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1、第9章 滴灌系统自动化滴灌系统自动化是实现水资源高效节约、劳动效率极大提高的重要手段，它是灌溉管理的必然方向。科学的灌溉理念是“浇作物”，而不是“浇地”。要真正做到作物需要多少水，滴灌系统就能及时而准确地提供多少水，只有使滴灌灌水过程实现自动化控制才有可能达到。滴灌系统自动化有以下优点：按照作物的需水规律适时适量地灌溉，从而提高作物产量和水的利用效率；提高劳动效率，改善劳动条件，节约劳力费、运行费和与田间灌水管路的开、闭有关的其他费用；一开始就按采用自动化灌溉系统规划的滴灌工程，可降低管道、泵站和阀门等方面的基本建设投资。滴灌比其他任何灌水方法都更易于实现自动化控制。因为：滴灌系统全套设备一般
2、情况下都是永久性的；滴灌灌水流量很低，在单位时间内用同样的水源能比其他灌溉方法灌溉更大面积；滴灌情况下，各种农事活动可以在灌水期间同时进行而不受任何妨碍；滴灌对于环境因素，如风或辐射等的反应不敏感。第1节 自动化控制系统类型自动化控制系统种类繁多，按自动化程度可分为半自动化系统和全自动化系统；按计量阀可分为时间控制系统和水量控制系统；按工作形式可分为顺序水力控制系统，顺序电控或水-电控制系统和非顺序的有程序或无程序电控系统等。9.1.1半自动化控制系统顺序水力控制系统这种系统按顺序对各阀门进行水力控制和遥控，通过施加和释放水压来开关阀门。水压由能够承受工作水压的塑料软管传递给阀门，软管管径一般
3、612mm，一端与水阀相联，另一端与自动控制装置或输水管路相联。有些水力控制系统可以与管路的主阀或水源系统相联。采用这种方法时，便对主阀门进行了自动控制。当顺序控制系统开始运行时，主阀就开启，在灌木结束时则关闭。另一种顺序控制系统用电控方式启动水泵，灌水结束时立即使水泵停止工作。顺序水力控制系统根据预定的灌水量实现控制。每个阀的配水量可以不同，并能通过阀上的调节器进行调节。顺序水力控制系统属半自动化控制系统。电动或水力-电力驱动的顺序控制系统电动顺序控制系统通过电缆供给的电流来控制各阀门。控制板至阀门的电流通常经过一个降压变压器降为24伏的交流电。为安全起见，不能将地下电缆中的220伏电流通至
4、各阀门。常规的电磁阀主要用于低流量场合。在采用大口径管道的情况下，电磁阀仅用来启闭控制阀。整个灌水作业是用水力-电力控制的，而次级阀门用水力控制。有些系统采用水力顺序控制的方式，但系统的启动则靠电控，由一个装在主阀旁边的时钟控制。在这种情况下，由蓄电池供给直流电，而不用交流电。此种控制系统也属半自动化控制系统。9.1.2全自动化控制系统非顺序电动控制系统是完全自动化的系统，这种系统根据灌水量或灌水周期来控制互相独立运行的电力控制阀或水力控制阀。每一个阀门能根据预先制定的程序或土壤含水量，施放不同的水量或在不同的时间开始灌水。在控制板上有控制电路，能操纵水泵和主阀，根据预定的灌水模式进行土壤含水
5、量测定，使灌水量满足作物的需要。这类系统通常是遥控的，并设计成田间数据反馈的形式，以便能自动调节以及根据输水管路内的压力与流量的变化做出相应的调整。第2节 半自动化控制系统9.2.1顺序水力控制系统小型滴灌系统用控制系统顺序水力控制系统特别适用于以小直径管道小流量进行灌水的滴灌系统，如温室大棚等滴灌系统。在与干管联接的每一个接头处（最后一个接头除外），装设一套由计量阀和水力控制阀组成的控制装置。在最后一个接头处仅装计量阀。计量阀与滴灌管路相联，水力控制阀装接在要控制毛管组（支管）之后的干管上。计量阀和水力控制阀之间用一段导压管联结（图9-1）。图9-1 小型滴灌系统用顺序水力控制器控制系统部件
