一種自動(dòng)滴灌施肥裝置及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)施肥裝置領(lǐng)域，涉及一種自動(dòng)滴灌施肥裝置及控制方法。這種自動(dòng)滴灌施肥裝置的施肥罐的上方設(shè)有與潛水泵連接的施肥罐進(jìn)水口，頂部設(shè)有加肥料斗，加肥料斗中的肥料通過(guò)加肥絞籠進(jìn)入施肥罐；施肥罐內(nèi)安裝有隔層，在隔層的上方設(shè)有攪拌葉片，在施肥罐的一側(cè)設(shè)有循環(huán)裝置；施肥罐頂部裝有超聲傳感器和排氣口；施肥罐的底部設(shè)有肥水出口，混合好的肥水從肥水出口通過(guò)提升泵提升到過(guò)濾系統(tǒng)中；PLC控制器控制比例閥的開(kāi)度、絞籠電機(jī)的轉(zhuǎn)速、循環(huán)泵和攪拌電機(jī)的工作時(shí)間。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)連續(xù)加肥，施肥罐內(nèi)肥水濃度精確可調(diào)，施肥裝置能快速穩(wěn)定。
【專利說(shuō)明】一種自動(dòng)滴灌施肥裝置及控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)施肥裝置領(lǐng)域，涉及一種自動(dòng)滴灌施肥裝置及控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 灌溉施肥是指肥料通過(guò)灌溉系統(tǒng)隨水為作物提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過(guò)程，通過(guò)灌溉系統(tǒng) 進(jìn)行施肥的一種方法。在灌溉系統(tǒng)中的施肥控制裝置方面，目前常用的施肥裝置，按其原 理可分為：壓差式、吸入式和注入式。我國(guó)自20世紀(jì)70年代引進(jìn)現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)以來(lái)， 就一直進(jìn)行先進(jìn)灌溉技術(shù)的研究，對(duì)自動(dòng)施肥裝置的研究也在逐步深入，魯亞云等采用自 重注入方式設(shè)計(jì)的自動(dòng)施肥裝置實(shí)現(xiàn)了恒量施肥的控制。天津水利科學(xué)研究所研制的溫室 滴灌施肥智能化控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定量灌溉施肥和人工干預(yù)灌溉施肥功能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種自動(dòng)滴灌施肥裝置及控制方法，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)連續(xù)加肥， 施肥罐內(nèi)肥水濃度精確可調(diào)，施肥裝置能快速穩(wěn)定。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案為施肥罐的上方設(shè)有施肥罐進(jìn)水口、循環(huán)泵出口、超聲傳感器、 排氣口，施肥罐的上方中間位置安裝有攪拌電機(jī)。
[0005] 施肥罐的頂部設(shè)有加肥料斗，加肥料斗中的肥料通過(guò)加肥絞籠進(jìn)入施肥罐，絞籠 電機(jī)驅(qū)動(dòng)加肥絞籠，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)加肥。
[0006] 施肥罐內(nèi)設(shè)有隔層，隔層上安裝有若干個(gè)濾芯，隔層可將混合好的肥水與正在混 合的肥水分開(kāi)，保證了提升到過(guò)濾系統(tǒng)中的肥水的濃度均勻。在隔層的上方設(shè)有攪拌葉片， 攪拌電機(jī)帶動(dòng)攪拌葉片對(duì)肥水進(jìn)行攪拌，使肥料充分溶解。
