗狀態(tài),控制器控制閥門改變水流方向,過濾器底部單向隔膜關(guān)閉主通道,反沖洗進入六組滴嘴通道,和滴嘴通道連接的活塞腔內(nèi)的水壓上升,活塞向上運動克服彈簧對疊片的壓力,并在疊片組頂部釋放活塞空間,同時反沖洗水從六組滴嘴通道上面的35*6個滴嘴沿疊片切線的方向高速滴射,使疊片旋轉(zhuǎn)并均勻分開,滴洗水滴洗疊片表面,將截留在疊片上的雜質(zhì)滴洗甩出。當反沖洗結(jié)束時,水流方向再次改變,疊片再次被壓緊,系統(tǒng)重新進入過濾狀態(tài)。反沖洗控制器操作簡單,可根據(jù)壓差,時間或兩者組合對過濾器或工作站進行全面控制。疊片過濾器濾芯無須更換,壽命可達15年之久。清洗控制方式:
1、設(shè)置固定時間清洗程序;
2、過濾器進出口差壓感應(yīng)清洗程序;
智能水肥一體機
水肥一體機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包包括:控制柜、觸摸屏控制系統(tǒng)、混肥硬件設(shè)備系統(tǒng)、無線采集控制系統(tǒng)。支持PC端以及微信端實施查看數(shù)據(jù)以及控制前端設(shè)備。
·時間控制:設(shè)定時間灌溉
·肥水比例:設(shè)定流量比例來控制水肥比
·外部信號控制:土壤濕度控制水泵開關(guān)
·無線控制:無線采集傳感器值及控
系統(tǒng)特征
·肥料控制:肥料供應(yīng)量百分比來控制
·流量控制:根據(jù)各個大棚內(nèi)流量傳感器的值判斷閥門狀態(tài)
·可選擇施肥或者直接灌溉
·灌溉使用原灌溉網(wǎng)絡(luò)的壓力不需要加壓泵
·報警及停止:超出壓力上限值時發(fā)出報警及停止運行
·報警及停止:超出土濕上限值時發(fā)出報警及停止運行
·一鍵灌水:緊急灌水(手動灌水)
·臨時停止:一鍵停止運行功能
·灌溉區(qū)域閥門采集使用無線傳輸節(jié)約拉線成本
硬件特征
·包含嵌入式現(xiàn)場下位機控制器、信號采集模塊、設(shè)備驅(qū)動模塊以及人機交互7寸觸摸屏等,可完成灌溉精準調(diào)控、水肥信息采集、云服務(wù)器交互等工作;
智能水肥機具有快速運算能力,配合最新傳感技術(shù)以及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)保證設(shè)備操作簡單,智能運行。支持XPH、標準MODBUS雙協(xié)議切換;可支持JSON/HTTP數(shù)據(jù)上報。
·可利用lora或nb-lot技術(shù)拓展接入現(xiàn)場環(huán)境采集設(shè)備以及現(xiàn)場灌溉控制設(shè)備
外形特征
·內(nèi)置系統(tǒng)不銹鋼離心泵、過濾系統(tǒng),檢控系統(tǒng),電氣柜,施肥桶和吸肥通道組合。
·10寸觸摸屏顯示
·棚內(nèi)使用無線傳輸節(jié)約拉線成本
·系統(tǒng)標配3路注肥通道,預(yù)留1路,單通道施肥量420L/h;
·可與物聯(lián)網(wǎng)平臺聯(lián)動,根據(jù)采集的墑情等信息智能配比,自動記錄施肥時間、施肥區(qū)域、流量、PH值、EC值、使用量等。
安全進排氣閥
排氣、進氣功能,水泵啟動時排出管路或設(shè)備里面的空氣,保證設(shè)備安全運行,避免巨大的空氣流給設(shè)備造成強大的沖擊力;當設(shè)備停止時,防止負壓產(chǎn)生,此時閥門會吸入大量氣體,保證系統(tǒng)壓力與外界大氣壓力一直,避免負壓吸力對設(shè)備造成損壞;
無線閥門控制器,是一款基于470M無線傳輸技術(shù)研發(fā)的新型產(chǎn)品。本產(chǎn)品注意用于灌溉系統(tǒng),通過控制終端即可根據(jù)農(nóng)作物對澆灌不同要求設(shè)定不同的澆灌策略,實現(xiàn)個性化澆灌。
供電方式:18650電池;
太陽能板:3W;
工作頻段:470MHz;
調(diào)制方式:LORA
通訊距離:>2KM
脈沖閥數(shù)量:標配1路,可擴展到2路脈沖閥 脈沖閥供電:9-40V脈沖信號(支持伯爾梅特、耐特菲姆、雨鳥等主流閥)
集成多種傳感器(閥門出口壓力,土壤水分,流量等傳感器);可定時自動開關(guān),也可與傳感器設(shè)置聯(lián)動邏輯
物聯(lián)網(wǎng)平臺系統(tǒng)
水肥一體化灌溉系統(tǒng)可以幫助生產(chǎn)者很方便的實現(xiàn)自動的水肥一體化管理。系統(tǒng)由上位機軟件系統(tǒng)、區(qū)域控制柜、分路控制器、變送器、數(shù)據(jù)采集終端組成。通過與供水系統(tǒng)有機結(jié)合,實現(xiàn)智能化控制。可實現(xiàn)智能化監(jiān)測、控制灌溉中的供水時間、施肥濃度以及供水量。變送器(土壤水分變送器、流量變送器等)將實時監(jiān)測的灌溉狀況,當灌區(qū)土壤濕度達到預(yù) 先設(shè)定的下限值時,電磁閥可以自動開啟,當監(jiān)測的土壤含水量及液位達到預(yù)設(shè)的灌水定額后,可以自動關(guān)閉電磁閥系統(tǒng)??筛鶕?jù)時間段調(diào)度整個灌區(qū)電磁閥的輪流 工作,并手動控制灌溉和采集墑情。整個系統(tǒng)可協(xié)調(diào)工作實施輪灌,充分提高灌溉用水效率,實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電,減少勞動強度,降低人力投入成本。借助個人電腦、智能手機,實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場氣象、土壤、水源控制的實時監(jiān)測,并對大棚、溫室的灌溉、結(jié)合視頻直播、智能預(yù)警等強大功能,系統(tǒng)可幫助廣大農(nóng)業(yè)工作者隨時隨地掌握農(nóng)作物生長狀況及環(huán)境變化趨勢,為用戶提供一套高效便捷、功能強大的農(nóng)業(yè)監(jiān)控解決方案。系統(tǒng)包括監(jiān)控中心、報表中心、任務(wù)中心。另外,用戶還可自己設(shè)定灌溉時刻、時長、次數(shù)、閥門開度等。
電腦手機云端界面
用戶信息查詢與操作入口應(yīng)支持大部分瀏覽器,使得與設(shè)備無關(guān)。簡單,免于安裝,易于使用。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺可成為管理和控制的完整農(nóng)莊信息系統(tǒng)和控制管理平臺,配置不同的功能模塊可靈活地實現(xiàn)對應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境的信息采集、控制和管理。