本實(shí)用新型屬于農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種管道灌溉恒壓監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，噴微灌(噴灌和微灌)是目前世界上應(yīng)用最廣泛的節(jié)水灌溉工程技術(shù)之一，具有節(jié)水、增產(chǎn)、節(jié)地、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并向著低能耗、精準(zhǔn)灌溉、自動(dòng)化控制、多目標(biāo)利用等方向發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)截止2014年底，我國(guó)節(jié)水灌溉工程總面積為2901.9萬(wàn)hm²，其中噴微灌面積為784.4萬(wàn)hm²，占總節(jié)水灌溉工程面積的27％。灌水均勻度是噴微灌工程設(shè)計(jì)中衡量灌水質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，對(duì)灌溉作物增產(chǎn)及節(jié)水效果具有重要的影響。目前管道灌溉是通過(guò)控制管網(wǎng)壓力來(lái)調(diào)節(jié)灌水均勻度，管網(wǎng)壓力調(diào)節(jié)一般是在設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)管徑大小進(jìn)行調(diào)節(jié)壓力，壓力過(guò)大時(shí)在管道局部安裝減壓閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣調(diào)節(jié)壓力的范圍小，并且不能滿(mǎn)足管網(wǎng)用水流量變化時(shí)的恒壓要求。

綜上所述，目前規(guī)模化灌溉管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力存在不均衡，水源不能合理分配。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種管道灌溉恒壓監(jiān)控系統(tǒng)，旨在解決規(guī)?；喔裙芫W(wǎng)系統(tǒng)的壓力均衡問(wèn)題。通過(guò)管網(wǎng)中的灌溉恒壓控制裝置控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)不同分區(qū)管網(wǎng)的壓力以實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)出水口中壓力的平衡，通過(guò)后臺(tái)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)同時(shí)管理整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)，根據(jù)管網(wǎng)中壓力的變化，后臺(tái)系統(tǒng)自動(dòng)分配水源，調(diào)節(jié)智能壓力控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)平衡整個(gè)管網(wǎng)壓力與水源的合理分配。

本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種管道灌溉恒壓監(jiān)控系統(tǒng)，所述灌溉恒壓監(jiān)控系統(tǒng)包括：

通過(guò)通信傳輸層與后臺(tái)控制系統(tǒng)層連接，用于對(duì)主管網(wǎng)壓力和分管網(wǎng)壓力通過(guò)壓力傳感器進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)所得數(shù)據(jù)，由就地控制箱通過(guò)PID算法實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)分管閥門(mén)，達(dá)到調(diào)節(jié)分管壓力的現(xiàn)場(chǎng)控制層；

用于將后臺(tái)控制系統(tǒng)層命令傳達(dá)給現(xiàn)場(chǎng)控制層的通信傳輸層；

用于根據(jù)水源情況，用水計(jì)劃和水量調(diào)配的要求，制定并執(zhí)行用水計(jì)劃，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)控制層的各種動(dòng)作參數(shù)，將灌溉數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)為灌區(qū)以后的規(guī)劃與調(diào)控提供依據(jù)；實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉和用水調(diào)配的后臺(tái)控制系統(tǒng)層。

進(jìn)一步，所述現(xiàn)場(chǎng)控制層包括：

負(fù)責(zé)發(fā)出和接收各種運(yùn)行程序指令的編程控制器PLC；

實(shí)時(shí)顯示灌溉系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)及遠(yuǎn)程操控的觸摸屏；

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管網(wǎng)壓力，反饋給編程控制器PLC分析處理的壓力傳感器；

將壓力傳感器的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器；

與編程控制器PLC連接，用于調(diào)節(jié)水的流速，控制平衡管道內(nèi)的壓力，使管道壓力趨于恒定的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)。

進(jìn)一步，所述的通信層包括：

負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及規(guī)約轉(zhuǎn)換的通信管理機(jī)；

負(fù)責(zé)局域網(wǎng)數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；

遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)的光纖和光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器；

通信管理機(jī)將水壓信號(hào)、PLC調(diào)節(jié)信號(hào)、控制信號(hào)、及各種現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，形成統(tǒng)一的上傳規(guī)約，再通過(guò)光電轉(zhuǎn)換由光纖傳輸?shù)胶笈_(tái)系統(tǒng)。

