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摘要：本工程自动化控制系统通过技术集成使示范区在精准灌溉、水肥耦合、智能控制、远程通讯等技术与设备方面具有国际先进性，为节水灌溉工程建设起到示范推广作用，同时提高管理、生产效率、提高作物产量、方便用户使用。
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
1、概述
在市场机制的作用下，农业向高产、优质、低耗方向发展，农业结构重点发展无公害农业、生态农业和观光农业，进而要求农田水利工程建设向田园化高标准方向发展。而温室蔬菜大棚由于各作物需求量不一致，需要有先进的灌水方式相适应，计算机的广泛应用，远程监控技术的逐步成熟为自动化的发展奠定了基础，利用灌溉工程自动化是灌溉管理走向集约化管理的手段，是农业经济发展的必然趋势，也是适应现代化农业生产的一个不可缺少的条件。灌溉自动化灌溉工程为水资源的优化配置，现代化的运行管理和高效节水农业的实现提供了良好的基础。我县是农业县，大棚蔬菜种植比较多，为此，我县对蔬菜大棚滴灌进行自动化控制的研制与应用。
2、研制的主要内容
主控中心通过灌溉专家软件的评估，实行监测、预置、随机、远程五种控制方式，由计算机对灌溉系统实行监控，能够自动对气象信息和土壤含水率进行实时采集，并对水源缺水、管道过压、水泵及电磁阀故障以及输水水量、流量、压力等信息的采集，自动进行灌溉。
3、自动化硬件拓扑结构详述
本系统采用集—散控制结构。在中心控制室安装工业控制计算机和智能灌溉专家软件，用于集中控制分布在泵房的变频控制柜、分布在田间的PLC控制器，集中监测泵房内的水位、压力、流量等管道状态及水泵状态、监测分布在各温室大棚内的土壤墒情、温度、湿度等温室大棚环境信息。
3.1 控制及数据监测部分
如图，专家软件将监测控制命令由计算机串口发出，通过RS232/RS485转换模块将信号转换为传输距离较远的RS485信号格式，信号通过RS485网络传送至分布在泵房的变频恒压控制柜内的变频控制器和水位、压力、流量的采集变送设备，及分布在田间的PLC控制器，分布在各温室大棚内的土壤墒情、温室温度、湿度采集变送设备上，各设备对命令进行解码处理后执行相应的操作。专家软件同时还时时监测GPRS远程监控MODEM是否有远程监控信号，当接收到远程监控信号时立即进行命令解密、解码处理并执行相应的操作。
主要设备及功能详述：
3.1.1、工业控制计算机：专家软件的载体，控制中心的主要设备。
3.1.2、GPRS远程监控MODEM：接收来自远程的监控信息，发送专家软件执行后的结果。此为真正的全球无线控制MODEM，可以实现全球无线监控，使用户随时随地都能对系统进行监控对系统运行状况了如指掌。
3.1.3、RS232/RS485模块：进行信号的电气格式转换。
3.1.4、变频控制器：控制水泵的运转速度来对管道的压力进行恒定，以达到最佳的灌溉压力和保障管道和水泵的安全。
3.1.5、PLC控制器：负责将工业控制计算机所发来的控制电磁阀启闭的命令进行解码，并执行继电器输出控制。
3.1.6、传感器：包括：水位、压力、流量、土壤墒情、温度、湿度等。这些设备负责将实际的量转化为可以容易处理的电气信号。
3.1.7、现场显示型变送仪：将传感器采集的信号进行16Bit的A/D转换，并将数据进行现场显示。
3.2、供电电源及电源线路、通讯线路部分
3.2.1、电源部分
系统总供电采用220VAC电源，并在进线的第一级进行防雷处理，以防止雷电干扰对系统造成极大的损失甚至系统崩溃。第二级安装净化稳压电源设备，为整个系统提供稳定而洁净的电源。第三级做漏电处理，加装漏电保护器，以防止系统漏电或人为触电后及时切断电源，保护人身安全。第四级为弱电部分，包括传感器和现场显示变送器等设备需要的24VDC电源和电磁阀需要的24VAC电源。
3.2.2、线路部分
由于电源首端和最末端的用电设备之间的距离较远，因此要使末端的设备也能够得到其额定的电压，经计算，220VAC公共电源和24VAC公共电源线路采用6mm2电缆，RS485的通讯线路一般用双绞线即可，但防止外界杂波的干扰使信号失真，甚至造成系统无法正常运行，所以通讯线路选用带屏蔽层的RVVP2×1.5 mm2通讯電缆。
4、软件设计原理及控制方式详述
