兵团高效节水灌溉自动化控制信息管理系统示范团场设计参考文本综述Word下载.docx
《兵团高效节水灌溉自动化控制信息管理系统示范团场设计参考文本综述Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《兵团高效节水灌溉自动化控制信息管理系统示范团场设计参考文本综述Word下载.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
3）自动产品先进实用
设计采用的技术和设备应该具有先进性，同时是通过实践证明是可靠、实用的技术和产品，通讯方式应能适应障碍物较多的复杂环境。
4）更新自动观念
高效节水灌溉自动控制信息化工程应实现宏观管理与微观测控相结合，实现团级区域节水灌溉信息化数字化、田间灌溉过程的自动控制和田间信息化的自动监控，使农业灌溉全流程的管理者，在本项目完成后都能通过计算机系统了解与其工作相关的内容。
3标准模式
高效节水灌溉自动控制信息化工程标准模式，即以高效节水灌溉信息化管理为核心，提高团场自动信息化管理能力建设，以自动控制灌溉为手段，强化水资源有效利用，团级节水灌溉自动控制信息化管理系统成为兵团高效节水灌溉信息化管理平台的一部分，使其发挥更大作用。
整个高效节水灌溉自动控制不仅局限于局部的田间灌溉，而是着眼于更宏观的管理，增强自动功能，服务更多部门和领域，采取侧重管理信息化、结合田间灌溉自动方式，循序渐进、脚踏实地进行推进。
为团场水资源的合理利用、节能减排、可持续发展出力，为团场“三化”建设提供水资源支持和保障。
4设计原则
充分了解高效节水灌溉系统运行管理的现状，把握农业基础设施建设的现实，引导先进灌溉理念，解决理论与实际矛盾，合理配置资源投入方向。
1）实用性：
以解决实际生产管理需求为核心，强化系统的整体使用效果为目标，掌握好先进、投资和实用之间的关系，避免盲目追求先进性。
2）经济性：
结合先进灌溉理念，实施田间灌溉系统改造，减少田间控制点，降低自动投入，合理建设控制点保护措施，避免田间作业及年年拆卸造成损失。
3）可靠性：
能够保证系统运行时的高可靠性，不因局部故障影响系统的正常运行，系统的可用性指标均达到国家标准。
4）可操作性：
在建成之后易于维护人员管理。
5）扩充性：
系统网络的结构、通讯方式和设备的选型充分考虑系统的可扩充性，满足网络扩充的需要和未来应用软件开发的需求。
6）一致性：
硬件和软件的选型可以符合将来系统的管理和维护。
7）开放性：
采用标准化通讯协议，与上级平台信息化传递无障碍。
5建设目标和任务
建设目标：
高效节水灌溉自动控制信息化工程的总体建设目标是紧密结合管理需求，实现全灌区的节水灌溉管理信息化，在示范灌溉系统实现一键自动灌溉，通过对作物定时、定量的精准灌溉，增产增收，最大限度的节约水资源和节省劳动力，并通过示范总结系统建设和运行管理经验，根据投资规模逐步辐射推广。
建设任务：
建成以团级管理中心为基础的高效节水灌溉自动控制信息化管理系统，实现高效节水灌溉高标准自动精准灌溉和信息化集中管理示范，从宏观的高效节水灌溉信息化管理到辖区自动灌溉系统的控制调度，直至田间的自动轮灌控制。
同时辅以土壤墒情监测和气象信息化监测,形成一个完整的节水灌溉信息化管理及高效节水灌溉自动控制系统，并为今后的灌溉试验创造基础条件。
6总体结构
本设计采用“集中管理、分散控制”的理念进行顶层设计，由兵团管理平台、师级管理平台、团级监控中心、首部运行及能效监控系统、田间灌溉控制系统、田间信息化采集系统等组成分布式自动系统。
具体来说就是将每个独立灌溉系统的首部及其所控制的面积形成一个相对独立的能效监测及自动控制单元，并能单独操作控制。
在此基础上将地理位置接近，同属一个管理机构的灌溉系统纳入到团级监控中心进行集中管理，师级和兵团级管理平台也能够在得到授权情况下，对首部及田间设备进行远程监控和调度。
配合小型气象站和土壤墒情监测站实现自动程度更高的精准灌溉。
常规操作流程：
由团级监控中心编程和调整轮灌计划，下发给田间系统灌溉控制器，由其存储并自动执行。
在执行灌溉过程中，不再依赖团级监控中心。
