河北省唐山市豐南區(qū)農(nóng)牧局 高國昌

農(nóng)業(yè)灌溉智能化系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用

河北省唐山市豐南區(qū)農(nóng)牧局 高國昌

農(nóng)業(yè)灌溉智能化系統(tǒng)是利用計算機技術、電子信息技術和物聯(lián)網(wǎng)遙感技術對農(nóng)作物灌溉狀況進行實時監(jiān)測、控制和管理，實現(xiàn)了機井水位、農(nóng)業(yè)灌溉用水量的遠程和動態(tài)監(jiān)測，以及數(shù)據(jù)的無線遠程采集和監(jiān)控。與傳統(tǒng)的灌溉技術相比，智能遙控灌溉測控系統(tǒng)依托物聯(lián)網(wǎng)信息技術為機井配置了遠程智能監(jiān)控設備，以高效節(jié)水信息化管理系統(tǒng)為平臺，建立了完善的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)灌溉管理服務和智能監(jiān)測體系。通過4G網(wǎng)絡互聯(lián)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、遠程管理和數(shù)據(jù)實時采集，農(nóng)民在家里就可以利用手機遠程準確監(jiān)測自家農(nóng)田的土壤墑情、灌溉水量、耗電量等各項信息，極大地改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎條件，提高了灌溉機械和水資源的合理利用率，改善了農(nóng)作物、果樹等的生長條件，提高了單產(chǎn)和果實品質(zhì)，有效地保護了生態(tài)環(huán)境，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

農(nóng)業(yè)灌溉智能化系統(tǒng)主要包含智能遙控灌溉測控云終端（可連接各種傳感器）、SPWT類機翼渦輪流量計、三相三線電子式電度表、智能遙控終端、云計算中心及展示中心、村級充值管理終端及APP軟件等。本文重點介紹一下智能遙控灌溉測控系統(tǒng)建設過程中用到的智能遙控灌溉測控云終端、SPWT類機翼渦輪流量計的工作原理、技術特點及使用時的注意事項。

1 智能遙控灌溉測控云終端

1.1 技術功能

由數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)加密及處理單元、控制執(zhí)行單元、通信單元、后備電源單元等組成，具有用水用電計量采集、管道壓力采集、地下水位采集、信息存儲及處理、實時監(jiān)測、自動水泵及閥門控制、防盜報警、IC卡控制（一井多卡，一卡多井）、智能遙控終端控制、水泵缺相保護、水泵非法啟用報警、信息交互等功能。

1.2 功能特點

灌溉刷卡取水，一卡多井、一井多卡，易操作。

內(nèi)嵌寬電壓穩(wěn)壓電路，適用于電網(wǎng)電壓不穩(wěn)的運行環(huán)境。

采用無線GPRS、CDMA網(wǎng)絡通信傳輸功能，且符合《河北省地下水超采綜合治理試點項目監(jiān)測數(shù)據(jù)通信規(guī)約—— 機井類》的有關要求。

在無軟硬件資金投入的前提下，隨時可以啟用和屏蔽階梯計費功能，能夠隨時滿足定額管理、總量控制的管理需求。

顯示功能：顯示屏采用液晶屏?？刂破骶幪枺ü潭ㄐ畔ⅲ傆盟?、用電量、剩余金額、瞬時流量、脈沖、報警、水位、壓力等信息輪流顯示。

計量功能：能精確采集和計量總用水量、用電量、瞬時流量、泵使用時間；記錄單用戶的剩余金額、累積用水量，并可在線動態(tài)監(jiān)測水位值及管道壓力值。

存儲歷史記錄的功能：每個智能灌溉遙測遙控云終端可以存儲200個用戶，保存數(shù)據(jù)大于10000個，并記錄相應用戶最少3次的刷卡時間、刷卡次數(shù)、卡內(nèi)剩余金額以及用水量、用電量等信息，同時可記錄每個泵的總用水量、用電量。

