[发明专利]恒流变频微灌系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种恒流变频微灌系统，属于农业灌溉技术领域。

背景技术

随着我国水资源的日趋紧张，持续提高灌溉用水效率成为农业用水面临的主要压力，具有省水、节能、灌水均匀等优点的微灌技术应用越来越广泛。微灌技术是世界范围内应用最为广泛的高效灌溉技术之一，是指利用专门设备，将有压水流变成细小水流或水滴，湿润植物根区土壤的灌水方法，主要形式包括滴灌、微喷灌、涌泉灌(或小管出流灌)、渗灌等。目前，我国采用的恒压变频微灌系统，是将PLC编程控制器与压力传感器相连接，通过PLC编程控制保持水泵出水压力恒定。该系统的缺点是：由于各微灌支管距离水泵的远近不同，管路水力损失各异，导致在运行时，远离水泵的支管进口处压力低，靠近水泵支管进口处压力高。因此，水泵出口压力恒定而各支管的压力不同，从而不同支管运行时，其上的灌水器工作压力有差别，流量不能保持恒定，影响了微灌的灌水质量。在实践中，为了保证各支管压力差别不至于过大，往往要控制微灌系统的规模，限制干管、分干管的长度。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种恒流变频微灌系统。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的恒流变频微灌系统，包括控制系统和微灌系统，所述控制系统包括计算机、PLC可编程控制器和变频器，所述微灌系统包括电机、编码器、水泵、流量计、管路和灌水器；所述电机的输出轴与水泵及编码器联接。

根据管流伯努利方程：

(1-1)

式中： ρ为水密度；Z₀为水泵出口处的位置水头；P₀为水泵出口处的动水压强；V₀为水泵出口处的流速；Z_i为任一支管进口处的位置水头；P_i为任一支管进口处的动水压强；V_i为任一支管进口处的流速；h_L为流量计到任一支管进口处的沿程水头损失。

由于管道铺设的坡度一般接近水平，故上式中Z_i=Z₀；水泵出口压力恒定，即P ₀不变；在同时工作灌水器个数保持不变的情况下，V₀=V_i；沿程水头损失h_L计算采用下式计算：

(1-2)

式中：D为管径；A为管道截面积；S为管路的阻力参数。

在同时工作灌水器个数保持不变的情况下，只与所选择的轮灌组(即相应支管)距离流量计的距离L呈正比。综上，灌溉越远的轮灌组(即相应支管)时，h_L越大，故相应支管进口的压力越小。

水泵工作点的调节见图3，当灌溉第一支管时，水泵工作点为A，对应的转速为n，水泵出水流量为Q_A；当灌溉第i个支管时，h_L增大，水泵装置需要扬程曲线发生变化，此时水泵工作点变为B，流量计测出的出水流量变小；由PLC可编程控制器通过变频器增大电机转速，进而改变水泵流量扬程曲线，将水泵工作点变为C，对应的转速为n’，流量仍为Q_A不变。且水泵增加的扬程即为因轮灌组改变而增加的水头损失。从而实现了水泵出水流量的恒定和远近轮灌组压力的自动调节。

具体地，所述PLC可编程控制器与计算机的通讯端口双向通信电连接；计算机具有主程序和子程序，主程序负责完成和控制子程序的调用，进行水泵的开启与关闭以及变频器的变频控制，子程序负责完成上下位机的通信；中断程序负责完成上位机的指令和来自流量计以及变频器的频率、电流监测数据的接收和发送。

具体地，流量计的输出端与PLC可编程控制器相应的信号输入端口电连接。在系统运行时，通过对比流量计监测数值与初设流量值是否相符，如若不符，可进行调节，以达到恒流的目的。