發(fā)布時間：2023-03-28 15:00:36
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的自動控制論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
早在上個世紀(jì)80年代，傳統(tǒng)的DCS控制系統(tǒng)就在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用。而到了90年代中期，PLC型的DCS控制系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，在工業(yè)現(xiàn)場控制領(lǐng)域內(nèi)處于主導(dǎo)地位。本文以水泥生產(chǎn)自動化生產(chǎn)線作為研究對象，其中，該生產(chǎn)線以西門子S7-400系列控制單元作為主控系統(tǒng)的核心，現(xiàn)場通訊總線為PROFIBUSDP，并選取ET200M型號的分布式IO接口模塊和S7-300型號的信號模塊來組成控制系統(tǒng)的收集部分。在此基礎(chǔ)上，本文重點(diǎn)論述了面向自動化生產(chǎn)線的電子控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，并分析了程序邏輯控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程，以期為相關(guān)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)提供一定的建議。
2面向自動化生產(chǎn)線的電子控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案
本次設(shè)計以水泥工藝生產(chǎn)中的自動化控制系統(tǒng)作為研究對象，該現(xiàn)場單元使用了相對領(lǐng)先的DCS控制系統(tǒng)，以對現(xiàn)場設(shè)備和數(shù)據(jù)實(shí)行監(jiān)視管理作為主要功能。具體而言：在該控制系統(tǒng)的中控室部分，由工程師站、操作員站硬件以及相關(guān)軟件組成。電子控制控制柜內(nèi)部包括模擬量隔離器、各種卡件、起始量的輸出、輸入繼電器、各種信號處理設(shè)備等。集散型計算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS）是由通訊總線、控制單元、隔離設(shè)備以及通訊模塊等組成。該廠設(shè)備中存在一個中央控制室（CCS），收集石灰石破碎、熟料燒結(jié)、水泥包裝、生料調(diào)配及運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)，對參數(shù)的設(shè)定進(jìn)行控制，并對物理設(shè)備的運(yùn)行和系統(tǒng)回路進(jìn)行自動控制。在中央控制室內(nèi)，相關(guān)人員都能夠車間工藝參數(shù)實(shí)施操作和管理。中央控制室內(nèi)部還包括工程師站、操作員站、報警打印機(jī)以及報告打印機(jī)等部分。其中，工程師站主要任務(wù)是對邏輯程序進(jìn)行修改，完成系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)視控制以及維護(hù)的需要。通訊網(wǎng)絡(luò)是為了保證系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)安全，尤其是信號傳輸?shù)目煽浚ㄓ嵔橘|(zhì)一般以光纖為主。在現(xiàn)場控制站（FCS）方面：依據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐的情況，該控制區(qū)域可以劃分為六個現(xiàn)場控制站，分別是原料粉磨站、石灰石破碎遠(yuǎn)程站、燒成窯頭控制站，窯尾控制站，水泥粉磨站、水泥包裝控制站等。在現(xiàn)場控制站中，一般在低壓配電室內(nèi)安裝各個自動控制模塊，這樣有助于DCS控制系統(tǒng)的統(tǒng)一性和完整性。
3程序邏輯控制的實(shí)現(xiàn)
3.1功能說明（1）在對機(jī)組電機(jī)的開啟順序設(shè)定上主要根據(jù)機(jī)組的步狀態(tài)字，保證電機(jī)在啟動功能上符合設(shè)定的時間間隔。依據(jù)機(jī)組狀態(tài)字上的命名規(guī)定，能夠比較容易的借助機(jī)組號來匹配到對應(yīng)的步狀態(tài)字，還能夠運(yùn)用步狀態(tài)字來對應(yīng)的機(jī)組號進(jìn)行查詢。（2）在電機(jī)控制功能模塊對內(nèi)部邏輯完成相應(yīng)的執(zhí)行后，可以在DR管腳上輸出相應(yīng)的運(yùn)算結(jié)果，而且能夠直接停止控制電機(jī)。（3）依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，電機(jī)開啟時間通常不會超過1秒，這個啟動時間比較符合于大部分電機(jī)。對于部分對啟動時間延遲具有較長要求的電機(jī)，在啟動時可以借助于延遲程序。（4）在電機(jī)聯(lián)鎖上，該電子控制系統(tǒng)存在三種聯(lián)鎖信號：分別是設(shè)備聯(lián)鎖、啟動聯(lián)鎖以及運(yùn)行聯(lián)鎖。用“1”來表示連鎖滿足的含義，也就設(shè)計可以啟動；“0”則意味著不滿足，也即不可以啟動。對于啟動聯(lián)鎖，通常大型設(shè)備都只會輸出一個允許啟動的指令，把信號接入到功能模塊。在運(yùn)行連鎖上，依據(jù)工藝程序，該設(shè)備前的全部主要設(shè)備都可以常規(guī)啟動，那么該設(shè)備才可以獲得啟動指令。（5）電機(jī)控制字?？梢园衙恳粋€控制位共同組合為一個字節(jié)，直接傳輸給功能模塊，從而更加高效、快捷。電機(jī)狀態(tài)字在編號上依據(jù)同一個規(guī)則進(jìn)行統(tǒng)一編排。（6）電機(jī)的下位調(diào)試。通常該電子控制系統(tǒng)內(nèi)，下位調(diào)試就是對STEP7編程進(jìn)行直接調(diào)試。
3.2計算機(jī)監(jiān)控組件實(shí)現(xiàn)在整個電子控制系統(tǒng)內(nèi)，邏輯程序控制系統(tǒng)獨(dú)立于計算機(jī)監(jiān)控組件，二者作為各自自主運(yùn)行的控制單元。不過，由于二者都應(yīng)用SIMATIC的通訊協(xié)議與總線網(wǎng)絡(luò)后，這兩個控制單元了一定的整體性。工業(yè)以太網(wǎng)為主的通訊中介不僅可以服務(wù)于控制站與控制站間的通信，還可以作為操作站與控制站之間的穩(wěn)定介質(zhì)，有助于以上不但站點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的及時傳輸。在控制站點(diǎn)和現(xiàn)場模塊間，該系統(tǒng)主要借助于分布式IO來完成通訊需要，借助于穩(wěn)定安全的通訊總線能夠把現(xiàn)場信號及時發(fā)送給相應(yīng)的控制單元。對于該DCS的控制核大腦，主要包括了計算機(jī)監(jiān)控組件、網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)以及邏輯程序控制系統(tǒng)等三個構(gòu)成部分。這意味著現(xiàn)場必須配備有必有的計算機(jī)監(jiān)控設(shè)備，在此基礎(chǔ)上DCS控制系統(tǒng)可以高效、及時、精確地完成自動化生產(chǎn)線的控制任務(wù)。
4結(jié)語
計算機(jī)控制的自動控制系統(tǒng)主要由工業(yè)生產(chǎn)對象和計算機(jī)控制系統(tǒng)兩個大部分構(gòu)成，通過計算機(jī)將被控端的相關(guān)數(shù)據(jù)和參數(shù)進(jìn)行采樣分析，通過輸入通道將模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，對被控對象進(jìn)行數(shù)字化的控制，并通過計算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，通過計算機(jī)完成控制、運(yùn)算、判斷、比較等各項功能，計算機(jī)通過實(shí)時的數(shù)據(jù)采集進(jìn)行實(shí)時決策和控制，適時的向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制指令。通過上述過程的不斷重復(fù)執(zhí)行，使整個系統(tǒng)按照靜態(tài)和動態(tài)指令進(jìn)行控制和執(zhí)行。通過計算機(jī)控制的自動控制系統(tǒng)包括被控對象和計算機(jī)兩大部分構(gòu)成，其中硬件包括控制主計算機(jī)、設(shè)備和接口電路等構(gòu)成，通過各傳感器將信號采集，經(jīng)過計算機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，對被控對象進(jìn)行反饋控制，軟件系統(tǒng)包括通用軟件和開發(fā)軟件，開發(fā)軟件具有各種數(shù)字語言處理程序、編輯程序、仿真程序等。自動控制的計算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)控制對象的不同，所采用的控制系統(tǒng)也不同。應(yīng)用最多的是操作指導(dǎo)控制，它的特點(diǎn)是可以將生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和加工處理，操作者根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行必要的操作和控制，這個系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單、穩(wěn)定可靠，常用于數(shù)據(jù)檢測和數(shù)字模型的處理和新程序的調(diào)試等。另一類分級控制系統(tǒng)的應(yīng)用也是比較多的，它是由幾臺大中小型的計算機(jī)組成，分別執(zhí)行各種功能，分為指揮計算機(jī)控制系統(tǒng)和控制級計算機(jī)系統(tǒng)，可以根據(jù)管理的范圍和企業(yè)規(guī)模的大小分為公司級、工廠級和車間級等。在自動控制系統(tǒng)中，單片機(jī)的應(yīng)用也是非常廣泛的，單片機(jī)具有可靠性高、功能強(qiáng)、體積小的優(yōu)勢，具有擴(kuò)展性強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)多級和分布式控制。
二、職校教學(xué)中單片機(jī)控制的開發(fā)及應(yīng)用分析
在職校教學(xué)中，單片機(jī)應(yīng)用的開發(fā)過程有別于一般的電子產(chǎn)品的開發(fā)，除了硬件設(shè)計的合理和接線準(zhǔn)確外，還要進(jìn)行軟件的編輯，要考慮軟件和硬件的兼容性。對于單片機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)一般是要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的功能確定總體的設(shè)計方案、進(jìn)行硬件和軟件開發(fā)、在設(shè)備上開展仿真測試和實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行設(shè)備的安裝和調(diào)試、最后是產(chǎn)品化的生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。硬件的開發(fā)要在系統(tǒng)總體設(shè)計的框架下完成，軟件的開發(fā)具有實(shí)時性、可靠性和靈活性的特點(diǎn)，采用模塊化開發(fā)的方法，進(jìn)行主程序開發(fā)、子程序開發(fā)、中斷服務(wù)程序的開發(fā)等，在各個模塊內(nèi)還可以細(xì)化順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)等。在安裝調(diào)試時要確認(rèn)軟件和硬件的設(shè)計合理和準(zhǔn)確，符合要求后再進(jìn)行正式的安裝和調(diào)試，根據(jù)控制的效果和要求對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行測試和驗(yàn)證，滿足設(shè)計方案的目標(biāo)和要求。
三、結(jié)語
1.1電氣工程自動化工程體系優(yōu)缺點(diǎn)同時存在
現(xiàn)在我國運(yùn)行的電氣工程自動化工程采取的控制系統(tǒng)一般有集中監(jiān)控、DCS（分布式控制）兩種。首先集中控制系統(tǒng)的優(yōu)勢在于，它將全部功能都安置在一個處理器中，在系統(tǒng)設(shè)計、維護(hù)以及運(yùn)行等方面都比較簡單。其劣勢在于處理器承擔(dān)的任務(wù)量較大；在此控制體系中，隔離器件閉鎖和斷路器聯(lián)鎖是運(yùn)用硬接線進(jìn)行連接，在設(shè)備擴(kuò)容等方面比較困難，其操作難度也比較大。其次DCS系統(tǒng)是在集中控制系統(tǒng)的前提下設(shè)計并發(fā)展起來的，在現(xiàn)代電氣工程自動化工程控制系統(tǒng)中獲得較為廣泛的應(yīng)用。其劣勢在于使用和傳統(tǒng)儀表相似的模擬儀表，減少系統(tǒng)安全可靠性，在維修環(huán)節(jié)也比較困難，各個設(shè)計廠家沒有規(guī)范而統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，加重維修的成本，并且其價格比較高。
1.2電氣工程自動化工程控制系統(tǒng)還不具備標(biāo)準(zhǔn)化端口
電氣工程自動化工程控制系統(tǒng)接口到目前為止還沒有統(tǒng)一、完善的標(biāo)準(zhǔn)，這種情況提升工程造價，阻礙數(shù)據(jù)資源共享的實(shí)現(xiàn)。自動化體系設(shè)計方案很重要，然而很多企業(yè)沒有規(guī)范的方案，各個廠家和企業(yè)間硬件和軟件交換數(shù)據(jù)有差異，導(dǎo)致企業(yè)間難以深入的交流和信息交換。同時電氣工程自動化工程控制沒有實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化，難以根據(jù)客戶要求設(shè)計、建立規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的電氣工程自動化工程控制體系。
1.3電氣工程自動化工程控制沒有實(shí)現(xiàn)專業(yè)化
在電氣工程自動化工程控制設(shè)計、安裝以及操作等環(huán)節(jié)，相關(guān)工作人員的專業(yè)技術(shù)比較薄弱，需要進(jìn)一步提高。此外我國電氣工程自動化工程控制習(xí)題創(chuàng)新能力不足，一般產(chǎn)品屬于中低檔，需要提高其創(chuàng)新能力。
2構(gòu)建電氣工程自動化工程控制系統(tǒng)的發(fā)展對策
2.1建立一體化的電氣工程自動化工程控制體系
要從各個環(huán)節(jié)建立起具有一體化的電氣工程自動化工程控制體系。首先國家要按照電氣工程自動化工程控制體系具有技術(shù)水平和技術(shù)特點(diǎn)，制定統(tǒng)一的產(chǎn)品規(guī)范。其次廠家和企業(yè)要加強(qiáng)交流，從設(shè)備精簡、調(diào)試與維修以及技術(shù)合理性等多方面向規(guī)范化的方向進(jìn)行制造和生產(chǎn)，讓控制體系更科學(xué)。最后要研發(fā)出新型、操控更方便的一體化控制系統(tǒng)，可以運(yùn)用社會性質(zhì)和分工外包間的協(xié)作，讓零部件的生產(chǎn)走商業(yè)化生產(chǎn)的路線，促進(jìn)電子工程自動化工程控制體系的一體化。
2.2運(yùn)用國際化生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)
