發布時間：2022-04-18 11:42:41
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇自動化控制論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
1人工智能技術的特點和優勢
人工智能技術是人類科學技術不斷發展進步的必然結果，也是工業發展過程中，促進工業自動化科學化發展的重要推動力量。在人工智能技術的發展中，科技的發展和工業技術的進步會促進人工智能技術的發展；反之，人工智能技術的進步，可以完成那些人類自身無法辦到、技術條件效果不好的生產技術操作。當前的人工智能主要是計算機技術的發展結果，隨著計算機技術的飛速發展，通過對計算機信息特點和操作性能的了解和設計，使計算機操作系統具有更多更先進的人工化反應，并在實際的信息技術處理過程中，通過其系統內部的人工化、智能化識別和處理系統，對電氣自動化控制和其他工業技術領域在運行中的問題進行自主解決。如今，人工智能技術已經取得了較大的進步，其研究發展項目也越來越多，越來越先進，實用性越來越強。人工智能技術已經廣泛運用與工業自動化、過程控制和電子信息處理等先進的技術領域。人工智能技術通過模糊理論算法、遺傳算法和模糊神經算法等方式，可以在電氣自動化控制中，采取更靈活多變的控制方式，對電氣自動化設備運行中的不穩定因素和動態變化進行自主的調整，從而保障其運行的準確和高效，減少出錯率。人工智能技術的運用，可以大大減少在電氣自動化控制等領域的人力成本，并且能夠解決一些工作人員無法有效監控和解決的問題，做到及時有效。
2人工智能技術在電氣自動化控制中的應用
2.1人工智能控制實現了數據的采集及處理功能
在電氣設備的運行過程中，數據的采集和處理是了解電氣設備自動化控制情況，發現運行過程中的問題和提出解決辦法的重要依據。在傳統的自動化控制中，由于技術水平和實際運行中的動態變化，數據的采集和傳輸無法做到準確和穩定，保存數據容易出現丟失的情況。人工智能技術的使用，可以保障電氣自動化運行過程中對動態信息的及時收集和穩定傳輸，對相關數據的保存工作也更安全，這就提高了電氣自動化的控制水平，充分保障了電氣運行中的安全性和穩定性。
2.2人工智能控制實現了系統運行監視機報警功能
電氣自動化控制是用電氣的可編程控制器，控制繼電器，帶動執行機構，完成預期設計動作的過程。在此過程中，系統內部各部分之間的運行都要嚴格按照設計模型和函數計算的基礎上進行，如果系統中的一點出現問題，就會造成整個自動控制系統的故障。在以往的自動化控制系統運行中，對系統內部各部分之間的運行數據和運行狀態進行實時監測，對運行中的特殊情況進行及時的報警處理，幫助自動化系統及時處理可能出現的故障，提醒電氣管理人員加強對電氣系統的管理。
2.3人工智能控制實現了操作控制功能
電氣自動化控制的主要特征之一就是通過計算機的一鍵操作，就可以實現對電氣系統的整體控制，保障電氣自動化運行符合現實的需要。傳統的自動化系統的操作，需要靠人工對系統各個環節進行人工操作，從而促進自動化系統內部的協調和配合，這種方式既降低了自動化運行的效率，也增加了自動化系統的故障發生頻率。人工智能技術對電氣自動化系統的控制，是通過各種先進的算法，按照電氣自動化的需求，對自動化系統進行自動化和智能化設計，從而實現對電氣自動化控制系統的同時操作，大大提高了自動化控制的效率，減少了單獨指令操作中容易出現的不協調情況的發生。
3人工智能技術在電氣自動化控制中的控制方式
3.1模糊控制
模糊控制以模糊推理和模糊語言變量等為理論基礎，并以專家經驗作為模糊控制的規則。模糊控制就是在被控制的對象的模糊模型的基礎之上，運用模糊控制器，實現對電氣控制系統的控制。在實際控制設計過程中，通過對計算機控制系統的使用，使電氣自動化系統形成具有反饋通道的閉環結構的數字控制系統，從而達到對電氣自動化系統的科學控制。
3.2專家控制
專家控制是指在進行電氣自動化控制過程中，利用相關的系統控制理論和控制技術的結合，通過對以往控制經驗的模擬和學習，實現電氣自動化控制中智能控制技術的實施。這種控制方式具有很強的靈活性，在實際運行中，面對控制要求和系統運行情況，專家控制可以自覺選取控制率，并通過自我調整，強化對工作環境的適應。
3.3網絡神經控制
網絡神經控制的原理就是基于對人腦神經元的活動模擬，以逼近原理為依據的網絡建模。神經控制是有學習能力的，屬于學習控制，對電氣自動化控制中出現的新問題可以及時提出有效的解決辦法，并通過對相關技術問題的分析解決，提高自身的人工智能水平。
4結語
人工智能技術是科技發展到一定程度的必然結果，也是促進科技繼續發展和工業自動化技術更加進步的重要推動力量。電氣自動化控制的操作要求使人工智能在電氣自動化中的運用越來越廣，隨著人工智能技術的發展，電氣自動化控制技術也將逐漸提高，系統運行效率也會不斷增強。
作者：姜關勝 單位：75240部隊
