大棚水肥一体化300亩智能灌溉系统方案

1 项目概述

需求目的：300 亩蔬菜大棚实现智能化灌溉（辣椒种植）

建设地点：甲方指定

存放2地点：甲方指定

工作制度：全年工作360 天、每天 10 小时，分区灌溉作业制

水井位置：为方便用电，水井位置选址在高压线末端位置，本着节约的原则蓄水池建在水井旁，泵房也建在蓄水池旁边。

设计思路：一个泵房，一台三通道水肥一体机，分区作业，一次可同时灌溉三个棚/小时，两天六个区所有大棚灌溉完毕。

2 系统原理水肥一体化系统通常包括水源工程、过滤系统、施肥机设备、田间输配水管网系统和智能网关控制系统等五部分，实际生产中由于供水条件和灌溉要求不同，施肥系统可能仅由部分设备组成。

3 供货范围

4 设备概述

4.1 主设备泵房

  根据客户水源处配置设备间，可以为固定式设备间，推荐砖混材料为主，也可以配置可移动式板房作为设备间。

4.2 水源工程

水源工程主要有恒压变频柜和卧式离心泵组成。

1) 恒压变频柜：

农业灌溉变频控制柜是一种专为农业灌溉系统设计的设备，核心部件是变频器，能够精确控制电机转速，从而实现对灌溉系统的恒压供水。其主要功能包括：

恒压控制：通过实时监测系统压力，自动调节电机转速，确保供水稳定，避免因压力波动影响灌溉效果。

   节能降耗：采用变频技术，根据实际需求调节电机转速，避免传统方式中阀门调节导致的能量浪费，实现显著节能。

电机保护：具备过载、短路、缺相保护等功能，确保电机在异常情况下也能安全运行，延长设备使用寿命。

操作便捷：提供本地/远程监控功能，用户可通过电脑或手机实时查看系统运行状态，方便管理和维护。

农业灌溉变频控制柜具有自动化程度高、运行稳定可靠、维护成本低等优点，是现代智慧农业的重要组成部分。

2）卧式离心泵

卧式离心泵在农业灌溉中发挥着关键作用，能够提高灌溉效率、节约水资源，并促进农业生产的现代化和可持续发展。

具体作用包括：

高效输水：通过叶轮高速旋转产生的离心力，卧式离心泵能够快速将水从水源输送到灌溉区域，满足大面积农田的灌溉需求。

灵活适配：可根据不同的灌溉系统需求（如喷灌、滴灌等），灵活调整水泵的流量和扬程，确保灌溉效果均匀高效。

节能降耗：相比传统灌溉方式，卧式离心泵通过优化设计和高效运行，显著降低能源消耗，实现水资源的合理利用。

稳定运行：具备运行平稳、噪音低、故障率低等特点，减少维护成本，保障灌溉系统的持续稳定运行。

提升产量：及时、精准的灌溉有助于改善土壤湿度和作物生长环境，从而提高农作物产量和质量。

卧式离心泵的应用为农业灌溉提供了可靠的技术支持，是现代农业生产中不可或缺的重要设备。

4.3 过滤系统

1) 自动反冲洗砂石过滤器

自动反冲洗砂石过滤器是一种用于水处理的设备，其核心工作原理在于过滤和反冲洗的自动切换，以确保水质的持续净化。

(1) 过滤过程：

  待处理的水通过进水口进入过滤器。

  水在压力作用下流经填充有石英砂或其他滤料的过滤层。

  杂质被截留在滤料层中，而净水则通过滤料间的空隙流出。

  随着过滤的进行，杂质逐渐积累，导致进出水压差增大。

（2）反冲洗过程：

  当压差达到设定值或过滤时间达到设定值时，系统自动进入反洗状态。

  反洗时，控制系统改变三通阀的通断位置，关闭进水口，打开排污口。

  其他过滤单元中经过过滤的水部分流入要反洗的过滤单元。

  由于系统内部水压，被反洗的过滤单元的填料层在水流的冲击下被冲起。

  杂质则通过三通排污阀的排污口被排出。

  反洗结束后，阀门恢复到过滤状态，而下一个过滤单元则进入反洗状态，如此循环。

通过这种连续的过滤和反冲洗过程，自动反冲洗砂石过滤器能够有效去除水中的悬浮物、有机物、胶质颗粒和微生物等杂质，确保出水水质符合要求。

2) 自动反冲洗叠片过滤器

  自动反冲洗碟片过滤器通过碟片的特殊结构实现高效过滤，广泛应用于多个领域，能够有效去除水中的杂质和颗粒物，确保水质的清洁和稳定，并在需要时自动进行反冲洗以恢复过滤性能。

