智慧水利科学灌溉自动化滴灌系统技术方案

　智慧农业

　精准灌溉

　 水 肥 一 体 化 系 统

　技

　术

　方

　案

　XXX 集团有限公司

　 201X 年

　目 目

　录

　第 一章 章 灌溉自动化技术描述

　 系统分为集中管理控制层和现地层。

　第一层为集中管理控制层（本次方案预留上级数据共享接口）；集中管理控制层，该层位于中央控制室（可设置到水利、农业等上级主管部门），主要由操作员中心站等组成。操作员可根据选择的控制服务器、监控站、高层监控系统平台、专家决策系统、水肥一体化指导系统，数据库等组成。实现对灌溉模式进行过程控制、水肥一体化数据建模、数据查询、报警管理等工作。其内部预留接口以使其与上级管理单位进行通讯，互传数据。

　第二层为现地层：现地监控，田间灌溉控制 RTU、灌溉首部加压系统效率分析、水肥一体化精准比例施肥系统、水泵远程监控系统与首部管理灌溉中控系统组成，各系统之间采用国际标准协议 MODBUS 协议可以通过有线、无线最优通信合理结合使用，灌溉控制 RUT 与灌溉中控系统之间采用最先进、最经济的无线微波通信技术进行连接。

　1.1、 、 以下我为通讯方式介绍：

　无线微波通讯就是从首部中控系统（泵房）开始有无线微波的方式连接到每一个灌溉控制 RTU，灌溉控制 RTU 采用供电有太阳能供电或者干电池供电都可以，该系统设计采用太阳能供电。以下是我公司无线灌溉自动化系统常用的两种通信结构图，也是唯一一家灌溉控制 RTU 可以同时实现多种通信方式合理组建灌溉自动化系统产品之一。

　 小型面积灌溉系统的系统（图一）

　（最远 RTU 到中心距离在 500 米以内）

　灌溉首部中控高层管理平台 GPRS 工业总线 1#RTU 阀控器 微波 2#RTU N#RTU 1#RTU 阀控器 N#RTU 精准施肥机

　1 ．2 无线微波通信的优点：

　1、安装比较随意； 2、没有线缆的维护和安装费运; 3、开放性的系统,便于理解； 4、太阳能供电，绿色环保； 5、没有通信费； 无线微波的缺点：

　1 、传输距离有限； 2、安装位置只能在规定的区域内活动；

　1 1 ．3 3 监控中心级和 灌溉首部中控 级，参见下图：

　雨量传感器

　温度传感器 气象风速传感器 灌溉监控中心 交换机

　Internet 首部运行监控 GSM/GPRS模块 万亩监控站 路由器 数虫器 摄像头 施肥机 湿度传感器 首部运行监控 施肥机 数据采集站

　第 二章 章 主要设备技术参数 2 ．1 灌溉首部中控 2 2 ．1 1 ． 1 型号

　产品型号：CHJBT-ICC

　V3.0

　 2 2 ．1 1 ． 2 主要功能

　 制定、调整所属各系统的灌溉计划。

　 控制所管辖的所有设备。

　 接收所属首部控制中心上传的各类信息。

　 禁止、允许所属首部控制中心的所有操作。

　 向地块承包户发送开阀、关阀指令。

　 土壤商情采集，以及根据土壤商情自动继续灌溉。

　2 23 .1.3 系统组成

　工业触摸屏、首部通信服务器、灌溉中控操作软件。

　工业触摸屏特点

　外形尺寸：

　355.8mm*287.3mm*62.4mm 显示屏：15 寸 LED 工业屏 分辨率 1024*768 触摸屏：工业 4 线电阻屏 CPU：ATOM D2550 双核 1.86G 内存：1G 硬盘：8G SSD 网卡：1000M*1，默认配置为一个有线网卡。