一、智能技術的優勢
與傳統的自動化技術相比，智能控制無模型運轉，提高了電氣系統的管控效率。同時，智能技術的精度更高，減少了設計中的不可預測問題。因而設計對象模型階段中便會存在不能估量或是預測的問題。人工智能技術實現了系統的實時調節，利用魯棒性變化和響應時間提高其工作能力，實現自動化過程。智能技術已經成為現代企業管控的必然趨勢，與傳統的管控裝置相比具有先進性，滿足電氣自動化工程建設的需求。針對不常見的數據，傳統的自動化控制技術無法完成評估工作，但智能技術的出現解決了這一問題，實現了對系統錄入信息的有效很快速處理。針對不同的對象，智能技術可顯示不同的管控效果，使管控的效果具有針對性。但在目前的智能技術發展程度下，多種控制對象問題無法解決。因此，應從技術方面對智能技術進一步剖析和研究，促進該技術的完善，才能對我國工業以及相關行業的發展起到積極作用。
二、人工智能技術應用
基于電氣自動化的復雜性，其操作過程應精細且注重細節。一旦操作失誤，將導致系統故障甚至造成安全事故。因此，人工智能技術應用的優秀技術在于程序化問題，將復雜化的程序通過智能手段轉化為簡便化。通過系統日常資料的分析，對設備故障采取積極的應對措施。在具體應用過程中，人工智能技術主要表現為以下幾個方面。
(一)智能化設計分析
人工智能技術關系到電力工程以及電路的設計。在傳統的設計模式下，工作人員的工作量大，需要大量的試驗驗證，并且對不合理部分進行改進。因此常出現考慮不周全的問題，處理問題的效率較低，對于難度較大的問題，傳統的處理方案無法解決。這使得智能化設計成為必然。現階段，電力企業逐步實現了智能化設計，全面考察了問題的難度，提高了處理問題的能力和效率。但同時，智能設計對于操作人員提出了更高的要求，要求其掌握專業知識和智能系統操作技巧，并且操作人員還應具有與時俱進的精神，對智能系統進行適當的改良設計。利用人工智能設計，可有效提高數據分析的準確性，將復雜問題簡單化。
(二)PLC技術應用
隨著電力企業規模的擴大，電力生產對于技術具有更高的要求，基于此的PLC技術成為企業生產和建設的重要目標。PLC技術是一種常見的人工智能技術，目前主要應用于工業、電力企業，具有良好的效果。其是在繼電控制裝置基礎上發展起來的智能技術，該系統的主要作用在于優化了系統工藝流程，從而根據企業需求對運營現狀進行調整，確保其運營的協調性。PLC技術以自動控制系統為主，手動控制技術為輔。對于提高電力系統生產實踐具有重要作用。在電力生產中，PLC人工智能化技術的使用還實現了自動化目標切換，繼電器逐漸代替了實物元件，不但提高而來管控效率，還確保了系統的運行安全。
(三)智能診斷和CAD技術應用
智能診斷系統的出現是電氣運行復雜化的結果。該診斷系統要求操作人員具有較多的實踐經驗，改善了傳統模式的手工設計方案，充分體現了信息時代的優勢。科技的發展也使得CAD技術逐漸實現了智能化，縮短了產品設計實踐。智能化技術優化了CAD技術，對產品設計質量的提高具有積極作用。目前，在電力系統中，遺傳算法是人工智能技術的重要表現之一，通過科學的計算方法，提高了數據統計和計算的精確度。基于遺傳算法的重要作用，應得到企業的重視。在電力系統運行過程中，如何區分故障和征兆是一個難題，智能化技術通過專家系統和神經網絡系統可快速有效的分析出系統故障和安全隱患，并提供一定的解決辦法，確保了電力系統的運行問題。
(四)神經網絡技術應用
神經網絡系統是智能技術的重要體現之一，其作用在于分析和處理系統故障。可對系統故障進行準確定位，并且減少了定位時間。同時，還可完成對非初始速度及負載轉矩的有效管控。神經系統設計具有多樣性，具有反向學習功能。利用神經網絡系統的兩個子系統，可實現對機電參數轉子速度和電子流的評判和管控。目前，智能神經網絡系統主要應用于分析模式和信號處理上。由于其包含非線性函數估算裝置，因此對于電氣自動化控制具有積極作用。其主要優勢在于無需對控制對象建立數學模型，因此工作效率高，噪音小。
三、總結
隨著科技的不斷發展，電氣自動化控制系統逐漸實現了數字化和智能化。智能技術的使用提高了自動化控制的效率，基于人工智能理論的智能技術是電力企業發展的必然。智能技術不僅是計算機技術的重要組成部分，也對計算機技術具有一定的依附性。但目前，智能技術的應用尚存在一定的缺陷，甚至存在一定的錯誤。基于此，應提高操作人員對智能控制化技術的認識，以保證智能化技術的可持續發展。
作者：許武文 單位：海南師范大學
1智能化技術的理論基礎
從20世紀50年代開始,一直到現在的幾十年探索中,人工智能化已經可以像人一樣進行感應與行動,憑借著高效率、高精度以及高協調性等特點超越來傳統的控制技術。隨著計算機技術的不斷發展,對人的思維能力進行模擬的構想現在已經得到了實現,后來在程序語言編制上,智能化模擬的可實施性也得到而來增加。隨著電氣工程自動化控制技術的不斷發展,智能化技術的市場得到不斷拓寬,這種技術的應用不僅可以使電氣工程的工作速度得到提高,同時還在電氣工程中節約了大量的人力與物力[1]。智能化技術在整個電氣自動化控制行業中主要是利用不斷實踐來進行的,其中包含的內容十分廣泛并復雜。智能化技術屬于計算機高端技術的一種,因此要想很好的掌握其應用,那么必須要具備專業性計算機理論知識。智能化技術不僅有效有提升了電氣自動化控制的工作效率,同時也也很大程度上降低了工作人員的壓力,優化了資源配置,促進了電氣工程自動化系統的穩定運作。
