设施大棚沙培蔬菜水肥一体化系统设计.pdf

2020年 8期 设计创新 科技创新与应用 TechnologyInnovationandApplication 设施大棚沙培蔬菜水肥一体化系统设计 冷启兴 1 王 建 良 2 沈跃良 2 陈 位政 3 余 魁 4 1 北 京 中 水 润德 科 技 有限 公司 北 京 100048 2 平 湖市 广 陈镇农 业 经 济 发 展 办 公 室 浙 江 平 湖 314200 3 北 京 东方 畅 想 建 筑 设计 有 限 公司 北 京 100083 4 浙 江 绿迹农 业 科 技 有限 公司 浙 江 平 湖 314200 引言 蔬 菜 是 城 乡居民 生 活必 不可 少 的 重要 农 产 品 保障 蔬 菜 供 给 是 重 大的 民 生 问题 近 年来 设 施 蔬 菜 产 业 取 得 了 快 速 发 展 对 解 决 蔬 菜 周 年 均 衡 供 应 促 进 农民 增 收 提 升 农 业 资 源 高 效 利用等 方面具 有 重要 意 义 随 着 设 施 蔬 菜 连 作 年限 增 加 特 别 是水 肥 管理 不科学 导 致 设 施 蔬 菜 土 壤 连 作 障 碍 越 来 越重 水 肥 管理 是 设 施 蔬 菜 种 植 技术 中 的 关 键 环 节 但 很 多 农 户 在 设 施 蔬 菜 种 植 过 程 中 管理 粗 放 导 致 设 施内 病虫 害 加 重 作物 徒 长 成本 增 加 效 益 下 降 无 土 栽 培 是 近几 十 年来发 展 起 来 的一 种 作物 栽 培 的 新 技术 无 土 栽 培 技术 可 人 工 创 造 良 好 的 根 际 环境 以 取 代 土 壤 环境 有 效防 止 土 壤 连 作 病 害 及 土 壤 盐 分积 累 造 成的 生 理障 碍 充 分 满 足 作物 对 矿 质 营 养 水分 气体 等 环境 条 件 的 需 要 沙 培 是以 沙 子 为 基质 的一 种 无 土 栽 培 方 式 沙 培 具 有通 透 性强 易 采 收 清 洁 少 病 害 等特 征 而且由于 沙 子 的 比 热 容 较 小 升温 快 降 温 也 快 保 证地 温 的 同时 能 产 生较 大 温 差 因 此 以 沙 子 为 基质 栽 培 的果 蔬 具 有 口 感 好 少 病 害 产 量 高 等 优势 深 受 消 费 者 的 青睐 但 是 沙 子 的 保 水能力 较 差 肥 效 低 与 传统 的 土 壤栽 培 有较 大 差 异 因 此 为 了 保 证 设 施 大 棚沙 培 蔬 菜 得 到合 理 可 靠 稳 定 的 灌 水和 施 肥 需 要 对设 施 大 棚沙 培 蔬 菜 水 肥 一体 化 灌 溉 系统 进 行 专 门 的 设计 本 文 以 位 于 浙 江 省 平 湖 农 业 经 济 开发 区 农 创 园 沙 培 蔬 菜 设 施 大 棚 项 目 区 进 行 设计 1总体设计 1 1 系统结构 沙 培 蔬 菜 水 肥 一体 化 灌溉 系统 主要 采 用 水 肥 一体 化 技术 与物 联 网控 制 技术 相 接 合 由 灌溉 系统 施 肥 系统 和 自 动 化 控 制 系统 三 部 分组成 灌溉 系统 主要 由水 源 工程 首 部 枢纽 田 间 灌溉 管 网及 灌 水器 构 成 施 肥 系统 主要 由 控 制器 肥 料 灌 施 肥 器 传 感 器以 及 混 合 罐 混 合 泵 等 组 成 自 动 化 控 制 系统 主要 有 两 线 解 码 控 制 技术 解 码 器 电 磁阀 等 组成 1 2 工作 流 程 及 原 理 上 位 机 管 控系统 水 源 量测装置 水表 压 力表 过 滤 器 装置 进 排 气 装置 施 肥 机 干 管 地 埋 PVC管 支 管 灌 水 电 磁阀 地 面 PE管 滴灌灌 水器 2设计 滴灌 系统参 数 的 确定 2 1 灌溉 设计 保 证率 根据 灌溉 与 排 水工程 设计 