[發明專利]恒流變頻微灌系統

在審

• 申請號: 201710616647.0
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN107372033A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 繳錫云;郭維華;盧健;王樹仿;盧佳
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: A01G25/02
• 分類號: A01G25/02;A01G25/16
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 李曉

技術領域

本發明涉及一種恒流變頻微灌系統，屬于農業灌溉技術領域。

背景技術

隨著我國水資源的日趨緊張，持續提高灌溉用水效率成為農業用水面臨的主要壓力，具有省水、節能、灌水均勻等優點的微灌技術應用越來越廣泛。微灌技術是世界范圍內應用最為廣泛的高效灌溉技術之一，是指利用專門設備，將有壓水流變成細小水流或水滴，濕潤植物根區土壤的灌水方法，主要形式包括滴灌、微噴灌、涌泉灌(或小管出流灌)、滲灌等。目前，我國采用的恒壓變頻微灌系統，是將PLC編程控制器與壓力傳感器相連接，通過PLC編程控制保持水泵出水壓力恒定。該系統的缺點是：由于各微灌支管距離水泵的遠近不同，管路水力損失各異，導致在運行時，遠離水泵的支管進口處壓力低，靠近水泵支管進口處壓力高。因此，水泵出口壓力恒定而各支管的壓力不同，從而不同支管運行時，其上的灌水器工作壓力有差別，流量不能保持恒定，影響了微灌的灌水質量。在實踐中，為了保證各支管壓力差別不至于過大，往往要控制微灌系統的規模，限制干管、分干管的長度。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種恒流變頻微灌系統。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供的恒流變頻微灌系統，包括控制系統和微灌系統，所述控制系統包括計算機、PLC可編程控制器和變頻器，所述微灌系統包括電機、編碼器、水泵、流量計、管路和灌水器；所述電機的輸出軸與水泵及編碼器聯接。

根據管流伯努利方程：

(1-1)

式中： ρ為水密度；Z₀為水泵出口處的位置水頭；P₀為水泵出口處的動水壓強；V₀為水泵出口處的流速；Z_i為任一支管進口處的位置水頭；P_i為任一支管進口處的動水壓強；V_i為任一支管進口處的流速；h_L為流量計到任一支管進口處的沿程水頭損失。

由于管道鋪設的坡度一般接近水平，故上式中Z_i=Z₀；水泵出口壓力恒定，即P ₀不變；在同時工作灌水器個數保持不變的情況下，V₀=V_i；沿程水頭損失h_L計算采用下式計算：

(1-2)

式中：D為管徑；A為管道截面積；S為管路的阻力參數。

在同時工作灌水器個數保持不變的情況下，只與所選擇的輪灌組(即相應支管)距離流量計的距離L呈正比。綜上，灌溉越遠的輪灌組(即相應支管)時，h_L越大，故相應支管進口的壓力越小。

水泵工作點的調節見圖3，當灌溉第一支管時，水泵工作點為A，對應的轉速為n，水泵出水流量為Q_A；當灌溉第i個支管時，h_L增大，水泵裝置需要揚程曲線發生變化，此時水泵工作點變為B，流量計測出的出水流量變??；由PLC可編程控制器通過變頻器增大電機轉速，進而改變水泵流量揚程曲線，將水泵工作點變為C，對應的轉速為n’，流量仍為Q_A不變。且水泵增加的揚程即為因輪灌組改變而增加的水頭損失。從而實現了水泵出水流量的恒定和遠近輪灌組壓力的自動調節。

具體地，所述PLC可編程控制器與計算機的通訊端口雙向通信電連接；計算機具有主程序和子程序，主程序負責完成和控制子程序的調用，進行水泵的開啟與關閉以及變頻器的變頻控制，子程序負責完成上下位機的通信；中斷程序負責完成上位機的指令和來自流量計以及變頻器的頻率、電流監測數據的接收和發送。

具體地，流量計的輸出端與PLC可編程控制器相應的信號輸入端口電連接。在系統運行時，通過對比流量計監測數值與初設流量值是否相符，如若不符，可進行調節，以達到恒流的目的。