一种喷灌机组水肥自动精确配比控制系统及控制方法与流程

本发明属于节水灌溉水肥一体化技术领域，适用于灌溉施肥过程中不同种肥料及不同水肥浓度的自动化配制，特指一种喷灌机组水肥自动精确配比控制系统及控制方法。

背景技术：

我国是农业大国，用水施肥消耗极大。农业用水占总水量的60%，在水资源丰富的灌区，却普遍存在用水浪费、用水效率低下的问题。我国肥料的消耗已到世界前列，农田化肥施用量是发达国家规定的安全上限的2.1倍，然而过量施肥导致肥料利用率下降，目前仅有30％。鉴于农业上存在的用水和用肥浪费问题，我国正大力发展节水灌溉工程，水肥一体化技术的推广，能有效解决我国灌水施肥大部分靠用户经验，水肥利用率低，均匀性较差，水肥浪费严重等问题。

目前我国灌溉施肥自动化技术的应用已有一定成效，但仍存在关键部件不完全匹配、设备控制精度差等问题。国内现有水肥配比装置多采用施肥器与电磁阀、传感器等组成闭环系统实现水肥浓度的控制，但存在系统浓度波动，施肥均匀性差等问题，水肥一体化技术系统的精准水平还有待提高。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种喷灌机组水肥自动精确配比控制系统及其控制方法，能够有效的控制不同种肥的用量，进行不同水肥浓度的精确配制，并且混合均匀，满足水肥一体化高精度施肥的要求。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种喷灌机组水肥自动精确配比控制系统，包括混肥罐、肥液桶n、肥液桶p、肥液桶k，所述混肥罐内设有浓度计，所述混肥罐上安装有出水口和主管道，所述肥液桶n上安装有电磁阀a，所述肥液桶p上安装有电磁阀b，所述肥液桶k上安装有电磁阀c，所述电磁阀a、所述电磁阀b、所述电磁阀c并联在蠕动泵的一端管路上，所述蠕动泵的另外一端管路与所述主管道连通；所述出水口通过水泵与进水口连接。

上述方案中，所述混肥罐内安装有液位计d，所述肥液桶n内安装有液位计a，所述肥液桶p内安装有液位计b，所述肥液桶k内安装有液位计c。

上述方案中，所述混肥罐内设置有连杆转子，所述连杆转子与所述混肥罐外侧的混肥电机通过联轴器连接。

上述方案中，所述蠕动泵在与所述电磁阀a、所述电磁阀b、所述电磁阀c并联一端的管路上还安装有电磁阀d，所述电磁阀d另外一端安装有水肥出口管路。

上述方案中，所述浓度计、所述电磁阀a、所述电磁阀b、所述电磁阀c、所述蠕动泵、所述液位计d、所述液位计a、所述液位计b、所述液位计c、所述混肥电机、所述电磁阀d和所述水泵均与控制柜信号连接。

本发明还提供了一种喷灌机组水肥自动精确配比控制系统的控制方法，主要步骤包括：步骤一：在控制器操作界面输入氮、磷、钾肥料比例、水肥浓度及用量，plc接收到信息后计算出所需要的水量和各种肥量，输出端口通过继电器开通电磁阀a、电磁阀b、电磁阀c；蠕动泵正转加肥，水泵开启加水；在此过程中，plc控制模块获取三个肥液桶中液位计a、液位计b、液位计c的实时液位信息，与预设的下限值比较；若某一种肥液达到最低液位值，系统停止工作，同时控制柜界面提示添加相应肥液；步骤二：水和肥液加入混肥罐后，plc控制混肥电机转动，带动连杆转子进行搅拌，同时混肥罐中的浓度计向plc传达水肥浓度信息；plc控制模块将获取的实际浓度与设定浓度进行比较，若实际浓度大于设定浓度，水泵加大流量向混肥罐加水；若实际浓度小于设定浓度，控制蠕动泵转速向混肥罐加肥；若实际浓度等于设定浓度，进入下一步骤；在此过程中，plc控制模块获取混肥罐中液位计d的实时液位信息，与预设的上限值比较，若水肥达到最高液位值，蠕动泵和水泵停止工作；步骤三：充分搅拌后，电磁阀d打开，同时蠕动泵反转，将混肥罐混合好的水肥泵送至水肥出口管路，通过该管路可连接喷洒装备或管道对作物进行水肥灌溉；在此过程中，plc控制模块获取混肥罐中液位计d的实时液位信息，与预设的下限值比较，若水肥达到最低液位值，蠕动泵停止工作，整个系统结束工作。