6、该系统仅由两个部件组成一个自动计量阀和一个水力控制阀。计量阀中有一个水平叶轮，叶轮的转速与水的流速成正比。叶轮驱动一组减速齿轮，减速齿轮再通过一个锥形离合器与一个凸轮相联。凸轮通过一根轴与刻度盘联在一起。当预先确定的水量灌完后，刻度盘上的“零”位正对着阀体上的箭头，凸轮就释放一个制动装置，使水流停止。通过一个能避免在管路内产生压力波动的水力制动器来缓冲阀门的关闭动作。水力控制阀由装在Y型阀体上的柱塞和柱塞套构成，柱塞套用青铜或塑料制成，柱塞则由青铜制成。阀内有橡皮衬垫，达到气密封，有一根导压管通到柱塞套的端部。工作原理开始灌水时，将计量阀调到所需要的灌水量，打开主阀。水在压力作用下通过第一个计
7、量阀到达干管上的水力控制阀，水流在此被阻断。当第一组毛管（第一条支管）灌溉了预定的水量后，第一个计量阀就关闭，施加在该组毛管（该条支管）水力控制阀端部的压力被解除，在干管内水压的作用下下一个计量阀被打开，于是第二组毛管（第二条支管）开始灌水。压力水流通过第二个计量阀传到第二个水力控制阀端部，使之保持闭合状态。依次继续下去，直至与干管相联的最后一个计量阀投入工作为止。较大滴灌系统用控制系统这种控制系统适合于任意流量和直径在51254mm范围内的管道上使用。可以装在干管上顺序打开支管上各阀门；或装在支管上顺序打开毛管上各阀门。这种控制系统由若干个自动水力计量阀组成，可装也可不装输水量累积数读出装置
8、。每个计量阀可单独运行，也可用来启动一系列附加的水力控制阀。这种系统的流量取决于在不造成过多摩擦损失的情况下通过管路的最大流量。各个计量阀之间及计量阀与水力控制阀之间用612mm直径的挠性管联结，挠性管沿着干管或支管埋设在地下。图9-2 较大型滴灌系统用顺序水力控制器控制系统部件这种控制系统由三个主要部件组成：自动计量阀（51254mm）、水力控制阀（51254mm）和水力导压管。水力计量阀由叶轮壳、导水组件和一个水力控制阀组成。装在叶轮壳内调节器和稳流器之间的沃耳特曼（Woltmann）型中央叶轮，根据水的流速而旋转。叶轮驱动减速齿轮，减速齿轮通过一个锥形离合器和一个凸轮相联。凸轮与调节旋钮
9、用一根轴联结，旋纽带有一根在刻度盘上移动的指针，刻度盘则固定在阀体上。凸轮驱动一个和导水组件相联的水力控制阀，并利用水的压力使计量间开启或关闭。水力控制阀的柱塞将空气排出，管道内的水压就使水力控制阀开启。灌完预定的水量后，旋钮指针到达零位，然后凸轮的凸出部分转到水力控制阀的反方向，使水力控制阀回位，此时，水力控制阀将管路中的水压传给该阀的柱塞，使之关闭工作原理装在直管管路上的顺序水力控制系统的作业方法是：轮灌开始时，所有计量阀调节到需要的灌水量。当主阀打开时，水流流到第一个计量阀，水的压力通过12mm大的水力导压管传给第二个计量阀，使之保持关闭。第一根支管完成预定的灌水量之后，第一个计量阀关闭
10、。作用在第二个计量阀柱塞上的压力解除，在干管水压的作用下打开第二个计量阀，第二条支管即开始灌水。以同样的方式重复这一过程，直到最后一条支管的计量阀打开，完成全部轮灌。9.2.2电动顺序控制系统在这种控制系统中，向不同小区供水的水量由一个时钟确定这种系统主要是为家庭花园和喷灌设计的，但从原理上讲，可以用于任何永久性的灌溉系统。轮灌的开始时间。虽然有些控制器的轮灌开始时间是由工厂预调的，但滴灌系统自动开始灌水的时间通常也可以由使用者调节。当轮灌的开始时间需要经常变动时，通常是在一个标有24小时的钟面外缘上，在需要开始供水的时刻装上某种形式的自动触发机构来确定灌水开始时间。普通的自动触发机构有：插在
11、时钟钟面外缘孔中的销子，孔的间隔时间一般为一小时；在钟面外缘装设固定的滑动触头，一般每隔15分钟装一个，滑动触头可以按进去或拉出来，以调节灌水开始时间。或采用可绕钟盘外缘自由移动触头，它可以停放在任意希望的位置上，然后用一个小的调节螺钉锁定。用任何一种触发机构都能在24小时内开始一次或几次轮灌。短周期重复轮灌的灌水方式常常用于发芽和幼苗期的灌溉。要使控制系统投入运行，可以转动钟面来调节，使实际时间正对着指针所指的时间。然后根据预定的轮灌开始时间，将自动触发机构放到钟面的某一个或某几个适当的位置；只要供电不间断，不管控制器处于何种状态，时针将连续运行。有些控制器上不采用钟面式触发机构，而在一个平