IEC61850是現(xiàn)在控制系統(tǒng)廠家所認(rèn)可的國際標(biāo)準(zhǔn)，可以參照這個標(biāo)準(zhǔn)對控制體系進(jìn)行研究和開發(fā)。另外可以運(yùn)用微軟公司所制定的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，由于企業(yè)策劃電氣工程自動化工程控制系統(tǒng)時，PC系統(tǒng)是連接管理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的中間系統(tǒng)，其接口具有標(biāo)注化，能夠保證廠家和企業(yè)間實(shí)施軟件和硬件的數(shù)據(jù)交換，妥善的解決由于通訊而產(chǎn)生的問題。
2.3引進(jìn)和培養(yǎng)電氣工程自動化工程控制系統(tǒng)的專業(yè)人才
隨著電氣工程自動化工程控制逐漸集成化和高智能化，對其制造人員、維修人員和安裝人員都具有很高的要求，所以要引進(jìn)和培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)較強(qiáng)的人員。首先企業(yè)要培養(yǎng)具有實(shí)際操作能力的人才，他們要了解和掌握軟件和硬件系統(tǒng)的操作。其次對安裝人員記性專業(yè)技術(shù)進(jìn)行培訓(xùn)，使之懂得安裝的流程和技術(shù)。最后要更新技術(shù)人員的知識結(jié)構(gòu)，可以引進(jìn)人才，通過引進(jìn)人才的“傳幫帶”，培養(yǎng)新人，促進(jìn)他們在維修和系統(tǒng)保養(yǎng)等方面的學(xué)習(xí)，提高工程系統(tǒng)安全可靠性。
3結(jié)語
1.1電氣工程自動化模型得到了簡化。
通常而言，在電氣工程自動化控制達(dá)到智能化目的之前往往需要建立相應(yīng)的模型，除此之外，在模型建立的時候還需要綜合考慮到很多會直接或者間接影響模型的參數(shù)。鑒于此，通過模型來實(shí)現(xiàn)自動化控制歸納的說就是通過相關(guān)的動態(tài)方程來控制和反饋數(shù)據(jù)的，但是通過這種方式是無法保證在數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠陂g不出現(xiàn)意外狀況來影響數(shù)據(jù)的傳輸以及反饋，這樣一來數(shù)據(jù)的及時性和準(zhǔn)確性就無法得到保證了，使得理論結(jié)果與現(xiàn)實(shí)實(shí)踐之間出現(xiàn)偏差也就不足為奇了，這會導(dǎo)致電氣工程自動化控制的工作效率大大的降低。然而我們通過實(shí)踐得出，引入智能化技術(shù)能夠非常有效的跳過設(shè)計與建立模型這一環(huán)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的自動化，從根本上降低了出現(xiàn)上述情況的可能性和風(fēng)險，在很大程度上避免了那些不可控制的客觀因素發(fā)生，提高了控制器的精確度和自動化的控制效率。
1.2確保電氣工程自動化控制的統(tǒng)一。
傳統(tǒng)的自動化控制器一般地說都是就某個模型對象來加以控制的，事實(shí)證明，這種方式對于單個的模型控制效果良好，但是無法統(tǒng)一而全面的控制電氣工程自動化控制系統(tǒng)，這樣一來就極易造成不同的模型之間各不相同。然而智能化電氣工程的自動化控制就可以有效避免模型設(shè)計的這一環(huán)節(jié)，因此無法控制模型的復(fù)雜性這一問題就不復(fù)存在了，這不管是對于指定的對象或者非指定對象都能夠保證控制上的一致性，從根本上確保了電氣工程自動化控制的統(tǒng)一，這樣一來不僅大大提高了自動化控制器的工作效率，工作質(zhì)量也得到了質(zhì)的提高。
1.3有效控制了電氣工程自動化系統(tǒng)。
前面已經(jīng)講到，智能化技術(shù)能夠控制和反饋對電氣工程中所有設(shè)備的數(shù)據(jù)，與此同時還能夠有效根據(jù)響應(yīng)時間、下降時間和魯棒性變化等參數(shù)來對電氣工程自動化的控制程度實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，這樣一來就可以節(jié)省了重新建立模型的時間，另外還可以在第一時間來處理因客觀因素以及預(yù)警自動化控制過程中所造成的錯誤。這樣及時的處理和高效的警惕大大降低了風(fēng)險，節(jié)省了很多的人力物力財力的消耗，從而更好的實(shí)現(xiàn)了對電氣工程自動化系統(tǒng)的有效控制。
2、智能化技術(shù)的有效應(yīng)用
就目前而言，智能化技術(shù)在電氣工程中主要應(yīng)用表現(xiàn)為以下幾個方面。
2.1模糊邏輯與控制。
一般地說，電氣工程的自動化控制系統(tǒng)中都會含有一定數(shù)量的模糊控制器，它能很好的代替PID控制器。就目前而言，模糊邏輯的控制主要有M型與S型兩種應(yīng)用類型，但是有一點(diǎn)需要強(qiáng)調(diào)的是，這兩種控制器都有各自的規(guī)則庫，又可以叫做ifthem的模糊規(guī)則集。其中S型控制器的規(guī)則為if。X是G，y是H，則W=f(X,Y)，這里所說的G與H指的都是模糊集，下面分別對這兩種應(yīng)用類型進(jìn)行介紹。M型控制器主要由模糊化、知識庫、推理機(jī)與反模糊化這四大部分所共同構(gòu)成，主要用于實(shí)現(xiàn)變量的測量、量化、模糊化的目的，其隸屬函數(shù)的形式也是多種多樣的；知識庫主要是由語言控制的數(shù)據(jù)庫與規(guī)則庫兩個部分，其開發(fā)方式是將專家知識與經(jīng)歷置于控制及應(yīng)用目標(biāo)上。值得注意的是，在建模的過程中，一定要使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的推理機(jī)與模糊控制器對其加以操作；推理機(jī)同樣也是模糊控制器中不可或缺的重要組成部分，它能夠很好地模仿人類決策與推理模糊控制行為；反模糊化主要用來量化與反模糊化，它包括的技術(shù)種類也比較多，其中應(yīng)用得最為廣泛的當(dāng)屬中間平均技術(shù)與最大化的反模糊化這兩種了。
2.2優(yōu)化設(shè)計與診斷故障。
在過去的很長一段時間里，設(shè)計產(chǎn)品通常都是依靠實(shí)驗(yàn)或者傳統(tǒng)手工檢驗(yàn)來完成，通過這種方式所得方案往往不是最優(yōu)方案。隨著計算機(jī)技術(shù)的蓬勃發(fā)展以及在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，越來越多的電氣工程產(chǎn)品開始更多的選擇使用CAD來進(jìn)行設(shè)計。這樣大大減短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，如果在這個過程中很好地滲透智能化技術(shù)，可謂是如虎添翼，使其設(shè)計質(zhì)量與效率得到大大的提升，專家系統(tǒng)的設(shè)計就是一個典型案例。不僅如此，智能化技術(shù)在優(yōu)化設(shè)計還體現(xiàn)在遺傳算法方面。眾所周知，遺傳算法是當(dāng)前全世界范圍內(nèi)比較先進(jìn)的計算法，其最大的優(yōu)勢之處在于計算精度高，因此在電氣工程中得到了親睞，而且在其中也起到了極其重要的作用。除此之外，故障和它的預(yù)兆在電氣工程中的關(guān)系是錯綜復(fù)雜的，具有不確定與非線性的特點(diǎn)，這給我們的判斷帶來很大的困擾。
3、總結(jié)語
是國家果茶良種場XX省優(yōu)質(zhì)果茶良種繁育場，是國家“九五”種子工程在湖南實(shí)施的重點(diǎn)項目，建于1998年8月，1999年三月由農(nóng)業(yè)部授名為“國家（湖南）果茶良種場”。
廠址位于XX市西郊雷鋒大道7公里處，占地面積620畝。為加速實(shí)施全省農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，先后從美國﹑法國﹑埃及﹑日本及國內(nèi)10多個省市科研育種單位引進(jìn)優(yōu)質(zhì)果茶品種資源158個，優(yōu)質(zhì)果茶種苗40多萬株，建成果茶母本園150畝。每年可向社會提供優(yōu)質(zhì)果茶苗木200多萬株，果茶母（接）穗1萬公斤以上，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)果茶產(chǎn)品1000噸以上。
果茶場也是省城第一座以品茶、園藝、垂釣為主題的農(nóng)業(yè)觀光園。這里空氣清新，景色怡人。春有草莓、櫻桃、“明前”茶；夏有枇杷、蘋果、葡萄、桃、李、楊梅、無花果與瓜類；秋有板栗、柿、棗、梨、獼猴桃；冬有柑桔、橙類等。一年四季。百果飄香，是個名副其實(shí)的“百果園”。
該廠第二期工程將于2003年完成，面積將擴(kuò)至1000多畝。年生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)果茶苗木將達(dá)到1000萬株，優(yōu)質(zhì)果茶產(chǎn)品產(chǎn)量也將成倍增加，更多的農(nóng)業(yè)高新技術(shù)將落戶該場。果茶苗木和產(chǎn)品的生產(chǎn)、檢測、采后處理、加工和多種農(nóng)業(yè)觀光設(shè)施將全部完善和配置。屆時，一個全新的高科技生態(tài)農(nóng)業(yè)示范、觀光園將會展現(xiàn)在你的面前。
百果園是農(nóng)業(yè)高科技的結(jié)晶，而滴灌系統(tǒng)是其中的重中之重。百果園現(xiàn)建成的620畝果園，全部由從以色列引進(jìn)的先進(jìn)滴噴灌系統(tǒng)控制，該園地勢起伏較大，最高處海拔達(dá)86.60m，最低處64.72m，傳統(tǒng)灌水方式很難進(jìn)行，而先進(jìn)的滴灌系統(tǒng)由于對地形的適應(yīng)能力強(qiáng)，而且特別適應(yīng)山地丘陵地區(qū)，所以滴灌正好大施其能，由低處水庫中取水，經(jīng)過過濾加壓，然后由遍布全園的各種管道把帶有肥料、除蟲劑的水準(zhǔn)確地送到每片需水地園中，保證果樹的正常需水。不過其系統(tǒng)自動化程度不高，全園僅能使用微機(jī)控制電磁閥的開啟，不能精確實(shí)現(xiàn)作物的輪灌、對灌水時間和灌水量還不能實(shí)現(xiàn)有效的控制，有望進(jìn)一步提高。
2滴灌系統(tǒng)
滴灌就是滴水灌溉技術(shù)，它是利用低壓管道系統(tǒng)，使滴灌水成點(diǎn)滴地、緩慢地、均勻而又定量地浸潤作物根系最發(fā)達(dá)的區(qū)域，使作物主要根系活動區(qū)的土壤始終保持在最優(yōu)含水狀態(tài)。滴灌不同于傳統(tǒng)的地面灌溉濕潤全面積土壤，因此滴灌有節(jié)約灌溉用水量、促進(jìn)作物生長和提高產(chǎn)量的作用，是一種很有發(fā)展前途的局部灌水技術(shù)。
百果園主要種植柑桔、葡萄、水蜜桃、茶等低矮果樹，如果采用其它灌水方法，不僅浪費(fèi)水資源，而且很難保證滿足果樹的需水量，而滴灌具有省水節(jié)能、省工省地省肥、操作簡單，易于實(shí)現(xiàn)自動化、對土壤地形適應(yīng)性強(qiáng)、保護(hù)和保持生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，所以滴灌成為了百果園地首選。
2.1百果園滴灌系統(tǒng)的組成
百果園滴灌系統(tǒng)主要由水源、首部樞紐、輸配水管網(wǎng)和尾部設(shè)備灌水器以及流量、壓力控制部件和測量儀表等組成，如圖所示。全園滴灌系統(tǒng)組成示意圖：
1.水源2．水泵3.供水管4.蓄水池5.逆止閥6.施肥開關(guān)7.灌水總開關(guān)8.壓力表
9.主過濾器10.水表11.支管12.微噴頭13.滴頭14.毛管(滴灌帶、滲灌管)
15.滴灌支管16.尾部開關(guān)(電磁閥)17.沖洗閥18.肥料罐19.肥量調(diào)節(jié)閥20.施肥器21.干管
2.1.1水源
江河、湖泊、水庫、井、渠、泉等水質(zhì)符合微灌要求的均可作為水源，百果園采用從園中的水庫中取水。
2.1.2首部樞紐
百果園的首部樞紐包括泵組、動力機(jī)、肥料罐、過濾設(shè)備、控制閥、進(jìn)排氣閥、壓力表、流量計等。其作用是從水庫中取水增壓并將其處理成符合微灌要求的水流送到系統(tǒng)中去。百果園中采用五級加壓式離心泵，在水庫中取水，現(xiàn)取現(xiàn)用，計劃建一水塔蓄水。
2.1.3輸配水管網(wǎng)
輸配水管網(wǎng)的作用是將首部樞紐處理過的水按照要求輸送分配到每個灌水單元和灌水器。包括干、支管和毛管三級管道，毛管是微灌系統(tǒng)末級管道，其上安裝或連接灌水器。微灌系統(tǒng)中直徑小于或等于63毫米的管道常用聚乙烯(PE)管材，大于63毫米的常用聚氯乙烯（PVC）管材。百果園中干、支管采用PVC管和UPVC管，毛管采用PE管。
2.1.4尾部設(shè)備
尾部設(shè)備是微灌系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，包括微管和與之相聯(lián)的灌水器(小微管、滴頭、微噴頭、滴灌帶、滲灌頭、滲灌管等)插桿等。灌水器將微灌系統(tǒng)上游所來的壓力水消能后將水成滴狀、霧狀等施于所需灌溉的作物根部或葉面。
2.2百果園滴灌灌溉系統(tǒng)
灌溉系統(tǒng)的第一期工程是由以色列的普拉斯托公司負(fù)責(zé)承建，全園采用先進(jìn)的滴、噴灌相結(jié)合的微灌節(jié)水技術(shù)，是我國南方發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)的典范，其具體情況見下：
2.2.1設(shè)計原則
滴灌灌溉系統(tǒng)設(shè)計除了滿足節(jié)水、節(jié)能、省力等之外，通常應(yīng)遵循以下主要原則：
①必須滿足果園果樹生長對水分的要求；
②灌溉系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)結(jié)合耕作實(shí)際，便于操作；
③應(yīng)使所選擇的灌水方法既能滿足作物的灌溉要求，又不因灌溉而造成病害、蟲害的發(fā)生；
④在盡可能的情況下，灌溉系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮施肥及噴藥裝置；
⑤在盡可能的情況下，應(yīng)使灌溉系統(tǒng)在滿足灌溉要求的同時，工程建設(shè)的綜合造價最小。
2.2.2設(shè)計步驟
2.2.2.1資料的收集在系統(tǒng)設(shè)計時，必須掌握以下資料：
①地形資料：根據(jù)實(shí)際情況測繪大比例尺地形圖，其中包括果園的平面布置、道路、水源位置、高差等。
②土壤資料：主要是土壤理化性質(zhì)、地下水埋藏深度和土層厚度等。土壤理化性質(zhì)主要包括土壤類別、干容重、含鹽情況、土壤田間持水率等。
③氣象資料：區(qū)域年均降雨量及季節(jié)分布、平均氣溫、極端氣溫（包括最高、最低氣溫）、最大凍土層深度、無霜期、蒸騰蒸發(fā)資料等。
④水源資料：水源屬性（個人或集體）、種類、水源位置、水質(zhì)、含沙情況、水位、供水能力、利用和配套情況等。若水源為機(jī)井時，還應(yīng)調(diào)查機(jī)井的靜水位和動水位，當(dāng)?shù)叵滤惠^淺時，一定要調(diào)查清楚地下水位及其周年變化規(guī)律。若水源為渠水時，應(yīng)調(diào)查清楚水源的含泥沙種類、含沙量、水位、供水時間、可能的配水時間等。同時，還應(yīng)特別注意水源的保證率問題，不論是只用于果園的水源還是與周圍大田混用的水源，都應(yīng)考慮這個問題。
⑤百果園作物種植資料：其中包括作物的種類、種植密度（其中最主要的是行距和株距）等。
⑥百果園的環(huán)境資料：包括百果園周圍的地形、交通和供電等。
2.2.2.2灌水方法的選擇灌水方法選擇適當(dāng)與否，除了影響工程投資外，還直接影響著灌溉系統(tǒng)的效益發(fā)揮和灌溉保證率。因此，應(yīng)根據(jù)作物種類、作物的種植制度、種植季節(jié)、水源情況、果園設(shè)施情況、工程區(qū)社會經(jīng)濟(jì)情況等，合理地選擇相對投資較省、灌溉保證率較高且有利于果園果樹生長的灌水方法。百果園灌溉系統(tǒng)的灌水方法采用以滴灌為主，滴噴灌相結(jié)合的方式。