[0007] 施肥罐的罐壁上、靠近隔層的上方位置設(shè)有循環(huán)泵吸口，循環(huán)泵吸口通過(guò)循環(huán)管 道與循環(huán)泵出口連接，在循環(huán)管道上裝有循環(huán)泵，循環(huán)泵使施肥罐里的水循環(huán)，從而使肥料 充分溶解。
[0008] 在隔層的下方、施肥罐的底部設(shè)有肥水出口。
[0009] 施肥罐進(jìn)水口通過(guò)管道依次與三通閥、比例閥和潛水泵連接。為了防止肥水回流 在三通閥的旁通口處設(shè)有單向閥，單向閥與過(guò)濾系統(tǒng)連接，單向閥的通向是從潛水泵到過(guò) 濾系統(tǒng)。比例閥的主要作用是調(diào)節(jié)進(jìn)入施肥灌內(nèi)的水。
[0010] 為防止水面波動(dòng)對(duì)超聲傳感器的影響，在超聲傳感器的正下方連接空心管。
[0011] 肥水出口與過(guò)濾系統(tǒng)連接，連接肥水出口與過(guò)濾系統(tǒng)的管道上設(shè)有提升泵，混合 好的肥水從肥水出口通過(guò)提升泵提升到過(guò)濾系統(tǒng)中，從潛水泵出來(lái)的供水以及混合好的肥 水都要經(jīng)過(guò)過(guò)濾系統(tǒng)，然后到滴灌帶。
[0012] PLC控制器分別與潛水泵、三通閥、比例閥、絞籠電機(jī)、提升泵、攪拌電機(jī)、超聲傳感 器、循環(huán)泵連接。
[0013] 空心管可以選擇內(nèi)壁光滑的PVC管。
[0014] 這種自動(dòng)滴灌施肥裝置的提升泵可以選擇柱塞提升泵。
[0015] PLC控制器與絞籠電機(jī)、潛水泵和提升泵之間分別設(shè)有變頻器。超聲傳感器與PLC 控制器之間設(shè)有信號(hào)隔離器，可有效的消除變頻器產(chǎn)生的高頻信號(hào)對(duì)超聲傳感器的干擾。
[0016] 超聲傳感器用來(lái)采集水位信號(hào)，將水位信號(hào)通過(guò)PLC控制器的模擬量輸入模塊輸 入到PLC控制器中參與運(yùn)算。
[0017] PLC控制器的PID功能進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出Q控制比例閥的開(kāi)度，比例閥全開(kāi)時(shí) 控制電壓為U，則比例閥的開(kāi)度A=3,比例閥全開(kāi)時(shí)通過(guò)比例閥的流量為X L/min，則在 比例閥的開(kāi)度為A時(shí)流入施肥罐內(nèi)的純水量為AX ;設(shè)施肥罐內(nèi)肥水濃度為B g/L，則加 肥絞籠的送肥量M = ABX g/min，加肥絞籠的送肥量與加肥絞籠的導(dǎo)程角α以及絞籠電 機(jī)的轉(zhuǎn)速ν成正比，絞籠電機(jī)的轉(zhuǎn)速ν =極對(duì)數(shù)ηX60秒X頻率f，則絞籠電機(jī)的頻率 M ARX f =-=--，其中C為比例系數(shù)，PLC控制器輸出絞籠電機(jī)的頻率；同時(shí)PLC控制器通 cav oUcan 過(guò)定時(shí)器控制循環(huán)泵（19)和攪拌電機(jī)（9)進(jìn)行間歇性的工作。
[0018] 本發(fā)明的有益效果是實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)連續(xù)加肥，肥水濃度均勻且精確可調(diào)，系統(tǒng)抗干 擾能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，超調(diào)量小且能快速穩(wěn)定。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1:本發(fā)明的俯視圖。
[0020] 圖2 :本發(fā)明的施肥罐的主視圖。
