2020年 8期 設(shè)計創(chuàng)新 科技創(chuàng)新與應(yīng)用 TechnologyInnovationandApplication 設(shè)施大棚沙培蔬菜水肥一體化系統(tǒng)設(shè)計 冷啟興 1 王 建 良 2 沈躍良 2 陳 位政 3 余 魁 4 1 北 京 中 水 潤德 科 技 有限 公司 北 京 100048 2 平 湖市 廣 陳鎮(zhèn)農(nóng) 業(yè) 經(jīng) 濟 發(fā) 展 辦 公 室 浙 江 平 湖 314200 3 北 京 東方 暢 想 建 筑 設(shè)計 有 限 公司 北 京 100083 4 浙 江 綠跡農(nóng) 業(yè) 科 技 有限 公司 浙 江 平 湖 314200 引言 蔬 菜 是 城 鄉(xiāng)居民 生 活必 不可 少 的 重要 農(nóng) 產(chǎn) 品 保障 蔬 菜 供 給 是 重 大的 民 生 問題 近 年來 設(shè) 施 蔬 菜 產(chǎn) 業(yè) 取 得 了 快 速 發(fā) 展 對 解 決 蔬 菜 周 年 均 衡 供 應(yīng) 促 進 農(nóng)民 增 收 提 升 農(nóng) 業(yè) 資 源 高 效 利用等 方面具 有 重要 意 義 隨 著 設(shè) 施 蔬 菜 連 作 年限 增 加 特 別 是水 肥 管理 不科學 導 致 設(shè) 施 蔬 菜 土 壤 連 作 障 礙 越 來 越重 水 肥 管理 是 設(shè) 施 蔬 菜 種 植 技術(shù) 中 的 關(guān) 鍵 環(huán) 節(jié) 但 很 多 農(nóng) 戶 在 設(shè) 施 蔬 菜 種 植 過 程 中 管理 粗 放 導 致 設(shè) 施內(nèi) 病蟲 害 加 重 作物 徒 長 成本 增 加 效 益 下 降 無 土 栽 培 是 近幾 十 年來發(fā) 展 起 來 的一 種 作物 栽 培 的 新 技術(shù) 無 土 栽 培 技術(shù) 可 人 工 創(chuàng) 造 良 好 的 根 際 環(huán)境 以 取 代 土 壤 環(huán)境 有 效防 止 土 壤 連 作 病 害 及 土 壤 鹽 分積 累 造 成的 生 理障 礙 充 分 滿 足 作物 對 礦 質(zhì) 營 養(yǎng) 水分 氣體 等 環(huán)境 條 件 的 需 要 沙 培 是以 沙 子 為 基質(zhì) 的一 種 無 土 栽 培 方 式 沙 培 具 有通 透 性強 易 采 收 清 潔 少 病 害 等特 征 而且由于 沙 子 的 比 熱 容 較 小 升溫 快 降 溫 也 快 保 證地 溫 的 同時 能 產(chǎn) 生較 大 溫 差 因 此 以 沙 子 為 基質(zhì) 栽 培 的果 蔬 具 有 口 感 好 少 病 害 產(chǎn) 量 高 等 優(yōu)勢 深 受 消 費 者 的 青睞 但 是 沙 子 的 保 水能力 較 差 肥 效 低 與 傳統(tǒng) 的 土 壤栽 培 有較 大 差 異 因 此 為 了 保 證 設(shè) 施 大 棚沙 培 蔬 菜 得 到合 理 可 靠 穩(wěn) 定 的 灌 水和 施 肥 需 要 對設(shè) 施 大 棚沙 培 蔬 菜 水 肥 一體 化 灌 溉 系統(tǒng) 進 行 專 門 的 設(shè)計 本 文 以 位 于 浙 江 省 平 湖 農(nóng) 業(yè) 經(jīng) 濟 開發(fā) 區(qū) 農(nóng) 創(chuàng) 園 沙 培 蔬 菜 設(shè) 施 大 棚 項 目 區(qū) 進 行 設(shè)計 1總體設(shè)計 1 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 沙 培 蔬 菜 水 肥 一體 化 灌溉 系統(tǒng) 主要 采 用 水 肥 一體 化 技術(shù) 與物 聯(lián) 網(wǎng)控 