2智能化技術的主要特點分析
對于很多人來說,智能化技術是一個陌生的詞匯,然而它卻與我們的生活息息相關,下面我們就對它的主要特點進行闡述,幫助大家深入理解智能化技術。作為電力系統中的關鍵環節,電氣工程自動化控制對電力系統的正常運行存在著決定性的作用,為了保證電氣工程的順利發展,從而有效提升恒業的整體水平,對智能化技術進行應用是大勢所趨。
2.1高精度與高效率
在電氣工程自動化控制中,精度與效率是兩項重要指標,在智能化技術指導留下,對多個CPU與高速CPU芯片進行使用,電氣工程控制工作效率與精度得到了顯著的提高。
2.2多系統控制
智能化技術的應用可以有效減少相關工序,同時還能使工作效率得到顯著提高,目前該項技術在電氣工程自動化控制中的實際應用正朝著系統控制的方向發展著。
2.3科學計算的可見性
在電氣工程自動化控制中,智能化技術的應用可以對數據進行有效的處理,不僅可以通過文字和語言進行信息交流,同時還能利用圖形與動畫實現信息交流,這在很大程度上提升了工作的效率。
3智能化技術在電氣工程自動化控制中的應用
在電氣工程自動化控制系統中應用智能化技術,有效提升了系統的工作效率,降低了工作人員的壓力,對于電氣工程自動化控制中智能化技術的應用主要體現在三個方面:(1)怎樣將智能化技術應用到電氣工程中對病因的診斷與維修之中;(2)如何對電氣產品與設備進行優化設計;(3)通過怎樣的形式對電氣工程智能化控制進行實現。
3.1對電氣工程自動化控制中的病因進行診斷
利用傳統的人工方式對電氣工程系統中的病因進行診斷是非常復雜的,同時對工作人員的要求也非常高,而且也不能對病因進行準確的診斷。在電氣工程自動化控制中難免會發生一些設備和數據問題,依靠人工診斷方式往往不能對病因進行及時的診斷與處理。而智能化技術的應用不僅可以使病因診斷的效率得到明顯提高,同時還可以使定時檢測與診斷得到實現,在這一過程中很多問題的出現都會得到避免。
3.2對電氣工程設計進行優化
在傳統電氣工程設計中,往往需要通過工作人員在工作過程中進行反復的實驗才能完成。在這一過程中工作人員很有可能不會考慮到一些具體情況。如果真的出現復雜性的問題,也不能對其進行及時的解決,在這種情況下,工作人員不僅要掌握大量的專業設計知識,同時還要很好的將自己已經掌握的理論知識運用到實際應用中。智能化技術得到應用以后,設計人員就可以利用計算機網絡和相應的軟件對電氣工程自動化控制進行設計,這樣一來,設計數據的準確性得到而來增加,同時設計樣式也非常豐富,另外,還能對一些復雜問題進行及時的處理,電氣工程自動化控制的順利運行就得到而來有效的保證。
3.3對整個電氣工程進行自動化控制
電氣工程控制系統中存在著很多控制環節,智能化技術的應用正好可以使對整個電氣工程的自動化控制得到實現。智能化技術在應用過程中通過神經網絡與模糊控制等方式實現對電氣工程的自動化控制。其中,神經網絡控制的應用是非常關鍵的,它可以進行反向的算法,同時具有多層次的結構。在神經網絡控制的子系統中,其中的一個子系統可以結合系統參數對轉子的速度進行調控與判斷,而另一個子系統就可以按照以上參數對轉子的速度進行判斷與控制。目前神經網絡控制已經在識別模式以及信號處理等方面得到了廣泛的應用。智能化手段的應用使電氣工程的遠距離與無人操控自動化控制得到了實現,通過公司局域網的幫助,智能化技術的應用使得對電氣系統各環節的實際運行情況進行了詳細的反饋分析。
4結語
綜上所述,電氣工程自動化領域中智能化技術的應用已經取得了顯著的成就,同時智能化技術還會逐漸在其他各領域中得到廣泛應用。在目前激烈的市場環境中,對電氣自動化控制的要求逐漸升高,在這種情況下,需要相關工作人員在目前理論研究的基礎上進行深入的分析和研究,不斷增強電氣工程中自動化控制的性能,只有這樣,才能使電氣系統的工作效率得到進一步提高,進而使人們的各種需求得到滿足,最終促進企業的市場地位得到顯著的提升。
作者:張華平 單位:泰州機電高等職業技術學校
摘要：本文以國內某大型灌區為例，在灌區遠程測報系統的基礎上進行了閘門自動控制研究，通過無線調制解調器連接上位機（PC機）與下位機（單片機），將下位機采集到的數據傳輸到上位機，根據用戶要求的流量控制閘門的開度和時間，為灌區的運行和管理提供保證，為提高系統的可靠性，采用了一些可供類似工程借鑒的可行技術。
關鍵詞：遠程自動化控制 閘門 單片機