　内置喇叭：单声道 2W 接

　口：DC_IN*1，LAN*1，USB*4，VGA*1，HDMI*1，AUDIO*2 RS232*6，LPT*1

　 机器净重：5KG

　 包装内容：主机 1 台，12V 4A 电源 1 只，电源线 1 条，嵌入式安装卡扣 4 个

　 产品特点：

　12V 直流输入，整机功耗 24W，支持来电开机，网络唤醒 机器预装 WINXP，稳定性好，可长时间开机工作

　2 ．2 阀门控制器 2 2 ．2 2 ． 1 型号

　产品型号：CHJBT-WL-0200-S 2 2 ．2 2 ． 2 主要特点

　 本系统所采用的 RTU 通信采用无线的方式。实现了阀门、采集站、首部之间通讯。

　 阀门控制器可将真实的阀门开启状态返回至灌溉首部中控，从而能够得到实际阀门的开启情况。（国外系统目前还不具有此项功能）

　 方便实施、施工简单，特别适合于阀门比较集中的改造项目。

　2 2 ．2 2 ． 3 技术参数

　供电：采用太阳能电池供电 可控阀门数：可控制 1 个、2 个、3 个、4 个阀门； 阀门状态反馈：有； 通信协议：标准 MODBUS RTU 协议（国际通用）

　自唤醒功能：有； 通信距离：500~800 米（空旷）

　扩展型：比较容易；（可以与水利，农业信息化直接兼容）

　2 ．3 电磁 阀门 2． 3 3 ． 1 型号

　产品型号：

　2"国产电磁阀门 2． 3 3 ． 2 主要特点

　 超高流量，极低压损，适用于极大的流量和压力范围：从全开到点点滴滴，无最低流量限制。

　 结构简单，零件数量少，维护简便，精确、平稳的控制柱塞的运动，可避免水锤。

　 隔膜驱动，阀门过流量极大，且水头损失较小。

　 阀门安装了控制手柄调节流量，还安装了电磁阀手动开关。

　 电控阀的自我清洁特点，还能保证阀门在各种外部环境下正常工作。

　2 2 ．3 3 ． 3 技术参数

　 型号：

　3"  阀体、阀盖材质：玻璃纤维尼龙 (GF) (30%玻璃纤维)  隔膜材质：尼龙纤维增强丁氰橡胶  密封件：丁氰橡胶  工作压力范围：0.5 - 10 bar  弹簧材质：不锈钢  工作温度范围：最高水温 80°C  阀门流量范围：

　0－50 m3/h  水头损失：80-102 m3/h

　此时水头损失为 0.6－1.01 bar  Cv 115, Kv 100  供电方式：直流持续供电/交流持续供电/直流脉冲  供电电压：12V DC 脉冲  电能消耗：持续供电功耗 3W ，脉冲供电 0.02-0.1 秒 6W

　 开启方式：手动/自动

　 调压方式：手动调压  阀启、闭状态监测：有 2 2 ．3 3 ．4 4 其它特性及技术优势

　 阀盖—玻璃纤维增强尼龙。

　 螺纹式锁定环可增加阀体强度。并且便于阀门维护。

　 尼龙纤维增强的丁氰橡胶隔膜对整体导向式活塞的推力可维持平稳。

　 不锈钢弹簧反应灵敏。

　 整体导向式活塞运行平稳，精确，且结构简单易于维护。

　 密封橡胶为丁氰橡胶密封能力很强，滴水不漏。压力在 0.2 bar 时即可良好密封。

　 全通式直线流道，超高过流量，压损极低 (Cv 115, Kv 100)。

　 支座可像三角架一样稳定的支撑阀体。

　2 ．4 实现功能 2 ．4 ．1 田间 灌溉控制 系统

　2 ．4 ．1 ．1 自动灌溉功能  依据专家系统的决策进行自动灌溉

　 系统根据自动采集和人工录入的地块信息、灌溉系统信息、作物品种、生长阶段、土壤性质、土壤成分、天气预报、天气实况、积温值等多种参数，根据专家数据库进行综合分析和模糊控制计算，并自动产生灌溉和施肥计划。