制 技術(shù) 相 接 合 由 灌溉 系統(tǒng) 施 肥 系統(tǒng) 和 自 動 化 控 制 系統(tǒng) 三 部 分組成 灌溉 系統(tǒng) 主要 由水 源 工程 首 部 樞紐 田 間 灌溉 管 網(wǎng)及 灌 水器 構(gòu) 成 施 肥 系統(tǒng) 主要 由 控 制器 肥 料 灌 施 肥 器 傳 感 器以 及 混 合 罐 混 合 泵 等 組 成 自 動 化 控 制 系統(tǒng) 主要 有 兩 線 解 碼 控 制 技術(shù) 解 碼 器 電 磁閥 等 組成 1 2 工作 流 程 及 原 理 上 位 機 管 控系統(tǒng) 水 源 量測裝置 水表 壓 力表 過 濾 器 裝置 進 排 氣 裝置 施 肥 機 干 管 地 埋 PVC管 支 管 灌 水 電 磁閥 地 面 PE管 滴灌灌 水器 2設(shè)計 滴灌 系統(tǒng)參 數(shù) 的 確定 2 1 灌溉 設(shè)計 保 證率 根據(jù) 灌溉 與 排 水工程 設(shè)計 標 準 GB50288 2018 經(jīng) 濟 效 益 較 高 的作物 灌溉 設(shè)計 保 證率 應(yīng) 取 85 95 中 摘 要 水 肥 一體 化系統(tǒng) 是 設(shè) 施 大 棚蔬菜栽 培 系統(tǒng) 的 重 要 建設(shè)內(nèi) 容 文 章 介紹 了 設(shè) 施 大 棚沙 培 蔬菜 水 肥 一體 化系統(tǒng) 的設(shè)計方 案 包 括 系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 工 作流 程 灌溉 制 度 灌溉 系統(tǒng) 施 肥 系統(tǒng) 自 動 化 控 制 系統(tǒng) 的設(shè)計和 確 定 可 為 相關(guān) 設(shè)計 提 供 借 鑒 和 參考 關(guān)鍵詞 設(shè) 施 大 棚 沙 培 蔬菜 水 肥 一體 化 灌溉 中圖分類號 S24 文獻標志碼 A 文章編號 2095 2945 2020 08 0091 03 Abstract Theintegratedsystemofwaterandfertilizerisanimportantpartofthegreenhousevegetablecultivationsystem This paperintroducesthedesignschemeoftheintegratedsystemofwaterandfertilizerforvegetablesinthegreenhouse includingthede signanddeterminationofthesystemstructure workflow irrigationsystem irrigationsystem fertilizationsystemandautomaticcontrol system whichcanprovidereferencefortherelevantdesign Keywords greenhouse sandculture vegetable integratedmanagementofwaterandfertilizer irrigation 作者簡介 冷啟興 1984 男 工 學學 士 工 程 師 研究 方向 農(nóng) 田 水利 工 程 和 高 效節(jié) 水 灌溉 技術(shù) 蔬菜 一 膜 四 管 五 行 行 距 25cm 株距 25cm 圖 1滴灌帶 管 鋪 設(shè)方式 示意 圖 91 2020年 8期 設(shè)計創(chuàng)新 科技創(chuàng)新與應(yīng)用 TechnologyInnovationandApplication 較 大 值 蔬 菜 沙 培 水 肥 一體 化 灌溉 設(shè)計 保 證率 取 值 為 95 2 2種 植 模式 沙 培 蔬 