斷電保護功能：當設備正常工作時，突然斷電，來電后泵不啟動，用戶則需取出剩余金額，再刷卡，泵才會啟動；具有后備電源，當停電后，系統(tǒng)自動切換為太陽能和后備電源，達到不間斷供電。

斷相保護功能：在三相輸入電源斷相時，設備立即報警并控制水泵停泵；在三相輸出電源斷相或水泵運行電流嚴重不平衡時，設備將在8秒后控制水泵停止，避免水泵和設備因不正常運行而損壞。

自檢預警功能：若報警后未處理，將每天上報一次。設備具有以下報警功能：

水泵房的箱體門非法打開報警：當箱體門被非法打開時，立即向中心發(fā)送報警信息。同時蜂鳴器蜂鳴報警30秒。若報警后未處理，將每天上報一次。

位移報警：當箱體被移動或傾斜45度以上時，向中心發(fā)送報警信息。同時蜂鳴器蜂鳴報警30秒。若報警后未處理，將每天上報一次。

電網(wǎng)線路斷一相報警：電源線因故障或被盜斷一相時，立即向中心發(fā)送報警信息，同時報警蜂鳴器報警，并持續(xù)30秒。若報警后未處理，將每天上報一次。

線路斷三相報警：電源線因故障或被盜斷三相時，立即向中心發(fā)送報警信息。同時報警蜂鳴器報警，并持續(xù)30秒。若報警后未處理，將每天上報一次。

終端停電：當三相380V電源停電時，立即向中心發(fā)送提示信息。

終端來電：當三相380V電源來電時，立即向中心發(fā)送提示信息。

流量計、電能表、壓力變送器、閥門報警，以上傳感器或閥門出現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊故障或不能計量時，立即向中心發(fā)送報警信息。若報警后未處理，將每天上報一次。

余額下限報警：屏幕的金額閃爍3次，蜂鳴器一直嘀……嘀……響；余額不足時，水泵不停，直至金額為0。

灌溉水泵非法啟用報警：已經(jīng)被責令暫時關停的灌溉水泵被非法啟用時，會立即向中心發(fā)送報警信息。若報警后未處理，將每天上報一次。

1.3 技術參數(shù)

電源電壓：250～420 V交流電壓下正常工作，建議配備備用電源，在外部電源停電狀態(tài)下，保證監(jiān)測設備和通訊設備能夠正常運行3個月時間。外部電源有電狀態(tài)下自動對備用電源充電，外部電源斷電時備用電源能夠自動切換。

消耗功率：待機狀態(tài)≤5W；通信狀態(tài)≤8W。

最大接觸電流：≤3.5mA。

數(shù)據(jù)通訊有效距離：無限制。

有機械動作部件：MTBF≥4000小時。

無機械動作部件的電子設備：MTBF≥25000小時。

數(shù)據(jù)傳輸誤碼率：≤10-6。

輸入脈沖誤差：≤1%。

環(huán)境：適應溫度為-40℃～80℃。

濕度：-20%～40%。

2 SPWT類機翼式渦輪流量計

SPWT類機翼式渦輪流量計采用的工作原理為當流動的液體通過管道時，沖擊類機翼渦輪葉片，對渦輪產(chǎn)生驅(qū)動力矩，使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。在一定的流量范圍內(nèi)，對一定的流體介質(zhì)黏度、渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比線性關系。由此，流體流速可通過渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度得到，從而可以計算得到通過管道的流體流量。具有測量精度高、壽命長、現(xiàn)場安裝無需切割管道、壓力損失小、智能化程度高、下限流量低、價格低、不生銹、免維護等特點。

SPWT類機翼式渦輪流量計安裝在泵首及管道的任意位置，無須特殊的運行環(huán)境。流量計與配管之間均采用法蘭對夾的方式，法蘭尺寸必須符合GB/T9119-88的規(guī)定。在安裝時只需安裝在泵首彎頭與泵管的連接處，不需要特定的前后直管段。