　每次灌溉计划产生后系统自动发送短信给管理人员请求审批，管理人员可以通过短信直接批准该灌溉计划也可以调整该灌溉计划或拒绝该计划，经过管理人员审批的计划由系统负责自动执行。

　管理人员也可强行终止正在执行的灌溉计划。

　系统允许操作人员预先设定一段时间（可以是一次也可以是整个灌溉期）的灌溉计划，系统按照该灌溉计划自动进行灌溉，同时根据近期天气情况（和降雨量）对灌溉计划进行修正，最后系统将修正后的灌溉计划传给田间灌溉控制器自动执行灌溉任务。

　2 ．4 ．1 ．2 手动就地灌溉功能 系统所用的每一个电磁阀都带有手动开关，在电动控制出现问题的时候可以实现就地控制，以确保灌溉不会因自动化系统故障而无法操作。

　2 ．4 ．1 ．3 多级监控和数据传输共享功能

　 无线阀门 RTU 和首部集中管理站通过无线微波实现数据通讯，从而对灌溉系统遥控和遥测。

　2 ．4 ．1 ．4 基于地理信息系统的大范围灌溉管理与控制

　 2 ．4 ．1 ．5 灌溉数据统计功能 系统自动记录每个电磁阀总共开启时间由此可以计算出每个电磁阀的灌溉近似总用水量。再根据每个电磁阀与地块的隶属关系可以计算出每块地的近似灌溉量等统计数据。

　2 ．4 ．1 ．6 安全防护功能 本系统充分考虑到系统的安全性能，所有现场设备均采用 36 伏以下的安全电压，不会对人造成伤害。

　2 ．4 ．1 ．7 设备故障保护和报警 系统自动监视各主要设备的运行状态，一旦发现故障会自动发出报警信息，同时系统还会准确的指出故障位置和故障类型。

　2 2 ．4 4 ．2 2

　土壤 商情 测量 系统 （可选）

　每一个田间灌溉控制器都配置了土壤湿度传感器，能够自动定时测量土壤湿度并进行记录，如果中央监控系统需要可以随时查询，同时系统也会定时将当天的土壤湿度曲线传送到中央监控站。

　2 2 ．4 4 ．3 3

　图像采集和传输功能 （可选）

　系统具有图像采集和传输功能，可以根据需要随时拍摄田间的照片传输到中央监控站，用来监控作物的生长过程和灌溉情况。此功能作为一种可选的功能。

　图像采集界面

　2 ．4 ．4 田间气象站功能 （可选）

　田间气象站用来观测田间局部小气候的变化，一般采用五要素（温度、湿度、风速、风向、降雨）也可采用七要素（温度、湿度、风速、风向、降雨、蒸发、日照），最好选择数字传输的自动化气象站，它比模拟信号的自动化气象站更加准确接口也更方便。但是这种小型的气象站由于安装环境等因素的影响，准确性无法与大型气象站比拟。如果团级单位有自己的专业气象站建议用户不要重复投资，从专业气象站获取数据最经济。

