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智能灌溉控制系统

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品 牌: 北京鸿控科技 
型 号: 远程灌溉 
规 格: 系统工程 
单 价: 面议 
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发货期限: 自买家付款之日起 天内发货
所在地: 北京
有效期至: 长期有效
最后更新: 2017-10-30
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产品详细说明
 

第一章总体设计

1.1项目总体需求

节水喷灌这一高效节水灌溉技术发源于新疆,在高度缺水和发展农业的这一根本矛盾成的驱动下,近年来得到较大的发展。因其节水、省肥、省农药、省机械、抗盐碱、抗虫害、增产增收等优点,得到广大农民和水利管理部门的认可,成为新疆地区解决“三农”问题,促进农民增加收入的有效途径。

节水喷灌技术为水资源极度紧缺的地区创造了扩大耕地面积,提高农牧民收入的有利条件,与此同时,如何使高效节水灌溉系统长期高效的发挥作用,进一步提高灌溉管理水平,降低劳动生产率,使产出与效益最大化是一个迫切需要解决的问题。无论从经济社会的发展趋势,还是从其他行业的成功经验来看,依托高新技术手段,改革传统管理模式和体制,通过技术促进和带动管理提高是十分有效的手段,积极开展相关项目的建设是符合时代发展要求的。

1.2项目建设必要性

1.2.1提高灌溉管理水平的需求

目前许多地方喷灌的建设和管理已经形成一套比较完整的模式,根据已建系统的运行情况来看,建后的运行管理方式相对滞后。

现状管理模式仍然是比较粗放的,基本依靠经验制定灌水计划,且计划的执行情况也无从考证,纯人工操作的模式使喷灌系统很难完全按照设计参数运行,例如系统设计允许4-5个需用水地同时灌溉,但人工操作很难避免同一时刻有多个泵阀处于开启状态,且由于缺乏有效的监测手段而很难及时发现,造成相同运行时间灌水不足,甚至有可能导致减产。再比如设计轮灌灌水时间为4小时,人工操作需要到田间地头开启或关闭阀门,从而很难确保灌溉时间的准确度,时有误差很大或忘记关闭的情况出现,导致灌溉过度。

因此,灌溉系统的运行效率,节水、节能、节劳等仍有大幅度提升的空间,进一步提高灌溉管理水平迫在眉睫。提高灌溉管理水平势必对管理手段的变革提出新需求。在先进的高效节水灌溉方式基础上,融合自动化、信息化等现代化管理技术,能有效的使系统始终处于高效运行,能够更加科学的利用人工操作长期积累的经验,在运行过程中减少人为的干预,从而实现精准灌溉,使系统的整体效益最大化。

1.2.2提高劳动生产率的需求

现状条件下,大型灌区喷灌虽然已经大幅度减轻了灌溉工作的劳动强度,但仍然需要较多的劳动力,并要求操作人员需要具备一定技术基础。特别是管理较为复杂的大型系统,灌溉地块面积较大,开关泵、开关阀的频率高时还需要多人配合,先后顺序出错或操作不当还容易引起水泵烧毁或管路爆裂等故障。

而一个用户体验良好的自动化系统,可以具备很高的自动化程度和人性化的软件操作,对操作者无需更多要求,像电视机或智能手机一样,操作简单并容易学习。另一方面,自动化系统代替了大量人力工作,可以把专业人员解放出来,可重点培训一些相对层次较高的维护人员,掌握理论知识和设备故障判断及简单维修能力,负责系统的维护和保养工作。从总体上提高劳动生产率,解放劳动力,降低人力成本。

1.2.3全面发挥灌溉效益的需求

喷灌本身就是高效节水灌溉技术模式,灌溉系统自身的输水损失几乎为零,灌溉水利用率高达90%。但在系统设计中灌溉计划的制定是按照某种典型作物的灌溉定额为依据计算获得的,在系统实际运行中完全依靠人工操作执行,由于轮灌区作物不同,操作人员的灌溉经验不同,因此系统运行的精确程度很难得到保障,对操作人员的素质、效率和责任心依赖性很高。

通过自动化系统,由计算机和软件来执行灌溉计划,精确控制闸、泵、阀的实时启闭,并具有完善的保护和报警功能,避免人为干预的同时节省了大量的劳动力,还能够根据气象和土壤数据对灌溉计划进行优化,使灌溉更加精准,实现灌溉系统的灌溉效益最大化。

1.3总体建设目标

高效节水灌溉自动化系统的总体建设目标是紧密结合现行管理模式,在示范区实现“一键智能灌溉”,通过对作物定时、定量的精准灌溉,帮助农民增产增收的同时进一步节约灌溉用水,降低劳动强度,提高劳动生产率,实现从传统灌溉的粗放式管理向精细化管理的转变,最大限度发挥高效节水灌溉技术自身的优势,有效提高灌溉管理水平。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,力争实现全灌区的高效节水信息化管理。

