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基本信息
- 項目名稱：
- 精準(zhǔn)滴灌施肥自動控制系統(tǒng)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 滴灌施肥是將施肥與滴灌結(jié)合在一起的一項農(nóng)業(yè)技術(shù)，它是借助滴灌系統(tǒng)，在滴灌的同時將由固體肥料或液體肥料配兌而成的肥液一起輸入到作物根部土壤的一種方法。精準(zhǔn)滴灌施肥技術(shù)可以明顯提高肥料的利用率，促進(jìn)作物增產(chǎn)，改善產(chǎn)品品質(zhì)，減少田間作業(yè)用工。
- 詳細(xì)介紹：
- 滴灌施肥是將施肥與滴灌結(jié)合在一起的一項農(nóng)業(yè)技術(shù)，它是借助滴灌系統(tǒng)，在滴灌的同時將由固體肥料或液體肥料配兌而成的肥液一起輸入到作物根部土壤的一種方法。精準(zhǔn)滴灌施肥技術(shù)可以明顯提高肥料的利用率，促進(jìn)作物增產(chǎn)，改善產(chǎn)品品質(zhì)，減少田間作業(yè)用工。對于滴灌施肥作業(yè)，精準(zhǔn)的含義在于實(shí)施準(zhǔn)確的變量施肥控制，對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控，使操作人員全面了解生產(chǎn)過程信息，準(zhǔn)確下達(dá)控制指令，則是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)變量施肥投入的有效途徑。近幾年，我國農(nóng)業(yè)發(fā)展已逐步向精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展模式前進(jìn)，精準(zhǔn)施肥是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的重要技術(shù)體系之一，而對變量施肥過程的全面監(jiān)控是實(shí)施變量作業(yè)的重要環(huán)節(jié)，只有準(zhǔn)確而全面的監(jiān)控，才能保證變量施肥決策的有效實(shí)施。因此，設(shè)計一套高效，可靠，具有自主知識產(chǎn)權(quán)，且適宜于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的精準(zhǔn)變量施肥監(jiān)控系統(tǒng)具有重要意義。 作品的創(chuàng)新點(diǎn): 1.針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的滴灌施肥過程，實(shí)現(xiàn)以IPC+PLC為中心的滴灌施肥監(jiān)督控制系統(tǒng)。 2.通過設(shè)置與作物生長需要相匹配的施肥程序，由計算機(jī)通過PLC對控制對象的參數(shù)作巡回檢測，根據(jù)測得的參數(shù)數(shù)據(jù)按照PID控制算法運(yùn)算后獲得控制信號量，經(jīng)過PLC作用到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對被控參數(shù)的自動調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)滴灌施肥過程的精準(zhǔn)監(jiān)控。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- （一）作品設(shè)計、發(fā)明的目的 滴灌施肥是將施肥與滴灌結(jié)合在一起的一項農(nóng)業(yè)技術(shù)，在滴灌的同時將由固體肥料或液體肥料配兌而成的肥液一起輸入到作物根部土壤的一種方法。精準(zhǔn)滴灌施肥技術(shù)可以明顯提高肥料的利用率，促進(jìn)作物增產(chǎn)，改善產(chǎn)品品質(zhì)，減少田間作業(yè)用工。 （二）作品的創(chuàng)新點(diǎn) 1.針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的滴灌施肥過程，實(shí)現(xiàn)以IPC+PLC為中心的滴灌施肥監(jiān)督控制系統(tǒng)。 2.通過設(shè)置與作物生長需要相匹配的施肥程序，由計算機(jī)通過PLC對控制對象的參數(shù)作巡回檢測。（三）關(guān)鍵技術(shù) 1. 將變量施肥技術(shù)的思想與滴灌施肥技術(shù)相結(jié)合，依據(jù)作物在不同生長階段對于肥料養(yǎng)分的需求，制定施肥程序，由滴灌施肥監(jiān)督控制系統(tǒng)，對過程實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)監(jiān)控。 2．