标 准 GB50288 2018 经 济 效 益 较 高 的作物 灌溉 设计 保 证率 应 取 85 95 中 摘 要 水 肥 一体 化系统 是 设 施 大 棚蔬菜栽 培 系统 的 重 要 建设内 容 文 章 介绍 了 设 施 大 棚沙 培 蔬菜 水 肥 一体 化系统 的设计方 案 包 括 系统 结构 工 作流 程 灌溉 制 度 灌溉 系统 施 肥 系统 自 动 化 控 制 系统 的设计和 确 定 可 为 相关 设计 提 供 借 鉴 和 参考 关键词 设 施 大 棚 沙 培 蔬菜 水 肥 一体 化 灌溉 中图分类号 S24 文献标志码 A 文章编号 2095 2945 2020 08 0091 03 Abstract Theintegratedsystemofwaterandfertilizerisanimportantpartofthegreenhousevegetablecultivationsystem This paperintroducesthedesignschemeoftheintegratedsystemofwaterandfertilizerforvegetablesinthegreenhouse includingthede signanddeterminationofthesystemstructure workflow irrigationsystem irrigationsystem fertilizationsystemandautomaticcontrol system whichcanprovidereferencefortherelevantdesign Keywords greenhouse sandculture vegetable integratedmanagementofwaterandfertilizer irrigation 作者简介 冷启兴 1984 男 工 学学 士 工 程 师 研究 方向 农 田 水利 工 程 和 高 效节 水 灌溉 技术 蔬菜 一 膜 四 管 五 行 行 距 25cm 株距 25cm 图 1滴灌带 管 铺 设方式 示意 图 91 2020年 8期 设计创新 科技创新与应用 TechnologyInnovationandApplication 较 大 值 蔬 菜 沙 培 水 肥 一体 化 灌溉 设计 保 证率 取 值 为 95 2 2种 植 模式 沙 培 蔬 菜 种 植 采 用 固 定 式 栽 培 槽 种 植 种 植 槽 宽度 为 1 2m 耕 作 道 路 0 6m 蔬 菜 种 植株 行 距 为 0 25 0 25m 灌溉 方 式 采 用 一 膜 四 管 五 行 种 植 模式 如 图 1 2 3灌溉 水 利用系 数 规 范 微 灌 工程 技术 规 范 GB T50485 2009 规 定 对 于 滴灌 水 利用系 数 不应 低 于 0 9 微 喷灌 涌泉灌 不应 低 于 0 85 2 4设计 作物 耗 水强 度 Ea 规 范 微 灌 工程 技术 规 范 GB T50485 2009 规 定 设 计 作物 耗 水强 度 应由 当 地试 验 资 料 确 定 无 资 料 时 可 通过 计 算 下 表 1选 取 表 1设计 作 物 耗 水 强 度 注 干旱 地 区宜 取 上 限 值 项 目 区 为 蔬 菜 保护 地 且 位 于 湿润 地 区 设计 作物 耗 水 强 度 取 中 间 值 3mm 2 5设计 灌 水均 匀 系 数 C u 规 范 微 灌 工程 技术 规 范 GB T50485 2009 规 定 微 灌 系统 灌 水小 区 灌 水器 设计 允 许 流 量偏 差 率 应 满 足 q v 20 2 6设计 湿润 层 深 度 蔬 菜 沙 培 水 肥 一体 化 由于 沙 子 铺 设 厚 度 为 0 15m 设 计 湿润 层 深 度 取 0 15m 2 