2.2.2.3滴灌系統(tǒng)布置，百果園滴灌系統(tǒng)的管道分干管、支管和毛管等三級，布置時干、支、毛三級管道要求盡量相互垂直，以使管道長度和水頭損失最小。通常情況下，園內(nèi)一般出水毛管平行于種植方向，支管垂直于種植方向。
2.2.2.4滴灌灌溉制度的擬定
①灌水定額：是指作為滴灌系統(tǒng)設(shè)計的單位面積上的一次灌水量，如果用灌水深度表示，可用式（4-8）計算，即
H——計劃濕潤層深度（米），一般蔬菜0.20-0.30米深根蔬菜或果樹0.3-1.0米；
p——土壤濕潤比，70%-90%。
②設(shè)計灌水周期：滴灌設(shè)計灌水周期是指按一定的灌水定額灌水后，在作物適宜土壤含水率的條件下，保障作物正常生長的可能延續(xù)時間T，用式（4－9）計算，即
③一次灌水延續(xù)時間：一次灌水延續(xù)時間是指把設(shè)計灌水定額水量，在不產(chǎn)生徑流的條件下，均勻分布于果園田間所用的灌水時間，用式（4－10）計算，即
i.輪灌區(qū)數(shù)目的確定：（a）對于固定式滴灌系統(tǒng)，輪灌區(qū)數(shù)目可按式（4-11）計算：（b）對于移動式滴灌系統(tǒng)，則有：
ii.一條毛管的控制灌溉面積：（a）對于固定式滴灌系統(tǒng)，毛管固定在一個位置上灌水，控制面積為
f=SeL(4-13)
式中f——每條毛管控制的灌溉面積（平方米）
L——毛管長度（米），移動式滴灌系統(tǒng)中為出流毛管長度。
（b）對于移動式滴灌系統(tǒng)，一條毛管控制的灌溉面積為
2.2.2.5滴灌系統(tǒng)控制灌溉面積大小的計算在灌溉水源能夠得到充分保證的條件下，滴灌面積的大小取決于管道的輸水能力。對于水源流量不能滿足整個區(qū)域需要時，滴灌面積為
2.2.2.6管網(wǎng)水力計算滴灌系統(tǒng)各級管道布置好以后，即可從最末端或最不利毛管位置開始，逐級推算各級管道的水頭損失（包括沿程水頭損失和局部水頭損失）。在設(shè)計中，同一條支管上的第一條毛管最前端出水孔處水頭與最末一條毛管最末端出水孔處水頭之間的差值，不超過滴頭設(shè)計工作壓力的20％，流量差值不超過10％；對于采用壓力補(bǔ)償式滴水器時，僅要求區(qū)域內(nèi)滴頭流量差值不超過10％，并據(jù)此確定支、毛管的最大設(shè)計長度；在滴灌中，由于管網(wǎng)中水流壓力通常小于0．3兆帕，所以多選用PVC塑料管道。管道中水流在運(yùn)動過程中的壓力損失通常包括沿程阻力損失和局部阻力損失。工程設(shè)計中塑料管道的沿程阻力損失常選用式（4－16）、（4－17）計算，局部阻力損失常用式（4－18）計算。①沿程阻力損失hf
當(dāng)管道有多個出水口時，管道的沿程阻力應(yīng)考慮多口出流對沿程阻力的折減問題，多口出流折減系數(shù)k，對應(yīng)計算公式
②局部阻力hj
工程設(shè)計中為了計算方便，局部阻力損失也常按沿程阻力損失hf的10％估算。
2.2.2.7管道系統(tǒng)設(shè)計包括各級管道的管材與管徑的選擇、各級固定管道的縱剖面設(shè)計、管道系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
①管材的選擇：可用于灌溉的管道種類很多，應(yīng)該根據(jù)滴灌區(qū)的具體情況，如地質(zhì)、地形、氣候、運(yùn)輸、供應(yīng)以及使用環(huán)境和工作壓力等條件，結(jié)合各種管材的特性及適用條件進(jìn)行選擇。一般情況下，對于地理固定管道，可選用鋼筋混凝土管、鋼絲網(wǎng)水泥管、石棉水泥管、鑄鐵管和硬塑料管。鋼管易銹蝕和腐蝕，最好不要選用。隨著材料工業(yè)的發(fā)展，地埋管道多選用塑料管。選用塑料管時一定要注意，不同材質(zhì)的塑料管在幾何尺寸相同的情況下可承受的工作壓力相差甚遠(yuǎn)，特別是在使用低密度聚乙烯管（PE管）時，一定要注意管壁的厚度是否達(dá)到了能承受系統(tǒng)所要求壓力的厚度，若沒有達(dá)到，千萬不能使用，否則將會埋下隱患，造成運(yùn)行時管道發(fā)生爆破，甚至導(dǎo)致整個管道系統(tǒng)癱瘓。用于滴灌地埋管道的塑料管，最好選用硬聚氯乙烯管（UPVC管）。對于口徑150毫米以上的地埋管道，硬聚氯乙烯管在性能價格比上的優(yōu)勢下降，應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析選擇合適的管材。塑料管經(jīng)常暴露在陽光下使用，易老化，縮短使用壽命。因此，地面移動管最好不采用塑料管。
②管徑的選擇：當(dāng)輪灌編組和輪灌順序確定之后，各級管道在每一輪灌組所通過的流量即可知道。通常選用同一級管道在各輪灌組中可能通過的最大流量，作為本級管道的設(shè)計流量，依據(jù)這個設(shè)計流量來確定管道的管徑。若某一級管道，其最大流量通過的時間占管道總過水時間的比例甚小，也可選取一個出現(xiàn)次數(shù)較多的次大流量，作為管道的設(shè)計流量來確定管徑。同一級管道的不同管段通過的最大流量不同時，可分段確定設(shè)計流量。（a）支管管徑的確定：支管是指直接安裝豎管和滴頭的那一級管道。支管管徑的選擇主要依據(jù)灌溉均勻的原則。管徑選得越大，支管運(yùn)行時的水頭損失就越小，同一支管上各滴頭的實(shí)際工作壓力和灌水量就越接近，灌溉均勻度就越接近設(shè)計狀況。但這樣增大了支管的投資，對移動支管來說還增加了拆裝、搬移的勞動強(qiáng)度。管徑選得小，支管投資減少，移動作業(yè)的勞動強(qiáng)度降低，但由于運(yùn)行時支管內(nèi)水頭損失增大，同一支管上各滴頭的實(shí)際工作壓力和灌水量差別增大，結(jié)果造成果園各處受水量不一致，影響滴灌質(zhì)量。為了保證同一支管上各滴頭實(shí)際出水量的相對偏差不大于20％，國家標(biāo)準(zhǔn)GBJ85-85規(guī)定：同一支管上任意兩個滴頭之間的工作壓力差應(yīng)在滴頭設(shè)計工作壓力的20％以內(nèi)。顯然，支管若在平坦的地面上鋪設(shè)，其首末兩端滴頭間的工作壓力差應(yīng)最大。若支管鋪設(shè)在地形起伏的地面上，則其最大的工作壓力差并不見得發(fā)生在首末滴頭之間?？紤]地形高差Z的影響時上述規(guī)定可表示為
許的水頭損失即為從式（4－20）
可以看出：逆坡鋪設(shè)支管時，允許的hw的值小，即選用的支管管徑應(yīng)大些；順坡鋪設(shè)支管時，因Z的值本身為負(fù)值，其允許的hw的值可以比0.2hp大些，也就是說因支管順坡鋪設(shè)時，因地形坡降彌補(bǔ)了支管內(nèi)的部分水力坡降，選用的支管管徑可適當(dāng)?shù)男⌒?。?dāng)一條支管選用同管徑的管子時，從支管首端到朱端，由于沿程出流，支管內(nèi)的流速水頭逐次減小，抵消了局部水頭損失，所以計算支管內(nèi)水頭損失時，可直接用沿程水頭損失來代替其總水頭損失，即h''''f=hw，式（4－20）可改寫為
滴頭選定后，滿頭的設(shè)計工作壓力可從滴頭性能表中查得。兩滴頭進(jìn)水口高程差（實(shí)際上就是兩滴頭所在地的地面高差）可以從系統(tǒng)平面布置圖中查取。則h''''f即可求出。利用公式h''''f=FfLQm／db，在其他參數(shù)已知的情況下反求管徑d，d就是該支管可選用的最小管徑的計算值。因管材的管徑已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。因此，還需按管材的標(biāo)準(zhǔn)管徑將計算出的管徑規(guī)范取整。對滴灌系統(tǒng)的支管，考慮到運(yùn)行與管理的方便，最大的管徑一般不超過100毫米，并且應(yīng)盡量使各支管取相同的管徑，至少也需在一個作業(yè)區(qū)中統(tǒng)一。對于固定管道式滴灌系統(tǒng)，地理支管的管徑可以不同，但規(guī)格不宜太多，同一條支管一般最多變徑兩次。（b）支管以上各級管道管徑的確定：一般情況下，這些管道的管徑是在滿足下一級管道流量和壓力的前提下按費(fèi)用最小的原則選擇的。管道的費(fèi)用常用年費(fèi)用來表示。隨著管徑的增大，管道的投資造價（常用折舊費(fèi)表示）將隨之增高，而管道的年運(yùn)行費(fèi)隨之降低。因此，客觀上必定有一種管徑，會使上述兩種費(fèi)用之和為最低，這種管徑就是我們要選擇的管徑，稱之為經(jīng)濟(jì)管徑。經(jīng)濟(jì)管徑中對應(yīng)的流速稱為經(jīng)濟(jì)流速。圖4-7就是用最小年費(fèi)用法計算經(jīng)濟(jì)管徑的原理示意圖。用這種方法確定管徑概念清楚，但計算相當(dāng)繁瑣，往往需要分別計算出多種管徑的年投資和年運(yùn)行費(fèi)，比較后再確定。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，許多優(yōu)化設(shè)計方法，如微分法、動態(tài)規(guī)劃法等已在管道灌溉管網(wǎng)的設(shè)計中得到應(yīng)用，具體方法可參閱有關(guān)書籍。對于規(guī)模不太大的滴灌工程，也可用式（4－22）、式（4－23）的經(jīng)驗(yàn)公式估算管道的直徑：
應(yīng)該指出的是，由于管道系統(tǒng)年工作小時數(shù)少，而所占投資比例又大。因此，一般在灌溉系統(tǒng)壓力能得到滿足的情況下，選用盡可能小的管徑是經(jīng)濟(jì)的，但管中流速應(yīng)控制在2.5～3米／秒以下。
③管道縱剖面設(shè)計：管道縱剖面設(shè)計應(yīng)在系統(tǒng)平面市置圖繪制后進(jìn)行，設(shè)計的主要內(nèi)容是確定各級固定管道在平面上的位置及各種管道附件的位置。管道的縱剖面應(yīng)力求平順，減少折點(diǎn)，有起伏時應(yīng)避免產(chǎn)生負(fù)壓。
ⅰ埋深及坡度：地埋管的埋深指管徑距地面的垂直距離，埋深應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、地面荷載和機(jī)耕要求確定。一般管道在公路下埋深應(yīng)為0.7～1.2米；在農(nóng)村機(jī)耕道下埋深為0．5～0．9米。地埋管的坡度主要視地形條件而定，同時也應(yīng)考慮地基好壞及管徑大小。一般在地形條件許可的情況下，管徑小、基礎(chǔ)穩(wěn)定性好的管道坡度可陡一點(diǎn)；反之應(yīng)緩些?？偟膩碚f，管道坡度不得超過1:1，通?？刂圃?:1.5～1:3以下。
ⅱ管道連接及附件：地埋管道的連接多采用承插或黏接的形式，轉(zhuǎn)向處用彎頭，分水處用三通或四通接頭，管徑改變處采用異徑接頭，管道末端用堵頭。為方便施工和安裝，同類管件應(yīng)考慮其規(guī)格盡量統(tǒng)一。
為了按計劃進(jìn)行輸水、配水、管道系統(tǒng)上應(yīng)裝置必要的控制閥。白果園中為了實(shí)現(xiàn)灌水的有效控制,設(shè)置了30多個電子閥.而且各級管道的首端還設(shè)了進(jìn)水閥或水分閥；當(dāng)管道過長或壓力變化過大時，設(shè)置節(jié)制閥。為保證管道的安全運(yùn)行，還安裝一些附設(shè)裝置。自壓系統(tǒng)的進(jìn)水口和各類水泵吸水管的底端應(yīng)分別設(shè)置攔污棚和濾網(wǎng)，管道起伏的高處應(yīng)設(shè)排氣裝置，自壓系統(tǒng)進(jìn)水閥后的干管上設(shè)高度高出水源水面高程的通氣管，管道起伏的低處及管道末端設(shè)泄水裝置，管道可能發(fā)生最大水錘壓力處設(shè)置安全閥。
2.3評價
從整體上來看,XX白果園的滴灌系統(tǒng)是建設(shè)的比較完善的一套滴水灌溉系統(tǒng),設(shè)計施工都符合現(xiàn)代滴灌的要求,是一套先進(jìn)的現(xiàn)代化滴水灌溉系統(tǒng)，而且產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效果。不過當(dāng)時考慮到經(jīng)濟(jì)條件的限制，其毛管采用了單行直線布置，灌水均勻度不高，鑒于對多種毛管布置形式的比較分析，筆者認(rèn)為百果園應(yīng)改進(jìn)為雙行毛管平行布置；而且其控制系統(tǒng)自動化程度不高，全園僅能使用微機(jī)控制電磁閥的開啟，不能精確實(shí)現(xiàn)作物的輪灌、對灌水時間和灌水量都不能實(shí)現(xiàn)有效的控制，故需進(jìn)一步對其控制系統(tǒng)加以設(shè)計改進(jìn)。正在建設(shè)的二期工程應(yīng)該吸收一期工程中的好的經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)一期工程中的不足，特別是應(yīng)該實(shí)現(xiàn)灌水的全自動控制。
3灌溉自動化控制系統(tǒng)
灌溉中的滴灌系統(tǒng)，能很方便實(shí)現(xiàn)自動化控制，灌水的自動化控制能有效的實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉，也是農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的要求。對微灌的自動化控制，根據(jù)控制系統(tǒng)運(yùn)行的方式不同，一般可分為手動控制、半自動控制和全自動控制三類：
①手動控制系統(tǒng)
系統(tǒng)的所有操作均由人工完成，如水泵、閥門的開啟、關(guān)閉，灌溉時間的長短，何時灌溉等等。這類系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，控制部分技術(shù)含量不高，便于使用和維護(hù)，很適合在我國廣大農(nóng)村推廣。不足之處是使用的方便性較差，不適宜控制大面積的灌溉。
②全自動控制系統(tǒng)
系統(tǒng)不要人直接參與，通過預(yù)先編制好的控制程序和根據(jù)反映作物需水的某些參數(shù)可以長時間地自動啟閉水泵和自動按一定的輪灌順序進(jìn)行灌溉。人的作用只是調(diào)整控制程序和檢修控制設(shè)備。這種系統(tǒng)中，除灌水器、管道、管件及水泵、電機(jī)外，還包括中央控制器、自動閥、傳感器（土壤水分傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、水位傳感器和雨量傳感器等）及電線等。
③半自動控制系統(tǒng)
系統(tǒng)中在灌溉區(qū)域沒有安裝傳感器，灌水時間、灌水量和灌溉周期等均是根據(jù)預(yù)先編制的程序，而不是根據(jù)作物和土壤水分及氣象資料的反饋信息來控制的。這類系統(tǒng)的自動化程度不等，有的一部分實(shí)行自動控制，有的是幾部分進(jìn)行自動控制。
為了對先進(jìn)的滴灌自動化控制系統(tǒng)有具體認(rèn)識和了解，下面我們將對滴灌的自動化控制作詳細(xì)介紹：
3.1滴灌首部控制樞紐
滴灌自動化系統(tǒng)的基本控制方法有：時間控制、水量控制和反饋控制三種。時間控制系統(tǒng)是按預(yù)定好的時間放水或關(guān)水；水量控制系統(tǒng)是按照設(shè)計的配水量放水或關(guān)水；反饋控制系統(tǒng)是根據(jù)灌區(qū)內(nèi)濕度感受器的反應(yīng)，然后將信號傳送到首部控制樞紐部分來關(guān)水或放水。滴灌系統(tǒng)更便于完全實(shí)現(xiàn)自動化，這在地多人少、勞力緊張的邊遠(yuǎn)地區(qū)，沙漠地帶的防護(hù)林區(qū)，鐵路路基沿線，經(jīng)濟(jì)力量雄厚的城郊蔬菜種植區(qū)顯得特別重要。目前，國外發(fā)達(dá)國家在滴灌區(qū)普遍使用了計算機(jī)管理系統(tǒng)，并通過專用的滴灌系統(tǒng)軟件來控制和檢測作物生長、土壤狀況和氣象趨勢，取得了良好的效果。大大提高了現(xiàn)代化的土壤水分、作物生長測定技術(shù)的可能性和實(shí)用性，具有農(nóng)藝上的綜合性，為人們充分利用現(xiàn)代化儀器設(shè)備在滴灌系統(tǒng)中應(yīng)用提供了巨大的潛力。滴灌系統(tǒng)軟件根據(jù)作物對水分的需求和土壤墑情制定出合理的灌溉計劃和作物管理計劃。
3.2作物生產(chǎn)管理計劃制定
控制軟件系統(tǒng)應(yīng)能提供一套科學(xué)的管理系統(tǒng)，它通過提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)以及減少用水量來提高水分利用效率，能給農(nóng)民及有關(guān)用戶提供一套針對灌溉方案制定作物生產(chǎn)管理的先進(jìn)、完善的管理系統(tǒng)，用戶能夠使用它獲得他們的每一塊農(nóng)田的土壤水分狀況圖，方便的數(shù)據(jù)資料存取能夠得到每一塊農(nóng)田的準(zhǔn)確土壤水分含量，還能夠確定準(zhǔn)確的日水分利用量，能夠給每塊農(nóng)田制定出合理的灌溉管理決策，能夠根據(jù)每一塊農(nóng)田各自的灌水量需求對不同農(nóng)田進(jìn)行灌溉優(yōu)先排序，以便制定優(yōu)化灌溉計劃使農(nóng)場或用戶獲得整體最高產(chǎn)量。