進(jìn)一步，所述后臺(tái)控制系統(tǒng)層包括：

接收控制計(jì)算機(jī)傳輸現(xiàn)場(chǎng)發(fā)送上來(lái)的數(shù)據(jù)的云端數(shù)據(jù)服務(wù)器；

用于位置信息顯示、灌溉管網(wǎng)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)顯示、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)報(bào)表的生成、報(bào)警及故障告警、灌溉水壓曲線(xiàn)顯示、水資源調(diào)度規(guī)劃及灌溉管網(wǎng)拓?fù)淇刂圃O(shè)計(jì)、下傳控制信息或設(shè)定的信息控制計(jì)算機(jī)；

用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的云端服務(wù)器；數(shù)據(jù)由后臺(tái)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸上去，這些數(shù)據(jù)根據(jù)一定的組合和排列存儲(chǔ)在云端服務(wù)器中；

手機(jī)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)從云端數(shù)據(jù)服務(wù)器中取到相應(yīng)數(shù)據(jù)的手機(jī)。由手機(jī)APP的程序?qū)嵤╇S時(shí)隨地的觀察與監(jiān)視。

進(jìn)一步，所述現(xiàn)場(chǎng)控制層連接有電源供電系統(tǒng)；所述電源供電系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)電源裝置和太陽(yáng)能電源裝置；所述現(xiàn)場(chǎng)電源和太陽(yáng)能電源均與編程控制器PLC電源連接。

本實(shí)用新型提供的灌溉恒壓控制采用了閉環(huán)控制，使設(shè)定壓力根據(jù)實(shí)時(shí)壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)閘門(mén)，保證了出口壓力恒定。

采用了現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)模式，避免了數(shù)據(jù)的丟失和網(wǎng)絡(luò)原因造成壓力突變與數(shù)據(jù)的漏記。

采用了一體式閥門(mén)保證了設(shè)備的安全可靠運(yùn)行及長(zhǎng)久的壽命。

采用了手機(jī)APP操作模式，使壓力調(diào)節(jié)可隨時(shí)隨地輕松使用手機(jī)進(jìn)行操作。

本實(shí)用新型通過(guò)管網(wǎng)中的管道灌溉恒壓控制裝置控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)分區(qū)管網(wǎng)的壓力以實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)出水口中壓力的平衡，通過(guò)后臺(tái)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)同時(shí)管理整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)，根據(jù)管網(wǎng)中壓力的變化，后臺(tái)系統(tǒng)自動(dòng)分配水資源，調(diào)節(jié)智能壓力控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)平衡整個(gè)管網(wǎng)壓力與水源的合理分配。

通過(guò)系統(tǒng)的各個(gè)分層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)出口壓力的恒壓；根據(jù)水源的情況、用水計(jì)劃和水量調(diào)配組織的要求制定用水計(jì)劃，并執(zhí)行用水計(jì)劃，調(diào)節(jié)、控制管網(wǎng)出口壓力水量，按設(shè)定壓力給末端出口供水；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各種動(dòng)作及參數(shù)；將灌溉數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)為灌區(qū)以后的規(guī)劃及計(jì)劃提供依據(jù)；實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)管理及用水收費(fèi)。

本實(shí)用新型現(xiàn)場(chǎng)控制層通過(guò)接收工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)閥門(mén)改變閥芯和閥座之間的截面積大小控制管道介質(zhì)的流量、壓力等工藝參數(shù)。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)節(jié)功能。

本實(shí)用新型的電源供電系統(tǒng)；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，能提供電源的就選現(xiàn)場(chǎng)電源，無(wú)法提供電源的，提供電太能電源為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電。

本實(shí)用新型根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同環(huán)境，可根據(jù)實(shí)際情況采用不同的通信方式，比如GPRS通信、數(shù)傳電臺(tái)通信、專(zhuān)用光纖網(wǎng)絡(luò)通信、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋式通信等通信方式，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況與投資情況選擇不同的網(wǎng)絡(luò)通信方式。

本實(shí)用新型的智能手機(jī)APP軟件控制：通過(guò)手機(jī)APP軟件可以隨時(shí)隨地對(duì)灌溉恒壓控制裝置控制系統(tǒng)進(jìn)行壓力的設(shè)定，用水開(kāi)啟與關(guān)閉管理，如果增加流量計(jì)可對(duì)出水口進(jìn)行管理和流量計(jì)量，實(shí)現(xiàn)出水口水量收費(fèi)系統(tǒng)。

