一种轻小型半自动滴灌压差施肥车及其施肥方法与流程

本发明涉及一种轻小型半自动滴灌压差施肥车及其施肥方法，属于农业灌溉机械领域。

背景技术：

滴灌施肥技术是滴灌的特色和优势，能产生良好的经济生态效益，目前我国最常见的滴灌施肥装置是压差式施肥罐，价格低廉，操作简单，很受农户欢迎。但生产实践中，压差施肥尚有如下问题：(1)滴灌本身即被称为灌溉中的“贵族”，灌溉工程中一直希望能够合理的降低滴灌系统造价。生产中并非经常性施肥，但目前施肥罐仍多采用固定安装配套，这无疑增加了系统投资，尤其在实施滴灌自动化时，施肥用电磁阀等投资更大，不经济。所以，移动式的自动化施肥装置更具有价格优势和市场，然而，现仅在移动式滴灌首部有部分涉及到施肥装置，且较少有自动化报道。(2)自动化、智能化是滴灌发展趋势，但现有滴灌压差施肥装置自动化性能差，已有的压差施肥自动化技术少。

授权公告号CN 103959974B，发明名称：一种自动控制压差施肥系统，包括给水管道、浓度传感器和施肥罐，所述的给水管道包括输水主管道和施肥旁支管道，施肥旁支管道包括施肥进口管道和施肥出口管道，在施肥进口管道和施肥出口管道之间的输水主管道上设置有施肥电磁阀，在施肥进口管道上设置有进水电磁阀，在施肥出口管道上设置有出水电磁阀，在圆柱形罐体的底部设置有排污电磁阀；所述的浓度传感器安置在出水电磁阀与输水主管道之间的施肥出口管道上。本发明的施肥系统通过设置四个电磁阀和浓度传感器，通过浓度传感器检测浓度并反馈信号，可以方便的监控施肥过程的浓度变化，方便控制施肥过程，操作方便。该专利涉及到了浓度传感器和电磁阀、控制器等，造价不菲，该技术需采用浓度传感器的主要原因是由于压差施肥罐肥料溶液浓度随时间不断降低，无法进行控制。

总之，目前滴灌压差施肥系统不经济、自动化代价高，为此，需开发一种轻小型半自动滴灌压差施肥车，能轻快方便的移动，能实现半自动灌溉施肥，进一步降低滴灌施肥装置乃至滴灌系统造价，进一步提高系统的自动化，经济合理，更充分发挥滴灌水肥一体化优势。

技术实现要素：

本发明提供了一种轻小型半自动滴灌压差施肥车及其半自动滴灌压差施肥方法，解决了现有滴灌压差施肥系统不经济、自动化代价高等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种轻小型半自动滴灌压差施肥车，包括车体、压差施肥系统、控制计量设施、PLC控制器和电源；

所述的车体为带有4个万向轮的平板车，一端设有把手；

所述的压差施肥系统包括压差施肥罐体、进水管和出水管，所述的压差施肥罐体固定于车体上，压差施肥罐体为全密封结构，压差施肥罐体下面设有排水管，压差施肥罐体侧面下方设有进水管，压差施肥罐体侧面上方设有出水管，所述排水管上设有第一电磁阀，所述进水管上设有水表和第二电磁阀，所述出水管上设有第三电磁阀；

所述的控制计量设施包括称重传感器及设置在称重传感器上的若干个肥料桶，肥料桶与压差施肥罐体之间有输肥管道，输肥管道上带有第四电磁阀；

所述的第一电磁阀、水表、第二电磁阀、第三电磁阀、称重传感器和第四电磁阀分别与PLC控制器和电源连接，所述的PLC控制器连接显示器，PLC控制器和显示器分别与电源连接。

优选地：所述的进水管上还设置有前置过滤器。

优选地：所述的电源采用直流可充电电源。

优选地：所述的进水管远离压差施肥罐体的一端设置有带第一快速接头的第一软管，所述的出水管远离压差施肥罐体的一端设置有带第二快速接头的第二软管。

优选地：所述的压差施肥罐体的侧面下方设置有检修口。

本发明也提供了一种半自动滴灌压差施肥方法，采用本发明的轻小型半自动滴灌压差施肥车，包括以下步骤：

(1)向肥料桶内加入所需液体肥料，牵引施肥车至第一施肥点，利用滴灌系统上安装有的施肥阀(有的滴灌系统没有施肥阀，可加装)，利用第一快速接头将进水管连接在施肥阀前，利用第二快速接头将出水管连接在施肥阀后；