农业灌溉控制不再只是单纯的控制开关水泵、电磁阀，而是让系统有了自己的“大脑”，它能根据气象环境和作物生长的变化情况，作出相应的调整和灌溉方案并自动实施，真正实现了无人职守。
智能灌溉专家系统根据现代控制理论，采用状态空间分析方法，将温室大棚内的气温、气湿、土壤墒情等数据和作物的生长期所需的各种参数（如：温湿度、土壤墒情等）、土壤条件等建立专家系统知识库和规则库，由先进的推理机形成灌溉方案。
控制功能：面向控制对象的操作平台有五种不同控制方式。
（1） 智能控制方式：专家软件将系统各功能部件采集的数据与软件知识库数据对当前的各灌区的土壤含水量进行综合处理分析，推导出相应的灌水方案并自动实施。
（2） 监测控制方式：专家软件将实测土壤含水量数据与软件知识库中关于土湿方面的数据进行综合处理分析，确定相应的灌水方案并自动实施。
（3） 预置控制方式：专家软件根据操作人员预先设置的灌水计划自动实施。
（4） 随机控制方式：专家软件根据操作人员对软件操作平台上泵阀的操作实施灌溉。
（5） 远程控制方式：专家软件对GPRS远程监控MODEM设备接收到的命令进行分析并实施。
5、系统特点
5.1 控制技术先进。
5.2 采用集中管理体系。本系统的所有控制操作均在中心控制室由管理员完成，防止管理混乱。
5.3水肥耦合技术减轻人工负担，提高工作效率。
5.4依据温室大棚内多种参数做出客观的节水灌溉方案，节约水利资源。
5.5对系统电源进行了防雷、稳压、净化和防漏电处理，主要设备采用国外著名厂家产品，保证系统的安全稳定可靠。
5.6对所有数据进行现场显示，使用户在现场即可以了解变化状态。
5.7 采用集—散控制方式，方便检修和增容。
5.8 软件采用多媒体技术编程，人机界面友好，形象逼真，方便不同层次用户操作。
5.9 采用多种控制方式，以方便用户根据不同情况进行操作。
5.10 采用先进的GPRS远程监控设备，方便用户在异地对灌区的监控。
5.11 系统功能强大，但投入减少，性价比很高。
5、结语
该系统是对电子信息技术、远程测控网络技术、计算机控制技术及土壤水分动态、农田微气候等因素的采集处理技术的综合技术集成。通过在冬暖式大棚中的应用，远程控制中心对气象信息和土壤含水率实时采集，计算机自动指令电磁阀开启，进行实时适量灌水，改善了棚内小气候，使蔬菜提前7天左右上市，提高了蔬菜的产量，减少了群众的劳动强度。同时，该系统的应用，提高了管理水平，在群众管理水平较好，规模种植冬暖式大棚进行推广。
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
1、概述
在市场机制的作用下，农业向高产、优质、低耗方向发展，农业结构重点发展无公害农业、生态农业和观光农业，进而要求农田水利工程建设向田园化高标准方向发展。而温室蔬菜大棚由于各作物需求量不一致，需要有先进的灌水方式相适应，计算机的广泛应用，远程监控技术的逐步成熟为自动化的发展奠定了基础，利用灌溉工程自动化是灌溉管理走向集约化管理的手段，是农业经济发展的必然趋势，也是适应现代化农业生产的一个不可缺少的条件。灌溉自动化灌溉工程为水资源的优化配置，现代化的运行管理和高效节水农业的实现提供了良好的基础。我县是农业县，大棚蔬菜种植比较多，为此，我县对蔬菜大棚滴灌进行自动化控制的研制与应用。
2、研制的主要内容
主控中心通过灌溉专家软件的评估，实行监测、预置、随机、远程五种控制方式，由计算机对灌溉系统实行监控，能够自动对气象信息和土壤含水率进行实时采集，并对水源缺水、管道过压、水泵及电磁阀故障以及输水水量、流量、压力等信息的采集，自动进行灌溉。
3、自动化硬件拓扑结构详述
本系统采用集—散控制结构。在中心控制室安装工业控制计算机和智能灌溉专家软件，用于集中控制分布在泵房的变频控制柜、分布在田间的PLC控制器，集中监测泵房内的水位、压力、流量等管道状态及水泵状态、监测分布在各温室大棚内的土壤墒情、温度、湿度等温室大棚环境信息。
3.1 控制及数据监测部分
如图，专家软件将监测控制命令由计算机串口发出，通过RS232/RS485转换模块将信号转换为传输距离较远的RS485信号格式，信号通过RS485网络传送至分布在泵房的变频恒压控制柜内的变频控制器和水位、压力、流量的采集变送设备，及分布在田间的PLC控制器，分布在各温室大棚内的土壤墒情、温室温度、湿度采集变送设备上，各设备对命令进行解码处理后执行相应的操作。专家软件同时还时时监测GPRS远程监控MODEM是否有远程监控信号，当接收到远程监控信号时立即进行命令解密、解码处理并执行相应的操作。