本實(shí)用新型的實(shí)時(shí)監(jiān)控子系統(tǒng)、歷史查詢(xún)子系統(tǒng)、管網(wǎng)壓力平衡系統(tǒng)用戶(hù)管理及收費(fèi)子系統(tǒng)都是在后臺(tái)軟件的基礎(chǔ)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的管道灌溉恒壓監(jiān)控系統(tǒng)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的現(xiàn)場(chǎng)控制層結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、現(xiàn)場(chǎng)控制層；1-1、編程控制器PLC；1-2、觸摸屏；1-3、壓力傳感器；1-4、A/D轉(zhuǎn)換器；1-5、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)；2、通信傳輸層；3、后臺(tái)控制系統(tǒng)層；4、太陽(yáng)能電源裝置。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)作詳細(xì)描述。

如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的灌溉恒壓監(jiān)控系統(tǒng)，所述管道灌溉恒壓監(jiān)控系統(tǒng)包括：

通過(guò)通信傳輸層與后臺(tái)控制系統(tǒng)層連接，用于對(duì)主管網(wǎng)壓力和分管網(wǎng)壓力通過(guò)壓力傳感器進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)所得數(shù)據(jù)，由就地控制箱通過(guò)PID算法實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)分管閥門(mén)，達(dá)到調(diào)節(jié)分管壓力的現(xiàn)場(chǎng)控制層1；

用于將后臺(tái)控制系統(tǒng)層命令傳達(dá)給現(xiàn)場(chǎng)控制層的通信傳輸層2；

用于根據(jù)水源情況，用水計(jì)劃和水量調(diào)配的要求，制定并執(zhí)行用水計(jì)劃，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)控制層的各種動(dòng)作參數(shù)，將灌溉數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)為灌區(qū)以后的規(guī)劃與調(diào)控提供依據(jù)；實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉和用水調(diào)配的后臺(tái)控制系統(tǒng)層3。

進(jìn)一步，所述現(xiàn)場(chǎng)控制層包括：

負(fù)責(zé)發(fā)出和接收各種運(yùn)行程序指令的編程控制器PLC 1-1；

實(shí)時(shí)顯示灌溉系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)及遠(yuǎn)程操控的觸摸屏1-2；

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管網(wǎng)壓力，反饋給編程控制器PLC分析處理的壓力傳感器1-3；

將壓力傳感器的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器1-4；

與編程控制器PLC連接，用于調(diào)節(jié)水的流速，控制平衡管道內(nèi)的壓力，使管道壓力趨于恒定的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)1-5。

進(jìn)一步，通信層由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、通信管理機(jī)、光纖及轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。

進(jìn)一步，后臺(tái)控制系統(tǒng)層由數(shù)據(jù)服務(wù)器、控制計(jì)算機(jī)、云端服務(wù)器、手機(jī)構(gòu)成。

所述現(xiàn)場(chǎng)控制層連接有電源供電系統(tǒng)；所述電源供電系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)電源裝置和太陽(yáng)能電源裝置4；所述現(xiàn)場(chǎng)電源和太陽(yáng)能電源裝置均與編程控制器PLC電源連接。

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步描述。

管道灌溉恒壓控制裝置系統(tǒng)功能：

為了實(shí)現(xiàn)管道灌溉恒壓控制裝置控制，系統(tǒng)必須具備以下主要功能：

1、數(shù)據(jù)采集功能：可接收傳感器采集的模擬量。通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

控制功能主要包括：①自動(dòng)控制功能：主控制系統(tǒng)將通過(guò)程序?qū)鞲衅鳈z測(cè)的信號(hào)與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)范圍值相比較，然后根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行PDI閉環(huán)控制自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。②定時(shí)控制功能：系統(tǒng)可對(duì)電動(dòng)閥設(shè)定開(kāi)、關(guān)時(shí)間，當(dāng)管道的信號(hào)值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉。