本发明的有益效果：可以根据作物的实际需求自由控制肥液的配比以及水肥的浓度，采用plc控制系统，保证了系统的精确性和高效率，能有效减少水肥的浪费，实现灌溉水肥一体化的精确控制。

附图说明

图1是本发明的系统示意图。

图2是本发明的控制流程图。

图1中，1.过滤网、2.蓄水池、3.进水口、4.水泵、5.出水口、6.混肥罐、7.液位计d、8.连杆转子、9.浓度计、10.混肥电机、11.液位计a、12.肥液桶n（氮肥）、13.液位计b、14.肥液桶p（磷肥）、15.液位计c、16.肥液桶k（钾肥）、17.电磁阀a、18.电磁阀b、19.电磁阀c、20.主管道、21.蠕动泵、22.电磁阀d、23.水肥出口管路、24.控制柜。

具体实施方式

本发明包括过滤网1、蓄水池2、进水口3、水泵4、出水口5、混肥罐6、液位计d7、连杆转子8、浓度计9、混肥电机10、液位计a11、肥液桶n（氮肥）12、液位计b13、肥液桶p（磷肥）14、液位计c15、肥液桶k（钾肥）16、电磁阀a17、电磁阀b18、电磁阀c19、主管道20、蠕动泵21、电磁阀d22、水肥出口管路23、控制柜24。过滤网1置于蓄水池中2，与进水管3连接，进水管3与水泵4连接，水泵4出口与出水管5连接，出水管口5连接混肥罐6。液位计a11装在肥液桶n（氮肥）12内侧的上端，肥液桶n（氮肥）12与电磁阀a17采用pc管串联，记为管路1；液位计b13装在肥液桶p（磷肥）14内侧的上端，肥液桶p（磷肥）14与电磁阀b18采用pc管串联，记为管路2；液位计c15装在肥液桶k（钾肥）16内侧的上端，肥液桶k（钾肥）16与电磁阀c19采用pc管串联，记为管路3。管路1、管路2和管路3并联记为管路a。电磁阀d22与水肥出口管道23串联，记为管路b。管路a和管路b与蠕动泵21进口螺纹连接，蠕动泵21出口与混肥罐6采用pc管相接。混肥罐6上装有用于搅拌的混肥电机10和连杆转子8，用于将肥液混合均匀，并配有液位计d7和浓度计9。

具体控制方法如下：步骤一：将肥液桶n（氮肥）12、肥液桶p（磷肥）14和肥液桶k（钾肥）16分别装入相应的肥液。假设某一作物某一时期需要浓度为5%的水肥100l，其中n（氮）、p（磷）、k（钾）肥料比例为3:5:2。在控制柜24上输入相应数据，plc计算出所需要的水95l、n（氮）肥1.5l、p（磷）肥2.5l、k（钾）肥1l。开启蠕动泵21正转加肥，水泵4加水。开启电磁阀a17、电磁阀b18、电磁阀c19，根据蠕动泵21流量以及计算出的所需肥量设置好电磁阀a17、电磁阀b18、电磁阀c19各自开通时间，将要求的肥液送入混肥罐6后，电磁阀到时间自动关闭。这个过程中，根据三个肥液桶中液位计a11、液位计b13、液位计c15的实时液位信息，当某一种肥液达到最低液位值，系统停止工作并提示加肥。步骤二：水和肥液加入混肥罐6后，混肥电机10转动，带动连杆转子8进行搅拌，将水肥混合均匀。同时混肥罐6中的浓度计9向控制柜24传达水肥浓度信息，plc控制模块将获取的实际浓度与设定浓度进行比较，若实际浓度大于设定浓度，控制水泵4加大水量向混肥罐6加水，若实际浓度小于设定浓度，控制蠕动泵21转速加大流量向混肥罐6加肥。在此过程中，plc控制模块获取混肥罐中6液位计d7的实时液位信息，若水肥达到上限值，蠕动泵21和水泵4停止加量。步骤三：一定浓度的水肥搅拌充分后，plc控制电磁阀d22打开，同时蠕动泵21反转，将混肥罐6混合好的水肥泵送至水肥出口管路23，通过该管路可连接喷洒装备或管道对作物进行水肥灌溉。在此过程中，plc控制模块获取混肥罐6中液位计d7的实时液位信息，与预设的下限值比较，若水肥达到最低液位值，蠕动泵21停止工作，电磁阀d22自动关闭，整个系统结束工作。