[发明专利]一种基于多路流量控制的水肥一体机及其流量控制方法

说明书

本发明公开一种基于多路流量控制的水肥一体机及流量控制方法，通过各水路的数字调节阀控制流量，从而实现对于配肥比例的控制。水和多路水溶肥同时进入水泵，在水泵中混合均匀，最终通过滴灌带到达植物根部，此种结构施肥效率较高，花费时间较短。多种类肥料同时施加，使肥料充分混匀到达作物根部，提高作物的吸肥效率。防止施肥过程中不同植物肥料的不均匀，避免不同植株的长势不均造成作物品质差异。本发明采用适应调和比值控制算法，该控制算法能够实现流量控制快速性和跟随性能的统一。当主管路流量受到较大扰动时，支管路流量跟随迅速，可以有效避免流量比值失配的情况发生。

技术领域

本发明属于农业设备技术领域，具体涉及一种基于多路流量控制的水肥一体机及其流量控制方法。

背景技术

水肥一体化技术，是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术，一般采用滴灌技术，通过铺设滴灌带将水分以及水溶肥以滴状浸润植物根部。水溶肥是一种可以快速完全溶于水的复合型肥料，它易于被作物吸收，而且利用率较高，是实现水肥一体化灌溉的理想肥料。水肥一体机的研究，多集中在定时控制、逻辑控制、开关控制等领域。在农业生产中，有两个鲜明的特性：一是种植规模较大，为了缩短混肥所消耗的时间，有效保持肥料肥力及效能，需要在线式施肥；二是作物对水肥的比例有较高的要求，需要实时保证其多路水肥比例不变。因此在控制算法的研究上，除了常规复杂系统控制的要求外，还要满足调和比值控制的特殊要求。

目前市场的水肥一体机普遍存在以下缺点：

(1)现有的水肥一体机，多采用预混桶方式施肥，施肥前需在预混桶内按一定水肥比例配置好水肥溶液，然后才能施出。这种方式不仅施肥效率较低，花费时间较长，而且限制了施肥规模的扩大。

(2)现有的水肥一体机，水肥比例仅以各肥料阀门开断时间来控制水肥的比例，所配水溶肥中各养分浓度与预期差异较大，无法实现精准农业；在机器实际运行中，系统中存在着水压，水中气泡等一些外部扰动因素，一些较大的扰动可能造成系统流量比值失配；且施肥过程中不同植株获得的肥料不均匀，会使不同植株长势不均，造成作物的品质差异。

(3)现有的水肥一体机，功能较单一或者较少，只能按照经验通过手动或预算设定进行施肥，无法根据植株周围环境的实时变化调整相应的施肥策略。

发明内容

针对现有水肥一体机施肥效率较低、肥料配比不够精准、功能较少等不足，本发明提出基于全闭环和多流量比值控制的一种基于多路流量控制的水肥一体机及其流量控制方法。

本发明提供一种基于多路流量控制的水肥一体机，包括：

用于采集水肥管路中主管路和支管路的实时流量的多个流量计；

对水肥管路的实时流量进行控制的执行系统，包括：多个数字调节阀、变频器和水泵；所述多个数字调节阀分别设置在供水主管路、大量元素的水溶肥支管路、微量元素的水溶肥支管路和酸液支管路以调节水肥管路的流量；所述水溶肥和酸液通过相应管路汇入供水主管路后再流入水泵并在水泵内混合均匀后输出到灌溉管路；所述变频器用于控制水泵转速以调节供水肥的压力；

对所述数字调节阀和水泵进行控制的PLC控制系统，包括：

水泵控制模块；

根据管路的设定流量和实时流量间的偏差对管路中数字调节阀的开度进行闭环控制的PID控制模块；

根据设定的支管路和主管路的流量比值、主管路的设定流量和主管路的实时流量计算各个支管路的设定流量的调和控制器模块。

本发明还一种基于多路流量控制的水肥一体机的流量控制方法，包括如下步骤：

步骤1：采集水肥管路中主管路和支管路的实时流量；

步骤2：根据设定的支管路和主管路的流量比值、主管路的设定流量和主管路的实时流量计算各个支管路的设定流量；