7沙 培 土 壤 特 性 指标 沙 子 的 容 重 按 照 为 1 6g cm 3 田 间 持 水 量 为 8 重量 比 适 宜 土 壤 含 水 率 上 限 max 取 田 间 持 水 量 的 95 下限 min 取 65 3 灌溉制度确定 3 1最 大 净 灌 水 定 额 式中 m max 最 大 净 灌 水 定 额 mm 土 壤 容 重 1 6g cm 3 h 计 划 湿润 土 层 深 度 0 15m 设计 土 壤湿润 比 0 9 max min 适 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 间 持 水 量 重量 比 的 65 90 田 间 持 水 量 为 25 经 计 算 m max 5 2mm 3 2设计 灌 水 周期 式中 T max 最 大 灌 水 周期 天 I a 作物 设计 供 水强 度 I a 3mm d 经 计 算 T max 1 7d 设计 灌 水 周期 T取 1d 3 3设计 灌 水 定 额 设计 净 灌 水 定 额 m d TI a 式中 m d 设计 净 灌 水 定 额 mm 经 计 算 设计 灌 水 定 额 3mm 设计 毛灌 水 定 额 式中 m 设计 毛灌 水 定 额 mm 计 算 得 到 m 3 3mm 3 4一 次 灌 水 延 续 时间 式中 t 一 次 灌 水 延 续 时间 小 时 S e 滴 头 间 距 0 2m S L 滴灌 带 间 距 0 3m q d 滴 头 流 量 2 0L h 计 算 得 到 t 0 09 小 时 5分 30秒 4系统设计 4 1灌溉 系统 1 水 源 工程 项 目 水 源 为 地 表水与 收 集 雨 水作为 灌 溉 水 源 通过 离 心 泵 将 水 输 送 至 田 间 水 泵 采 用 变 频 控 制 2 过 滤 系统 滴灌 对 系统 水 质 要 求 较 高 设计 水 源 为 地 表水 及 雨 水 考 虑 水 质 稳 定 性不强 在 系统 首 部安 装 一 套 砂 石 过 滤 器 及 一 套 碟 片 式过 滤 器 对 水 源 进 行 过 滤 过 滤 器均具备 自 动 反冲 洗 功 能 可 根据 过 滤 器 前 后 压 力 差 实现 过 滤 器 自 动 冲 洗 功 能 3 田 间输 配 水 管 网 输 配 水 管 道 包 括干 支 毛 项 目 干 管 采 用 硬 聚 氯乙烯 管 PVC U 埋 设 于 地 下 支 管 采 用 聚 乙烯 管 PE管 直 接 铺 设 地 面上 4 灌 水器 设计 灌 水器 采 用 贴 片 式 滴灌 带 滴灌 带 壁 厚 为 0 4mm 内 径 为 15 2mm 滴 头 间 距 为 0 2m 额 定 工作 压 力 h d 10m 额 定 流 量 q v 2 0L h 流 态 指 数 x 0 5 滴灌 带 采 用多 行 直线 布 置 布 置 方 式 为一 膜 四 管 六 行 4 2施 肥 系统 施 肥 系统 采 用 水 肥 一体 机 进 行施 肥 施 肥 机 由 显 示 屏 主 控 制 系统 水 泵 控 制 单元 灌溉 电 磁阀 控 制 单元 报 警 装置 3路 电 动 阀 控 制 带 流 量 显 示 的 文 丘 里 吸 肥 通 道 可 扩 展 EC PH检测 单元 等构 成 系统 在一 个 标 准 支 撑 平 台 的 基础 下 主 控 制 系统利用 安 装 在 吸 肥 通 道 上的 流 量 计 监 测 肥 料 用 量 利用 主管 道 上的 流 量 计 监测 水 用 量 控 制 3 路 吸 肥 电 动 阀 的 开 度 直 至 主管 道 的水 量 和 肥 料 通 道 上的 肥 料 用 量 达 到 设定 比 例 值 当 主管 道 水 量 发生 变 化 时 自 动 调 节 肥 料 吸 入 量 始 终 将 吸 肥 量维 持 在一 个 稳 定 水平 然 后 打 开 田 