[0021] 附圖標(biāo)號(hào)：1 一潛水泵；2-單向閥；3-三通閥；4一比例閥；5-絞籠電機(jī)；6-提 升栗；7-施肥罐；8-施肥罐進(jìn)水口；9一攬祥電機(jī)；10-過(guò)濾系統(tǒng)；11 一循環(huán)栗出口；12- 排氣口；13-超聲傳感器；14 一加肥絞籠；15 -隔層；16-循環(huán)管道；17-攪拌葉片；18- 空心管；19 一循環(huán)泵；20-加肥料斗；21-肥水出口；22-循環(huán)泵吸口。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本發(fā)明的具體實(shí)施例。
[0023] 如圖1和圖2所示施一種自動(dòng)滴灌施肥裝置，在施肥罐7的上方設(shè)有施肥罐進(jìn)水 口 8、循環(huán)泵出口 11、超聲傳感器13、排氣口 12,施肥罐的上方中間位置安裝有攪拌電機(jī)9 ; 超聲傳感器13安裝在排氣口 12與施肥罐7中心軸的連線上。
[0024] 施肥罐的頂部設(shè)有加肥料斗20,加肥料斗20中的肥料通過(guò)加肥絞籠14進(jìn)入施肥 罐7,絞籠電機(jī)5驅(qū)動(dòng)加肥絞籠14。
[0025] 施肥罐內(nèi)設(shè)有隔層15,隔層上安裝有若干個(gè)濾芯，在隔層的上方設(shè)有攪拌葉片 17,攪拌電機(jī)9帶動(dòng)攪拌葉片。
[0026] 施肥罐的罐壁上、靠近隔層的上方位置設(shè)有循環(huán)泵吸口 22,循環(huán)泵吸口通過(guò)循環(huán) 管道16與循環(huán)泵出口 11連接，在循環(huán)管道16上裝有循環(huán)泵19。
[0027] 在隔層的下方、施肥罐的底部設(shè)有肥水出口 21。
[0028] 施肥罐進(jìn)水口 8通過(guò)管道分別與三通閥3、比例閥4和潛水泵1連接，三通閥的旁 通口與單向閥2連接，單向閥2與過(guò)濾系統(tǒng)10連接，單向閥的通向是從潛水泵到過(guò)濾系統(tǒng)。
[0029] PLC控制器分別與潛水泵1、三通閥3、比例閥4、絞籠電機(jī)5、提升泵6、攪拌電機(jī)9、 超聲傳感器13、循環(huán)泵19連接。
[0030] 超聲傳感器13的正下方連接直徑為150mm的PVC管18。
[0031] 肥水出口 21與過(guò)濾系統(tǒng)10連接，連接肥水出口與過(guò)濾系統(tǒng)的管道上設(shè)有柱塞提 升泵6。
[0032] PLC控制器與絞籠電機(jī)5、潛水泵1和提升泵6之間分別設(shè)有變頻器，超聲傳感器 13與PLC控制器之間設(shè)有信號(hào)隔離器。超聲傳感器采集水位信號(hào)，將水位信號(hào)通過(guò)PLC控 制器的模擬量輸入模塊輸入到PLC控制器中參與運(yùn)算。
[0033] PLC控制器的PID功能進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出Q控制比例閥的開(kāi)度，比例閥全開(kāi)時(shí) 控制電壓為U，則比例閥的開(kāi)度A =&，比例閥全開(kāi)時(shí)通過(guò)比例閥的流量為X L/min，則在 比例閥的開(kāi)度為A時(shí)流入施肥罐內(nèi)的純水量為AX ;設(shè)施肥罐內(nèi)肥水濃度為B g/L，則加 肥絞籠的送肥量M = ABX g/min，加肥絞籠的送肥量與加肥絞籠的導(dǎo)程角α以及絞籠電 機(jī)的轉(zhuǎn)速ν成正比，絞籠電機(jī)的轉(zhuǎn)速ν =極對(duì)數(shù)ηX60秒X頻率f，則絞籠電機(jī)的頻率 MARX f = i = 777，其中c為比例系數(shù)，PLC控制器輸出絞籠電機(jī)的頻率。同時(shí)PLC控制器通 cav 6()can 過(guò)定時(shí)器控制循環(huán)泵19和攪拌電機(jī)9工作兩分鐘停止一分鐘。
【權(quán)利要求】