菜 種 植 采 用 固 定 式 栽 培 槽 種 植 種 植 槽 寬度 為 1 2m 耕 作 道 路 0 6m 蔬 菜 種 植株 行 距 為 0 25 0 25m 灌溉 方 式 采 用 一 膜 四 管 五 行 種 植 模式 如 圖 1 2 3灌溉 水 利用系 數(shù) 規(guī) 范 微 灌 工程 技術(shù) 規(guī) 范 GB T50485 2009 規(guī) 定 對 于 滴灌 水 利用系 數(shù) 不應(yīng) 低 于 0 9 微 噴灌 涌泉灌 不應(yīng) 低 于 0 85 2 4設(shè)計 作物 耗 水強 度 Ea 規(guī) 范 微 灌 工程 技術(shù) 規(guī) 范 GB T50485 2009 規(guī) 定 設(shè) 計 作物 耗 水強 度 應(yīng)由 當 地試 驗 資 料 確 定 無 資 料 時 可 通過 計 算 下 表 1選 取 表 1設(shè)計 作 物 耗 水 強 度 注 干旱 地 區(qū)宜 取 上 限 值 項 目 區(qū) 為 蔬 菜 保護 地 且 位 于 濕潤 地 區(qū) 設(shè)計 作物 耗 水 強 度 取 中 間 值 3mm 2 5設(shè)計 灌 水均 勻 系 數(shù) C u 規(guī) 范 微 灌 工程 技術(shù) 規(guī) 范 GB T50485 2009 規(guī) 定 微 灌 系統(tǒng) 灌 水小 區(qū) 灌 水器 設(shè)計 允 許 流 量偏 差 率 應(yīng) 滿 足 q v 20 2 6設(shè)計 濕潤 層 深 度 蔬 菜 沙 培 水 肥 一體 化 由于 沙 子 鋪 設(shè) 厚 度 為 0 15m 設(shè) 計 濕潤 層 深 度 取 0 15m 2 7沙 培 土 壤 特 性 指標 沙 子 的 容 重 按 照 為 1 6g cm 3 田 間 持 水 量 為 8 重量 比 適 宜 土 壤 含 水 率 上 限 max 取 田 間 持 水 量 的 95 下限 min 取 65 3 灌溉制度確定 3 1最 大 凈 灌 水 定 額 式中 m max 最 大 凈 灌 水 定 額 mm 土 壤 容 重 1 6g cm 3 h 計 劃 濕潤 土 層 深 度 0 15m 設(shè)計 土 壤濕潤 比 0 9 max min 適 宜 土 壤 含 水 率 上 下限 占 干 土 重量 的 百 分 比 上 下限 一 般取 田 間 持 水 量 重量 比 的 65 90 田 間 持 水 量 為 25 經(jīng) 計 算 m max 5 2mm 3 2設(shè)計 灌 水 周期 式中 T max 最 大 灌 水 周期 天 I a 作物 設(shè)計 供 水強 度 I a 3mm d 經(jīng) 計 算 T max 1 7d 設(shè)計 灌 水 周期 T取 1d 3 3設(shè)計 灌 水 定 額 設(shè)計 凈 灌 水 定 額 m d TI a 式中 m d 設(shè)計 凈 灌 水 定 額 mm 經(jīng) 計 算 設(shè)計 灌 水 定 額 3mm 設(shè)計 毛灌 水 定 額 式中 m 設(shè)計 毛灌 水 定 額 mm 計 算 得 到 m 3 3mm 3 4一 次 灌 水 延 續(xù) 時間 式中 t 一 次 灌 水 延 續(xù) 時間 小 時 S e 滴 頭 間 距 0 2m S L 滴灌 帶 間 距 0 3m q d 滴 頭 流 量 2 0L h 計 算 得 到 t 0 09 小 時 5分 30秒 4系統(tǒng)設(shè)計 4 1灌溉 系統(tǒng) 1 水 源 工程 項 目 水 源 為 地 表水與 收 集 雨 水作為 灌 溉 水 源 通過 離 心 泵 將 水 輸 送 至 田 間 水 泵 采 用 變 頻 控 制 2 過 濾 系統(tǒng) 滴灌 對 系統(tǒng) 水 質(zhì) 要 求 較 高 設(shè)計 水 源 