2、系統(tǒng)功能：

將充分發(fā)揮現(xiàn)有的設(shè)備作用，優(yōu)化調(diào)度，提高效益。

通過(guò)自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)下有壓力恒定輸出。

數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快。

系統(tǒng)維護(hù)能力強(qiáng)，減輕用戶(hù)負(fù)擔(dān)。

開(kāi)放式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，軟硬件均可升級(jí)。

實(shí)現(xiàn)遙測(cè)系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控管理功能。

下面結(jié)合工作原理對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步描述。

主機(jī)系統(tǒng)根據(jù)已運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)分析計(jì)算，通過(guò)通信層向各子系統(tǒng)下達(dá)管網(wǎng)壓力調(diào)控命令，由各子系統(tǒng)自行調(diào)節(jié)符合主站系統(tǒng)下達(dá)的命令。子系統(tǒng)根據(jù)主機(jī)所下達(dá)的命令，對(duì)主管網(wǎng)壓力和分管網(wǎng)壓力通過(guò)壓力傳感器進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)所得數(shù)據(jù)，由就地控制箱通過(guò)PID算法實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)分管閥門(mén)，以達(dá)到調(diào)節(jié)分管壓力的目的。

下游管道系統(tǒng)放水時(shí)，壓力傳感器采集到的信號(hào)，通過(guò)A/D模塊轉(zhuǎn)換，將標(biāo)準(zhǔn)的電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，輸入到可編程控制器，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后，通過(guò)通信模塊上傳至觸摸屏進(jìn)行顯示、處理及存儲(chǔ)，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)采集并接收的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)的設(shè)定值進(jìn)行比較判斷，采用PID閉環(huán)控制算法,將信號(hào)傳給電動(dòng)閥門(mén)，閥門(mén)根據(jù)具體的信號(hào)值，相應(yīng)的調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，控制閥門(mén)的開(kāi)啟度，實(shí)現(xiàn)閥門(mén)出口的恒壓供水。在壓力變化的情況下保證閥門(mén)后的壓力是恒定在一定范圍內(nèi)。

PID閉環(huán)控制算法：

系統(tǒng)由PID控制器和被控對(duì)象組成。

下列等式顯示PID算法輸出：

其中：

y(t)＝PID輸出

Kp＝比例增益

Tn＝積分時(shí)間

Tv＝微分時(shí)間

Td＝微分的過(guò)濾器時(shí)間

e(t)＝設(shè)置點(diǎn)和反饋值之間的處理誤差。

在PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，比例調(diào)節(jié)它具有反應(yīng)快、無(wú)滯的的特點(diǎn)，能及時(shí)克服擾動(dòng)干擾，使被控參數(shù)穩(wěn)定在給定值附近。但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，當(dāng)Kp過(guò)大時(shí)會(huì)應(yīng)引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。積分控制的使用是只要系統(tǒng)存在偏差，積分控制作用就不斷地積累，輸出控制量消除偏差，因此，只要有足夠的時(shí)間，積分作用將能完全消除誤差，但積分調(diào)節(jié)動(dòng)作緩慢，其調(diào)節(jié)作用總是滯后于偏差信號(hào)的變化。而且當(dāng)積分作用太強(qiáng)時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩。微分控制可以減少超調(diào)量，使系統(tǒng)穩(wěn)定性提高。它能反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)，并能在偏差信號(hào)變得不很大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效超前修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。

如圖2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的現(xiàn)場(chǎng)控制層結(jié)構(gòu)示意圖。

主要有硬件部分和軟件部分組成。

硬件部分——可編程控制器(PLC)、觸摸屏(HMI)、壓力傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)等。

編程控制器(PLC)1-1：負(fù)責(zé)發(fā)出和接收各種運(yùn)行程序指令，是整個(gè)控制系統(tǒng)的中樞部分。

觸摸屏(HMI)1-2:人機(jī)友好界面。實(shí)時(shí)顯示灌溉系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)及遠(yuǎn)程操控設(shè)備等。

壓力傳感器1-3：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管網(wǎng)壓力，反饋給處理器分析處理。

A/D轉(zhuǎn)換器1-4：可編程器對(duì)所以需將傳感器的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)1-5：通過(guò)調(diào)節(jié)水的流速，控制平衡管道內(nèi)的壓力，使管道壓力趨于恒定。

軟件部分—軟件作為與硬件重要的結(jié)合部分，其重要性不言而喻，軟件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)要求所需的功能。傳感器將采集的信號(hào)送入到可編程控制器控，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后，通過(guò)通訊系統(tǒng)上傳至主控系統(tǒng)中心進(jìn)行顯示、處理及存儲(chǔ)。系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)采集并接收的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)的設(shè)定值進(jìn)行比較判斷，來(lái)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)啟和延續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短、實(shí)時(shí)智能控制。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。