控制軟件系統(tǒng)應(yīng)能允許灌溉管理者根據(jù)作物水分需求和作物對灌溉的反應(yīng)制定合理的灌溉計劃，作為一個完整的灌溉計劃和作物生產(chǎn)管理軟件包，它能夠?qū)喔葲Q策的制定和作物管理進(jìn)行數(shù)據(jù)資料存儲、運(yùn)算處理、顯示輸出。土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)資料主要由中子探測儀、石膏電阻塊和張力計測定獲得。天氣數(shù)據(jù)資料由自動氣象站獲得，作物生長資料如籽粒大?。ㄖ睆剑⒅旮吆腿~片硝酸鹽含量等可直接田間測定，根據(jù)相應(yīng)的作物響應(yīng)，作物生長資料結(jié)合土壤水分資料能夠制定出合理的灌溉計劃，通過實(shí)際調(diào)查能夠提高作物產(chǎn)量、品質(zhì)和水分利用效率的管理技術(shù)能夠詳細(xì)地驗(yàn)證作物生長、土壤水分和氣候之間的關(guān)系，因此能很好地解決一些灌溉管理和作物生長問題，其中包括過量灌溉導(dǎo)致的灌溉水排滲問題、肥料向根部以下淋溶損失問題以及為了達(dá)到高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)目標(biāo)的籽粒重和穗粒數(shù)或結(jié)果率的控制管理問題。
3.3滴灌系統(tǒng)灌溉計劃制定
滴灌系統(tǒng)灌溉計劃一般是指確定何時進(jìn)行灌溉及應(yīng)該的灌溉量，灌溉計劃的應(yīng)用可消除代價巨大的不可預(yù)測的農(nóng)業(yè)災(zāi)害，如在作物生長臨界期由于土壤類型和作物自身生長能力，不同的農(nóng)田具有不同的土壤水分虧缺量和日水分利用量，因此不同的農(nóng)田需要不同的灌溉計劃。農(nóng)民通過土壤水分測定技術(shù)利用軟件處理和顯示不同層次土壤水分特征，能加深對發(fā)生于土壤內(nèi)的各種過程的理解，以便進(jìn)行更精細(xì)的灌溉計劃和灌溉管理決策的制定，以確保土壤水分總是保持作物生長所需的最佳含水量。
當(dāng)土壤水分和被作物利用的水分的準(zhǔn)確數(shù)量被測定后，通過軟件可以計算下一次滴灌的日期和準(zhǔn)確的灌水量，它將考慮當(dāng)前每天水分利用狀況、天氣變化和歷史資料來幫助管理者制定以后的灌水計劃。它把農(nóng)田從最干到最濕分為不同等級。了解需要灌溉補(bǔ)充的水量有助于協(xié)調(diào)不同用戶之間和同一用戶內(nèi)部的水分供給，充分了解雨后何時開始灌溉能使農(nóng)民最大限度地利用自然降水，而把灌水過多和灌水不及造成地危險減到最小。
3.4土壤水分時間圖和深度圖的應(yīng)用
3.4.1時間圖時間顯示某一指定土壤容積含水量、根區(qū)土壤含水量或作物響應(yīng)隨時間的變化。時間圖的基本顯示：直線表示根區(qū)土壤含水量的飽和點(diǎn)和需灌溉補(bǔ)充點(diǎn)；供給的和有效的灌溉和降雨情況；箭頭指示預(yù)測的灌溉日期；關(guān)于水分飽和點(diǎn)、需灌溉補(bǔ)充點(diǎn)、當(dāng)前和過去的土壤水分測定值及計劃安排的灌水日期和灌水量的總結(jié)表；作物生長及其對灌溉管理技術(shù)措施的響應(yīng)；該軟件所做的時間圖可進(jìn)行大小調(diào)整，通過調(diào)整縱坐標(biāo)軸上的最大值和最小值及橫坐標(biāo)上的日期范圍能夠把圖形中用戶想要的區(qū)域或作物生長期內(nèi)的某特定階段的圖形放大。圖形能夠進(jìn)行疊加來同時比較不同地點(diǎn)的田塊或不同年份的數(shù)據(jù)。當(dāng)季和前季的作物的生長，土壤水分和天氣資料的疊加圖形比較灌溉管理達(dá)到高度的協(xié)調(diào)一致。用戶可以選擇任何關(guān)鍵數(shù)據(jù)來建立相互作用關(guān)系圖。
3.4.2深度圖深度圖顯示土壤容積含水量沿土壤剖面隨深度的變化而變化的情況，通過該軟件和現(xiàn)代化儀器結(jié)合能夠迅速直接測定和分析土壤水的剖面分布情況。根區(qū)吸收水分模式可以在深度圖中看到，對深度圖分析能使農(nóng)民確定每一種農(nóng)作物包括塊根作物在土壤剖面中被研究的土壤體積范圍和土壤剖面的每一深度層的作物利用的水分?jǐn)?shù)量、土壤緊實(shí)度、土壤質(zhì)地變化、高石灰?guī)r含量、地下水位和鹽分等問題能夠通過對根部活動的仔細(xì)分析而發(fā)現(xiàn)。深度圖也可以用來確定滲入和排出土壤剖面的水分的運(yùn)動狀況及深度和數(shù)量，從中能夠給定灌溉飽和點(diǎn)和需灌溉補(bǔ)充點(diǎn)的準(zhǔn)確設(shè)計值。灌溉或降水后從土壤的根區(qū)排出的水分?jǐn)?shù)量能夠通過深度圖準(zhǔn)確測定，根據(jù)可以調(diào)節(jié)灌溉所用時間以避免水分從土壤剖面排出而損失，控制土壤剖面排出水的數(shù)量將防止地下水水位地升高和土壤養(yǎng)分的淋溶損失，同時也將降低灌水及滴灌水及抽水的成本。深度圖是一個非常有用的工具，能夠解決在不同類型土壤中灌溉水的水平和垂直運(yùn)動的關(guān)鍵問題，通過分別繪制灌溉前和灌溉后距滴管不同距離的各個點(diǎn)的土壤水分含量圖可比較灌溉水的運(yùn)動狀況，用戶能夠利用研究所得的結(jié)果來減少水分和肥料排滲，同時確保作物根系能夠一直得到適量的水分。
3.5軟件的程序特點(diǎn)
3.5.1程序結(jié)構(gòu)滴管軟件的數(shù)據(jù)存儲于一個樹狀結(jié)構(gòu)，這使得制定灌溉方案是查詢數(shù)據(jù)資料非常方便。管理人員可能負(fù)責(zé)管理幾個農(nóng)場或幾塊農(nóng)田，每個農(nóng)場或農(nóng)田可能有許多檢測點(diǎn)，每一個檢測點(diǎn)都有一套不同時間收集的實(shí)際測定的讀數(shù)記錄。輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過計算機(jī)軟件處理，能顯示有關(guān)每一單個田塊的詳細(xì)資料，還能夠向農(nóng)民分別顯示每一年的作物種植的詳細(xì)資料。能夠顯示農(nóng)場的每個監(jiān)測田塊或某一年份的每一監(jiān)測點(diǎn)的情況，指明灌溉飽和點(diǎn)和需灌溉補(bǔ)充點(diǎn)，當(dāng)前作物日水分使用情況，土壤水分平衡和預(yù)測出的三次灌溉的日期，土壤水分含量和作物日用水量的測定值，對未來作物在整個生長季節(jié)的長期的用水量作出估算。顯示某一具體的時期的每一深度層的土壤水分含量的讀數(shù)記錄和根區(qū)的總水分含量，同時顯示土壤水分需要量，中子儀測定并估算的日水分使用量。利用滴灌軟件可進(jìn)行數(shù)據(jù)資料綜合分析，從中總結(jié)重要的信息形成報告，以幫助制定每日的管理決策方案。同時也可以編輯出前幾個生長季的作物生長、水分管理。土壤等數(shù)據(jù)資料，并進(jìn)行綜合分析，為以后的灌溉方案制定提出更合理更完善的評價標(biāo)準(zhǔn)。該軟件程序的所以結(jié)構(gòu)層次能為所選擇的農(nóng)場、監(jiān)測點(diǎn)和某一日期建立報告。報告分為五種：深度圖、時間圖、記錄讀數(shù)報告。監(jiān)測點(diǎn)報告和灌溉計劃報告。用戶可以根據(jù)自己的需要已及自己微機(jī)系統(tǒng)對程序進(jìn)行修改編譯，選擇公制和英制計量單位進(jìn)行數(shù)據(jù)資料綜合分析，將田間測定得到的數(shù)據(jù)讀數(shù)記錄自動粘貼到?jīng)]一個具體的農(nóng)場欄、監(jiān)測點(diǎn)欄和日期欄。每一個監(jiān)測點(diǎn)的測定日期，時間及估計的水分日利用量能夠在粘貼之前輸入。
3.5.2數(shù)據(jù)輸入在讀數(shù)記錄屏幕中可以人工錄入和顯示田間實(shí)際收集的數(shù)據(jù)，如土壤水分張力計的讀數(shù)、作物籽粒大小。有關(guān)作物的數(shù)據(jù)可以測定得到，作物生長參數(shù)與土壤水分含量相關(guān)聯(lián)可以確定作物生長期的水分需求量。氣候數(shù)據(jù)資料可以人工輸入或由氣象站自動裝載。天氣數(shù)據(jù)參數(shù)的個數(shù)沒有限制，它可以與任一個作物生長測定值和任一水平的土壤水分含量相關(guān)聯(lián)制作相互作用關(guān)系圖。從氣象數(shù)據(jù)資料中可以得到蒸發(fā)損失的總水分量的數(shù)據(jù)并且把它與測定的日水分使用量相比較來調(diào)整該地區(qū)的作物灌溉計劃。
3.5.3軟件的數(shù)據(jù)處理利用滴管軟件可以計算使土壤剖面達(dá)到灌溉飽和點(diǎn)所需的準(zhǔn)確時間數(shù)。同時計算自從播種或其他生長時期（如發(fā)芽、開花等）以來的天數(shù)，使土壤水分能夠與過去多年的作物生長資料數(shù)據(jù)參數(shù)同步分析，以確定作物水分利用效率。使用作物累積日水分方程。能夠很好地評估作物總產(chǎn)量，尤其是對于玉米、小麥和棉花?？梢酝ㄟ^作物－水分方程和氣象資料估算理論產(chǎn)量。通過速率方程，計算作物生長速率。計算作物當(dāng)前日水分利用量占整個生長季日水分利用量地比例。同時也可計算不同水分含量地土壤水分變化速率，這些速率地變化表明土壤緊實(shí)問題和土壤干旱地程度。滴灌軟件可以分析某一作物在生長季內(nèi)日水分利用狀況地資料。結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)地土壤水分測定儀器使用，該軟件能夠指導(dǎo)我們最有效地利用有限的水資源獲得最大農(nóng)業(yè)效益。例如能夠確定每次灌溉的準(zhǔn)確時間和灌水量。同時減小過量灌溉和水分不足對產(chǎn)量的影響。建立各種不同作物之間水分利用及水分利用效率的差異；建立如不同品種、土壤緊實(shí)情況、不同的耕作史等不同條件下水分利用及水分利用效率的差異；建立現(xiàn)代耕作技術(shù)和傳統(tǒng)耕作技術(shù)條件下的水分利用效率的關(guān)系。確定灌溉和降水的利用效率，用以觀察分析根系吸收水分模式。有助于合理管理地下水和鹽化問題，能夠減少土壤養(yǎng)分的淋溶損失問題。建立土壤水分含量、作物長勢及天氣狀況的數(shù)據(jù)庫以使作物產(chǎn)量和質(zhì)量獲得持續(xù)穩(wěn)定的提高，使高效農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
3.6灌溉自動化控制系統(tǒng)
要實(shí)現(xiàn)灌水的自動化，必須有自動灌溉控制器，該裝置由土壤濕度傳感器、控制器和電磁閥組成，能夠按土壤墑情和作物需水特性實(shí)施自動灌溉（溝灌、噴灌、滴灌、滲灌），達(dá)到高產(chǎn)、高效、和節(jié)水的目的。適用于庭院花圃、苗圃、果園、菜地和農(nóng)地。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，庭院花圃、苗圃水分的自動灌溉倍受歡迎。它能省水省事，使花木生長更好。一畝庭院花圃、苗圃地投資1.0－1.5萬元，可以建立自動灌溉控制系統(tǒng)。自動灌溉控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)科學(xué)灌溉，節(jié)能、省水，使菜地和農(nóng)地產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高。智能化，精準(zhǔn)化灌溉技術(shù)是伴隨著計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、傳感器制造技術(shù)、塑料工業(yè)技術(shù)的提高而逐步實(shí)現(xiàn)的
自動化計算機(jī)灌溉控制系統(tǒng)大約在80年代初由雨鳥公司、摩托羅拉等幾家公司開發(fā)、研制成功，并投入使用。由于技術(shù)復(fù)雜、應(yīng)用難度大，價格高昂，這種控制設(shè)備最早應(yīng)用于高爾夫球場灌溉系統(tǒng)的控制上。90年代，計算機(jī)工業(yè)的硬件、軟件飛速發(fā)展，使得灌溉系統(tǒng)中央計算機(jī)系統(tǒng)操作難度越來越小，功能越來越豐富，價格也逐漸降了下來。這種系統(tǒng)在園林綠化上用得也越來越多了起來，雨鳥公司針對不同用途，研制、開發(fā)出了中央計算機(jī)控制系統(tǒng)：Maxicom
智能化灌溉中央計算機(jī)控制系統(tǒng)具有如下功能：
①動采集各種氣象數(shù)據(jù)，計算并記錄蒸發(fā)蒸騰量ET；
②根據(jù)前一天的ET值自動編制當(dāng)天灌溉程序并實(shí)施灌溉；
③可由連接的土壤濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、雨量傳感器等干涉程序，啟動、關(guān)閉、暫停灌溉系統(tǒng)；
④連接流量傳感器可自動監(jiān)測、記錄、警示由于輸水管斷裂引起的漏水及電磁閥故障；最大限度利用管網(wǎng)輸水能力；
⑤運(yùn)行程序而不起動灌溉系統(tǒng)（干運(yùn)行），測試程序合理性，不合理時預(yù)先修改；
⑥自動記錄、顯示、儲存各灌溉站的運(yùn)行時間；自動記錄、顯示、儲存?zhèn)鞲衅鞣答仈?shù)據(jù)，以積累資料，修改程序，修改系統(tǒng)等。
⑦頻繁灌溉功能：可將設(shè)計好的灌水延續(xù)時間分成若干時段，以便提供足夠的土壤入滲時間，減少坡地或粘性土地地面徑流損失。
⑧一套中央計算機(jī)系統(tǒng)可控制無數(shù)臺田間控制系統(tǒng)（稱為衛(wèi)星站），一套中央計算機(jī)控制系統(tǒng)可控制小到一個公園，大到上百個公園，甚至全城的所有灌溉系統(tǒng)。
⑨儲存數(shù)百套灌溉程序；一臺田間控制器（衛(wèi)星站）可使4個輪灌區(qū)獨(dú)立灌溉或同時灌溉。
⑩手動干涉灌溉系統(tǒng)：可在閥門上手動啟、閉系統(tǒng)，可在田間衛(wèi)星站上手動控制系統(tǒng)，也可在計算機(jī)上手動啟、閉任何一站，任何一個電磁閥?？煽刂乒喔认到y(tǒng)以外的其它設(shè)備，如：道路或公共場所燈光，大門、噴泉、水泵等
自動化中央計算機(jī)控制系統(tǒng)主要由中央計算機(jī)，集群控制器(CCU)，田間控制器（衛(wèi)星站），電磁閥構(gòu)成。中央計算機(jī)可裝置在任何一個地方。比如：一套中央計算機(jī)系統(tǒng)控制50個公園的灌溉系統(tǒng)。中央計算機(jī)可安裝在市園林局認(rèn)為合適的位置。CCU安裝在各個公園內(nèi)。中央計算機(jī)與CCU之間的通訊，可采用有線連接（近距離），無線連接，電話線連接或移動通訊方法連接。一臺CCU最多可連接28個田間控制器。CCU與田間控制器之間同樣可選上述數(shù)種通訊方式。由中央計算機(jī)到終端電磁閥的工作過程為：中央計算機(jī)編程，并將程序下達(dá)到CCU。CCU將各輪灌區(qū)灌溉控制程序再發(fā)到相關(guān)田間控制器。田間控制器依中央計算機(jī)制作的程序啟閉各輪灌區(qū)電磁閥。如下圖所示：
中央計算機(jī)上的初始程序由控制人員編制，之后，計算機(jī)每日自動收集由氣象站采集的氣象數(shù)據(jù)，計算ET值，并不斷對原有程序自動修改。如遇傳感器傳來異常信息（如降雨，過分干燥，系統(tǒng)漏水...），自動中斷或暫停程序，待異常情況排除后，繼續(xù)恢復(fù)程序運(yùn)行。
如果將智能泵站連接到中央計算機(jī)控制系統(tǒng)上，則效果會更好。這樣從水泵到電磁閥之間復(fù)雜的系統(tǒng)將由一個高度智能化的系統(tǒng)管理起來，可做到最大限度地節(jié)水、節(jié)能，最大限度地保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行，避免灌溉系統(tǒng)常發(fā)生的下列幾種問題：
①過量灌溉或灌水不足，浪費(fèi)水資源或不能滿足植物需水；
②管網(wǎng)破裂，漏失水；
③系統(tǒng)運(yùn)行壓力不合理；
④水泵運(yùn)行效率低下；
