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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 精準(zhǔn)滴灌施肥自動(dòng)控制系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 滴灌施肥是將施肥與滴灌結(jié)合在一起的一項(xiàng)農(nóng)業(yè)技術(shù)，它是借助滴灌系統(tǒng)，在滴灌的同時(shí)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(xiàng)農(nóng)業(yè)技術(shù)，它是借助滴灌系統(tǒng)，在滴灌的同時(shí)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(duì)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(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，使操作人員全面了解生產(chǎn)過(guò)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(guó)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(duì)變量施肥過(guò)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(jì)一套高效，可靠，具有自主知識(shí)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(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的滴灌施肥過(guò)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(guò)設(shè)置與作物生長(zhǎng)需要相匹配的施肥程序，由計(jì)算機(jī)通過(guò)PLC對(duì)控制對(duì)象的參數(shù)作巡回檢測(cè)，根據(jù)測(cè)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(hào)量，經(jīng)過(guò)PLC作用到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)滴灌施肥過(guò)程的精準(zhǔn)監(jiān)控。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、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(jì)、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(xiàng)農(nóng)業(yè)技術(shù)，在滴灌的同時(shí)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(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的滴灌施肥過(guò)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(guò)設(shè)置與作物生長(zhǎng)需要相匹配的施肥程序，由計(jì)算機(jī)通過(guò)PLC對(duì)控制對(duì)象的參數(shù)作巡回檢測(cè)。（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(zhǎng)階段對(duì)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(duì)過(guò)程實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)監(jiān)控。 2．操作人員通過(guò)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(shí)對(duì)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(hào)量，向下位機(jī)PLC發(fā)出控制信號(hào)，通過(guò)操縱執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)控制。另一方面使操作人員通過(guò)參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示了解生產(chǎn)過(guò)程信息，并可以進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存及打印。 （四）主要技術(shù)指標(biāo) 所設(shè)計(jì)的監(jiān)控程序，能夠?qū)崿F(xiàn)控制量的輸入，控制過(guò)程狀態(tài)變量的采集，顯示（時(shí)實(shí)曲線(xiàn)、歷史曲線(xiàn)、數(shù)據(jù)庫(kù)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(xún)，下位機(jī)能夠根據(jù)輸入的控制量，準(zhǔn)確驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，并對(duì)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本次所設(shè)計(jì)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(shí)對(duì)整個(gè)過(guò)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(dòng)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(jì)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(guò)引用與作物不同生長(zhǎng)階段的養(yǎng)分需要相匹配的施肥程序，由操作人員通過(guò)上位機(jī)人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)對(duì)滴灌施肥過(guò)程的全程實(shí)時(shí)監(jiān)控。 2．系統(tǒng)采用兩級(jí)控制形式，由IPC通過(guò)PLC對(duì)控制對(duì)象的參數(shù)作巡回檢測(cè)并實(shí)時(shí)顯示，根據(jù)測(cè)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(hào)量，作用到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)被控量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化及自動(dòng)化作業(yè)要求。 3．所設(shè)計(jì)的監(jiān)控程序，能夠?qū)崿F(xiàn)控制量的輸入，控制過(guò)程狀態(tài)變量的采集，顯示和保存（時(shí)實(shí)曲線(xiàn)、歷史曲線(xiàn)、數(shù)據(jù)庫(kù)操作等），數(shù)據(jù)處理結(jié)果的輸出、打印及數(shù)據(jù)查詢(xún)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
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(pán) 圖片 實(shí)物、產(chǎn)品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- （一）產(chǎn)品使用說(shuō)明 施肥作業(yè)時(shí)對(duì)灌溉系統(tǒng)主管道中的肥水進(jìn)行采樣，由IPC通過(guò)PLC對(duì)控制對(duì)象的參數(shù)（EC/PH值、閥門(mén)流量、及混肥灌中的液位、壓力等信息）作巡檢，根據(jù)測(cè)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(hào)量，作用到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控參數(shù)的自動(dòng)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(shì) 本系統(tǒng)具有的優(yōu)點(diǎn)： （1）可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的全程自動(dòng)化監(jiān)控，成本低于20000元。 （2）系統(tǒng)界面可操作性強(qiáng)，用戶(hù)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(kāi)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(guò)程中存在的精確控制程度偏低的問(wèn)題，對(duì)滴灌施肥過(guò)程進(jìn)行精準(zhǔn)控制，因此市場(chǎng)需求前景廣闊。 （五）經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)(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(lèi)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(shí)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(guó)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(lái)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(guó)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(lái)，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(duì)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(bào)。C. R. Camp 和E. J. Sadler 等在此研究結(jié)果的基礎(chǔ)上研究開(kāi)發(fā)了數(shù)字控制計(jì)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(shí)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(guó)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(guó)目前滿(mǎn)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(guó)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(guò)調(diào)整肥料計(jì)量裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)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(shū)慧等人開(kāi)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(lèi)變量施肥機(jī)的特點(diǎn)是：以拖拉機(jī)帶動(dòng)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(xiàn)和無(wú)線(xiàn)電差分信號(hào)接收天線(xiàn)，內(nèi)部裝有田間計(jì)算機(jī)用于接收外部輸入的處方圖和田間導(dǎo)航時(shí)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(dòng)改變排肥軸的轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到控制施肥量的目的。此類(lèi)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(duì)于已經(jīng)大面積采用滴灌技術(shù)的我國(guó)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(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化管理，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)變量施肥自動(dòng)控制作業(yè)。