间电 磁阀 进 行 灌溉 设 备 配 肥 精准 灵 敏 度 高 4 3自 动 化 控 制 系统 本 系统运 行 农 业 物 联 网 自 动 化 控 制 技术 对 系统 进 行 自 动 控 制 主要 包 括 两 线 解 码 控 制器 解 码 器和 田 间电 磁 阀 三 部 分 1 两 线 解 码 技术 基 于 两 线 解 码 技术 的 自 动 灌溉 系 统 是由 灌溉 系统 软 件及 上 位 机 主 控 制器 解 码 器 电 磁 阀 传 感 器 等 组成 灌溉 系统 主 控 制器 通过 两 芯 电 缆 线 与 解 码 器 连 接 各 解 码 器与 电 磁阀 和 各类传 感 器 相 连 采 用 低 功 耗 电 力 线 载 波 通 信 技术 每 个 解 码 器 都 有 一 个 或 多个 地 址 灌溉 系统 根据编 制 好 的程 序 通过 两 芯 信 号 线向 不 同 地 址 传 送 命令 地 址 激 活 后 解 码 器 允 许 电流流 向 电 磁阀 单 位 mm d 作物 葡萄 树 瓜类 粮 棉 油等植物 蔬菜 保护地 蔬菜 露地 冷季 型草 暖季 型草 滴灌 3 7 4 7 2 4 4 7 微喷灌 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 设计创新 科技创新与应用 TechnologyInnovationandApplication 间 提高了 车 库 适 用 性的 同时提 升 了 车辆停 放 的可 靠 性 2实 际应用效果与评价 为 检测 车 库 的 实用 性 采 用 45钢 严 格 按 照 1 6的 比 例 设计 和制作 了 双 层 车 库 实 物 模型 如 图 6所 示 通过 选 取 不 同 型 号 的 车辆 模型 对 车 库 不 同 车位 进 行 车辆 存 取 试 验 其 结 果表 明 该 车 库 装置 能 安全 可 靠 地 实现多种型 号 车辆 不 同 车 库 位 置 的 存 取 3结束语 托 架 式 立 体 车 库采 取 相 配 合 的 托 架 组和 停车 板 组 结 构 设计 节 省 材料 降低 车 库 成本的 同时 保 证车辆 存 取 运 动 过 程的 安全 可 靠 通过多个 齿 轮 传 动 链 传 动的组 合结 构 设计 实现 车辆 的 升 降 横 移 出 入 库 无 需任 何导 轨 布 置 结构简 单紧 凑 车辆 存 取 运 动平 稳 安全 通过多轴 距 托 架 与 停车 板 的 设计 既 节 省 了 材料 又降低 了 制 造 成本 且 可 通过型 材 连 接 适当 累 加 车 库 层数 可极大 地 提高 城市停 车 设 施 的 空间 利用 率 有 效 改 善 城市 的 交 通 秩 序 和 环境质 量 具 有 广泛 的应 用 前 景 参考文献 1 王 岩 袁 新梅 等 双 层 载 车 板 无 避让 式 立 体 车库 结构设计 J 机 械 工 程与 自 动 化 2019 5 130 132 2 肖 建 华 柴 明明 张大 伟 多 层 立 体 车库 研究 J 南 方 农机 2019 50 20 7 3 贾霄 燕 荣 冀 川 互联网 背 景 下 智 能 立 体 停车场 产业 政 策 探 究 J 价值 工 程 2019 38 30 64 65 4 孟 志 坚 蔡 晓君 无 避让 式 小 型 停车 装 置 J 新技术新 工 艺 2019 11 28 32 5 刘 雪 梅 高 俊 张 春 等 基于 升降 横 移 式 立 体 车库 的结构 研究 J 科技 风 2019 20 19 20 6 邓昆亮 郭 新 宇 韩笑 等 双 层 升降 式 立 体 车库 设计 J 哈尔滨 商 业 大学学报 自 然科学 版 2019 35 05 616 619 7 邵 虞桐 刘 文 艺 姚舜 子 新 能 源 驱动 立 体 小 型 停车库 设计 J 机 电 技术 2019 