（1）过滤过程：

 水流通过进水口进入过滤器。

 碟片由一组双面带不同方向沟槽的塑料盘片叠加构成。

 相邻碟片上的沟槽棱边形成交叉点，构成大量空腔和不规则通路。

 这些通路导致水的紊流，使水中的杂质被拦截在各个交叉点上。

 过滤后的水从过滤器主通道中流出。

（2）反冲洗过程：

 当达到一定的压差或设定的时间时，系统自动进入反冲洗状态。

 控制器控制阀门改变水流方向，关闭主通道。

 反冲洗水通过喷嘴沿叠片切线方向高速喷射，使叠片旋转并均匀分开。

 喷洗水喷洗叠片表面，将截留在叠片上的杂质喷洗甩出。

 反冲洗结束后，水流方向再次改变，叠片再次被压紧，系统重新进入过滤状态。

（3）过滤功能

 去除水中的悬浮物、沉淀物和颗粒杂质。

 拦截有机物和无机物，如藻类、蛋白质、泥沙和粘土。

 适用于不同水质，包括自来水、井水和地表水。

4.4 施肥机设备

1)   肥料罐

水肥一体机肥料罐是实现水肥一体化的重要设备，具有精确施肥、提高肥料利用率和自动化操作等优点，广泛应用于现代农业生产中。

（1）肥料罐的功能：

 储存肥料：能够容纳大量肥料，便于持续供料。

 溶解肥料：对于固态肥料，罐内可进行溶解。

 混合肥料：通过搅拌装置使肥料溶液浓度均匀。

 控制施肥量：精确控制施肥量和施肥时间。

（2）肥料罐的特点：

 材质多样：如不锈钢材质、PVC 材质等，具有耐腐蚀性。

 密封性好：防止肥料泄漏和蒸发。

 搅拌功能：确保肥料充分溶解和混合。

 自动化操作：可与控制系统连接，实现自动化施肥。

（3）肥料罐的使用方法：

 计算肥料量：根据灌溉区域面积或作物数量计算所需肥料量。

 连接设备：通过管道将肥料罐与主管道连接。

 添加肥料：将液体肥料直接倒入罐内，固态肥料需预先溶解并过滤后注入。

 调节压力：调节阀门，使主管道达到所需压差。

 监测施肥：通过电导率仪或经验公式监测施肥过程。

 清洗管道：施肥完成后，用灌溉水冲洗管道。

（4）肥料罐的注意事项：

 肥料溶解：固态肥料需充分溶解，避免堵塞。

 杂质过滤：肥料中含有杂质时，需预先过滤。

 压力控制：调节阀门时需缓慢操作，避免压力不稳定。

 设备清洗：每次施肥后清洗肥料罐和管道。

 定期检查：定期检查设备，确保正常运行。

2)   水肥一体机

水肥一体机主要有以下几个功能特点：

1、智能供水：采用先进的智能供水系统，能够根据农作物的需求及时、准确地进行供水。系统利用传感器检测土壤湿度、作物蒸腾量等指标，通过自动控制阀门和水泵， 自动调节灌溉水的流量和供水时间。

2、精准施肥：具备先进的精准施肥技术，能够根据农作物的需求提供适量的营养元素。它通过精确控制肥料的浓度和施肥的时间，以最小化浪费，最大化利用化肥。系统通过传感器检测土壤中的养分含量和作物的生长状态，根据不同阶段的需求，自动调节肥料供应，保证农作物的养分平衡，提高作物品质和农业生产效益。

3、自动化操作：配备了自动化操作系统，能够根据设定的参数自动进行供水和施肥，减少人为因素的干扰。操作系统可以根据用户需求进行编程设置，实现定时定量的供水和施肥，提高农田管理的科学性和精确性。同时，操作系统还具备故障自动报警和故障诊断功能，保障机器的稳定运行，减少了故障处理的时间和成本。

4、灵活适应：具有灵活性和适应性，可适用于不同作物和不同土壤条件下的灌溉和施肥需求。根据作物的品种、生长阶段和栽培要求，可以调整供水和施肥的参数，满足不同农业生产的需求。同时，水肥一体机还可以与其他农业机械和系统进行配合，形成更为完善的农田管理体系。

