基本信息
- 项目名称：
- 精准滴灌施肥自动控制系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 滴灌施肥是将施肥与滴灌结合在一起的一项农业技术，它是借助滴灌系统，在滴灌的同时将由固体肥料或液体肥料配兑而成的肥液一起输入到作物根部土壤的一种方法。精准滴灌施肥技术可以明显提高肥料的利用率，促进作物增产，改善产品品质，减少田间作业用工。
- 详细介绍：
- 滴灌施肥是将施肥与滴灌结合在一起的一项农业技术，它是借助滴灌系统，在滴灌的同时将由固体肥料或液体肥料配兑而成的肥液一起输入到作物根部土壤的一种方法。精准滴灌施肥技术可以明显提高肥料的利用率，促进作物增产，改善产品品质，减少田间作业用工。对于滴灌施肥作业，精准的含义在于实施准确的变量施肥控制，对生产过程进行监控，使操作人员全面了解生产过程信息，准确下达控制指令，则是实现精准变量施肥投入的有效途径。近几年，我国农业发展已逐步向精准农业的发展模式前进，精准施肥是精准农业的重要技术体系之一，而对变量施肥过程的全面监控是实施变量作业的重要环节，只有准确而全面的监控，才能保证变量施肥决策的有效实施。因此，设计一套高效，可靠，具有自主知识产权，且适宜于农业生产环境的精准变量施肥监控系统具有重要意义。 作品的创新点: 1.针对农业生产中的滴灌施肥过程，实现以IPC+PLC为中心的滴灌施肥监督控制系统。 2.通过设置与作物生长需要相匹配的施肥程序，由计算机通过PLC对控制对象的参数作巡回检测，根据测得的参数数据按照PID控制算法运算后获得控制信号量，经过PLC作用到执行机构，从而实现对被控参数的自动调节，实现滴灌施肥过程的精准监控。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- （一）作品设计、发明的目的 滴灌施肥是将施肥与滴灌结合在一起的一项农业技术，在滴灌的同时将由固体肥料或液体肥料配兑而成的肥液一起输入到作物根部土壤的一种方法。精准滴灌施肥技术可以明显提高肥料的利用率，促进作物增产，改善产品品质，减少田间作业用工。 （二）作品的创新点 1.针对农业生产中的滴灌施肥过程，实现以IPC+PLC为中心的滴灌施肥监督控制系统。 2.通过设置与作物生长需要相匹配的施肥程序，由计算机通过PLC对控制对象的参数作巡回检测。（三）关键技术 1. 将变量施肥技术的思想与滴灌施肥技术相结合，依据作物在不同生长阶段对于肥料养分的需求，制定施肥程序，由滴灌施肥监督控制系统，对过程实现精准监控。 2．操作人员通过IPC中的人机界面根据施肥配方设定被控参数的给定值，同时对被控参数进行巡检，一方面与设定值进行比较后求得偏差，按PID控制规律进行控制运算后获得控制信号量，向下位机PLC发出控制信号，通过操纵执行机构对被控对象进行自动控制。另一方面使操作人员通过参数的实时显示了解生产过程信息，并可以进行数据储存及打印。 （四）主要技术指标 所设计的监控程序，能够实现控制量的输入，控制过程状态变量的采集，显示（时实曲线、历史曲线、数据库操作等）和保存，数据处理结果的输出、打印及数据查询，下位机能够根据输入的控制量，准确驱动执行机构动作，并对设定参数进行自动调节。
科学性、先进性
- 本次所设计的精准滴灌施肥监控系统应用于滴灌施肥作业，由上位机根据施肥决策设置操作程序，下达控制指令，同时对整个过程进行全面监控；由下位机控制相应执行机构动作，从而执行精准化作业，具有较高的科技含量，其科学性先进性如下： 1．设计实现了以IPC+PLC为中心的精准滴灌施肥监督控制系统，该系统通过引用与作物不同生长阶段的养分需要相匹配的施肥程序，由操作人员通过上位机人机界面实现对滴灌施肥过程的全程实时监控。 2．系统采用两级控制形式，由IPC通过PLC对控制对象的参数作巡回检测并实时显示，根据测得的参数数据由PLC按照PID控制算法运算后获得控制信号量，作用到执行机构，对被控量进行自动调节，实现精准化及自动化作业要求。 3．所设计的监控程序，能够实现控制量的输入，控制过程状态变量的采集，显示和保存（时实曲线、历史曲线、数据库操作等），数据处理结果的输出、打印及数据查询。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 生产阶段