　2 2 ．4 4 ．5 5 土壤养分监测系统 （可选）

　 采集土壤氮、磷、钾以及土壤 PH 值结合农作物生长周期，指导我们给予充足的肥力,提高农作物产量；以下为软件界面

　 2 2 ．4 4 ．6 6 水泵远程控制及 灌溉系统 能效监测 功能 （可选）

　2 2 ．4 4 ．6 6 ．1 1 系统 能效 监测

　 根据采集首部电压、电流、过滤器前后压力以及出口流量，结合

　额定参数，计算水泵功效、功率、有功、无功、总功等数据，便于分析首部设备的故障，问题，实现科学管理。

　 2 ．4 ．6 ．2 末端压力监测系统 （可选）

　 及时的监测管道末端压力，可以及时的发现管道破裂，出地桩破裂，以及灌溉是否开筏合理； 2 2 ．4 4 ．7 7 首部自动化施肥系统）

　（可选）

　配备了自动施肥机，具有节水、省肥、提高作物产量、改善农产品质量、降低劳动成本、实现施肥数字化管理等显著特点，该系统技术集成度高，可以实现定时、定量、比例施肥。

　1、 施肥系统文丘里注肥器标配3 个（可以扩展到 8 个），。每一个注肥器的流量最高可达 600 升/小时。

　2、不锈钢防腐施肥专用电动泵，功率：3KW,电源：3*400VAC±15%；50Hz； 3、控制器电源：220VAC+15%，-15%；50Hz，输出控制电磁阀：DC/AC24V，1A，可以控制 10 组电磁阀，状态输入 12 组；4 组 4~20mA 模拟量输入接口，支持 RS232，RS485 通信，（可选 433MHZ 无线接入）； 4、 用户可以通过触摸品或远程计算机在控制器上直接进行灌溉施肥程序的设置，设置的大田灌溉程序多达 100 个，通过这 100 个独立的灌溉施肥程序能够自动执行不同的定量或定时设置的灌溉施肥过程。

　5、 可以实现根据传感器或输入条件进行全自动智能灌溉控制，例如，可实现依据土壤湿度，降雨和太阳辐射自动调节和控制灌溉施肥。

　6、 在灌溉过程中注肥器以连续的微量的脉冲施肥，保证了精确的肥料施用量，可以实时查询各种数据信息及历史记录信息。

　7、可以设定启动时间，施肥量，或者设定水肥比例，系统自动计算施肥量和施肥时间； 8、可以根据 PH 值和 ET 值引导施肥； 2 ．4 ．8 监控模拟沙盘（ 可选）

　）

　根据灌溉设备的运行状态，沙盘自动模拟现场状况，阀门的启闭，管道流水等现场真实情况。

　17 第 三 章 灌溉自动化 及施肥 设备清单 马莲片区：1200 亩 序号 名称 规格/型号 数量 单位 单价 小计 备注 一 灌溉田间设备

　 1 灌溉电磁阀 3 寸 174 个

　 国产

　 连接电磁阀线 2*0.75+2*1.0 870 米

　 2 无线灌溉控制 RTU 太阳能/无线 87 个

　 3 阀门状态传感器

　 174 个

　 4 RTU 安装支架

　 87 套

　 二 首部监控设备

　 1 首部监控操作系统软件(含灌溉自动化、施肥的控制，操作及数据分析）

　17 寸液晶触摸 1 套

　 2 无线通信服务器

　 1 套

　 3 无线高增益全向天线 玻璃钢 1 套

　 4 天线支架 6 米 1 根

　 订制 5 天线避雷器

　 1 个

　 国标 6 专用注肥泵

　 1 台

　 9 搅拌电机

　 1 台

　 7 比例精准施肥机 三路/600L 1 套

　 8 施肥机安装附件

　 1 项

　 国标 三 其他费用

　 运保费 （一+二）*2% 1 项

　 安装调试费 （一+二）*10% 1 项

　 培训费

　 1 项

　 税金 （一+二+三）*7% 1 项

　 四 合计

　18 发途发片区：1043 亩

　序号 名称 规格/型号 数量 单位 单价 小计 备注 一 灌溉田间设备

　 1 灌溉电磁阀 3 寸

　连接电磁阀线 2*0.75+2*1.0

　2 无线灌溉控制 RTU 太阳能/无线

　3 阀门状态传感器

　4 RTU 安装支架

　二 首部监控设备

　1 首部监控操作系统软件(含灌溉自动化、施肥的控制，操作及数据分析）

　17 寸液晶触摸

　2 无线通信服务器

　3 无线高增益全向天线 玻璃钢

　4 天线支架 6 米

　5 天线避雷器

　6 专用注肥泵

　7 搅拌电机

　8 比例精准施肥机 三路/600L

　9 施肥机安装附件

　三 其他费用

　运保费 （一+二）*2%

　安装调试费 （一+二）*10%

　培训费

　税金 （一+二+三）*7%

　四 合计