(2)在显示器上输入所需肥料种类、数量，启动施肥系统，开始自动施肥，PLC控制器向第四电磁阀发送指令，第四电磁阀打开，肥料进入压差施肥罐体，称重传感器感应并向PLC控制器反馈肥料减少量，至所需肥料量后PLC控制器发送指令关闭第四电磁阀；

(3)PLC控制器发送指令打开第二电磁阀，显示器上显示第二电磁阀打开，手动闭合滴灌系统上的施肥阀，水由进水管进入压差施肥罐体混合肥料，水表计量进入罐体的水量并向PLC控制器反馈，当水表测得进入水量达到压差施肥罐体积时，PLC控制器发送指令打开第三电磁阀，依靠压差开始施肥，水由进水管进入压差施肥罐体，混合后的肥料溶液由出水管进入滴灌系统，PLC控制器接收进水管上水表反馈来的水量信息，待进水量达到5倍压差施肥罐体积时，显示器上显示肥料注入结束。

优选地：所述的压差施肥的压差在0.03-0.05MPa。

优选地：显示器上显示肥料注入结束后，PLC控制器控制第二电磁阀和第三电磁阀继续开启，采用施肥罐内的水冲洗滴灌系统5-10min，然后停止施肥，PLC控制器发送指令关闭第二电磁阀和第三电磁阀，同时发送指令打开第一电磁阀，排空施肥罐内的水，显示器上显示此次施肥过程结束，手动拔掉第一和第二快速接头，打开滴灌系统上的施肥阀，牵引施肥车至下一施肥点。

本发明的有益效果：

相比于现有的技术方案，本发明具有以下优点：

(1)同样可实现压差施肥的自动化和智能化，且整个施肥过程操作简单，适合文化程度不高的农户；

(2)相较于现有的自动压差施肥技术，采用移动施肥车及制定的压差施肥方法，大大减少了浓度传感器、电磁阀等昂贵配件的数量，进一步降低了工程造价，减少了维修养护成本，更易于农户接受。

(3)整个移动施肥车相较于现有的移动灌溉首部，只需在主管上增加两个快速接头，更利于与现有灌溉系统对接，且更轻便灵活，农户使用更加方便，无论对于已有灌溉工程或待建工程，均有较强适应性。

(4)本发明的施肥方法通过优化控制参数，使施肥浓度均匀性提高，并且采用施肥体积的方式控制施肥的结束，控制方法简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的轻小型半自动滴灌压差施肥车的结构示意图；

图2为本发明的压差施肥系统的结构示意图；

图3为不同实施例的压差与相对浓度的折线图。

图中，1为第一快速接头，2为第一软管，3为前置过滤器，4为第二快速接头，5为第二软管，6为第三电磁阀，7为压差施肥罐体，8为称重传感器，9为肥料桶，10为第四电磁阀，11为输肥管道，12为把手，13为显示器，14为电源，15为万向轮，16为第二电磁阀，17为水表，18为第一电磁阀，19为排水管，20为检修口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1和2所示，一种轻小型半自动滴灌压差施肥车，包括车体、压差施肥系统、控制计量设施、PLC控制器(图中未显示)和电源14；

车体为带有4个万向轮15的平板车，一端设有把手12，方便手动推拉，方便全方位移动，为减轻重量，平板车仅有支撑框架，更轻小。

压差施肥系统包括压差施肥罐体7、进水管和出水管，所述的压差施肥罐体7固定于车体上，压差施肥罐体7为全密封结构。压差施肥罐体7的材料为塑料材质，轻便防腐，形状为方形，方便固定罐体，方便检修。

压差施肥罐体7侧面下方设有进水管，压差施肥罐体7侧面上方设有出水管，罐体下面设有带有第一电磁阀18的排水管19，进水管上设有水表17和第二电磁阀16，出水管上设有第三电磁阀6；

控制计量设施位于压差施肥罐体7的上方，包括称重传感器8及设置在称重传感器8上的若干个肥料桶，肥料桶与压差施肥罐体7之间有输肥管道11，输肥管道11上带有第四电磁阀10。本实施例中的肥料桶9为3个。每个肥料桶9都设置有输肥管道11和电磁阀。