⑤地形起伏不平時或土壤入滲率低產(chǎn)生地面徑流，浪費(fèi)寶貴的水資源；
⑥降雨時，灌溉系統(tǒng)照常灌溉；
⑦管理、維護(hù)成本高。
3.7百果園灌溉的自動化控制設(shè)計
百果園一期工程灌水基本實(shí)現(xiàn)了半自動化控制，可以使用電腦控制各電磁閥的開啟。我們可在其基礎(chǔ)上加以改進(jìn)與提高，使其實(shí)現(xiàn)灌水的全自動化，具體見下：
3.7.1控制原理
自動化控制采用電子技術(shù)對田間土壤溫濕度、空氣溫濕度等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行采集，輸入計算機(jī)，按最優(yōu)方案，控制各個閥門的開啟及水泵的運(yùn)行狀態(tài)，科學(xué)有效地控制灌水時間、灌水量、灌水均勻度，為項目區(qū)作物提供一個良好的地、水、肥、氣、熱條件，促使其高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。同時進(jìn)行控制軟件及優(yōu)化灌溉制度的研究，最終形成灌溉專家決策系統(tǒng)。另外，通過變頻器控制改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)管道壓力，為管道、滴灌等其他灌溉工程的自動化提供依據(jù)。具體包括以下幾個方面：
①田間土壤含水量、鹽分、地溫、空氣溫度、濕度、降水、風(fēng)速、管道壓力等參數(shù)的自動化采集
②自動化控制設(shè)計安裝
③監(jiān)控軟件設(shè)計
④變頻系統(tǒng)設(shè)計，通過改變水壓力，為微噴、滴灌等工程的自動化提供依據(jù)
⑤系統(tǒng)運(yùn)行管理模式評價，包括系統(tǒng)評價、灌水指標(biāo)、灌溉制度等
3.7.2控制系統(tǒng)的組成
欲實(shí)現(xiàn)真正意義上的全自動控制，需要控制田間參數(shù)及對象很多，例如土壤濕度、鹽分、空氣溫度、相對濕度、降水量、風(fēng)速、管道壓力、閥門開啟、水泵電機(jī)旋轉(zhuǎn)等，都要送入控制器?？紤]到要控制的對象較多，又要滿足良好的人機(jī)界面要求，可以采用工業(yè)控制計算機(jī)作為整個控制系統(tǒng)的核心，來協(xié)調(diào)各部分的工作。
系統(tǒng)的組成如下圖所示,整個系統(tǒng)的工作主要工控機(jī)和變頻器兩部分來控制，其中變頻器主要用于控制水泵電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，工控機(jī)主要用來采集田間土壤及氣象指標(biāo)，按照設(shè)定的程序，控制各地塊中電磁閥的開啟，并通過變頻器控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的工作。
3.7.3監(jiān)控軟件監(jiān)控軟件是工控機(jī)能夠完成控制功能的重要基礎(chǔ)，監(jiān)控軟件設(shè)計的好壞直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性。根據(jù)項目要求及滴灌的特點(diǎn)，筆者建議百果園采用雨鳥公司的“Maxicom”中央控制系統(tǒng)，該軟件只需用戶輸入各地塊種植作物種類及種植日期，系統(tǒng)便會自動計算當(dāng)前作物所處生育期，確定出各自要求的土壤狀況及氣象信號，控制水泵電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及閥門的開啟，自動完成整個灌水過程，完全不需要人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)全自動控制。
該控制軟件在此所完成的主要功能及特點(diǎn)如下：
①自動采集田間數(shù)據(jù)：系統(tǒng)根據(jù)軟件中所預(yù)先設(shè)定的時間，自動地采集土壤濕度、溫度風(fēng)速、雨量等參數(shù)，進(jìn)行相應(yīng)的處理后，實(shí)時顯示在屏幕上。
②作物生育期的判斷：當(dāng)管理人員輸入各地塊所種植的作物及種植日期后，系統(tǒng)便根據(jù)計算機(jī)時鐘自動計算出各種作物已種植的天數(shù)，判斷出作物所處的生育期，自動查找資料庫中所存的原始資料，確定出當(dāng)前作物最適宜的土壤含水量及灌水定額。
③滴灌的全自動控制：系統(tǒng)采集田間及氣象數(shù)據(jù)后，將當(dāng)前各地塊土壤含水量與作物適宜含水量相比較，若土壤實(shí)際含水量小于作物要求下限值，便自動開啟該地塊的第一個電磁閥。進(jìn)行灌溉。達(dá)到所需灌水定額后，自動關(guān)閉第一個電磁閥，同時開啟下一個電磁閥，直到完成整個地塊的灌溉任務(wù)。灌溉過程中，若出現(xiàn)溫度過低、風(fēng)速過大以及降雨過程等天氣時，系統(tǒng)會自動暫停當(dāng)前的灌溉任務(wù)，并保存當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)氣象條件滿足時，繼續(xù)進(jìn)行未完成的任務(wù)。
④形式多樣的控制方式：全自動控制外，系統(tǒng)還允許管理人員采用半自動、手動等控制方式。全自動方式只需運(yùn)行人員輸入各地塊的作物信息，系統(tǒng)便會根據(jù)作物、土壤、氣象等條件自動完成灌溉的全過程，無需人工干預(yù)。所謂半自動方式，是指系統(tǒng)允許用戶根據(jù)實(shí)際情況控制開停機(jī)。用戶可人為啟動某個閥門，或某個地塊，甚至是所有地塊均輪灌一次。當(dāng)然這些操作全部都是通過鍵盤或鼠標(biāo)來完成的，而且在工控機(jī)屏幕上均有明顯的提示。所謂手動方式是指人工去開啟各個電磁閥，筆者建議百果園選用美國雨鳥公司生產(chǎn)的電磁閥：手動、電動兩用閥門，既可手動，又可電動，使用非常方便。當(dāng)手動打開某個電磁閥時，噴頭出水，主干管道壓力開始下降，系統(tǒng)會自動通過變頻器升高水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，維持管道壓力的恒定，直到完成灌溉任務(wù)。
⑤豐富的辦公自動化功能：系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，可自動生成各種定時、日、月、年報表，并通過打印機(jī)打印出來。其內(nèi)容包括各種氣象及土壤參數(shù)，可從各報表中得到土壤濕度變化曲線、日最高風(fēng)速、月平均氣溫、全年總降水量等原始資料，為用戶研究當(dāng)?shù)氐臍庀蠹巴寥雷兓闆r提供翔實(shí)的依據(jù)。
⑥良好的可維持性：可維護(hù)性是衡量軟件質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)之一，在編寫本系統(tǒng)時我們也充分考慮了這一點(diǎn)，例如用戶在種植一類新作物時，可能系統(tǒng)的資料庫中并沒有該作物，便無法確定其適宜土壤含水量和灌水定額。此時，用戶可按自定義按鈕，通過鼠標(biāo)各鍵盤輸出這些參數(shù)，系統(tǒng)便會根據(jù)用戶所定義的數(shù)值運(yùn)行。另外，用戶還可很方便地修改灌水定額、管道壓力等參數(shù)，滿足實(shí)際情況的需要。
⑥友好的人機(jī)界面：系統(tǒng)中大部分界面均為示意圖形，實(shí)時顯示各傳感器送來的數(shù)值及系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，一目了然。需要用戶操作的部分全部為中文界面，工作人員無需學(xué)習(xí)便可完成所有操作。另外，在任一界面下，用戶都可以通過按幫助按鈕得到相應(yīng)的提示，指導(dǎo)用戶完成相應(yīng)的功能。
3.7.4效果
百果園通過增加自動化控制系統(tǒng)后，灌水時間、灌水量和灌溉周期等完全根據(jù)果樹某些需水參數(shù)自動啟閉水泵和自動灌溉，人的作用僅僅是調(diào)整控制程序和檢修控制設(shè)備。既提高了水的有效利用率，又節(jié)省了人力，同時也提高了果樹的產(chǎn)量，可以產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效果。
3.8第二期工程的設(shè)想
正在建設(shè)第二期工程計劃今年完工，第二期工程的滴灌系統(tǒng)我建議基本上參照第一期工程建設(shè)，也采用滴噴灌相結(jié)合的方式，其水源計劃應(yīng)采用水塔蓄水，用以緩解枯水期水庫少水的矛盾，該可以區(qū)采用先進(jìn)的電腦全自動控制方式，實(shí)行精確灌水，管道布置采用固定式（干管、支管）和移動式（毛管）的有機(jī)結(jié)合。二期工程應(yīng)該吸收一期工程中的好的經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)一期工程中毛管布置形式的不足，還特別是應(yīng)該增加灌水的全自動控制部分，實(shí)現(xiàn)灌水的全自動化，精確控制作物的有效灌水。
4存在的問題及建議
通過對滴灌系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與認(rèn)識，筆者系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了滴灌這種先進(jìn)的果園節(jié)水灌溉方法，在實(shí)踐的基礎(chǔ)上深化了理論，并對滴灌和滴灌系統(tǒng)有一些不成熟的認(rèn)識與建議。
4.1滴灌的優(yōu)缺點(diǎn)
4.1.1百果園滴灌的優(yōu)點(diǎn)
4.1.1.1水的有效利用率高，在滴灌條件下，灌溉水濕潤部分土壤表面，可有效減少土壤水分的無效蒸發(fā)。同時，由于滴灌僅濕潤作物根部附近土壤，其他區(qū)域土壤水分含量較低，因此，可防止雜草的生長。滴灌系統(tǒng)不產(chǎn)生地面徑流，且易掌握精確的施水深度，節(jié)水效果達(dá)50%-90%。
4.1.1.2環(huán)境濕度低，滴灌灌水后，土壤根系通透條件良好，通過注入水中的肥料，可以提供足夠的水分和養(yǎng)分，使土壤水分處于能滿足作物要求的穩(wěn)定和較低吸力狀態(tài)，灌水區(qū)域地面蒸發(fā)量也小，這樣可以有效控制保護(hù)地內(nèi)的濕度，使果園中作物的病蟲害的發(fā)生頻率大大降低，也降低了農(nóng)藥的施用量。
4.1.1.3提高作物產(chǎn)品品質(zhì)，由于滴灌能夠及時適量供水、供肥，它可以在提高農(nóng)作物產(chǎn)量的同時，提高和改善農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，使果園的農(nóng)產(chǎn)品商品率大大提高，經(jīng)濟(jì)效益高。
4.1.1.4滴灌對地形和土壤的適應(yīng)能力較強(qiáng)，由于滴頭能夠在較大的工作壓力范圍內(nèi)工作，且滴頭的出流均勻，所以滴灌適宜于地形有起伏的地塊和不同種類的土壤。同時，滴灌還可減少中耕除草，也不會造成地面土壤板結(jié)。
4.1.2百果園滴灌的缺點(diǎn)
4.1.2.1滴灌的滴頭很容易堵塞和磨損，產(chǎn)生灌水的不均，嚴(yán)重影響節(jié)水效果。
4.1.2.2滴灌的各管道的壓力有所差異，會產(chǎn)生局部壓力過高而使管道容易損壞，滴頭的壓力不均甚至?xí)a(chǎn)生霧化，損壞滴頭，浪費(fèi)水資源。
4.1.2.3滴灌一般僅潤濕作物根系區(qū)土體的一部分，所以作物根系的發(fā)展可能限制在圍繞每一滴頭的濕潤區(qū)，這樣容易產(chǎn)生作物根系的腐爛，進(jìn)而引起作物倒伏。
4.1.2.4滴灌的管道布置要充分利用當(dāng)?shù)氐貏菖c地形，在原則的基礎(chǔ)上加以靈活運(yùn)用，如干管的布置、毛管的布置，取水方式等。
4.2滴灌的建議
4.2.1百果園應(yīng)加強(qiáng)灌水的自動化控制，保證各種果樹的精準(zhǔn)灌水，實(shí)現(xiàn)精確的節(jié)水灌溉
4.2.2滴灌的水量應(yīng)該有保證，應(yīng)該建一水塔蓄水，確?？菟诟鞣N果樹的需水要求
4.2.3滴灌的毛管布置應(yīng)采用單行帶環(huán)形狀態(tài)管布置和雙行平行布置相結(jié)合，確保果樹灌水均勻度。
4.2.4滴灌技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)該和其他節(jié)水灌溉技術(shù)相結(jié)合，互相補(bǔ)給，更好的發(fā)揮優(yōu)勢。
4.2.5國家應(yīng)鼓勵進(jìn)行滴灌技術(shù)的研究，加大科研推廣投入的力度，研制開發(fā)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的滴灌管材，解決滴頭易堵塞的難題等，滴水灌溉技術(shù)應(yīng)該在政府的規(guī)劃安排下，由政府投資和農(nóng)民出資相結(jié)的優(yōu)惠政策下在全國范圍鼓勵推廣發(fā)展。
關(guān)鍵詞：供熱；自動化控制；節(jié)能
0前言
天津市河北區(qū)金泰供熱中心建于2001年，是一所當(dāng)年立項，當(dāng)年設(shè)計，當(dāng)年施工，當(dāng)年竣工并投入運(yùn)行的大型集中供熱中心，該供熱中心設(shè)計供熱面積490萬平方米，承載天津市供熱總體規(guī)劃中的最大一片集中供熱區(qū)域。該項目的建設(shè)取代了小鍋爐房12個，為規(guī)劃新建的200萬平方米的居住區(qū)和現(xiàn)有的300萬平方米住宅區(qū)供暖，采用了較為先進(jìn)鍋爐集散控制系統(tǒng)和變頻調(diào)速，擁有先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備和巨大的擴(kuò)展功能。
1完善供熱中心DCS控制系統(tǒng)
1.1中心控制系統(tǒng)介紹
金泰供熱中心根據(jù)目前鍋爐配置情況，中心DCS控制采用2個操作員站、1個工程師站，鍋爐房公共部分及每臺鍋爐均設(shè)置了少量重要檢測點(diǎn)的后備儀表（公共部分的循環(huán)泵入口壓力、出口壓力、室外溫度、總管出水溫度、總管回水溫度、總管出口流量、各臺爐出口溫度、出口水壓、出口流量、爐膛溫度、爐膛負(fù)壓、聲光報警）和手操器（包括鼓、引風(fēng)手操、爐排手操、分層手操、循環(huán)泵手操），以保證投運(yùn)行試車和設(shè)備檢修期間，仍能夠保證鍋爐的基本運(yùn)行。
計算機(jī)集散控制系統(tǒng)采取了多可靠性措施，操作員站采用性能穩(wěn)定的工業(yè)PC機(jī)，且為冗余設(shè)計，在運(yùn)行中任何一個操作員站或任何一條網(wǎng)絡(luò)線出現(xiàn)故障，都不會影響鍋爐的正常運(yùn)行和操作。而DCS系統(tǒng)用于完成現(xiàn)場信號采集、回路調(diào)節(jié)、邏輯聯(lián)鎖、順序控制等基本操作功能的現(xiàn)場控制。
1.2中心DCS控制示意圖
圖1、圖2具體描繪了集散控制的基本組成結(jié)構(gòu)及金泰供熱中心的現(xiàn)況:
圖1集散控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)
1.3采用DCS控制的優(yōu)點(diǎn)
（1）人機(jī)界面好，便于操作管理
(2)系統(tǒng)高度的安全可靠；
(3)能達(dá)到最優(yōu)化管理；
(4)遠(yuǎn)距離控制與管理；
(5)利用充分的數(shù)據(jù)信息，科學(xué)節(jié)能運(yùn)行；
(6)系統(tǒng)構(gòu)成方便靈活，不僅易于擴(kuò)展，而且維修簡單；
(7)能與計算機(jī)和常規(guī)模擬儀表兼容，繼承它們的優(yōu)點(diǎn)。
1.4發(fā)展?jié)摿巴晟拼胧┆?/p>
1.4.1全面完善中心DCS軟硬件系統(tǒng)以發(fā)揮出最大效力
DCS系統(tǒng)以直觀的人機(jī)界面著稱，通過CRT圖形動畫顯示，可以直觀的了解鍋爐及各設(shè)備的運(yùn)行情況，便于正常啟動、合理操作和故障的排除，具體做法如下：
(1)完善、接入鍋爐的基本數(shù)據(jù)采集元件，如：爐膛壓力（壓力傳感器）、溫度（熱電偶）、出入水溫度（溫度傳感器或熱電阻），煙氧含量、出水流量（超聲波流量計）等，并且利用SUPCONJX-300X集散控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件開發(fā)出相應(yīng)的監(jiān)視畫面，以達(dá)到實(shí)時監(jiān)控功能。