為 地 表水 及 雨 水 考 慮 水 質(zhì) 穩(wěn) 定 性不強 在 系統(tǒng) 首 部安 裝 一 套 砂 石 過 濾 器 及 一 套 碟 片 式過 濾 器 對 水 源 進 行 過 濾 過 濾 器均具備 自 動 反沖 洗 功 能 可 根據(jù) 過 濾 器 前 后 壓 力 差 實現(xiàn) 過 濾 器 自 動 沖 洗 功 能 3 田 間輸 配 水 管 網(wǎng) 輸 配 水 管 道 包 括干 支 毛 項 目 干 管 采 用 硬 聚 氯乙烯 管 PVC U 埋 設(shè) 于 地 下 支 管 采 用 聚 乙烯 管 PE管 直 接 鋪 設(shè) 地 面上 4 灌 水器 設(shè)計 灌 水器 采 用 貼 片 式 滴灌 帶 滴灌 帶 壁 厚 為 0 4mm 內(nèi) 徑 為 15 2mm 滴 頭 間 距 為 0 2m 額 定 工作 壓 力 h d 10m 額 定 流 量 q v 2 0L h 流 態(tài) 指 數(shù) x 0 5 滴灌 帶 采 用多 行 直線 布 置 布 置 方 式 為一 膜 四 管 六 行 4 2施 肥 系統(tǒng) 施 肥 系統(tǒng) 采 用 水 肥 一體 機 進 行施 肥 施 肥 機 由 顯 示 屏 主 控 制 系統(tǒng) 水 泵 控 制 單元 灌溉 電 磁閥 控 制 單元 報 警 裝置 3路 電 動 閥 控 制 帶 流 量 顯 示 的 文 丘 里 吸 肥 通 道 可 擴 展 EC PH檢測 單元 等構(gòu) 成 系統(tǒng) 在一 個 標 準 支 撐 平 臺 的 基礎(chǔ) 下 主 控 制 系統(tǒng)利用 安 裝 在 吸 肥 通 道 上的 流 量 計 監(jiān) 測 肥 料 用 量 利用 主管 道 上的 流 量 計 監(jiān)測 水 用 量 控 制 3 路 吸 肥 電 動 閥 的 開 度 直 至 主管 道 的水 量 和 肥 料 通 道 上的 肥 料 用 量 達 到 設(shè)定 比 例 值 當 主管 道 水 量 發(fā)生 變 化 時 自 動 調(diào) 節(jié) 肥 料 吸 入 量 始 終 將 吸 肥 量維 持 在一 個 穩(wěn) 定 水平 然 后 打 開 田 間電 磁閥 進 行 灌溉 設(shè) 備 配 肥 精準 靈 敏 度 高 4 3自 動 化 控 制 系統(tǒng) 本 系統(tǒng)運 行 農(nóng) 業(yè) 物 聯(lián) 網(wǎng) 自 動 化 控 制 技術(shù) 對 系統(tǒng) 進 行 自 動 控 制 主要 包 括 兩 線 解 碼 控 制器 解 碼 器和 田 間電 磁 閥 三 部 分 1 兩 線 解 碼 技術(shù) 基 于 兩 線 解 碼 技術(shù) 的 自 動 灌溉 系 統(tǒng) 是由 灌溉 系統(tǒng) 軟 件及 上 位 機 主 控 制器 解 碼 器 電 磁 閥 傳 感 器 等 組成 灌溉 系統(tǒng) 主 控 制器 通過 兩 芯 電 纜 線 與 解 碼 器 連 接 各 解 碼 器與 電 磁閥 和 各類傳 感 器 相 連 采 用 低 功 耗 電 力 線 載 波 通 信 技術(shù) 每 個 解 碼 器 都 有 一 個 或 多個 地 址 灌溉 系統(tǒng) 根據(jù)編 制 好 的程 序 通過 兩 芯 信 號 線向 不 同 地 址 傳 送 命令 地 址 激 活 后 解 碼 器 允 許 電流流 向 電 磁閥 單 位 mm d 作物 葡萄 樹 瓜類 糧 棉 油等植物 蔬菜 保護地 蔬菜 露地 冷季 型草 暖季 型草 滴灌 3 7 4 7 2 4 4 7 微噴灌 4 8 5 8 5 8 3 5 max max a m T I d m m eL d mSS t q 92 2020年 8期 設(shè)計創(chuàng)新 科技創(chuàng)新與應(yīng)用 TechnologyInnovationandApplication 