閘門調節是灌區工程中經常采用的手段，閘門控制的研究對于節約能源、確保水利工程的正常運行、提高水資源的利用效率和節約用水具有重要的意義。目前國內大部分灌區已基本實現流量數據的自動采集和監測，并把數據傳輸到管理部門，但是在根據有關數據進行遠程自動監測和控制方面成熟的經驗非常少。國外特別是歐美等先進國家在這方面已經達到較高的水平，如美國的SRP灌區自動化灌溉系統，可以同時采集100多點的水位、閘門開度和其他信息，通過計算機處理后，控制幾百座閘門、150多處泵站的運行。本文以國內某大型灌區為例，對閘門的自動監控進行了研究。
1、系統的總體設計
本系統采用無線數據傳輸技術，分一個主站和若干個子站，通過無線調制解調器構成一個無線通訊網絡，對多個斷面的數據信息進行采集、傳輸、處理和控制。系統的總體結構圖如圖1所示。下位機中的傳感器把引水渠中的水位值和各閘門的開度值經轉換后送給編碼器，編碼器對水位及閘門開度信號進行編碼，在通過避雷器將編碼信號傳給數采儀，數采儀將數據進行初步加工和處理后由無線調制解調器傳給上位機，上位機即系統主站，可分別與不同的子站建立聯系，查詢各測點的數據，并按照用戶的要求對各閘門進行控制，下位機中的控制箱接收到此信息，經過計算，發出控制信號自動控制閘門到一定的開度，達到自動控制的目的。
圖1 閘門遠程自動監測與控制結構圖
2、下位機系統設計
設計下位機重點在于閘門自動控制箱的設計，本文提出閘門的運行控制模式，并進行可靠性處理，然后利用無線傳輸設備與上位機進行通訊，傳輸數據。
2.1 下位機硬件電路設計
本系統采用AT89系列單片機，采用矩陣式鍵盤進行輸入數據，鍵盤提供切換鍵、時間設置鍵、控制鍵三個按鍵，通過三個按鍵顯示水位、流量、閘門開度、日期和時間。切換鍵實現上述四個功能的轉換，時間設置鍵用于修改日期和時間，控制鍵用于對電機啟停進行控制。
2.2 閘門控制系統設計
本系統下位機接收到上位機傳來的要求流量值（或水位值），當要求的流量值（或水位值）與系統所測的流量值（或水位值）不一致時，單片機啟鍵閉合，閘門電動裝置控制箱自動啟動電機，提升或下降閘門，當所要求的流量值（或水位值）與當前所測流量值（或水位值）相等時，單片機閉鍵閉合，電機自動停止，達到自動控制的目的。
閘門的運行控制模式有實時型控制模式和定時型控制模式兩種，在實時型控制模式中，上位機根據用戶要求的流量，利用流量—水位關系曲線把要求的流量換算成要求的水位，然后和下位機聯系，下位機接到信號后，由電動裝置控制箱控制電機的正反轉，達到要求時停止轉動。定時控制模式要求用戶輸入所期望的流量值和要求閘門動作的時間，下位機的控制箱在規定的時間里自動開啟和關閉閘門，進行控制。
2.3 無線通訊設備SRM6100調制解調器
SRM6100無線調制解調器原是美國Data-Linc Group公司生產的軍用產品，現應用于民用。它提供最可靠和最高性能的串行無線通訊方法，在2.4GHz-2.483GHz頻段應用智能頻譜跳頻技術，在無阻擋物的情況下，兩調制解調器之間的通訊距離可達32.18公里， 可實現PLC（可編程控制器）和工作站之間的無線連接。SRM6100應用跳頻，擴頻和32位誤碼矯正技術保證數據傳輸的可靠性。無需昂貴的射頻點檢測技術。射頻數據傳輸速率為188kbps。并且不需要FCC點現場許可證。SRM6100支持多種組態，包括點對點通訊和多點通訊。多點通訊對子站數目無限制。并且SRM6100可做為中繼器工作，以達到擴展通訊距離或克服阻擋物通訊的目的。
2.4 下位機可靠性處理
為了精確控制電動閘門的關閉，避免電動閘門在工作中出現過載破壞或關閉不嚴的現象，本系統在電動軸上安裝了轉矩傳感器，用來監測閘門輸出軸的轉動力矩，以判斷閘門是否關嚴、是否被卡住。閘門電動裝置用于檢測和控制閘門的開度，本系統在轉動軸上安裝了光電碼盤，考慮到閘門可能出現頻繁的正反轉交替，為了避免錯位和丟碼，采用雙光耦技術，光耦輸出的兩路信號經74221雙單穩觸發器進行整形，89C51的INT0和INT1對其進行計數、計時，并判斷轉動方向，計算閘門開度。電動閘門在工作中若出現異常現象，系統會自動報警，切斷電機電源并顯示故障情況。
2.5 下位機軟件設計
下位機的軟件設計分為閘門自動裝置控制箱程序設計和串行口中斷服務程序設計兩部分。閘門自動裝置控制箱程序設計主要完成數據采集、存儲、顯示、按鍵操作等功能，串行口中斷服務的程序完成下位機向上位機數據的傳送和用戶設定參數的接收。控制箱程序的主框圖如下：
3、上位機設計
上位機的軟件部分采用VB6.0為開發工具，將各個功能模塊化，分別解決相應問題，再將各個模塊組裝，構成上位機軟件系統的優秀，上位機軟件系統的結構如圖3所示，通信模塊位于最底層，其余模塊功能的實現都直接或間接建立在此模塊的基礎上，本文利用VB的API函數編寫串口通訊程序，程序的框圖如圖4所示。數據管理模塊的主要作用就是為水位、流量、閘位等建立數據庫，并對其進行管理。
4、結語
本文以國內某灌區為例，全面分析了灌區閘門自動化控制系統的整體結構及其設計，對其軟件開發和硬件選擇作了全面闡述，并總結了提高自動化系統可靠性的經驗，為提高灌區現代化管理水平提供了有利的工具，具有較高的使用價值和廣泛的應用前景。