1.4自动化系统建设目标

自动化系统的建设目标是农业生产灌溉操作实现无人值守。在系统正常运行后,除去一般性的巡查、巡检等工作外,灌溉的全过程无需人工操作,这就要求所有灌溉需要操作的环节必须具备自动控制的条件,比如电动闸门或阀门,而且相互之间具有稳定可靠的通讯路径,以实现远距离的遥控。同时还要求能够监测水位、压力等等运行数据,一方面是获取自动控制的目标参数、过程参数和安全保护数据等,以确保系统的稳定运行;另一方面是为更高层次的管理系统提供数据基础,以实现信息化的管理手段。

1.5信息化管理建设目标

信息化管理的目标是通过计算机的庞大的数据处理能力,采集、处理和分析灌溉系统状态等与农作物生长密切相关的实时数据信息,结合人工录入的多年经验数据,形成实用有效的专家决策支持系统,制定出科学合理的灌溉计划,并准确无误的自动执行。实现精准灌溉,有效计量,进一步节约灌溉用水,提高灌溉管理水平, 为最终实现全灌区“总量控制,定额管理”的目标奠定坚实的基础。

1.6智能高效节水灌溉系统功能

1、可根据软件设置数据自动生成轮灌计划,也可手动设置轮灌计划。

2、实时监控用水量、水管压力、水位、系统电压等数据,具备设备诊断、实时告警功能,

3、无人值守自动灌溉,可针对全区、片区或单个节点进行轮灌。

4、具备数据采集、分析、存储及报表统计等功能。

5、多点集中控制,可接入60个点入水管道电动阀控制。

设计依据

《节水灌溉技术规范》SL207-1998

《土壤墒情监测规范》SL364-2006

《建筑电气工程施工质量验收规范》GB 50303-2011

《自动化仪表工程施工质量验收规范》GB 50131—2007

《电子计算机机房设计规范》GB50174-93

《建筑安装分项工程施工工艺规程》DBJ/T01-26-2003

《建筑电气通用图集》92DQ1~13

《等电位联结安置》02D501-2

《建筑物防雷设施安装》99D501-1、99(03)D501-11.2

《节水灌溉工程技术规范》(GB/T50363-2006);

《微灌工程技术规范》(GBT-50485-2009);

《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》(GB/T20203-2006);

《泵站设计规范》(GB 50265-2010);

《水利建设项目经济评价规范》(SL72-94);

《灌溉与排水工程设计规范》(GB502288-99)。

1.8设计原则

高标准农田灌区节水灌溉控制系统在建设时遵循以下几点原则:

先进性原则

系统建设应有高的技术起点,应采用具有标准功能的组态软件和拥有先进工业技术的监测系统。充分利用现有高新技术,确保系统投资取得最佳效益,系统完成后,达到国内领先水平。

可靠性原则

先进而合理的系统整体结构可以保证系统具有较长的生命周期。从发展角度考虑,任何系统在投入运行以后都可能会有一些变更,因此系统必须具有灵活的结构,具有良好的开放性,在软件和硬件的配置上应能灵活增减挂接。具有强大的系统维护和诊断功能,保证系统安全、可靠的运行。

选用高品质的设备完成系统的架构,不仅可以保证系统稳定、可靠的运行,也可大大减少投运后的维护工作量、并节约二次投入的资金,同时避免因系统故障导致的损失。

安全性原则

注意软硬件设计中各环节的安全保密性。系统应具有对主要环节的监测和信息处理共享功能,并能防止非法用户的越权操作。在设计中做好系统内权限的分级管理,并使网络通信具有较强的容错和故障恢复能力

高性价比原则

系统设计在满足系统功能和用户需求的条件下,选用高性价比的产品。在确保系统设计满足以上原则的前提下,应充分保护用户的现有投资,以设备的高档次、可塑性、可配置性、易于维护性来满足系统所处的复杂环境和各种应用需求;以高质量、高标准的设备构成本系统,大大减少系统运行时的维护及维护费用;能够为将来系统规模扩大和功能扩展提供良好的接口,保护用户的投资;在确保上述各项的前提下,尽量降低系统造价,向用户提供高性价比的设计方案。同时,深化数据处理,提高系统的增值能力,为管理者提供科学决策的有效依据,为优化决策指挥提供一个现代化的方法和手段,最大限度地提高企业的经济和社会效益。

易用性原则

易用性表现在软件系统的人性化和先进性。一个好的软件系统,是在严格遵循国家相关行业标准的基础上,充分了解用户使用习惯的基础上开发建设的。交付使用的软件产品,必须让用户能方便使用,或者在经过简单的培训后能快速让用户掌握使用,并且在日常工作中发挥巨大作用,产生实际意义。