田间系统灌溉控制器根据下发的灌溉计划，在启动灌溉指令后，自动开启第一组电磁阀，并启动水泵进行灌溉，达到所需灌水定额后，先开启下一组电磁阀，然后关闭本轮轮灌电磁阀，直到完成整个地块的灌溉任务后，先关闭水泵，然后关闭最后一个轮灌组阀门。
也可以在得到授权的情况下，在首部对系统灌溉控制器上进行轮灌计划的设定和调整，并随后将修改后的计划报告团级监控中心。
各首部运行和能效监测数据、气象、土壤墒情数据汇聚到团级监控中心，由相应软件进行分析，并根据墒情和气象情况调整轮灌计划。
7系统组成
一套标准的灌溉信息化管理及灌溉自动系统应包含以下几个部分：
1）团级监控中心：
安装地点：
团部节水灌溉控制中心。
实现功能：
全团节水灌溉系统基础数据、大田及种植数据的查询，全团节水灌溉信息化的统计上报、全团自动灌溉轮灌计划制定、调整及下发。
全团节水灌溉信息化及自动灌溉系统的集中处理，同时可以进行阀门远程控制和水泵控制远程授权。
具备向师、兵团传送数据的能力和接口。
2）首部运行及能效监控
团场区域各滴灌泵站。
对团场所属滴灌泵房进行远程集中管理，对团场灌溉水利用进行监控，实现全团灌溉用水总量实时监测、统计，实施取水授权控制，以利于灌溉用水总量控制。
实时能效监测，实现泵站电压、电流、功耗等数据自动采集，结合泵站压力、流量、过滤器工作状态等数据进行统计分析，分析田间灌溉模式合理性。
为水资源调度、电力调度提供基础数据。
3）田间灌溉自动控制：
实施自动灌溉的田间及首部。
以独立灌溉系统为单位，设置首部灌溉控制器、电磁阀及其阀门状态反馈传感器、无线阀控器（带2~4阀）设备。
灌溉自动控制系统独立运行，按照团级监控中心下发的轮灌制度，由首部灌溉控制器自动向阀控器发送指令，控制阀门开启和关闭，并将阀门真实工作状态反馈给首部灌溉控制器，实施自动灌溉。
4）田间墒情信息化采集
自动灌溉系统田间典型节点。
土壤湿度采集设备测量不同深度土壤含水量，以典型节点墒情形成系统灌溉的统计性数据，作为灌溉总量控制的有效指标，避免过量灌溉造成水资源的浪费和预报旱情，提高水资源的利用率和防止土壤干旱。
5）气象信息化采集
有代表性泵站附近。
集成连片的灌区只需设立一个气象站，或结合当地气象站信息化，气象数据传送到团级监控中心，利用气象信息化结合土壤墒情调整各灌溉系统灌溉计划，气象信息化包括空气温度、湿度、降雨量、蒸腾蒸发等要素。
8工程设计
节水灌溉信息化管理及田间灌溉自动系统是利用先进的通讯技术，通过流量计、压力变送器、电量采集装置、土壤湿度、气象、蒸发蒸腾等类传感器及监测设备，将水资源及灌溉数据通过通讯网络，传到管理平台，管理平台将汇集的数值进行统计、分析，形成历史和空间数据库，以良好的人机界面进行展示，供管理人员进行决策。
将作物生长期、气象、土壤含水量等数据与相应的目标点比较分析，确定作物不同时间轮灌制度，将调整后的灌溉计划下达到首部灌溉控制器。
首部灌溉控制器根据轮灌计划，在启动灌溉后，自动将开启或关闭阀门的信号下发到阀控器，由阀控器实施某轮灌区的阀门开启或关闭，实现农业灌溉的自动控制，达到合理灌溉、施肥、节约水肥、提高产量、减轻劳动强度的目的。
8.1团级监控中心
8.1.1组成
1台服务器、3台操作站、1台打印机、1套无线收发设备、1套固定IP宽带接入设备、1套大屏幕显示设备。
8.1.2功能
1）基础数据的采集和录入
团场各泵站的数量、灌溉面积、承包信息化、泵站设备信息化、种植作物信息化、种植模式信息化采集录入、统计查询，该工作由团级管理人员负责采集并录入。
2）统计数据上报
各团场以月度、季度和年度为时间基点上报各节水灌溉系统的宏观运行情况。
如阶段性耗水量、耗电量、作物长势和收成情况等。
3）滴灌首部运行及能效数据的自动采集
通过装在泵站内的首部运行及能效监测系统对各泵站用水量、泵站能效（电压、电流、功耗、压力、流量）数据等进行实时采集、统计查询。
4）灌溉实时数据采集、统计和查询
通过田间灌溉自动系统对各田间灌溉系统、田间阀门状态、每个阀门开启时间或流经水量的实时自动采集、统计查询。
5）田间信息化实时采集、统计和查询
通过田间信息化采集器对田间气象和土壤墒情信息化的实时自动采集、统计查询。
6）全团灌溉系统的监测控制