摘要：目前在全國自來水行業中，幾乎沒有一家自來水廠對排泥水處理自動化控制進行系統的研究和應用。前幾年上海市自來水公司在對水廠排泥水處理工藝研究的基礎上，在閔行水廠一車間(凈水能力7×104m?3/d)進行了排泥水處理生產性研究。為了能與國際接軌，同時與目前水廠的自動化相適應，在確定合理的處理工藝后配以高度的自動化，使系統在PLC中央控制下達到自動運行的程度，為今后水廠排泥水處理自動控制提供了有益的設計依據和參數。
關鍵詞：排泥水處理 自動控制 水能力
1 排泥水處理的自動控制
針對上述工藝，要實現自動運行，必須解決下列問題：
① 排泥水截留池如何自動控制；
② 如何自動排放濃縮池的濃縮污泥；
③ 平衡池的污泥量如何控制；
④ 如何自動配制PAM溶液；
⑤ 如何對離心脫水機的PAM加注進行自動控制；
⑥ 當某泵發生故障時，如何保證系統繼續運行；
⑦ 作為一個排泥水處理工程，如何協調整個系統的運行。
2 各單體的自控原理與設計
2.1 截留池的運行控制模式
截留池主要用來收集沉淀池排泥水和離心脫水機的分離水，而后由輸送泵將排泥水從截留池輸送至濃縮池。水廠采用了智能化泵吸—虹吸排泥方式，排泥時間和排泥水量都隨原水的濁度和泥沙沉降特性而變化。在截留池中安裝一個液位儀，一個攪拌器(用于均勻池中的泥水濃度，不使泥沙沉淀下來)。通過截留池液位的高和低來控制輸送泵和控制池中攪拌器的開和停。為了對進入濃縮池的排泥水量進行控制，在排泥水輸送管道上安裝了一個流量計，用來反映進入濃縮池的排泥水水量，并且采用變頻器實施對輸送泵的流量控制，達到對濃縮池進水流量的控制。
2.2 濃縮池的自控設計
濃縮池的作用是將較低濃度排泥水變成較高濃度的污泥水，而后送到平衡池。如何對較高濃度的污泥進行自動排放是濃縮池能否自動運行的關鍵。由于濃縮池運行時間和進濃縮池的排泥水水量具有不確定性，故定時排放污泥行不通；由于濃縮池液位穩定，故也不能用液位儀。這里唯一變化的是濃縮污泥的濃度，所以在濃縮池中設計安裝一個濃度計，用污泥濃度數值的高和低來自動控制排泥泵的開和停，即濃縮污泥的排放。通過對開始排泥和終止排泥的污泥濃度值進行設置，可達到：①使濃縮池始終高效運行；②控制平衡池的污泥濃度。
2.3 平衡池的自控設計
平衡池是一個緩沖池，主要作用是保證進離心脫水機的污泥濃度穩定。對它的控制主要有兩點：①池中污泥要均勻；②池中污泥水不能溢出，也不能排空，所以在池中安裝一個液位儀和一個攪拌器。攪拌器的作用是均勻池中濃縮污泥濃度，不使泥沙沉淀下來。液位的高低則決定濃縮池排泥泵、離心機進泥泵和攪拌器的開和停。
2.4 配制自動化
高分子絮凝劑一般為顆粒狀或粉末狀固體，不能直接投放到污泥水中，必須采用一配制系統。該系統可分為五部分：①粉末儲存器，用以儲存足量的PAM固體；②螺旋投加器，由兩支小型螺旋輸送桿組成，用以均勻地將PAM固體送入斗型輸送器，它的出口開啟、關閉受一時間繼電器控制；③斗型輸送器與水射器，用來承接PAM固體，并使之與水均勻混合而后送至攪拌熟化池；④攪拌熟化池，用以攪拌PAM與水的混合液，讓PAM與水充分混合熟化；⑤投加池，用以承接攪拌熟化池來的PAM溶液，以供PAM投加泵投入離心機中。整個配制系統應能如下運行：首先確定配制濃度，計算出投加固體量和投加時間，而后通過時間繼電器確定投加時間。一旦固體投入漏斗后，則自來水將與固體料混合，并由壓力水通過水射器送至攪拌池攪拌熟化，攪拌池溶液達到某液位時，水源自動關閉。當投加池PAM溶液用到某低液位時，系統將自動打開攪拌池的投放出口，配制好的PAM溶液由攪拌池送至投加池，然后系統自動再配制溶液，整個系統能周而復始自動配制溶液以用于離心脫水機的PAM絮凝劑投加。
2.5 離心脫水機及加藥量的自控
離心脫水機的作用是將濃縮污泥進行固液分離，是固液分離好壞的關鍵脫水機械。要使泥與水能很好地分離，除了離心機的轉速、差速控制因素之外，PAM投加量的自動控制是至關重要的。投加量的控制涉及到進泥量、進泥濃度、加注量和加注率的選定。對這些問題的設計思路是：①對進泥濃度進行監測，在平衡池中安裝了一個污泥濃度計，以顯示進入離心機的濃縮污泥濃度；②對進泥量進行監控，在進泥管道上安裝一個流量計，在污泥泵上加一個變頻器控制，以控制進泥量；③加注量則采用計量加注泵來控制PAM絮凝劑的加注，PAM絮凝劑則完全由PAM自動配制系統供應，這樣能完美地實施離心脫水機和加藥量的自動控制。
2.6 泵的故障排除
對每一環節中的泵都配備一臺備用泵，并對每一污泥泵安裝流量傳感器，設置流量報警，對進離心機的污泥泵設置壓力報警，同時每個泵給出一個運行狀態信號，一旦某泵發生故障，備用泵能自動切換。泵的輪番使用通過PLC進行。
2.7 全系統的控制
