农田灌溉远程监控测控系统的开发.pdfVIP

总第 147 期 Agricultural Equipment ＆ Technology 农业装备技术第 34 卷第 6 期 2008 年 12 月 Vol．34 №.6 Dec． 2008 摘 要：介绍了一种农田灌溉远程监控和测控系统的组成、功能和控制软件。系统由计算机进行远程 监测控，根据 4 个电灌站及其灌区农田水位进行灌溉，实现对农田灌溉供水自动化控制。系统具有实 时监控、测控、实时数据采集与保存以及视频数据保存、历史数据查询、打印等功能。 关键词：农田灌溉；监控；测控 农田灌溉远程监控测控系统的开发 宋卫东 （农业部南京农业机械化研究所） 0 引 言 我国是一个干旱缺水的国家，人均水资源占有 量 2 200 m3，仅为世界人均占有量的 1/4，被联合国 列为世界上 13 个贫水国家之一。同时也是一个农业 水资源十分紧缺的国家，全国干旱缺水地区约占国 土面积的 72％，每 667 m2 人均耕地水资源占有量为 世界平均水平的 1/2。我国当前缺水严重，“因水致 贫”范围较大。目前我国灌溉水利用率仅为 40%～ 45%，距世界先进水平还有较大差距，节水潜力很 大。而农业是用水大户，因此节约农业用水对于缓解 全国水资源紧缺现状具有十分重要的现实意义。节 约用水、高效用水是缓解水资源供需矛盾的根本途 径，其核心是提高用水效率和效益。 为了提高农业用水的利用率，节约用水，同时针 对农田灌溉工程自动化监测控的要求，本文采用 RS- 485 网络通讯技术，设计开发了一套农田灌溉远 程自动化监测控系统。该系统已在江苏省射阳县芦 苇公司应用，取得了很好的效果。 1 监测控地理位置与要求 1.1 监测控地理位置 监测控系统主要对 4 个泵站进行测控，其中 1 号泵站距测控中心 2 300 m，2、3、4 号泵站距测控中 心分别是 50、2 050、3 150 m（具体位置如图 1 所 示），1 号、4 号泵站各安装 1 台 65 kW 水泵，2 号泵 站安装 1 台 65 kW 水泵和 1 台 135 kW 水泵，3 号泵 站安装 1 台 65 kW水泵和 1 台 75 kW水泵。 图 1 泵站和测控中心位置图 1.2 测控要求 由计算机进行远程监测控，根据 4 个电灌站水 泵及其灌区农田水位进行灌溉，实现对农田灌溉供 水自动化控制。在中央控制室里，根据田间土壤湿度 等数据进行综合分析，利用手动或自动方式，实现足 不出户的进行灌溉。通过现场安装的摄像头，可直观 地看到现场水泵的工作情况。同时对水泵运行情况 进行实时监测，如出现缺相、过电流等情况应立即报 警并自动停机。还可以利用数据查询系统和打印系 统，随时记录、查询、打印整个灌溉区的资料、灌溉设 置、灌溉进程、灌水历史记录等数据。 2 系统组成 硬件部分由一台主控系统计算机、分布式过程 IO 模块、智能电量采集模块、液位传感器、信号变送 器、数据采集指令传输等通讯设备和水泵等现场执 5 总第 147 期 行机构组成。视频监控使用一台计算机，光端机连接 光纤通讯，现场安装摄像头，通过光纤将视频信号连 接到计算机。控制计算机与视频监控计算机联网。 软件部分由操作系统、监控软件组成，使用 Windows 2000 专业版作为操作系统，组态软件或编 程软件作为监控软件。 其系统设计框图如图 2 所示： 图 2 系统设计框图 3 系统设计 3.1 系统硬件组成与设计 主控计算机采用方正商用机，性能稳定可靠性 高，显示器选用三星 17″彩色纯平显示器，打印机 选用 HP 喷墨打印机。 系统设有 4 个现场监控点，距离中控数公里，控 制 系 统 设 计 考 虑 使 用 RS- 485 网 络 进 行 通 讯。 RS- 485 网络广泛应用于工业现场、过程自动化控 制，具有线路连接简单、灵活等优点，仅需一对双绞 线就可将多达 255 个模块连接到网络中。通讯可靠 性高，采用差分方式进行数据传输，抑制共模干扰能 力强。多个控制单元组成，每个控制单元管理一片区 域。利用 RS- 485 网络，由中央计算机统一管理。远 程液位传感器把水位数据送入计算机，进行灌溉参 数设置，及对灌溉情况进行统计，并可通过专用软件 在计算机上存储，显示数据和图表。同时可以人工进 行特殊操作。现场数据采集模块为分布式过程 IO 模 块，每个模块有 485 通讯接口，各模块与上位机联接 组成 485 网络。开关量模块可提供 4 路开关量输入、 4 路开关量输出，模拟量模块提供 8 路模拟量输入。 开关量输出用于控制电灌站水泵、开关量输入用于 监测电气回路是否故障及报警。模拟量输入用于测 量各灌区水位。 液位传感器插入水中适当深度，用来测量水位， 了解土壤的真实灌溉情况，据此确定灌溉与否和时 间长短，液位传感器经信号变送器，把信号转