主要设备及功能详述：
3.1.1、工业控制计算机：专家软件的载体，控制中心的主要设备。
3.1.2、GPRS远程监控MODEM：接收来自远程的监控信息，发送专家软件执行后的结果。此为真正的全球无线控制MODEM，可以实现全球无线监控，使用户随时随地都能对系统进行监控对系统运行状况了如指掌。
3.1.3、RS232/RS485模块：进行信号的电气格式转换。
3.1.4、变频控制器：控制水泵的运转速度来对管道的压力进行恒定，以达到最佳的灌溉压力和保障管道和水泵的安全。
3.1.5、PLC控制器：负责将工业控制计算机所发来的控制电磁阀启闭的命令进行解码，并执行继电器输出控制。
3.1.6、传感器：包括：水位、压力、流量、土壤墒情、温度、湿度等。这些设备负责将实际的量转化为可以容易处理的电气信号。
3.1.7、现场显示型变送仪：将传感器采集的信号进行16Bit的A/D转换，并将数据进行现场显示。
3.2、供电电源及电源线路、通讯线路部分
3.2.1、电源部分
系统总供电采用220VAC电源，并在进线的第一级进行防雷处理，以防止雷电干扰对系统造成极大的损失甚至系统崩溃。第二级安装净化稳压电源设备，为整个系统提供稳定而洁净的电源。第三级做漏电处理，加装漏电保护器，以防止系统漏电或人为触电后及时切断电源，保护人身安全。第四级为弱电部分，包括传感器和现场显示变送器等设备需要的24VDC电源和电磁阀需要的24VAC电源。
3.2.2、线路部分
由于电源首端和最末端的用电设备之间的距离较远，因此要使末端的设备也能够得到其额定的电压，经计算，220VAC公共电源和24VAC公共电源线路采用6mm2电缆，RS485的通讯线路一般用双绞线即可，但防止外界杂波的干扰使信号失真，甚至造成系统无法正常运行，所以通讯线路选用带屏蔽层的RVVP2×1.5 mm2通讯電缆。
4、软件设计原理及控制方式详述
农业灌溉控制不再只是单纯的控制开关水泵、电磁阀，而是让系统有了自己的“大脑”，它能根据气象环境和作物生长的变化情况，作出相应的调整和灌溉方案并自动实施，真正实现了无人职守。
智能灌溉专家系统根据现代控制理论，采用状态空间分析方法，将温室大棚内的气温、气湿、土壤墒情等数据和作物的生长期所需的各种参数（如：温湿度、土壤墒情等）、土壤条件等建立专家系统知识库和规则库，由先进的推理机形成灌溉方案。
控制功能：面向控制对象的操作平台有五种不同控制方式。
（1） 智能控制方式：专家软件将系统各功能部件采集的数据与软件知识库数据对当前的各灌区的土壤含水量进行综合处理分析，推导出相应的灌水方案并自动实施。
（2） 监测控制方式：专家软件将实测土壤含水量数据与软件知识库中关于土湿方面的数据进行综合处理分析，确定相应的灌水方案并自动实施。
（3） 预置控制方式：专家软件根据操作人员预先设置的灌水计划自动实施。
（4） 随机控制方式：专家软件根据操作人员对软件操作平台上泵阀的操作实施灌溉。
（5） 远程控制方式：专家软件对GPRS远程监控MODEM设备接收到的命令进行分析并实施。
5、系统特点
5.1 控制技术先进。
5.2 采用集中管理体系。本系统的所有控制操作均在中心控制室由管理员完成，防止管理混乱。
5.3水肥耦合技术减轻人工负担，提高工作效率。
5.4依据温室大棚内多种参数做出客观的节水灌溉方案，节约水利资源。
5.5对系统电源进行了防雷、稳压、净化和防漏电处理，主要设备采用国外著名厂家产品，保证系统的安全稳定可靠。
5.6对所有数据进行现场显示，使用户在现场即可以了解变化状态。
5.7 采用集—散控制方式，方便检修和增容。
5.8 软件采用多媒体技术编程，人机界面友好，形象逼真，方便不同层次用户操作。
5.9 采用多种控制方式，以方便用户根据不同情况进行操作。
5.10 采用先进的GPRS远程监控设备，方便用户在异地对灌区的监控。
5.11 系统功能强大，但投入减少，性价比很高。
5、结语
该系统是对电子信息技术、远程测控网络技术、计算机控制技术及土壤水分动态、农田微气候等因素的采集处理技术的综合技术集成。通过在冬暖式大棚中的应用，远程控制中心对气象信息和土壤含水率实时采集，计算机自动指令电磁阀开启，进行实时适量灌水，改善了棚内小气候，使蔬菜提前7天左右上市，提高了蔬菜的产量，减少了群众的劳动强度。同时，该系统的应用，提高了管理水平，在群众管理水平较好，规模种植冬暖式大棚进行推广。