3)   水肥机管件

水肥机各连接管件，主要实现与主管道、肥料罐、水肥机各通道间的连接，从而实现肥料的精确配比供应到水肥所需的分区。

4.5 输配水管网系统

4.5.1 管网

由干管、支管、毛管组成。干管一般采用PVC 管材，支管一般采用PE 管材或 PVC 管材，管径根据流量分配置,毛管目前多选用内镶式滴灌带或边缝迷宫式滴灌带；部及大口径阀门多采用铁件。干管或分干管的端进水口设闸阀，支管和辅管进水口处设球阀。

输配水管网的作用是将首部处理过的水, 按照要求输送到灌水单元和灌水器，毛管是微灌系统的末一管道，在滴灌系统中，即为滴灌管，在微喷系统中，毛管上安装微喷头。

4.5.2 电磁阀

电磁阀是控制田间灌溉的阀门，电磁阀由田间节水灌溉设计轮灌组的划分来确定安装位置及个数。

4.6 智能灌溉平台

水肥一体机智能灌溉平台是一种集成了现代信息技术和农业灌溉技术的智能化系统，旨在提高水资源和肥料的利用效率，实现精准灌溉和施肥。

1）组成部分：

 云平台：实现数据的存储、分析和远程控制。

 墒情数据采集终端：实时监测土壤水分和养分。

 视频监控：帮助用户远程查看田间情况。

 施肥机：精确控制灌溉量和施肥量。

 过滤系统：确保灌溉水的质量。

 阀门控制器和电磁阀：控制灌溉的开关和流量。

2）功能特点：

 用水量控制管理：通过流量监测和阀门控制，实现精准用水管理。

 运行状态实时监控：监测水源状况和系统运行状态，及时预警。

 阀门自动控制功能：根据土壤墒情和气象信息自动控制阀门。

 智能化混肥功能：根据作物需求自动混合肥料，调节营养液的酸碱度和浓度。

 数据存储和分析：存储和分析灌溉数据，提供决策支持。

 远程控制：通过手机或电脑远程设置和调整灌溉参数。

3）工作原理：

 墒情数据采集终端实时监测土壤水分和养分。

 数据传输到云平台进行分析。

 根据预设规则和作物需求，云平台生成灌溉和施肥指令。

 指令发送到施肥机和阀门控制器。

 施肥机按照指令精确控制灌溉量和施肥量。

 阀门控制器调节阀门的开关和流量，确保水肥准确输送到作物根部。

5 系统功能概述

5.1 用水量控制管理

实现两用水计量，通过出口流量监测作为本区域内用水总量计量，通过每个支管压力传感采集数据实时计算各支管的轮灌水量，与阀门自动控制功能结合，实现每一个阀门控制单元的用水量统计。同时水泵引入流量控制，当超过用水总量将通过远程控制，限制区域用水。

5.2 运行状态实时监控

  通过水位和视频监控能够实时监测滴灌系统水源状况，及时发布缺水预警；

通过水泵电流和电压监测、出水口压力和流量监测、管网分干管流量和压力监测，能够及时发现滴灌系统爆管、漏水、低压运行等不合理灌溉事件，及时通知系统维护人员，保障滴灌系统。

5.3 阀门自动控制功能

通过对农田土壤墒情信息、小气候信息和作物长势信息的实时监测，采用无线或有线技术，实现阀门的遥控启闭和定时轮灌启闭。根据采集到的信息，结合当地作物的需水和灌溉轮灌情况制定自动开启水泵、阀门，实现无人职守自动灌溉，分片控制，预防人为误操作

5.4 PC 展示平台

通过物联网水肥一体化智能监测平台，能够为用户提供传感器数据、图片远程、采集、传输、储存、处理及报警信息发送等服务。该平台以集中式分区化的方式为用户提供便捷、经济、有效的远程监控整体解决方案。通过物联网智能监测平台，用户可以不受时间、地点限制对监控目标进行实时监控、管理、观看和接收报警信息。

5.5 终端

建立手机系统，客户直接采用微信客户端就可以控制和查看实时数据，手机端具有手动启动、关闭电磁阀，水泵等设备功能。

5.6 运维管理功能

包括系统维护、状态监测和系统运行的现场管理；实现区域用水量计量管理、旱情和灌溉预报专家决策、信息发布等功能的远程决策管理；以及对用水、耗电、灌水量、维护、材料消耗等进行统计和成本核算，对灌溉设施设备生成定期维护计划，记录维护情况，实现灌溉工程的精细化维护运行管理。

节水灌溉自动化控制系统能够充分发挥现有的节水设备作用，优化调度，提益，通过自动控制技术的应用，更加节水节能，降低灌溉成本，提高灌溉质量，将使灌溉更加科学、方便，提高管理水平。