系統采用了SLC 500小型可編程控制器族作為中央控制，它具有一個固定的控制器以及模塊化控制器，模塊化控制器在系統配置方面相當靈活，配以各類繼電器就能設計一個用于本系統的控制器系統，使各單位協調運作，以達到運行的自動化。
與此同時也采用Panelview 550扁平面板終端設備提供快速和直觀的顯示。整個系統控制靈活、顯示直觀、設置簡便、操作容易。
3 系統的運行自控
3.1 截留池的運行
沉淀池排泥水經管道流入截留池，池中液位開始上升。PLC接收來自截留池液位儀的信號，當達到某一高度后，PLC發出指令，開啟輸送泵，排泥水由輸送泵送至濃縮池，輸送量則由流量計顯示并反饋到PLC，PLC可通過變頻器對輸送泵進行流量控制。
在實際運行中，設置輸送泵啟動液位為1.5m，停止液位為1.0m；攪拌器的啟動為1.0m，停止為0.5m；輸送的排泥水量為80～150m3/h。
3.2 濃縮池的運行
濃縮池一旦進水即開始運行。池中的濃度計連續監測池中某點位污泥濃度的變化，信號隨時反饋給PLC。當達到某一濃度后，PLC發出指令開啟濃縮池至平衡池的排泥泵，較高濃度的濃縮污泥就被送入平衡池積蓄起來。
沉淀池停止排泥之后，截留池的水位會慢慢下降，PLC收到截留池低液位信號后發出指令，停止輸送泵運作，濃縮池也停止運行。但排泥泵的運行會降低濃縮池內污泥濃度，PLC在收到濃縮池濃度計的低濃度信號后即發出指令，停止排泥泵運行。
在實際運作中，將排泥泵的啟動設置在池內污泥濃度為1.0%，停止濃度為0.1%。
3.3 平衡池的運行
平衡池的運行主要通過對濃縮池排泥泵的限定設置以及對離心機進料污泥泵的限定設置來控制。?
在實際運作中，設置排泥泵的啟動液位為3.0 m，停止為3.5 m。這樣，整個排泥水的收集、濃縮、積蓄就在PLC控制下周而復始，自動運行，無人操作。
3.4 離心機污泥脫水的運行
PLC收到離心機開啟信號后，延時發出指令，自動開啟離心機進泥泵、PAM加注計量泵和螺旋輸送器，并接受來自進泥流量計和加注計量泵的信號。根據平衡池污泥濃度計的數值、進泥流量計的數值、PAM配制濃度、最佳加注率，就可以確定計量投加泵的流量，并通過PLC設置。這樣PLC自動控制PAM加注泵變頻器的設定頻率值以控制投加量，離心脫水機對濃縮污泥的固液分離就可自動進行。
在實際運行中，PAM投加量的確定須依據進泥量和進泥濃度而定，加注率一般設定在1.0～1.5 kg/t干泥。
對所有泵都配有報警裝置和備用泵并通過PLC控制，一旦運行泵發生故障，報警信號發至PLC，則PLC會自動控制切換備用泵運行，以保證在對故障泵進行維修時不影響系統的連續自動運行。
4 結論
綜上所述，采用PLC作為中央控制，配以液位儀、濃度計、流量計作為一級儀表組合，自動連續監測運行狀況，并將監測值實時送到PLC。PLC發出指令，指令會通過中間開關繼電器和變頻器，對系統的泵等設備進行開停、流量變化等控制，以達到運行的高度自動化。?
通過PLC的終端顯示面板，也可以隨時對運行參數進行重新設置，以達到最佳運行條件。在整個系統的運行中，達到了無人操作的程度。
摘要：工業自動化領域的發展趨勢：控制系統的智能化、分散化、網絡化及管理控制一體化。
關鍵詞：水工業 自動化控制技術
1 控制系統的智能化、分散化、網絡化
工業自動化領域的發展趨勢之一是控制系統的智能化、分散化、網絡化，而現場總線的崛起正是這一發展趨勢的標志。
1.1現場總線的崛起
半個多世紀以來，工業自動化領域的過程控制體系歷經基地式儀表控制系統、電動單元組合式模擬儀表控制系統、集中式數字控制系統、集散控制系統(DCS)等4代過程控制系統，當前我國水工業自動化的主流水平即處于以PLC為基礎的DCS系統階段。這里要說明一點，DCS既是一個過程控制體系的名稱，有時也表示為由制造廠商出售的一個起完整作用而集成的集散控制系統產品，這種DCS系統相對較為封閉，而目前水工業自動化的DCS系統多數是由用戶集成的，因此相對較為開放。
與早期的一些控制系統相比，DCS系統在功能和性能上有了很大進步，可以在此基礎上實現裝置級、車間級的優化和分散控制，但其仍然是一種模擬數字混合系統，從現場到PLC或計算機之間的檢測、反饋與操作指令等信號傳遞，仍舊依靠大量的一對一的布線來實現。這種信號傳遞關系稱之為信號傳輸，而不是數據通信，難以實現儀表之間的信息交換，因而呼喚著具備通信功能的、傳輸信號全數字化的儀表與系統的出現，從而由集散控制過渡到徹底的分散控制，正是在這種需求的驅動下，自20世紀80年代中期起，現場總線便應運而生，并通過激烈的市場競爭而不斷崛起。
現場總線是應用在生產現場的全數字化、實時、雙向、多節點的數字通信系統。現場總線技術將專用的CPU置入傳統的測控儀表，使它們各自都具有了數字計算和通信能力，即所謂“智能化”；采用可進行簡單連接的雙絞線、同軸電纜等作為聯系的紐帶，把掛接在總線上作為網絡節點的多個現場級測控儀表連接成網絡，并按公開、規范的通信協議，使現場測控儀表之間及其與遠程監控計算機之間實現數據傳輸與信息交換，形成多種適應實際需要的控制系統，即所謂“網絡化”；由于這些網上的節點都是具備智能的可通信產品，因而它所需要的控制信息(如實時測量數據)不采取向PLC或計算機存取的方式，而可直接從處于同等層上的另一個節點上獲取，在現場總線控制系統(FCS)的環境下，借助其計算和通信能力，在現場就可進行許多復雜計算，形成真正分散在現場的完整的控制系統，提高了系統的自治性和可靠性。