操作人員通過IPC中的人機(jī)界面根據(jù)施肥配方設(shè)定被控參數(shù)的給定值，同時對被控參數(shù)進(jìn)行巡檢，一方面與設(shè)定值進(jìn)行比較后求得偏差，按PID控制規(guī)律進(jìn)行控制運(yùn)算后獲得控制信號量，向下位機(jī)PLC發(fā)出控制信號，通過操縱執(zhí)行機(jī)構(gòu)對被控對象進(jìn)行自動控制。另一方面使操作人員通過參數(shù)的實(shí)時顯示了解生產(chǎn)過程信息，并可以進(jìn)行數(shù)據(jù)儲存及打印。 （四）主要技術(shù)指標(biāo) 所設(shè)計的監(jiān)控程序，能夠?qū)崿F(xiàn)控制量的輸入，控制過程狀態(tài)變量的采集，顯示（時實(shí)曲線、歷史曲線、數(shù)據(jù)庫操作等）和保存，數(shù)據(jù)處理結(jié)果的輸出、打印及數(shù)據(jù)查詢，下位機(jī)能夠根據(jù)輸入的控制量，準(zhǔn)確驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，并對設(shè)定參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本次所設(shè)計的精準(zhǔn)滴灌施肥監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于滴灌施肥作業(yè)，由上位機(jī)根據(jù)施肥決策設(shè)置操作程序，下達(dá)控制指令，同時對整個過程進(jìn)行全面監(jiān)控；由下位機(jī)控制相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，從而執(zhí)行精準(zhǔn)化作業(yè)，具有較高的科技含量，其科學(xué)性先進(jìn)性如下： 1．設(shè)計實(shí)現(xiàn)了以IPC+PLC為中心的精準(zhǔn)滴灌施肥監(jiān)督控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過引用與作物不同生長階段的養(yǎng)分需要相匹配的施肥程序，由操作人員通過上位機(jī)人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)對滴灌施肥過程的全程實(shí)時監(jiān)控。 2．系統(tǒng)采用兩級控制形式，由IPC通過PLC對控制對象的參數(shù)作巡回檢測并實(shí)時顯示，根據(jù)測得的參數(shù)數(shù)據(jù)由PLC按照PID控制算法運(yùn)算后獲得控制信號量，作用到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對被控量進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化及自動化作業(yè)要求。 3．所設(shè)計的監(jiān)控程序，能夠?qū)崿F(xiàn)控制量的輸入，控制過程狀態(tài)變量的采集，顯示和保存（時實(shí)曲線、歷史曲線、數(shù)據(jù)庫操作等），數(shù)據(jù)處理結(jié)果的輸出、打印及數(shù)據(jù)查詢。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 生產(chǎn)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 一次性轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 錄像 圖紙 磁盤 圖片 實(shí)物、產(chǎn)品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- （一）產(chǎn)品使用說明 施肥作業(yè)時對灌溉系統(tǒng)主管道中的肥水進(jìn)行采樣，由IPC通過PLC對控制對象的參數(shù)（EC/PH值、閥門流量、及混肥灌中的液位、壓力等信息）作巡檢，根據(jù)測得的參數(shù)數(shù)據(jù)以EC/PH值為中心，由PLC實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)，輸出控制信號量，作用到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對被控參數(shù)的自動調(diào)節(jié)，形成閉環(huán)控制，提高精確度。 （二）作品技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢 本系統(tǒng)具有的優(yōu)點(diǎn)： （1）可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的全程自動化監(jiān)控，成本低于20000元。 （2）系統(tǒng)界面可操作性強(qiáng)，用戶使用方便。 （3）系統(tǒng)工作穩(wěn)定。 （三）作品的適應(yīng)范圍 本系統(tǒng)適應(yīng)于大田作物的滴灌施肥作業(yè)監(jiān)控。 （四）推廣前景分析 本次開發(fā)的精準(zhǔn)滴灌施肥監(jiān)控系統(tǒng)能夠解決現(xiàn)在兵團(tuán)滴灌施肥過程中存在的精確控制程度偏低的問題，對滴灌施肥過程進(jìn)行精準(zhǔn)控制，因此市場需求前景廣闊。 （五）經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(以新疆為例) 1．節(jié)約化肥。 2．節(jié)約勞力，提高生產(chǎn)效率。