04 2 4 或 传 感 器 控 制 电 磁阀 开 启 或 读 取 传 感 器 相 关数 据 实现 灌溉 系统 功 能 与 多线 分 控 灌溉 控 制 系统相比 基 于 两 线 解 码 技术 的 自 动 灌溉 系统控 制 线 的 敷 设 距 离 明 显 缩 短 线 缆 总 数 量 比 多线 分 控 箱 系统 减 少 约 70 80 遭 受 雷 击 的 几 率 也 相 应 减 少 在一 条 两 芯 电 缆 线 上 实现多个 地 址 控 制 线 路 出 现各种 故障 的 几 率 也 大为 降低 可 靠 性 显 著 提高 便 于 后 期 维护管理 2 田 间 解 码 器 解 码 器是 两 线 解 码 技术 的 核心 设 备 是 控 制 电 磁阀 开 关 的 中 间 设 备 通过 编 写 地 址 码 识 别 灌 溉阀 区 完 成 开 闭 动作 从 而 实现系统 的 轮 灌灌 水 解 码 器 是 将 具 有开 关 量 模 拟 量 输 入 输 出 功 能的 微 处理 器 防 雷 接 地 保护装置 用压缩 树脂 方 法固 化 在 塑 料 壳 体 中 制作而 成 它可以很 好 地 保护 内部电子 元 器 件 做 到 防 水 防 蚀 可 直 接 埋 于 地 下 3 电 磁阀 电 磁阀 是 起 到开 关 水 量 的作 用 通过控 制 电 磁 线 圈 的 通 断 来实现 设计 采 用 AC24v交 流电 磁阀 进 行 电 磁阀 需 要 稳 定 性 好 使 用 寿 命 长 4 控 制软 件 本 系统 采 用 两 套 控 制方 式 现 地 控 制和 远 程 控 制 现 地 以 智 能 施 肥 机 为 控 制 核心 通过人 工在 施 肥 机 操 作平 台 上 进 行 设 置 到 达 预 设 值 后 系统 自 动 启 动 同时 开发 一 套 手 机 APP程 序 进 行 远 程 控 制 通过 内 置 的物 联 网 卡 实现 远 程 通 讯 无 距 离 限 制 5 结束语 沙 培 蔬 菜 水 肥 一体 化 系统 不 仅 实现 了 灌溉 施 肥 远 程 控 制 可 节 省 劳 动力 而且 实现 了 水 肥 的 精准 化 种 植 高 效 化 管理 有利 于 设 施 大 棚沙 培 蔬 菜 生 产 的 标 准 化 发 展 同 时 进 一 步 提高了 沙 培 蔬 菜 生 产 效率 提 升 了 农 产 品品 质 有 效 改 善 了 设 施 大 棚 生 产 环境 在 推 进 农 业 供 给 侧 结构 性 改 革 和 农 业 高质 量 发 展 的大 背 景下 设 施 大 棚沙 培 蔬 菜 水 肥 一体 化 系统 具 有 很 好 的 推 广 应 用 前 景 参考文献 1 周 美 文 殷 慧 沈 斌 等 水 肥 一体 化 滴灌 技术 及 其 在 蔬菜 生 产上 的应 用 效 果 J 农 技服务 2019 36 11 76 77 89 2 王 泽 李 治勤 晏清 洪 等 不 同 滴灌 形式对 沙 培 黄 瓜 生长 品 质 及 产 量 的 影响 J 北 方 园 艺 2019 11 66 71 3 李 志 然 潘鹤 立 尚 春 雨 等 基于 物 联网智 慧 农业 的 作 物水 肥 一 体 化系统 设计 与 应 用 J 福 建 农业 科技 2019 03 58 65 4 王 家 祥 付 丽 春 水 肥 一体 化 节 水 灌溉 控 制 系统 的 研究与 应 用 J 农业与 技术 2018 38 12 81 5 江新 兰 杨 邦杰 高 万 林 等 基于 两 线 解码技术 的 水 肥 一体 化 云 灌溉 系统研究 J 农业机 械 学报 2016 47 S1 267 272 6 师 志 刚 刘 群昌 白 美 健 等 基于 物 联网 的 水 肥 一体 化 智 能 灌溉 系统 设计及 效益 分析 J 水 资源 与水 工 程 学报 2017 28 03 221 227 上接 90页 93