1.1 

1.2 

自动化系统总体架构

本设计中田间灌溉自动控制系统采用由中央控制室、灌溉单元控制器和灌溉控制终端组成三级分布式控制系统。分布式控制系统的最大特点是“集中管理,分散控制”,因此具体来说就是每个灌溉系统的水源首部及其所控制的面积形成一个相对独立的自动控制灌溉单元,并能单独操作。在此基础上将地理位置接近,同属一个管理机构的灌溉单元组网,接入到一个中央控制室进行集中管理。

节水灌溉自动化系统整体结构图

上述分布式系统的常规操作流程是:在中央控制室的工作站编制灌溉计划,下达给灌溉单元控制器,由其存储并执行,设置并执行后即使中控室服务器关机也不影响灌溉计划的执行。灌溉单元控制器根据所存储的计划实时给灌溉控制终端发出指令,启闭轮灌区阀门按计划进行灌溉。各类监测数据汇聚到中央控制室,由应用软件进行分析,并根据墒情情况优化灌溉计划。同时,也可直接在每个首部单独设置灌溉计划,或对灌溉单元控制器进行即时操作,与中央控制室通讯不畅或中控制室故障不影响运行。

1.8.1.1自动化控制系统组成

中央控制室必须是在一定规模的集中连片的灌溉范围的总控制中心,负责在每个灌溉季开始时对所辖灌溉单元灌溉计划的制定,以及在灌溉期间的计划调整,并将计划实时下发到灌溉单元控制器执行,同时也具备直接控制(即时控制)的功能。其设置应特别注意与管理模式相结合,主要职能是灌溉管理,并不直接进行底层数据采集和控制操作。在灌溉季间,主要起到监测系统运行情况及报警的值守作用。

1.8.1.2自动化系统设备

完整的自动化系统设备一般包括传感器(此次设计方案无土壤墒情传感器)、测控终端设备、通讯装置和执行装置四个部分,设备总体选型要求是能集成的尽量集成,并保持较高的一致性,尽量减少故障隐患点,可相互代换排查故障,具体要求如下:

1、传感器

传感器负责将需要监测的物理量转换为电信号,本系统包括压力、电量、阀门等多种传感器,传感器要求具备工业标准输出信号,4-20mA或0-5V,功耗低,耐候性强,可靠性高,性价比高。

2、测控终端

测控终端负责执行上位机指令,采集传感器信号,操作控制目标执行相应动作等。本系统包括灌溉单元控制器,灌溉控制终端,墒情监测终端和气象站数据采集器四类。要求均采用高集成度的一体化设计,单设备具备丰富的接口,能够满足相应的测控要求,低功耗,高可靠,需操作设置的设备采用图形界面、菜单和向导操作,具备良好交互性。

3、通讯装置

通讯装置是通过有线或无线的方式,将不同物理位置的设备连接起来,能够传送数据和指令,并按照一定的协议相互识别。本系统两种方式都包括。设备选择同样要求能与终端集成的尽量集成,首先考虑性价比的基础上选择性能稳定、通讯距离远、带宽高的设备。

4、执行装置

执行装置负责将各种控制指令体现在最终控制目标上,本系统主要为阀门、泵。阀门指各个灌溉单元的首部出水阀,水泵本身为电力驱动,可直接通过接触器等进行控制;可控的阀门可选择电磁阀和电动阀。

软件系统总体架构

1.8.2.1软件系统结构

应用软件是实现整个系统功能的载体,是系统最终能否发挥效用的关键所在,因此可以说管理软件的好坏决定着项目的成败。系统软件为三层结构,见下图:

数据层

该层为底层,主要完成各类数据的自动采集、存储和处理,各类控制指令的发送,各类测控设备的配置和管理等。由开发人员或专业技术人员进行配置和维护,不需要一般操作人员掌握。

应用层

该层为核心层,最主要的内容就是灌溉计划的制定和执行。可根据自动采集各种数据,结合人工输入的作物不同生长阶段的需水信息、以往灌溉的经验值等数据,制定出科学合理的灌溉计划。灌溉计划形成后,即由该层的自动控制程序负责执行,按照计划时间点自动发出相应的控制指令,操作泵、阀、喷灌机等设备。在灌溉计划执行的过程中,根据实际用水变化情况做出预警,并生成优化和调整方案,人工确定后继续执行。

界面层

该层为顶层,是人机交互的通道。设计科学的操作界面应在实现基本功能的前提下,充分考虑简化操作步骤和操作难度,结合GIS等工具多采用图形界面,提供丰富的分析图表和过程三维拟合,并提供细致的向导和帮助,实现易学、易用、易维护。

1.8.2.2软件系统功能

软件功能结构图

 

应用软件主要功能说明

应用软件必须是基于B/S结构的Web风格界面,要采用全图形化设计,支持触摸屏控制,达到操作员会上网浏览网页就会使用应用软件的要求。

第二章技术方案

2.1 技术方案

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