1. 一種自動(dòng)滴灌施肥裝置，其特征在于，施肥罐（7)的上方設(shè)有施肥罐進(jìn)水口（8)、 循環(huán)泵出口（11)、超聲傳感器（13)、排氣口（12)，施肥罐的上方中間位置安裝有攪拌電機(jī) (9)； 施肥罐的頂部設(shè)有加肥料斗（20)，加肥料斗（20)中的肥料通過(guò)加肥絞籠（14)進(jìn)入施 肥罐（7)，絞籠電機(jī)（5)驅(qū)動(dòng)加肥絞籠（14); 施肥罐內(nèi)設(shè)有隔層（15)，隔層上安裝有若干個(gè)濾芯，在隔層的上方設(shè)有攪拌葉片 (17)，攪拌電機(jī)（9)帶動(dòng)攪拌葉片； 施肥罐的罐壁上、靠近隔層的上方位置設(shè)有循環(huán)泵吸口（22)，循環(huán)泵吸口通過(guò)循環(huán)管 道（16)與循環(huán)泵出口（11)連接，在循環(huán)管道（16)上裝有循環(huán)泵（19); 在隔層的下方、施肥罐的底部設(shè)有肥水出口（21); 施肥罐進(jìn)水口（8)通過(guò)管道依次與三通閥（3)、比例閥（4)和潛水泵（1)連接，管道上 設(shè)有三通閥的旁通口與單向閥（2)連接，單向閥（2)與過(guò)濾系統(tǒng)（10)連接，單向閥的通向 是從潛水泵到過(guò)濾系統(tǒng)； 超聲傳感器（13)的正下方連接空心管（18); 肥水出口（21)與過(guò)濾系統(tǒng)（10)連接，連接肥水出口與過(guò)濾系統(tǒng)的管道上設(shè)有提升泵 (6)； PLC控制器分別與潛水泵（1)、三通閥（3)、比例閥（4)、絞籠電機(jī)（5)、提升泵（6)、攪拌 電機(jī)（9)、超聲傳感器（13)、循環(huán)泵（19)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動(dòng)滴灌施肥裝置，其特征在于，所述空心管（18)為內(nèi) 壁光滑的PVC管。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動(dòng)滴灌施肥裝置，其特征在于，所述提升泵（6)為柱塞 提升泵。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動(dòng)滴灌施肥裝置，其特征在于，PLC控制器與絞籠電機(jī) (5)、潛水泵（1)和提升泵（6)之間分別設(shè)有變頻器，超聲傳感器（13)與PLC控制器之間設(shè) 有信號(hào)隔離器。
5. -種基于權(quán)利要求1所述裝置的自動(dòng)滴灌施肥控制方法，其特征在于，超聲傳感器 采集水位信號(hào)，將水位信號(hào)通過(guò)PLC控制器的模擬量輸入模塊輸入到PLC控制器中參與運(yùn) 算； PLC控制器的PID功能進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出Q控制比例閥的開(kāi)度，比例閥全開(kāi)時(shí)控制電 壓為U，則比例閥的開(kāi)度A = #，比例閥全開(kāi)時(shí)通過(guò)比例閥的流量為X L/min，則在比例閥的 U 開(kāi)度為A時(shí)流入施肥罐內(nèi)的純水量為AX ;設(shè)施肥罐內(nèi)肥水濃度為B g/L，則加肥絞籠的送肥 量M = ABX g/min，加肥絞籠的送肥量與加肥絞籠的導(dǎo)程角α以及絞籠電機(jī)的轉(zhuǎn)速v成正 M A RX t匕，絞籠電機(jī)的轉(zhuǎn)速V =極對(duì)數(shù)η X 60秒X頻率f，則絞籠電機(jī)的頻率f =--=777，其 cav oOcan 中C為比例系數(shù)，PLC控制器輸出絞籠電機(jī)的頻率；同時(shí)PLC控制器通過(guò)定時(shí)器控制循環(huán)泵 (19)和攪拌電機(jī)（9)進(jìn)行間歇性的工作。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK104122866SQ201410345332
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】劉亮東, 謝晟, 王德成, 白陽(yáng), 賈如, 常艷梅 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)