技术转让方式
- 一次性转让
作品可展示的形式
- 录像 图纸 磁盘 图片 实物、产品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- （一）产品使用说明 施肥作业时对灌溉系统主管道中的肥水进行采样，由IPC通过PLC对控制对象的参数（EC/PH值、阀门流量、及混肥灌中的液位、压力等信息）作巡检，根据测得的参数数据以EC/PH值为中心，由PLC实现PID调节，输出控制信号量，作用到执行机构，从而实现对被控参数的自动调节，形成闭环控制，提高精确度。 （二）作品技术特点和优势 本系统具有的优点： （1）可实现生产过程的全程自动化监控，成本低于20000元。 （2）系统界面可操作性强，用户使用方便。 （3）系统工作稳定。 （三）作品的适应范围 本系统适应于大田作物的滴灌施肥作业监控。 （四）推广前景分析 本次开发的精准滴灌施肥监控系统能够解决现在兵团滴灌施肥过程中存在的精确控制程度偏低的问题，对滴灌施肥过程进行精准控制，因此市场需求前景广阔。 （五）经济效益预测(以新疆为例) 1．节约化肥。 2．节约劳力，提高生产效率。
同类课题研究水平概述
- 滴灌施肥属于液体施肥的一种，它借助滴灌系统，在滴灌的同时将由固体肥料或液体肥料配兑而成的肥液一起输入到作物根部土壤的一种方法。随着我国在农业生产中采用膜下滴灌技术的种植面积不断扩大，滴灌施肥越来越受到大家的关注，在此基础上实施精准化作业将是提升我国农业技术装备水平的必然要求。 进入21世纪以来，在实现精准农业液体施肥技术研究方面，C. Yang, J. H. Everitt 和J. M. Bradford 对变量施用液态N和P肥作了研究。得出应用变量液体施肥技术可以减少产量变化的差异，提高产量和增加回报。C. R. Camp 和E. J. Sadler 等在此研究结果的基础上研究开发了数字控制计量装置，用于液体肥料的喷洒作业。D. K. Morris 和D. R. Ess 等以实际生产中土壤养分分布的时空变异为出发点，将全球定位系统（GPS）引入到液态有机肥施用系统中，在耕作土地上的不同地块实施按需调控施肥 。在液体施肥商品化应用方面，目前在我国使用的有以色列Eldar-Shany公司研制的精准滴灌施肥系列产品。 我国目前满足精准农业要求的变量施肥机的研制主要集中在田间抛撒施肥领域。国家农业信息化技术研究中心的王秀、赵春江、孟志军等人研究了一种与拖拉机配套使用，在GPS导航系统的帮助下可以按照施肥处方图，通过调整肥料计量装置的转动速度调整肥料量，以实现变量施肥。吉林大学的张书慧等人开发了一种基于复杂可编程逻辑器件（CPLD）的变量施肥控制系统。这类变量施肥机的特点是：以拖拉机带动配套的变量施肥机，拖拉机驾驶室顶部固定有GPS卫星接收天线和无线电差分信号接收天线，内部装有田间计算机用于接收外部输入的处方图和田间导航时显示地块作业图；控制系统根据速度和处方图上的施肥数据自动改变排肥轴的转速，最终达到控制施肥量的目的。此类施肥机的作业环境较差，且必须与拖拉机配套使用，成本较高。石河子大学的吕新等人根据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础上，研发了适用于大田棉花膜下滴灌的比例混合变量施肥系统，实现变量控制施肥，可提高肥料利用率10%以上。 对于已经大面积采用滴灌技术的我国北方地区而言，完全可以利用现有滴灌资源，将精准农业中变量施肥技术的思想与滴灌施肥技术相结合，通过对生产过程的自动化管理，实现精准变量施肥自动控制作业。