FCS成為發展的趨勢之一，是它改變了傳統控制系統的結構，形成了新型的網絡集成全分布系統，采用全數字通信，具有開放式、全分布、可互操作性及現場環境適應性等特點，形成了從測控設備到監控計算機的全數字通信網絡，順應了控制網絡的發展要求。
1.2現場總線的現狀和標準化問題
目前，國內、外的現場總線有60幾種之多，由于這一新技術所具有的潛在而巨大的市場前景，在商業利益的驅動下，導致了近年來制訂現場總線國際標準大戰。在市場和技術發展需要統一的國際標準的呼聲下，修改后的IEC 61158.3～6標準最終于2000年1月4日獲得通過。該標準包括了8種類型的現場總線子集，它們分別是：①基金會現場總線FF(原有的技術規范IEC 61158)；②Control Net；③Profibus；④P—Net；⑤FF HSE；⑥Swift Net；⑦Word FIP；⑧Intferbus。這8種現場總線中，④、⑥是用于有限領域的專用現場總線；②、③、⑦、⑧是由PLC為基礎的控制系統發展而來，本質上以遠程I/O總線技術為基礎，通常不具備通過總線向現場設備供電和本征安全性能；①、⑤則由傳統DCS控制系統發展而來，具有總線供電和本征安全功能；①、⑧屬于現場設備級總線，②、⑤屬于監控級現場總線；③、⑦則是包括兩個層次的現場總線。
以上8種類型的現場總線采用完全不同的通信協議，例如：Profibus采用的是令牌環和主/從站方式；FFHSE是CSMA/CD方式；WordFIP是總線裁決方式。因此，要這8種現場總線實現相互兼容和互操作幾無可能。面對這種多總線并存的局面，系統集成將面臨更為復雜的任務，系統集成技術也將會有很大的發展。
1.3現場總線的新動向—工業以太網
長期以來的標準之爭，實際上已延緩了現場總線的發展速度。為了加快新一代系統的發展，人們開始尋求新的出路，一個新的動向是從現場總線轉向Ethernet，用以太網作為高速現場總線框架的主傳。以太網是計算機應用最廣泛的網絡技術，在IT領域已被使用多年，已有廣泛的硬、軟件開發技術支持，更重要的是啟用以太網作為高速現場總線框架，可以使現場總線技術和計算機網絡技術的主流技術很好地融合起來。為了促進Ethernet在工業領域的應用，國際上成立了工業以太網協會，開展工業以太網關鍵技術的研究。此外，開發設備網供應商協會(ODVA)已經了在工廠現場使用以太網的全球性標準——以太網/IP標準。該標準使用戶在采用開放的工業應用層網絡的同時，能利用可買到的現成的以太網物理介質和組件，也即由多個供應商所提供的可互操作的以太網產品。隨著網絡技術的發展，以太網應用于工業領域所要面對的網絡可確定性問題、環境適應性問題、包括總線供電和本征安全問題都會迅速得到解決。
2 管理控制一體化
工業自動化領域的另一個發展趨勢是管理控制系統的一體化。
2.1何謂管控一體化
在市場經濟與信息時代的飛速發展中，企業內部之間以及與外部交換信息的需求不斷擴大，現代工業企業對生產的管理要求不斷提高，這種要求已不局限于通常意義上的對生產現場狀態的監視和控制，同時還要求把現場信息和管理信息結合起來。管控一體化就是建立全集成的、開放的、全廠綜合自動化的信息平臺，把企業的橫向通信(同一層不同節點的通信)和縱向通信(上、下層之間的通信)緊密聯系在一起，通過對經營決策、管理、計劃、調度、過程優化、故障診斷、現場控制等信息的綜合處理，形成一個意義更廣泛的綜合管理系統。
2.2現場總線為管控一體化鋪平了道路
企業信息網絡是管控信息集成的基本條件，沒有信息網絡就不可能實現企業橫向和縱向信息的溝通和匯集，建網的目標在于實現全企業范圍內的信息資源共享，以及與外部世界的信息溝通。
水工業和一般企業網絡大致可分為3層，即企業管理層，過程監控層和現場控制層。
管控一體化解決方案中的現場控制層由現場總線設備和控制網段構成，把傳統的集散系統控制站(如水處理企業的PLC分站)的功能分散到了現場總線設備，此時的控制站實際是一個虛擬的控制站。現場總線技術與產品所形成的底層網絡，充分發揮其使測控設備具有通信能力的特點，為控制網絡與通用數據網絡的連接提供了方便。企業信息網絡是管控一體化的基礎，現場總線則為構建管控一體化網絡鋪平了道路；過程監控層由局域網段以及連接在局域網段的擔任監控任務的工作站或控制器組成，現場總線網絡通過現場總線接口與過程監控層相連，或者監控層直接由現場總線來擔當；監控站可以完成對控制系統的組態，執行對控制系統的監控、報警、維護及人機交互等功能；企業管理層由各種服務器和客戶機等組成，用于集成企業的各種信息，實現與Internet的連接，完成管理、決策和商務應用的各種功能。
