一种基于PLC控制的全自动水肥一体化系统的设计与实现

摘要

目的：随着现代农业信息技术的应用和滴灌技术日益的发展，新疆南北疆的设施农业作物的推广种植得到了快速崛起，然而绝大多数设施农业的灌溉水和化肥施用没有节制，浪费严重、利用率较低。如何提高水肥和土地资源的利用效率，实现作物精准灌溉施肥，成为当前新疆设施农业发展进程中的一个难点和热点。鉴于此，因地制宜的开发一套适合我国国情以及新疆本土的低成本、高效率、实用性的全自动水肥一体化系统，结合黄沙基质栽培技术把该套系统应用在设施农业作物栽培上，不仅成为现代农业发展的需要，也成为带动新疆以及兵团少数民族地区干旱生态农业实现可持续发展的关键。
　　方法：该系统由控制中心、灌溉施肥系统、土壤墒情采集系统三大模块构成。控制系统中心采用PLC(可编程控制器)技术和触摸显示屏技术相结合，通过触摸显示屏界面选择水池和自来水两种灌溉水源方式，设定手动和自动两种水肥运行模式、水肥参数，可实现水肥的定时定量以及自动化控制。灌溉施肥系统由两个文丘里吸肥器、一个灌溉通道、两个吸肥器控制电动球阀、四个灌溉电动球阀、潜水泵、离心泵、液位仪等PVC管件组成，采用电动球阀作为灌溉和施肥的开关控件结合文丘里吸肥器可均匀稳定的实现四个温室大棚相同作物或不同作物的水肥控制，同时针对不同作物各个时期水肥需求，制定匹配的灌溉与施肥方案。土壤墒情采集系统由土壤水分/EC为一体的传感器、无线采集模块、无线传输模块三部分构成，这一模块的设计可对作物根际灌溉水的含量和电导率精准控制和实时调节。
　　结果：本文设计的基于PLC控制的全自动水肥一体化系统，通过设定作物不同生育期的水肥参数， N、P、K和微肥的比例，采用黄沙作为栽培基质与系统的结合，在新疆南北疆设施温室大棚高产栽培种植项目上的应用实现了四座温室大棚不同作物的水肥的精准控制。以PLC+触摸屏为控制中心模块，稳定可靠；灌溉装置采用独立管道由PLC直接控制，通过触摸显示屏的按键一键启动灌溉，当传感器侦测到土壤容积含水量达到提前设置好的水分上线时，自动关闭灌溉模式；施肥装置由两条施肥通道与灌溉管路并联，可独立开启，通过监测土壤EC值，控制肥料的用量，达到精准施肥的目的；水分/EC传感器针对作物根部土壤水分以及EC值的动态监测，可实现水肥定时定量供给和实时调控。无线采集模块和传输模块和传感器的有效结合，并且将其优化应用于整个系统中，提高了土壤数据采集的效率，实现真正精准灌溉施肥。通过新疆南北疆设施园区示范表明；通过作物不同生育期的灌溉参数、肥料配比、施肥参数的设计和控制，全自动水肥一体化系统控制下栽培的西瓜和番木瓜整个生育期基质容积含水量保持在10％~22%、15%~22.5%，EC值在0.32 mS/cm~1.25 mS/cm、0.21mS/cm~1.15 mS/cm，实现了南疆皮山农场设施园区西瓜及北疆伊犁谊群设施园区番木瓜在黄沙基质上的标准化高效栽培及水肥精准控制。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3 国内水肥一体化设备在应用中存在的问题

1.4研究内容、方法及技术路线

1.5小结

第二章 基于PLC控制的全自动水肥一体化系统的设计

2.1基于PLC控制的全自动水肥一体化系统总体设计

2.2基于PLC控制的全自动水肥一体化系统的硬件组成

2.3本章小结

第三章基于PLC控制的全自动水肥一体化系统操控界面设计

3.1系统登录和主操作界面设计

3.2系统和实时参数界面设计

3.3手动操作界面设计

3.4手动和自动运行界面设计

第四章 基于PLC控制的全自动水肥一体化系统的应用研究

4.1基于PLC控制的全自动一体化系统现场布设

4.2 全自动水肥一体化系统结合黄沙基质种植西瓜的应用研究

4.3 全自动水肥一体化系统结合黄沙基质栽培番木瓜的应用研究

4.4本章小结

第五章 结论和展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

作者简介

科研成果

附录

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