間 提高了 車 庫 適 用 性的 同時提 升 了 車輛停 放 的可 靠 性 2實 際應(yīng)用效果與評價 為 檢測 車 庫 的 實用 性 采 用 45鋼 嚴 格 按 照 1 6的 比 例 設(shè)計 和制作 了 雙 層 車 庫 實 物 模型 如 圖 6所 示 通過 選 取 不 同 型 號 的 車輛 模型 對 車 庫 不 同 車位 進 行 車輛 存 取 試 驗 其 結(jié) 果表 明 該 車 庫 裝置 能 安全 可 靠 地 實現(xiàn)多種型 號 車輛 不 同 車 庫 位 置 的 存 取 3結(jié)束語 托 架 式 立 體 車 庫采 取 相 配 合 的 托 架 組和 停車 板 組 結(jié) 構(gòu) 設(shè)計 節(jié) 省 材料 降低 車 庫 成本的 同時 保 證車輛 存 取 運 動 過 程的 安全 可 靠 通過多個 齒 輪 傳 動 鏈 傳 動的組 合結(jié) 構(gòu) 設(shè)計 實現(xiàn) 車輛 的 升 降 橫 移 出 入 庫 無 需任 何導 軌 布 置 結(jié)構(gòu)簡 單緊 湊 車輛 存 取 運 動平 穩(wěn) 安全 通過多軸 距 托 架 與 停車 板 的 設(shè)計 既 節(jié) 省 了 材料 又降低 了 制 造 成本 且 可 通過型 材 連 接 適當 累 加 車 庫 層數(shù) 可極大 地 提高 城市停 車 設(shè) 施 的 空間 利用 率 有 效 改 善 城市 的 交 通 秩 序 和 環(huán)境質(zhì) 量 具 有 廣泛 的應(yīng) 用 前 景 參考文獻 1 王 巖 袁 新梅 等 雙 層 載 車 板 無 避讓 式 立 體 車庫 結(jié)構(gòu)設(shè)計 J 機 械 工 程與 自 動 化 2019 5 130 132 2 肖 建 華 柴 明明 張大 偉 多 層 立 體 車庫 研究 J 南 方 農(nóng)機 2019 50 20 7 3 賈霄 燕 榮 冀 川 互聯(lián)網(wǎng) 背 景 下 智 能 立 體 停車場 產(chǎn)業(yè) 政 策 探 究 J 價值 工 程 2019 38 30 64 65 4 孟 志 堅 蔡 曉君 無 避讓 式 小 型 停車 裝 置 J 新技術(shù)新 工 藝 2019 11 28 32 5 劉 雪 梅 高 俊 張 春 等 基于 升降 橫 移 式 立 體 車庫 的結(jié)構(gòu) 研究 J 科技 風 2019 20 19 20 6 鄧昆亮 郭 新 宇 韓笑 等 雙 層 升降 式 立 體 車庫 設(shè)計 J 哈爾濱 商 業(yè) 大學學報 自 然科學 版 2019 35 05 616 619 7 邵 虞桐 劉 文 藝 姚舜 子 新 能 源 驅(qū)動 立 體 小 型 停車庫 設(shè)計 J 機 電 技術(shù) 2019 04 2 4 或 傳 感 器 控 制 電 磁閥 開 啟 或 讀 取 傳 感 器 相 關(guān)數(shù) 據(jù) 實現(xiàn) 灌溉 系統(tǒng) 功 能 與 多線 分 控 灌溉 控 制 系統(tǒng)相比 基 于 兩 線 解 碼 技術(shù) 的 自 動 灌溉 系統(tǒng)控 制 線 的 敷 設(shè) 距 離 明 顯 縮 短 線 纜 總 數(shù) 量 比 多線 分 控 箱 系統(tǒng) 減 少 約 70 80 遭 受 雷 擊 的 幾 率 也 相 應(yīng) 減 少 在一 條 兩 芯 電 纜 線 上 實現(xiàn)多個 地 址 控 制 線 路 出 現(xiàn)各種 故障 的 幾 率 也 大為 降低 可 靠 性 顯 著 提高 便 于 后 期 維護管理 2 田 間 解 碼 器 解 碼 器是 兩 線 解 碼 技術(shù) 的 核心 設(shè) 備 是 控 制 電 磁閥 開 關(guān) 的 中 間 設(shè) 備 通過 編 寫 地 址 碼 識 別 灌 溉閥 