圖2金泰供熱集散控制示意
(2)增加遠(yuǎn)紅外設(shè)備成像系統(tǒng)和室外溫度記錄裝置，使新增設(shè)備與DCS共用平臺對接，這樣可以充分在設(shè)備運(yùn)行期間24小時對所有電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控記錄，并且，通過室外溫度記錄裝置，在DCS中記錄全年室外溫度T0，以便正確調(diào)節(jié)及總結(jié)規(guī)律。確保正常運(yùn)行和人員合理配置。
(3)全面優(yōu)化SUPCONJX-300X集散控制系統(tǒng)軟件平臺，利用其系統(tǒng)組態(tài)（SCKey組態(tài)軟件）、圖形化組態(tài)（SCControl工具）、報表制作（SCForm軟件）、實(shí)時監(jiān)控（AdvanTrol軟件）等多功能綜合開發(fā)人機(jī)界面，增大DCS控制的直觀性，以便于使操作更合理。并且實(shí)現(xiàn)運(yùn)行記錄報表化打印，避免人工虛假填寫。
(4)在DCS控制系統(tǒng)中，完善目前運(yùn)行的投自動功能。根據(jù)室外溫度的變化和每天時段的不同，計算機(jī)自動改變鍋爐出口水溫的給定值，自動調(diào)整爐排轉(zhuǎn)速、調(diào)煤比，調(diào)整引風(fēng)機(jī)保持爐膛負(fù)壓始終維持在給定值附近，使鍋爐維持在最佳或次最佳的燃燒狀態(tài)。然而此狀況目前不太穩(wěn)定，原因在于鍋爐燃燒水溫反饋之間根據(jù)室外溫度的不同有一段不定的滯后時間，故造成風(fēng)煤比處于動態(tài)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致費(fèi)煤，熱效率不高，為解決此問題，必須采用模糊控制及人工智能，排除中間干擾環(huán)節(jié)，以達(dá)到平穩(wěn)、有效的燃燒控制。
(5)完善控制與連鎖功能。目前引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)及爐排、熱水循環(huán)泵為集中控制室與機(jī)旁兩地控制。鍋爐除渣機(jī)、灰渣水泵、軟水加壓泵及換熱循環(huán)泵為機(jī)旁就地控制。上煤系統(tǒng)為集中控制室與機(jī)旁兩地控制。另外，在聯(lián)鎖方面采取先引風(fēng)后鼓風(fēng)，再爐排的順序開機(jī)聯(lián)鎖，停機(jī)則反之。循環(huán)泵至少一臺啟動后，鍋爐才能投入運(yùn)行；當(dāng)所有循環(huán)泵停機(jī)時，鍋爐停爐。當(dāng)運(yùn)行鍋爐出口壓力極低或鍋爐水溫極高時，自動停爐聯(lián)鎖。循環(huán)泵及爐排事故停機(jī)時，聲光報警。引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、爐排采用變頻調(diào)速，由計算機(jī)自動調(diào)節(jié)。此類控制并無疑義，只是在集中顯示方面尚未體現(xiàn)，維修人員巡視量大，所以采用中央調(diào)度集中監(jiān)控設(shè)備起停及正常運(yùn)轉(zhuǎn)是必要的，這就需要在控制室DCS系統(tǒng)中完善上位機(jī)系統(tǒng)，從而節(jié)約人力。
1.4.2完善人工智能控制
鍋爐供熱控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，影響因素比較多，各因素之間相互影響、相互制約。而且鍋爐系統(tǒng)熱容性大、惰性強(qiáng)、安全性能要求高。因而就目前而言鍋爐控制完全依賴于自動化控制難度非常大，也是不現(xiàn)實(shí)的。為此要求我們采取在自控的基礎(chǔ)上增加人工智能部分。在自動控制狀態(tài)下，利用人的智能解決自控系統(tǒng)不能很好判斷的和處理的問題。用人工的知識經(jīng)驗(yàn)與自控系統(tǒng)相互配合共同搞好鍋爐控制。例如：煤在鍋爐中的燃燒在本自控系統(tǒng)中占有非常重要的地位。但不同的煤種、不同發(fā)熱量的煤、不同揮發(fā)分含量的煤、不同顆粒大小的煤可直接導(dǎo)致不同的鍋爐燃燒狀況。但煤樣經(jīng)過人工分析后，操作人員就可以在自動控制燃燒的狀況下，通過微機(jī)人工適當(dāng)?shù)卣{(diào)整爐排和鼓引風(fēng)轉(zhuǎn)數(shù)，而且還可以隨著鍋爐內(nèi)的負(fù)壓值和含氧量的不斷變化，必要時修正鼓引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)。
1.4.3完善DCS控制系統(tǒng)上位數(shù)據(jù)處理，發(fā)揮控制室的中央控制功能
中央控制室是一個集中控制的地方，在此處，可以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的集中管理，為此在目前現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上必須完善上位控制管理系統(tǒng)，以便實(shí)現(xiàn)控制的更加直觀有效。從而擴(kuò)大控制承載功能，為實(shí)現(xiàn)從鍋爐本體燃燒控制到無人職守?zé)崃φ緭Q熱的整體控制作擴(kuò)展。整體控制上位系統(tǒng)方案如圖3所示：
1.4.4完善DCS控制系統(tǒng)對各換熱站的分布式控制
各熱力站分散控制、中控室集中監(jiān)控、總體協(xié)調(diào)。即各熱力站根據(jù)本小區(qū)供熱的負(fù)荷變化和室外溫度變化，獨(dú)立的進(jìn)行本站一次網(wǎng)供水電動調(diào)節(jié)閥門（近端）或增壓泵（遠(yuǎn)端）的調(diào)節(jié)控制，在本站進(jìn)行監(jiān)控的同時，將本站的一次網(wǎng)供給水、壓力、溫度、熱量，二次網(wǎng)供回水溫度、壓力以及室外溫度等參數(shù)送往中央控制室；中央控制室根據(jù)各熱力站送來的工況信息和環(huán)境信息，對全網(wǎng)的水力平衡和熱力平衡狀況進(jìn)行分析，根據(jù)負(fù)荷要求以具體的方式向熱源發(fā)出熱源質(zhì)、量調(diào)節(jié)的申請，同時對各熱力站發(fā)出協(xié)調(diào)命令，以維持大網(wǎng)的水力平衡。
對熱力站控制對象進(jìn)行分析，目前各換熱站的控制主要是一次網(wǎng)側(cè)供水流量的調(diào)節(jié)控制，其次是二次網(wǎng)側(cè)的循環(huán)泵轉(zhuǎn)速控制和起?？刂啤＊?/p>
目前金泰供熱中心下屬26個熱力站，將來根據(jù)設(shè)計承載能力，還有更多的熱力站并入該中心。
完善目前中心對下屬站的分布式控制結(jié)構(gòu)；
金泰熱中心目前采用的是西門子監(jiān)控系統(tǒng)軟件，但只做了部分試點(diǎn)工程，根據(jù)試點(diǎn)分站，我們對中心控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)想完善，其結(jié)構(gòu)圖4：
圖4系統(tǒng)總圖
整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用兩臺冗余的服務(wù)器，兩個操作員站，一個管理工作站，一個工程師站及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、UPS、大屏幕投影儀等。系統(tǒng)運(yùn)行后，兩臺服務(wù)器一主一備同時運(yùn)行，實(shí)時連接所有的RTU站，并時時存儲所有數(shù)據(jù)，操作員站上可以看到所有RTU站的數(shù)據(jù)，并能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，通過工程師站可以對RTU程序進(jìn)行遠(yuǎn)程下載、調(diào)試、修改。自帶的OPC通訊協(xié)議與第三方監(jiān)控系統(tǒng)提供了方便的數(shù)據(jù)交換功能，先進(jìn)的遠(yuǎn)程通訊，可以通過調(diào)制解調(diào)器和通訊網(wǎng)絡(luò)方便的進(jìn)行系統(tǒng)遠(yuǎn)端訪問。詳細(xì)介紹見軟件說明。
DesigoInsight的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是以模塊化計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，并使用工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議。
該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)全面支持系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交集、控制及圖形用戶面等系統(tǒng)功能。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的軟件和硬件，該網(wǎng)絡(luò)能夠支持多種廣域網(wǎng)，可以將所有的節(jié)點(diǎn)連接成為一個整體的系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為TCP/IP，通過系統(tǒng)應(yīng)用程序可直接生成界面。同時該系統(tǒng)支持用全功能的圖形操作界面通過標(biāo)準(zhǔn)的撥號方式進(jìn)行遠(yuǎn)程組態(tài)和操作。
增設(shè)仿真模擬系統(tǒng)；
為了進(jìn)一步搞好大網(wǎng)的全網(wǎng)質(zhì)量雙調(diào)，我們在本項目中引入了RISE仿真系統(tǒng)，在物理上熱網(wǎng)仿真系統(tǒng)處于中央控制室計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的上位機(jī)工作站中，處于我們系統(tǒng)控制方案的最上層，它可以不僅提供熱網(wǎng)控制的仿真指導(dǎo)、故障診斷，也可以通過中控SCADA的控制系統(tǒng)，直接參與熱網(wǎng)的質(zhì)量雙調(diào)、全網(wǎng)控制。
仿真系統(tǒng)的功能作用如下：
根據(jù)熱網(wǎng)的設(shè)計參數(shù)而建立的原始熱網(wǎng)模型，在安裝、調(diào)試時，計算負(fù)荷及相應(yīng)的二次網(wǎng)側(cè)流量、一次網(wǎng)流量、閥門開度，以減少調(diào)試的時間。
提供熱網(wǎng)的水壓趨勢圖，向操作員提供在室外溫度變化、負(fù)荷變化時，進(jìn)行各種質(zhì)、量調(diào)節(jié)后熱網(wǎng)的水壓趨勢，以使操作員提前了解調(diào)節(jié)方案的結(jié)果。避免熱網(wǎng)水力、熱力失衡、系統(tǒng)振蕩。
在熱網(wǎng)負(fù)荷變化時，向操作員提供操作控制指導(dǎo)，以供操作員選擇。
通過中控監(jiān)控系統(tǒng)的控制程序直接參與控制，提供優(yōu)化的控制方案。
根據(jù)熱網(wǎng)的物理模型，對現(xiàn)有工況進(jìn)行分析，以診斷非正常的工況、故障等，如堵、漏、熱力站水力失衡等。
離線對操作員進(jìn)行熱網(wǎng)運(yùn)行操作培訓(xùn)，在不干擾熱網(wǎng)運(yùn)行的前提下，高效率對操作員進(jìn)行仿真培訓(xùn)。
2完善中心及各分站的變頻控制
2.1采用變頻控制節(jié)能分析
風(fēng)機(jī)，是傳送氣體裝置。水泵，是傳送水或其它液體的裝置。就結(jié)構(gòu)和工作原理而言，兩者基本相同?，F(xiàn)先以風(fēng)機(jī)為例加以說明。
2.1.1對風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，屬于減少空氣動力的節(jié)電方法
它和一般常用的調(diào)節(jié)風(fēng)門控制風(fēng)量的方法比較，具有明顯的節(jié)電效果。由圖5可以說明其節(jié)電原理：
圖中，曲線（1）為風(fēng)機(jī)在恒定轉(zhuǎn)速n1下的風(fēng)壓一風(fēng)量（H―Q）特性，曲線（2）為管網(wǎng)風(fēng)阻特性（風(fēng)門全開）。假設(shè)風(fēng)機(jī)工作在A點(diǎn)效率最高，此時風(fēng)壓為H2，風(fēng)量為Q1，軸功率N1與Q1、H2的乘積成正比，在圖中可用面積AH2OQ1表示。如果生產(chǎn)工藝要求，風(fēng)量需要從Q1減至Q2，這時用調(diào)節(jié)風(fēng)門的方法相當(dāng)于增加管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性變到曲線（3），系統(tǒng)由原來的工況點(diǎn)A變到新的工況點(diǎn)B運(yùn)行。從圖中看出，風(fēng)壓反而增加，軸功率與與面積BH1OQ2成正比。顯然，軸功率下降不大。如果采用變頻器調(diào)速控制方式，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1降到n2，根據(jù)風(fēng)機(jī)參數(shù)的比例定律，畫出在轉(zhuǎn)速n2風(fēng)量（Q-H）特性，如曲線（4）所示?？梢娫跐M足同樣風(fēng)量Q2的情況下，風(fēng)壓H3大幅度降低，功率N3隨著顯著減少，用面積CH3OQ2表示。節(jié)省的功率N=（H1-H3）×Q2，用面積BH1H3C表示。顯然，節(jié)能的經(jīng)濟(jì)效果是十分明顯的。
由流體力學(xué)可知，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，風(fēng)壓H與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率N與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。采用變頻器進(jìn)行調(diào)速，當(dāng)風(fēng)量下降到80%時，轉(zhuǎn)速也下降到80%，而軸功率N將下降到額定功率的51.2%,如果風(fēng)量下降到60%,軸功率N可下降到額定功率的21.6%,當(dāng)然還需要考慮由于轉(zhuǎn)速降低會引起的效率降低及附加控制裝置的效率影響等.即使這樣,這個節(jié)能數(shù)字也是很可觀的,因此在裝有風(fēng)機(jī)水泵的機(jī)械中,采用轉(zhuǎn)速控制方式來調(diào)節(jié)風(fēng)量或流量,在節(jié)能上是個有效的方法。
2.1.2水泵的節(jié)能原理
許多補(bǔ)水泵都維持恒壓的情況下改變給水量（流量Q）從圖6可知：當(dāng)流量Q1降至Q2若不改變水泵轉(zhuǎn)速,揚(yáng)程將升至B工作點(diǎn)，其功率可用H2*Q2來計算，對應(yīng)面積BH20Q2。原A工作點(diǎn)功率Q1*HT圖上面積AHTOQ1，兩者所耗功率變化不大，如果我們降低轉(zhuǎn)速至（2）即可節(jié)能Q2*H2－Q2*HT=Q2（H2－HT），圖DBH2HT的面積即是節(jié)能值。再如流量變至Q3若仍以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，所需功率Q3*H1，浪費(fèi)能量為FCH1HT。
圖6
與風(fēng)機(jī)節(jié)能原理相同水泵電機(jī)輸出功率正比于轉(zhuǎn)速三次方關(guān)系，用變頻器進(jìn)行調(diào)速，流量下降，可保持恒壓HT。若轉(zhuǎn)速下降至額定轉(zhuǎn)速的80%，軸功率下降至額定功率的51.2%,流量下降至Q3,若使揚(yáng)程恒定,可使轉(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速的70%,此時，軸功率是額定值的34.3%,節(jié)能達(dá)65.7%,經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。
2.2變頻器節(jié)能數(shù)據(jù)示例
下面舉例說變頻器應(yīng)用在鍋爐采暖系統(tǒng)上的節(jié)能效果。80T熱水鍋爐所用電機(jī)容量如下：