同類課題研究水平概述
- 滴灌施肥屬于液體施肥的一種，它借助滴灌系統(tǒng)，在滴灌的同時將由固體肥料或液體肥料配兌而成的肥液一起輸入到作物根部土壤的一種方法。隨著我國在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中采用膜下滴灌技術(shù)的種植面積不斷擴(kuò)大，滴灌施肥越來越受到大家的關(guān)注，在此基礎(chǔ)上實(shí)施精準(zhǔn)化作業(yè)將是提升我國農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備水平的必然要求。 進(jìn)入21世紀(jì)以來，在實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)液體施肥技術(shù)研究方面，C. Yang, J. H. Everitt 和J. M. Bradford 對變量施用液態(tài)N和P肥作了研究。得出應(yīng)用變量液體施肥技術(shù)可以減少產(chǎn)量變化的差異，提高產(chǎn)量和增加回報。C. R. Camp 和E. J. Sadler 等在此研究結(jié)果的基礎(chǔ)上研究開發(fā)了數(shù)字控制計量裝置，用于液體肥料的噴灑作業(yè)。D. K. Morris 和D. R. Ess 等以實(shí)際生產(chǎn)中土壤養(yǎng)分分布的時空變異為出發(fā)點(diǎn)，將全球定位系統(tǒng)（GPS）引入到液態(tài)有機(jī)肥施用系統(tǒng)中，在耕作土地上的不同地塊實(shí)施按需調(diào)控施肥 。在液體施肥商品化應(yīng)用方面，目前在我國使用的有以色列Eldar-Shany公司研制的精準(zhǔn)滴灌施肥系列產(chǎn)品。 我國目前滿足精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)要求的變量施肥機(jī)的研制主要集中在田間拋撒施肥領(lǐng)域。國家農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)研究中心的王秀、趙春江、孟志軍等人研究了一種與拖拉機(jī)配套使用，在GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的幫助下可以按照施肥處方圖，通過調(diào)整肥料計量裝置的轉(zhuǎn)動速度調(diào)整肥料量，以實(shí)現(xiàn)變量施肥。吉林大學(xué)的張書慧等人開發(fā)了一種基于復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）的變量施肥控制系統(tǒng)。這類變量施肥機(jī)的特點(diǎn)是：以拖拉機(jī)帶動配套的變量施肥機(jī)，拖拉機(jī)駕駛室頂部固定有GPS衛(wèi)星接收天線和無線電差分信號接收天線，內(nèi)部裝有田間計算機(jī)用于接收外部輸入的處方圖和田間導(dǎo)航時顯示地塊作業(yè)圖；控制系統(tǒng)根據(jù)速度和處方圖上的施肥數(shù)據(jù)自動改變排肥軸的轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到控制施肥量的目的。此類施肥機(jī)的作業(yè)環(huán)境較差，且必須與拖拉機(jī)配套使用，成本較高。石河子大學(xué)的呂新等人根據(jù)膜下滴灌棉田水肥管理的要求，在建立施肥模型和施肥方案的基礎(chǔ)上，研發(fā)了適用于大田棉花膜下滴灌的比例混合變量施肥系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變量控制施肥，可提高肥料利用率10%以上。 對于已經(jīng)大面積采用滴灌技術(shù)的我國北方地區(qū)而言，完全可以利用現(xiàn)有滴灌資源，將精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中變量施肥技術(shù)的思想與滴灌施肥技術(shù)相結(jié)合，通過對生產(chǎn)過程的自動化管理，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)變量施肥自動控制作業(yè)。