第一电磁阀18、水表17、第二电磁阀16、第三电磁阀6和称重传感器8分别与PLC控制器和电源14连接，PLC控制器连接显示器13，PLC控制器和显示器13分别与电源14连接。本发明中的电磁阀优选塑料电磁阀，直流供电。

进水管上还设置有前置过滤器3。前置过滤器3选择带有稳压器的过滤器，如美国滨特尔自来水前置水过滤器。供水水压的稳定对于压差施肥具有重要影响。采用美国滨特尔自来水前置水过滤器不但可以有效去除水里面的杂质，提高系统的使用寿命，而且前置水过滤器还有稳压器，可以有效的防止供水水压的变化对于施肥浓度的影响。

电源14采用直流可充电电源。

进水管远离压差施肥罐体7的一端设置有带第一快速接头1的第一软管2，所述的出水管远离压差施肥罐体7的一端设置有带第二快速接头4的第二软管5。设置快速接头可与预设在滴灌系统主管施肥阀前后的快速接头对接。进水管和出水管各配有一部分软管，可随意调整距离。

优选地：压差施肥罐体7的侧面下方设置有检修口20。检修口20为螺纹口，垫圈密封，方便罐体的检修。

本发明的轻小型半自动滴灌压差施肥车使用方法如下：不需要滴灌施肥时，将施肥车保管收藏。当需要施肥时，在肥料仓库，向肥料桶注入本次所施用液体肥料，牵引施肥车至第一个施肥点，进行施肥。

实施例2

一种自动滴灌压差施肥方法，采用实施例1的轻小型半自动滴灌压差施肥车，不需要滴灌施肥时，将施肥车保管收藏。当需要施肥时，包括以下步骤：

(1)在肥料仓库，向肥料桶内加入所需液体肥料，牵引施肥车至第一施肥点，利用滴灌系统上安装有的施肥阀(有的滴灌系统没有施肥阀，可加装)，利用第一快速接头将进水管连接在施肥阀前，利用第二快速接头将出水管连接在施肥阀后；

(2)在显示器上输入所需肥料种类、数量，启动施肥系统，开始自动施肥，PLC控制器向第四电磁阀发送指令，第四电磁阀打开，肥料进入压差施肥罐体，称重传感器感应并向PLC控制器反馈肥料减少量，至所需肥料量后PLC控制器发送指令关闭第四电磁阀；

(3)PLC控制器发送指令打开第二电磁阀，显示器上显示第二电磁阀打开，手动闭合滴灌系统上的施肥阀，水由进水管进入压差施肥罐体混合肥料，水表计量进入罐体的水量并向PLC控制器反馈，当水表测得进入水量达到压差施肥罐体积时，PLC控制器发送指令打开第三电磁阀，依靠压差开始施肥，水由进水管进入压差施肥罐体，混合后的肥料溶液由出水管进入滴灌系统，PLC控制器接收进水管上水表反馈来的水量信息，待进水量达到5倍压差施肥罐体积时，显示器上显示肥料注入结束。压差施肥的压差在0.03-0.05MPa。

显示器上显示肥料注入结束后，PLC控制器控制第二电磁阀和第三电磁阀继续开启，采用施肥罐内的水冲洗滴灌系统5-10min，然后停止施肥，PLC控制器发送指令关闭第二电磁阀和第三电磁阀，同时发送指令打开第一电磁阀，排空施肥罐内的水，显示器上显示此次施肥过程结束，手动拔掉第一和第二快速接头，打开滴灌系统上的施肥阀，牵引施肥车至下一施肥点。

采用尿素作为肥料进行了实验，施肥量为10kg，压差施肥罐体体积为10L，出口压力为0.1MPa。实验1-5采用将10kg尿素充分搅拌溶解后加入施肥罐，在施肥罐中逐渐加水，当肥液充满罐体时，即进水1体积的时候，测得出水管管口的肥液浓度即为初始浓度。用相对浓度(不同进水体积下取样肥液浓度除以V＝1时的初始肥液浓度)来表示施肥罐出口肥液浓度的变化，具体数据见表1和图3。

由表1和图3可知，压差对施肥浓度具有重要影响，压差过大会导致相对浓度迅速下降，导致施肥浓度差距过大，压差过小，施肥浓度差距相对降低。另外采用本发明的方法，通过控制进水量与压差施肥罐体积关系的办法，来控制最终的施肥结束时间，结果稳定可靠。对比采用浓度计的方法，造价低，控制维修方便。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。