远程监视灌溉系统运行状态，分析灌溉运行数据，为管理人员加强先进灌溉理念推行及制止违背科学灌溉的现象提供依据；
远程操作田间灌溉阀门甚至终止灌溉系统水泵工作。
7）自动灌溉管理
制定及调整轮灌计划，下发给各系统灌溉控制器，作为系统轮灌计划的依据，确保农业生产高效进行。
8.2首部运行及能效监控
8.2.1组成
系统首部运行及能效监控器、压力变送器、差压变送器、流量计、电量采集装置、无线通讯设备、UPS供电设备。
8.2.2功能
控行采集器动化系统由首部运行及能效监控器对灌溉用水进行监测，实现全团灌溉用水总量数据自动实时监测、统计，以利于灌溉用水总量控制。
根据首部电压、电流、过滤器前后差压、压力以及出口流量，结合设备额定参数，计算水泵功效、功率、有功、无功、总功等数据，对能效进行评估，为节能方案的制定提供数据支持，使设备工作处于最佳能耗状态。
8.3田间灌溉控制
按照设计轮灌制度，由首部灌溉控制器自动向无线阀控器发送指令，控制阀门开启和关闭，并将阀门真实工作状态反馈给首部灌溉控制器，实施自动灌溉。
8.3.1组成
首部灌溉控制器、UPS供电设备、无线阀门控制器、电磁阀及其状态反馈传感器。
8.3.2功能
1）自动灌溉
按团级监控中心下发的轮灌制度自动开启第一组电磁阀进行灌溉，达到所需灌水定额后，先开启下一组电磁阀，然后关闭本轮轮灌电磁阀，直到完成整个地块的灌溉任务。
2）远程点选灌溉
可以根据实际状况，针对需要补灌等情况，采用单阀或单轮灌组人工选择方式进行远程自动灌溉。
8.3.3设备
1）电磁阀
电磁阀为水力驱动隔膜阀，借管道水压驱动阀门隔膜动作实现开关阀。
电磁阀有压损，且有不同口径和流通能力，应慎重选择，这一点非常重要，甚至决定系统能否使用，电磁阀规格应按额定计算流量值选择，以该流量流经造成的压损不超过3m为宜。
除采用滴头调压、毛管调压、出地桩球阀调压，还可采用调压电磁阀调压，其上调压导阀自动调整阀门开度，保持阀后压力恒定。
2）无线阀门控制器
无线阀门控制器能够接收授权设备发来的控制指令，控制电磁阀开关，同时也能向授权设备反馈电磁阀的状态。
无线阀门控制器采用太阳能或干电池供电，一个无线阀门控制器可控制1～4个电磁阀。
8.4田间墒情采集
8.4.1组成
土壤墒情采集器、太阳能电源、土壤湿度传感器。
8.4.2功能
由分布在田间不同深度的土壤湿度传感器自动监测土壤湿度变化，检测灌水状况，并远程上报至团级监控中心。
系统监测到土壤含水量降低到临界值时做出预报，提示管理人员做好灌溉准备，严重缺水时发出紧急提示；
结合由不同土壤水分消耗方式、不同时期作物需水情况生成的数学模型，完成数据运算，为灌溉提供数据支持和指导，对具体轮灌组需灌时日和需灌水量进行预报。
8.5气象信息化采集
8.5.1组成
小型自动气象站。
8.5.2功能
气象数据资料由自动气象站远程上报至监控中心，监测常规7参数气象因子（空气温度、湿度、风速、风向、降雨量、蒸腾蒸发、太阳辐射），基于对农田气象信息化的监测，计算出每天每小时的ET值（土壤蒸发和植物蒸腾之和），通过与测定的日水分使用量相比较来调整该地区的作物灌溉计划，以便进行高效、科学的灌溉管理。
9标准设计材料表
序号
名称
型号规格
单位
数量
一
田间灌溉设备
1
首部灌溉操作器
含19寸触摸一体机、无线收发模块及灌溉控制软件
个
一个首部1套
2
无线阀门控制器
控制1~4电磁阀
一个出水桩一套
3
阀控器支架
1-4m
4
电磁阀
de9040~50m3/h2~3m压损
出水桩处地面支管2-4个
5
反馈传感器
二
泵房能效监控设备
首部能效监测器
台
电量采集装置
三相电压电流电度
套
压力变送器
0~0.6MPa4~20mA
流量计
DN200
三
湿度采集设备
田间数据采集器
可采集4个模拟量
土壤水分传感器
0%~100%V/V
1-3
四
气象信息化设备
多功能自动气象站
无线传输、7要素
五
控制中心设备
服务器
联想至强双核
操作站
联想酷睿双核
无线收发设备
大屏幕显示系统
组态软件
无限点
6
基于地理信息化系统的节水灌溉管理软件
7
气象监测软件
8
土壤墒情监测软件
9
首部控制能效监测软件
10
固定IP宽带接入及费用
11
宽带使用费及GPRS使用
年
升级会员 