引風(fēng)機(jī)：380KW鼓風(fēng)機(jī)：90KW循環(huán)泵：315KW
爐排：1.5KW給水泵：15KW(一用一備)
本變頻控制柜可保證在供熱鍋爐正常工作的基礎(chǔ)上,同時達(dá)到節(jié)電、節(jié)煤以及環(huán)保的目的。
電機(jī)總?cè)萘?380+90+315+1.5+15=801.5KW
本鍋爐視為供熱水的條件下每天工作24小時、每月30天，本變頻控制柜在起爐高額區(qū)和恒溫運(yùn)行區(qū)的綜合節(jié)電率約在35%左右，由此：
（1）每月節(jié)電總量=801.5KW×35%×24×30=201974.4度，按每度電以0.6元計算，則：80T爐的節(jié)電資金：0.6×201974.4度?=121184.64元/每月。
（2）每月用煤量約為2400噸，按5%節(jié)能率計算：每月節(jié)煤量：2400T×5%=120噸，現(xiàn)按每噸煤400元計算，每月節(jié)煤資金：400元×120噸=48000元，每月節(jié)電節(jié)煤總額：121184.64?+48000=169184.64元。
2.3采用變頻控制優(yōu)點(diǎn)
（1）采用變頻調(diào)速，消除了大電動機(jī)啟動時對電網(wǎng)電壓的波動影響。
（2）采用變頻調(diào)速，消除了大電動機(jī)大電流啟動時的沖擊力矩對電機(jī)損壞。
（3）采用變頻調(diào)速，延長了電機(jī)、管網(wǎng)和閥門的使用壽命，減輕了維修人員的工作量，降低了維修費(fèi)用。
（4）提高了系統(tǒng)自動裝置的穩(wěn)定性，為系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行提供了可靠保證；系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)得到改善，提高系統(tǒng)效率。
綜上所述，供熱中心及各分站采用和恢復(fù)變頻控制是必要的，同時要求操作人員熟練掌握工作原理，以便正確操作合理維護(hù)設(shè)備。
3增加供熱系統(tǒng)管理信息化網(wǎng)絡(luò)平臺
3.1按需構(gòu)建VPN網(wǎng)絡(luò)
VPN有三種解決方案，分別是：遠(yuǎn)程訪問虛擬網(wǎng)（AccessVPN）、企業(yè)內(nèi)部虛擬網(wǎng)（IntranetVPN）和企業(yè)擴(kuò)展虛擬網(wǎng)（ExtranetVPN）。針對金泰中心要進(jìn)行企業(yè)內(nèi)部各分支機(jī)構(gòu)的互聯(lián)，認(rèn)為使用IntranetVPN是很好的方式。
VPN(VirtualPrivateNetwork)通稱為虛擬專用網(wǎng)。虛擬專用網(wǎng)指的是依靠ISP（Internet服務(wù)提供商）和其它NSP（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商），在公用網(wǎng)絡(luò)中建立專用的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。VPN兼?zhèn)淞斯娋W(wǎng)和專用網(wǎng)的許多特點(diǎn)，將公眾網(wǎng)可靠的性能、豐富的功能與專用網(wǎng)的靈活、高效結(jié)合在一起，是介于公眾網(wǎng)與專用網(wǎng)之間的一種網(wǎng)。
3.2VPN網(wǎng)絡(luò)的整體方案
3.2.1網(wǎng)絡(luò)設(shè)計結(jié)構(gòu)
供熱總公司與各中心及其下屬分片區(qū)采用星型結(jié)構(gòu)通過光纖介質(zhì)接入網(wǎng)通公司的IP城域網(wǎng),組成VPN專用網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互訪。出于對數(shù)據(jù)傳輸安全性的考慮，利用專用的路由器且要求網(wǎng)通公司利用IP城域網(wǎng)的交換設(shè)備劃分虛擬局域網(wǎng)（VLAN），使公司各點(diǎn)組成一個獨(dú)立的VLAN，成為真正意義上的VPN。各中心通過交換機(jī)組成以太網(wǎng)，通過路由器和總公司連接構(gòu)成VPN網(wǎng)絡(luò)平臺。
3.2.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)
根據(jù)應(yīng)用軟件的使用要求，整個系統(tǒng)設(shè)立三臺服務(wù)器。一臺Web服務(wù)器，一臺物流管理系統(tǒng)專用服務(wù)器，一臺收費(fèi)管理系統(tǒng)專用服務(wù)器。總公司內(nèi)部工作站通過四臺萬兆WS－4024交換機(jī)連接，為避免局域網(wǎng)內(nèi)部業(yè)務(wù)科室的工作站通過互聯(lián)網(wǎng)感染病毒，把需要連接互聯(lián)網(wǎng)的工作站劃分一個VLAN都統(tǒng)一接到TP－LinkSF3124P交換機(jī)上，考慮到在局域網(wǎng)內(nèi)部不同VLAN之間的通信量比較大，如果每一個數(shù)據(jù)包的傳輸都通過路由器，則隨著網(wǎng)絡(luò)上信息量的不斷增大路由器將不堪重負(fù)，并會成為整個網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。所以把TP－LinkSF3124P交換機(jī)接到具有三層交換技術(shù)的Cisco3550交換機(jī)再和Cisco3700路由器相連，從而減輕路由器的工作壓力?？偣韭酚善魍ㄟ^CiscoPIX515E防火墻和主干光纖連接，以防止病毒的侵入。各分公司的局域網(wǎng)由Cisco2600路由器和主干光纖連接，這樣構(gòu)成了熱力公司的VPN網(wǎng)絡(luò)平臺。
關(guān)鍵詞：污水處理廠自動化控制設(shè)備改造
1.污水處理可能對三峽庫來說還算是一個新星的行業(yè)，在三峽庫區(qū)新建的污水處理廠中，大部分設(shè)置了自動化控制系統(tǒng)，力求對整個污水處理過程實(shí)行全面監(jiān)控。但由于這項工作尚處在實(shí)踐摸索階段，與國外水平相比存在較大差距，主要問題是：
（l）主要控制設(shè)備功能不穩(wěn)定，特別是在線儀表的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性來看，不能完全達(dá)到由計算機(jī)控制的要求。
(2)自控水平低，距智能化自動控制還有很大差距。
(3)運(yùn)行條件變化范圍大，某些工藝環(huán)節(jié)尚在不斷調(diào)整。
(4)運(yùn)行操作人員尚不能對工藝進(jìn)行全方位控制操作。
由于以上條件限制，大多數(shù)污水處理廠的自控系統(tǒng)只能發(fā)揮監(jiān)視和對部分設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的功能。長壽污水處理廠針對以上問題，自2003年5月試運(yùn)行到現(xiàn)在來看，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行,并通過對部分設(shè)備的改造和完善，加之對現(xiàn)場運(yùn)行操作人員的技術(shù)培訓(xùn)，使中控室具有集中控制、監(jiān)視、現(xiàn)場故障報警等功能。操作人員可在中控室進(jìn)行操作，為安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。
2.長壽排水公司自控概況
長壽污水處理廠處理長壽區(qū)20萬人生活污水及工業(yè)廢水，我廠監(jiān)控系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)集中控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括1個監(jiān)控中心（中控室）、6個現(xiàn)場PLC站（模擬屏PLC0、配電間站PLC1加藥間站PLC2、脫水間PLC3、PLC4站和紫外光PLC5站）。配電間站主要控制提升泵站、格柵井、沉砂池、氧化溝、二沉池、回流泵站、剩余泵站、貯泥池的自動運(yùn)行；模擬屏站主要對模擬屏的數(shù)據(jù)處理控制；加藥間站主要是對加藥間的自動控制；脫水間2個站分別對1號和2號脫水機(jī)進(jìn)行自動控制，紫外光站是對紫外光消毒系統(tǒng)進(jìn)行控制。中控室則對全廠設(shè)備的控制操作及監(jiān)視?，F(xiàn)場分站采用的PLC可編程控制系統(tǒng)是美國AB公司以太網(wǎng)系統(tǒng)。
3.對設(shè)備的改造與完善
長壽污水處理廠從試運(yùn)行以來，由于現(xiàn)場電氣及機(jī)械設(shè)備存在一些問題，直接影響了自控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。根據(jù)存在的問題，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況及工藝要求，對自動化控制系統(tǒng)的現(xiàn)場控制設(shè)備進(jìn)行了部分技術(shù)改造。
3.1對現(xiàn)場一些設(shè)備進(jìn)行改造
由于我廠增加了一臺脫水機(jī)和PLC柜，為了把新增的這臺脫水機(jī)PLC柜的運(yùn)行信號聯(lián)到中控室，避免重新進(jìn)行布線。使用交換機(jī)聯(lián)接兩臺脫水間PLC柜，通過一根信號線接到中控室交換機(jī)。改造現(xiàn)場和配電機(jī)曝氣機(jī)的二次控制回路，解決了中控室不能控制曝氣機(jī)啟停的問題。
1號2號氧化溝的變頻曝氣機(jī)由于控制轉(zhuǎn)換開關(guān)處在開關(guān)柜
控制和機(jī)旁控制方式時，變頻器模擬量4～20mA電流輸入電路斷開，使得不能輸入變頻器運(yùn)行頻率，變頻器控制失效，不能運(yùn)行。經(jīng)考慮，短接模擬量電流輸入的轉(zhuǎn)換開關(guān)控制回路。
變頻器頻率信號（模擬量）、運(yùn)行信號（開關(guān)量）沒有輸出給
PLC，使得上位機(jī)無法判斷曝氣機(jī)是否運(yùn)行。過后經(jīng)自動化人員改進(jìn)后，只給出變頻器頻率信號（模擬量），運(yùn)行信號可有可無（開關(guān)量）。
3.2對PLC源程序的修改、優(yōu)化
試運(yùn)行中，我廠由于采用的是巡檢制度，將各分散值班點(diǎn)集中到中心控制室值班操作。所以必須對比較重要的報警參數(shù)根據(jù)實(shí)際情況做進(jìn)一步的修改。通過對PLC可編程控制器的源程序進(jìn)行修改、編譯，主要是啟停液位、報警液位、邏輯控制、出水流量、加藥間液位、提升泵站液位差等。不僅實(shí)現(xiàn)了設(shè)備按工藝流程運(yùn)行的要求，而且機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的準(zhǔn)確性、安全性有了很大提高，電氣故障大為減少。故障點(diǎn)檢查也很方便，大大降低了電氣設(shè)備的故障率，使現(xiàn)場自動運(yùn)行更加穩(wěn)定。更主要的是為自動化控制的順利實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了條件。
另外對高壓配電系統(tǒng)和一套獨(dú)立的監(jiān)控系統(tǒng)，如出現(xiàn)任何故障不僅有指示燈光報警，而且還配有語音報警系統(tǒng)，使值班人員一目了然，可清楚地判斷故障發(fā)生的部位并做及時處理，避免事故的發(fā)生。
3．4安裝視頻監(jiān)視系統(tǒng)的
為了讓操作人員真正在中控室控制全廠、監(jiān)視全廠、管理全廠，長壽污水處理廠于2002安裝了BAXALL系列攝像機(jī)視頻監(jiān)視系統(tǒng)。它配合原有的自控儀表，對進(jìn)水粗格柵、細(xì)格柵、提升泵、排砂泵、攪拌機(jī)、砂水分離機(jī)、氧化溝曝氣機(jī)、二沉池、回流泵站、剩余污泥泵站、脫水間、辦公室等10多個場所的現(xiàn)場情況，進(jìn)行24小時全天候監(jiān)視。
這套視頻監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行可靠。在中控室里，通過對攝像機(jī)的遙控?？梢员O(jiān)視全廠20多個部位工藝設(shè)備的運(yùn)行情況。如果按工藝流程在現(xiàn)場巡查一遍，需要30分鐘左右，而通過視頻監(jiān)視系統(tǒng)，幾分鐘就可以對全廠工況瀏覽一遍，大大提高了工作效率。
3.5提升泵站和格柵井的控制
污水提升泵站安裝兩臺潛水泵一用一備，在上位機(jī)設(shè)定常用/備用，按如下原理進(jìn)行控制：
當(dāng)泵站內(nèi)水位達(dá)到1.70m時，一臺泵啟動；
當(dāng)水位降至0.80m時，水泵停機(jī)，并發(fā)出報警信號。
粗、細(xì)格柵分別有時間控制/液位差控制，2種控制方法，我廠現(xiàn)在用的是時間控制。
格柵井安裝粗、細(xì)格柵機(jī)兩臺，運(yùn)行依據(jù)其前、后超聲波液位差計測得的水位差進(jìn)行控制。
當(dāng)粗格柵機(jī)前，后超聲波液位差計測得的水位差超過20cm，粗格柵機(jī)、皮帶輪輸送機(jī)自動開機(jī)。
當(dāng)粗格柵機(jī)前，后超聲波液位差計測得的水位差降至10cm，粗格柵機(jī)、皮帶輪輸送機(jī)自動停機(jī)。
當(dāng)細(xì)格柵機(jī)前，后超聲波液位差計測得的水位差超過30cm，細(xì)格柵機(jī)、螺旋輸送機(jī)，壓榨機(jī)自動開機(jī)。
當(dāng)細(xì)格柵機(jī)前，后超聲波液位差計測得的水位差降至20cm，細(xì)格柵機(jī)、螺旋輸送機(jī)，壓榨機(jī)自動停機(jī)。
粗格柵、細(xì)格柵還可以通過在上位機(jī)設(shè)定運(yùn)行、停止間隔時間的方式定時開啟停止。當(dāng)格柵每運(yùn)行15分鐘后停15分鐘。皮帶輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)與格柵聯(lián)動，及格柵運(yùn)行時，同時運(yùn)行。
兩組渦流沉砂池，每組渦流沉砂池內(nèi)安裝一臺攪拌機(jī)和排砂泵，攪拌機(jī)長期運(yùn)行。排砂泵把池底的污物抽送至砂水分離器。排砂泵每運(yùn)行10分鐘后停20分鐘，時用，砂水分離器與排砂泵同時工作，以上設(shè)備均可在中心控制室監(jiān)控。
3.6氧化溝的自動控制
本工程氧化溝設(shè)兩組，日處理污水能力40000m3/d，每組氧化溝設(shè)計日處理能力2萬m3/d。每組氧化溝PDSL-325（C）型倒傘型表面曝氣機(jī)三臺，其中1#，3#機(jī)組為恒速，逆時鐘方向運(yùn)轉(zhuǎn)，單臺機(jī)組充氧量為119kgO2/h；2#機(jī)組為變頻調(diào)速，順時針方向運(yùn)轉(zhuǎn)，單臺機(jī)組充氧量為23～119kgO2/h，電機(jī)功率均為55KW；每組氧化溝安裝兩臺溶解氧檢測儀（DO儀）和一臺污泥濃度檢測儀（MLSS儀），一臺DO儀和MLSS儀安裝在接近出水口處，另一臺DO儀安裝在缺氧區(qū)。另一組氧化溝設(shè)備與該組氧化溝對稱，倒傘型表面曝氣機(jī)的運(yùn)行按照氧化溝內(nèi)溶解氧值（DO值）進(jìn)行自動控制，其DO值以接近出水口處的DO儀的測定值為準(zhǔn)。
當(dāng)DO值在0.2mg/L<DO值<1.2mg/L范圍內(nèi)時三臺電機(jī)都開啟；當(dāng)DO值在1.2mg/L<DO值<3.0mg/L范圍內(nèi)時開一臺恒速機(jī)和一臺變頻調(diào)速機(jī)；其中變頻調(diào)速機(jī)的調(diào)速頻率分為五段（頻率隨著DO值減小而增大）；當(dāng)DO值在3.0mg/L<DO值<4.0mg/L范圍內(nèi)時只開一臺恒速機(jī)。如果DO值不在以上范圍內(nèi)那么開一臺恒速機(jī)和一臺變頻調(diào)速機(jī)（頻率固定）。
氧化溝內(nèi)設(shè)一臺污泥濃度（MLSS）測定儀，將MLSS測定儀測定值傳送至中控室，用于調(diào)節(jié)活性污泥回流泵站及電動套筒閥的運(yùn)行。