12、盘上设有24个滑动开关，每小时1个。作业人员根据预定的开始轮灌时间，将相应的滑动开关放到“开”的位置，而将所有其他的开关放到“关”的位置。日历程序器因为大多数情况下，一周内并不需要每天灌水，因此控制器通常装有一个日历程序器，以便在一周内预期的那一天能自动开始轮灌。大多数控制器装有14天的日程程序器，也有些只有7天的日程程序器。14天日程程序的主要优点是，既可按一周的时间表运行，如星期一、星期三、星期五等；也可隔日运行。显然，这使灌水日期要隔周变换。用于住宅区滴灌的控制器，大多数在其面板上有一个日历轮，自动触发机构安放在这种日历轮的周围，就和安放在钟面周围一样。通常，在预定灌水日期的位置上放有一
13、个自动触发器，到这一天，触发器接通一个开关，在一昼夜期间，按预先调好的时间开始轮灌。在没有放置自动触发装置的日子，不会自动灌水。有些大型控制器采用一个滑动开关程序器，除了每天备有一个滑动开关这一点以外，该装置的作用方式和钟面或日历轮完全一样。将每个滑动开关放在“开”（灌水）或“关”（不灌水）的位置，就如同将销子插进钟面周围的孔中那样建立了日程程序。日程程序器与时钟相联接每隔24小时该装置就前移一个位置。因此，只要时针在走动，这种日程编程装置就能指出正确的日期。选位器实际上，所有的自动控制器的面板上都有一个选位器。选位器一般是带有指针或指示器的旋钮，它有两个用途：A、在自动轮灌期间，向作业人员显
14、示运行到哪一个位置这是因为，旋钮与一分度机构的轴相联，因此，当控制器逐步完成轮灌，旋钮就从一个位置转到另一个位置。B、当控制器用手工操纵时，作人工选位器用，可用手将旋钮转到预定的位置。有时也可用其他方式，例如通过一个设在紧靠面板后面的数字刻度盘或转动鼓，使得表示轮灌位置的号码通过面板上的小孔显示出来。在这种情况下，可以转动旋钮或按下按钮来机械式地指示选位器的位置，而实现手工选位。9.2.3顺序电动控制系统在这种系统中，通过一个水表的开启和关闭来控制各个区的控制装置，从而控制各小区的洪水量。在每天以24小时计的14大的轮灌周期内，系统的运行时间由一个时钟来确定，并可用张力计或蒸发皿来触发系统的运
15、行。每一个小区的控制装置有自己的开关，按顺序进行的灌水作业能够自动绕过某一关闭的小区控制装置，继续启动以后的各个控制装置。控制板的电源可以用常规的220伏交流电，也可用蓄电池供给的直流电。由蓄电池或干电池供电的控制板，一般通过脉冲阀而不是常规的电磁阀来启动水力控制阀。可以对控制板进行遥控，并能随时使其停止工作系统的运行：可用各种方式进行定量控制，例如用时钟。这类系统大多数都有一个由水表带动的时钟系统，它能够产生电脉冲。来自水表的电脉冲输入到装在控制板上的电子仪表。这些议表可以预先调节到预定的灌水量，视所用水表的精度而定。此外，还通过一个计数器来连续显示灌水的阶段；另一种定量控制方式是利用穿孔带
16、编程器。控制板的运行程序被输入到穿孔带上，只要改变穿孔带，就能容易地改变控制板的运行程序。还有一种使用方法，即同样的程序可以用来控制一系列依次相接的轮灌。这一类自动控制系统通常包括在灌水期间进行施肥的程序。9.2.4 滴灌系统中自动控制灌水量的重要性如前所述，半自动化控制系统有两种程序控制方法：根据预先确定的时间间隔灌水和根据预先确定的灌水量控制灌水。如果以时间为基准的控制系统在运行中不发生故障，那么农田将从水泵或水源获得恒定的水量，这种情况通常多见于温室或地面平整、中央有井的田块。但是大多数农田的地面是不平的，沿程水流的压力会有波动，结果，地势较高的田块单位面积单位时间内的灌水量小于地势较低的田块。压力的波动变化也会破坏流量的稳定，结果就不能精确保证预定的灌水量。此外，一个滴头的流量可假定为常数，但实际上它是随时间而变化的。不仅压