區(qū) 完 成 開 閉 動作 從 而 實現(xiàn)系統(tǒng) 的 輪 灌灌 水 解 碼 器 是 將 具 有開 關(guān) 量 模 擬 量 輸 入 輸 出 功 能的 微 處理 器 防 雷 接 地 保護裝置 用壓縮 樹脂 方 法固 化 在 塑 料 殼 體 中 制作而 成 它可以很 好 地 保護 內(nèi)部電子 元 器 件 做 到 防 水 防 蝕 可 直 接 埋 于 地 下 3 電 磁閥 電 磁閥 是 起 到開 關(guān) 水 量 的作 用 通過控 制 電 磁 線 圈 的 通 斷 來實現(xiàn) 設(shè)計 采 用 AC24v交 流電 磁閥 進 行 電 磁閥 需 要 穩(wěn) 定 性 好 使 用 壽 命 長 4 控 制軟 件 本 系統(tǒng) 采 用 兩 套 控 制方 式 現(xiàn) 地 控 制和 遠 程 控 制 現(xiàn) 地 以 智 能 施 肥 機 為 控 制 核心 通過人 工在 施 肥 機 操 作平 臺 上 進 行 設(shè) 置 到 達 預 設(shè) 值 后 系統(tǒng) 自 動 啟 動 同時 開發(fā) 一 套 手 機 APP程 序 進 行 遠 程 控 制 通過 內(nèi) 置 的物 聯(lián) 網(wǎng) 卡 實現(xiàn) 遠 程 通 訊 無 距 離 限 制 5 結(jié)束語 沙 培 蔬 菜 水 肥 一體 化 系統(tǒng) 不 僅 實現(xiàn) 了 灌溉 施 肥 遠 程 控 制 可 節(jié) 省 勞 動力 而且 實現(xiàn) 了 水 肥 的 精準 化 種 植 高 效 化 管理 有利 于 設(shè) 施 大 棚沙 培 蔬 菜 生 產(chǎn) 的 標 準 化 發(fā) 展 同 時 進 一 步 提高了 沙 培 蔬 菜 生 產(chǎn) 效率 提 升 了 農(nóng) 產(chǎn) 品品 質(zhì) 有 效 改 善 了 設(shè) 施 大 棚 生 產(chǎn) 環(huán)境 在 推 進 農(nóng) 業(yè) 供 給 側(cè) 結(jié)構(gòu) 性 改 革 和 農(nóng) 業(yè) 高質(zhì) 量 發(fā) 展 的大 背 景下 設(shè) 施 大 棚沙 培 蔬 菜 水 肥 一體 化 系統(tǒng) 具 有 很 好 的 推 廣 應(yīng) 用 前 景 參考文獻 1 周 美 文 殷 慧 沈 斌 等 水 肥 一體 化 滴灌 技術(shù) 及 其 在 蔬菜 生 產(chǎn)上 的應(yīng) 用 效 果 J 農(nóng) 技服務(wù) 2019 36 11 76 77 89 2 王 澤 李 治勤 晏清 洪 等 不 同 滴灌 形式對 沙 培 黃 瓜 生長 品 質(zhì) 及 產(chǎn) 量 的 影響 J 北 方 園 藝 2019 11 66 71 3 李 志 然 潘鶴 立 尚 春 雨 等 基于 物 聯(lián)網(wǎng)智 慧 農(nóng)業(yè) 的 作 物水 肥 一 體 化系統(tǒng) 設(shè)計 與 應(yīng) 用 J 福 建 農(nóng)業(yè) 科技 2019 03 58 65 4 王 家 祥 付 麗 春 水 肥 一體 化 節(jié) 水 灌溉 控 制 系統(tǒng) 的 研究與 應(yīng) 用 J 農(nóng)業(yè)與 技術(shù) 2018 38 12 81 5 江新 蘭 楊 邦杰 高 萬 林 等 基于 兩 線 解碼技術(shù) 的 水 肥 一體 化 云 灌溉 系統(tǒng)研究 J 農(nóng)業(yè)機 械 學報 2016 47 S1 267 272 6 師 志 剛 劉 群昌 白 美 健 等 基于 物 聯(lián)網(wǎng) 的 水 肥 一體 化 智 能 灌溉 系統(tǒng) 設(shè)計及 效益 分析 J 水 資源 與水 工 程 學報 2017 28 03 221 227 上接 90頁 93