氧化溝內(nèi)安裝的各檢測儀器（如DO儀、MLSS儀）的數(shù)據(jù)，由PLC1進(jìn)行采集。然后PLC1將采集的數(shù)據(jù)通過控制層網(wǎng)絡(luò)送至中控室用于控制相關(guān)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.7回流泵站的自動控制
污泥回流泵站安裝潛水軸流泵兩臺，按如下原理進(jìn)行控制：
在泵站出水側(cè)及吸水側(cè)（套筒閥井處）各設(shè)一臺超聲波水位計，出水側(cè)設(shè)兩個水位，一個正常水位7.8m，一個報警水位8.4m,吸水側(cè)設(shè)四個水位，一個正常水位5.30m，一個啟動水位5.00m，一個高限報警水位5.80m，一個低限報警水位4.40m；
當(dāng)兩個氧化溝的污泥濃度同時高于3000mg/L時，開啟1臺污泥回流泵，如果其中任何一個氧化溝的污泥濃度低于3000mg/L時只開啟2臺污泥回流泵。
本控制程序能使兩泵交替工作（統(tǒng)計工作時間），負(fù)荷均等，從而延長二泵工作壽命。
3.8剩余泵站和貯泥池的自動控制
本泵站安裝100QW70-7-3型潛水排污泵一臺，其工作原理如下：
當(dāng)貯泥池液位低于2.0m時,剩余污泥泵自動開啟。當(dāng)貯泥池液位高于4.5m時，剩余污泥泵站剩余污泥泵根據(jù)液位計信號自動停止運(yùn)行，貯泥池液位在中心控制室顯示及報警。另外，當(dāng)貯泥池水位計超過貯泥池設(shè)定的最高水位或最低0.5m時，水泵亦由中控室控制自動切斷水泵電源，泵站停止工作。
貯泥池安裝超聲波液位計，當(dāng)液位為1.5m時，向脫水間PLC發(fā)出污泥泵停泵停止運(yùn)行信號。
3.9加藥間的自動控制
溶解、溶液池為兩組，每組2m；每組內(nèi)安一臺攪拌機(jī)，和超聲波液位計一套，工況一用一備；
溶解池加料加水后，攪拌機(jī)工作15分鐘，攪拌機(jī)停車，溶液池的液位預(yù)報警（液位現(xiàn)場確定）；
當(dāng)一格溶解池最低液位時（液位現(xiàn)場確定），自動關(guān)停藥液輸出電磁閥同時開啟另一溶液池的電磁閥；
FeCl3液按照出水流量計信號自動調(diào)節(jié)頻率，手動調(diào)節(jié)沖程控制投加量，使其出水水質(zhì)達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。
3.10紫外光的自動控制
紫外光消毒采用的是德國威得高系統(tǒng)，控制方式采用的是液位控制，并由液位控制出水的電動閥門自動行動，使液位始終保持在1.7m，紫外光燈啟動±5%左右。
3.11脫水間的自動控制
脫水間加藥池設(shè)有一液位探頭，當(dāng)液位低于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)時，脫水機(jī)停止。
脫水機(jī)的控制主要還是以人工控制為主，操作人員在PLC柜在啟停各個設(shè)備。
3.12現(xiàn)場儀表的控制
我廠的主要儀表有：液位計、進(jìn)水PH值、溶解氧、污泥濃度、COD在線儀、濁度儀、出水流量計（其中大部分的在線儀表都自帶得有溫度計）。顯示的具體形式以具體數(shù)值顯示為主，操作人員可直觀地讀取各種數(shù)據(jù)。
3.13高壓配電系統(tǒng)監(jiān)視功能
此功能主要是對高壓配電及供電系統(tǒng)的開關(guān)是合是斷，通過在上住機(jī)（CRT）顯示來提示有關(guān)人員。具體顯示以示意圖的形式實(shí)現(xiàn)。
3.14時間累計、故障次數(shù)和報警功能
主要功能是對所有設(shè)備運(yùn)行的時間進(jìn)行統(tǒng)計。報警功能是對設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)的故障都有燈光和聲音提示，準(zhǔn)確及時地提示操作人員哪臺設(shè)備出現(xiàn)了故障。故障出現(xiàn)時，運(yùn)行設(shè)備立即停止運(yùn)行。此部分功能的實(shí)現(xiàn)，為有關(guān)人員確定設(shè)備大修時間及日常保養(yǎng)次數(shù)提供了依據(jù)。
4.自控系統(tǒng)的使用效果
4.1快速準(zhǔn)確地反映運(yùn)行異常情況
當(dāng)現(xiàn)場現(xiàn)出任何的異常情況，可通過監(jiān)控系統(tǒng)和上位機(jī)系統(tǒng)一目了然的看出問題。有設(shè)備出現(xiàn)故障、上位機(jī)同時報警并停止該設(shè)備的運(yùn)行，相應(yīng)地計算機(jī)作故障情況記錄，方便設(shè)備故障排除、管理、維護(hù)等。
4.2促進(jìn)了職工技求素質(zhì)的提高
實(shí)行自控，運(yùn)行人員合并值班操作，對職工素質(zhì)的要求也相應(yīng)地變?yōu)閺?fù)合型，這就進(jìn)一步激發(fā)了職工特別是青年職工學(xué)文化、學(xué)技術(shù)的積極性。
4.3為降低運(yùn)行成本創(chuàng)造了條件
關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)組；調(diào)速自動控制系統(tǒng)
水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速自動控制系統(tǒng)經(jīng)歷了機(jī)械液壓式調(diào)速器、模擬式電液調(diào)速器和數(shù)字式電液調(diào)速器幾個發(fā)展階段，取得了長足的發(fā)展。但是，隨著大容量機(jī)組和大型互聯(lián)電力系統(tǒng)的出現(xiàn)及其對電力系統(tǒng)自動控制要求的提高，對水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速自動控制系統(tǒng)(以下簡稱“調(diào)速系統(tǒng)”)提出了更高的要求，出現(xiàn)了許多需要解決的新問題。如自動發(fā)電控制(AGC)自動控制機(jī)組有功功率時調(diào)節(jié)品質(zhì)問題，發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定的作用問題等[1]。
1、水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速自動控制系統(tǒng)存在的問題
(1)機(jī)械液壓式調(diào)速器和模擬式電液調(diào)速器，一般都沒有有功功率反饋，機(jī)組有功功率調(diào)節(jié)由運(yùn)行人員手動調(diào)節(jié)調(diào)速器的頻率給定的大小來實(shí)現(xiàn)。由于運(yùn)行人員的智慧和經(jīng)驗(yàn)，有功功率的手動調(diào)節(jié)是穩(wěn)定的。近年來，隨著電力系統(tǒng)自動控制技術(shù)水平的提高，AGC進(jìn)人了實(shí)用化階段，要求機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)能夠根據(jù)AGC給出的有功功率值自動控制機(jī)組的有功功率.為了適應(yīng)這種要求，出現(xiàn)了發(fā)電機(jī)組有功功率控制裝置。這種裝置接受AGC給出的應(yīng)發(fā)有功功率指令，作用于機(jī)組調(diào)速器。由于調(diào)速器固有特性和控制策略方面的問題，有功功率控制裝置自動控制機(jī)組有功功率時，或表現(xiàn)為超調(diào)量大、擺動時間長，或表現(xiàn)為調(diào)節(jié)“遲鈍”。一時間，機(jī)組有功功率自動控制的調(diào)節(jié)品質(zhì)成了水電站自動化領(lǐng)域里的一個突出問題。盡管通過控制策略的改進(jìn)，使問題得到了一定程度的改善，但仍沒有達(dá)到理想水平。有的研究者將機(jī)組有功功率反饋引人了調(diào)速器，根據(jù)AGC給定的功率和實(shí)發(fā)有功功率的偏差來調(diào)節(jié)機(jī)組有功功率，但“調(diào)節(jié)信號繞過了PID，繞過了軟反饋”，因此這種控制模式也很難使調(diào)節(jié)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。
(2)控制策略較落后，不能實(shí)現(xiàn)功率控制、開度控制、頻率控制的要求和合理切換，不能實(shí)現(xiàn)頻率故障、開度故障等容錯控制策略。
(3)不能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的一次調(diào)頻功能，不能達(dá)到一次調(diào)頻對頻率死區(qū)、永態(tài)轉(zhuǎn)差率、響應(yīng)滯后時間等動作參數(shù)的要求。
(4)原調(diào)速器在試驗(yàn)時需外接多個試驗(yàn)器材，試驗(yàn)程序和方法較繁瑣，數(shù)據(jù)記錄不方便。
2、缺少對電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的作用的考慮
2.1機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)欠完善
目前，電力系統(tǒng)中運(yùn)行的水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)，除了前面分析的頻率反饋不完善。沒有有功功率反饋以外，沒有發(fā)電機(jī)功角反饋參與是機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)不能對電力系統(tǒng)穩(wěn)定起作用的重要原因之一。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)功角變化是反映機(jī)組轉(zhuǎn)速和有功功率變化最敏感的參數(shù)。另外，發(fā)電機(jī)端電壓和無功功率變化也影響機(jī)組轉(zhuǎn)速和有功功率。因此，應(yīng)當(dāng)設(shè)計具有發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速(而不是發(fā)電機(jī)端電壓的頻率)、有功功率、功角、端電壓和無功功率參與控制的發(fā)電機(jī)組調(diào)速自動控制系統(tǒng)。初步理論分析已經(jīng)證明這種調(diào)速系統(tǒng)對于抑制機(jī)組頻率和有功功率搖擺、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性具有明顯作用。
2.2調(diào)速器存在死區(qū)
電液調(diào)速器的機(jī)械液壓隨動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在機(jī)械反饋(包括杠桿式反饋和直連式反饋)導(dǎo)致調(diào)速器存在死區(qū)。死區(qū)的存在直接影響了機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，使其難以對電力系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)揮作用。因此，簡化電液調(diào)速器機(jī)械液壓隨動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，去掉機(jī)械反饋參與調(diào)速控制，根除調(diào)速器的死區(qū)，應(yīng)該成為調(diào)速器研究的主要問題之一。如果做到這一點(diǎn)，就為調(diào)速器在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中發(fā)揮更大的作用奠定了基礎(chǔ)。
3、完善水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速自動控制系統(tǒng)的對策
3.1協(xié)聯(lián)關(guān)系運(yùn)行提高了機(jī)組運(yùn)行效率
電站較早時不能準(zhǔn)確采集機(jī)組水位信號，且當(dāng)時的控制器模擬量通道受限制未接入水位信號。改造后調(diào)速器接入水位信號并設(shè)置導(dǎo)葉與槳葉的協(xié)聯(lián)關(guān)系數(shù)據(jù)，按協(xié)聯(lián)關(guān)系減少了水輪機(jī)的綜合耗水率，提高了水輪機(jī)的運(yùn)行效率。
3.2協(xié)聯(lián)關(guān)系運(yùn)行減輕了機(jī)組振動擺動
水輪發(fā)電機(jī)組的振動擺度過大不但會影響機(jī)組的正常安全穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重時甚至?xí)饳C(jī)組和廠房的損壞，造成嚴(yán)重后果。電站曾采取一些措施來減輕振動，未能取得良好的效果，主要原因是機(jī)組未按協(xié)聯(lián)關(guān)系運(yùn)行，機(jī)組上導(dǎo)、推力、上機(jī)架等多個部位的振動擺動值較大。改造后導(dǎo)葉、槳葉在協(xié)聯(lián)關(guān)系下運(yùn)行，在試驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行中通過手測與在線監(jiān)測系統(tǒng)觀察機(jī)組各部的振動擺動均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，提高了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行程度，提高了水輪發(fā)電機(jī)組壽命[2]。
3.3改變控制結(jié)構(gòu)，提高了控制調(diào)節(jié)性能
原調(diào)速器位移反饋信號取自中間接力器，液壓隨動由多級放大組成，機(jī)械液壓部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜、元件較多，調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)性較差，接力器不動時間、甩負(fù)荷動作時間等數(shù)據(jù)不能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。通過改變調(diào)速器的反饋結(jié)構(gòu)和方式，在導(dǎo)葉、槳葉的接力器和引導(dǎo)閥處安裝不同類型的位移傳感器，與原中間接力器共同形成多個閉環(huán)反饋回路，不改變調(diào)速器的機(jī)械液壓部分，利用控制系統(tǒng)的軟、硬件多閉環(huán)反饋提高了調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度、速動性和穩(wěn)定性。
3.4監(jiān)控系統(tǒng)和在線監(jiān)測系統(tǒng)的功能完善
通過PCC的模擬量輸出模塊和雙路配電器分別將導(dǎo)葉開度、槳葉開度信號送往機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)和在線監(jiān)測系統(tǒng)，在正常運(yùn)行及事故情況下便于對事件進(jìn)行分析，完善了監(jiān)控系統(tǒng)和在線監(jiān)測系統(tǒng)的功能。
4、結(jié)論
改善水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速自動控制系統(tǒng)中頻率和功率反饋;增加功角、機(jī)端電壓和無功功率反饋參與機(jī)組調(diào)速自動控制;開發(fā)合理控制方式;簡化電液調(diào)速器機(jī)械液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，根除調(diào)速器死區(qū);應(yīng)該成為水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器研究的主要問題。如果這樣做了，就可以提高機(jī)組調(diào)速自動控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，更充分地發(fā)揮調(diào)速器的作用。這不僅對提高電力系統(tǒng)頻率的質(zhì)量有益.而且也會對電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制起更大作用。
參考文獻(xiàn)：