2.3管控一體化的支持環境與系統集成
基于系統之間橫向數據交換及控制系統與管理層和現場儀表間縱向數據交換日益增加，現場總線的應用越來越廣泛，制造廠商的產品也日益開放。由于多種總線并存已成定局，管控系統建立統一的數據管理、統一的通信、統一的組態和編程軟件的一體化解決方案受到了各廠家的重視。同時，采用分布式網絡系統，采用C/S或B/S結構，可以在實現企業各層次功能模型的同時，實現網絡連接在結構上的簡化，從而形成以實時和關系數據庫為中心的數據集成環境，為實現數據資源共享的目標奠定了基礎。
如前所述，在多總線并存的局面下，系統集成成為實現管控一體化信息系統的中心任務。系統集成是要按照一定的方法和策略將相同或不相同廠商的現場總線產品相互連接，并使上層應用與下層現場設備之間完成雙向數據溝通，使之成為一個可以滿足用戶需求的整體。因此，系統集成既包括硬件產品的集成，也包括軟件產品的集成。對硬件集成來說，需要借助網橋、網關溝通總線接口。一般同種總線的網段采用中繼器實現網段的延伸，采用網橋實現不同速率網段之間的連接；不同類型的總線網段之間以及現場總線與以太網等異構網絡之間采用網關實現互連，如公司與生產廠或其他部門距離較遠時，采用公共數據網或電話網來實現局域網的連接，這在水工業的城市污水處理和截流系統、自來水廠站之間及供水管網調度系統等方面也是經常會遇到的問題。因此可以預計，今后這類通信接口產品將會變得很熱門，從軟件集成來說，通過OPC、ODBC等技術使得不同系統之間的準確、高速、大量的數據交換得以實現，能將實時控制、可視化操作、信息分析、系統診斷等功能集成到一個緊湊的軟件包中，具有很大的硬件靈活性，并且可以提供與多種管理軟件的連通性，從而可較為經濟地解決管控系統之間的連接。
目前各個國家都在競相開發自己的現場總線技術與產品，形成以現場總線為基礎的一體化解決方案下的企業信息系統。現在已經推出產品的如西門子公司以Profibus總線為基礎的PCS7、羅斯蒙特公司的基于FF總線的Plantweb等，管控一體化軟件則有美國信肯通公司的Think&DO、Lntellntion公司的iFIX等。
3 對水工業自動化發展的思考
綜上所述，現場總線技術的發展，引起了自動化系統結構和自動化控制概念的變革，進一步推動了管控一體化企業信息系統的建立，它集計算機技術、信息技術和自動化技術為一體，成為流程工業自動化發展的趨勢。隨著市場經濟的發展和加入WTO的臨近，工業企業面臨前所未有的發展機遇和愈加嚴峻的挑戰，對企業的生產經營管理提出了更高的要求。管控一體化企業信息系統的建立，將是增強企業競爭力的重要途徑，問題是對于水工業來說，這種必要性到底有多大?水工業盡管有自己的特殊性，但在實現生產過程和經營過程的整體優化，在保障運行安全的前提下獲取最大的經濟效益上與其他工業應是相同的。特別是信息技術的不斷發展，網絡的普及，將會使管控一體化的重要性日益顯露出來，由以PLC為基礎的集散型控制系統向以現場總線為基礎的管控一體化分布式網絡信息系統過渡是必然的。
要構建管控一體化網絡，必先以現場總線所形成的底層網絡為基礎，但目前國內對現場總線技術的應用還比較遲緩，原因之一是觀望和等待一個單一的現場總線國際標準的確立，但客觀事實是IEC通過了8種總線標準，估計這種多總線并存的局面在短時間之內也不會改觀；原因之二是現場總線在系統集成上存在困難，條件還不成熟，尤其是由國家支持研制開發的FF總線，其OEM產品的開發和應用也還要假以時日；此外還存在總線產品互操作性的認定和可靠性等方面的問題。因此在目前情況下，一方面要密切關注現場總線標準的新的發展動態，同時還應結合水工業的具體條件，對諸如如何保護和利用現有資源，對原來的DCS系統進行改造，選用何種總線以及如何組網和系統集成等問題加以研究和討論，并建議國家城市給水排水工程技術研究中心成立一個機構，像建設部、科委下屬智能建筑技術推廣中心的LonWorks現場總線協作網一樣，負責跟蹤現場總線技術的發展、信息技術交流，指導行業對這一新技術的推廣和應用，以促進水工業自動化發展的進程。
摘要：本文介紹了長壽污水處理廠實施自動化控制的實踐，論證了自動化系統對污水處理運行管理的重要作用，提出了智能化是自控系統發展方向的觀點。
關鍵詞：污水處理廠 自動化控制 設備改造
1.污水處理可能對三峽庫來說還算是一個新星的行業，在三峽庫區新建的污水處理廠中，大部分設置了自動化控制系統，力求對整個污水處理過程實行全面監控。但由于這項工作尚處在實踐摸索階段，與國外水平相比存在較大差距，主要問題是：
（l）主要控制設備功能不穩定，特別是在線儀表的準確性和穩定性來看，不能完全達到由計算機控制的要求。
(2)自控水平低，距智能化自動控制還有很大差距。
(3)運行條件變化范圍大，某些工藝環節尚在不斷調整。
(4)運行操作人員尚不能對工藝進行全方位控制操作。
由于以上條件限制，大多數污水處理廠的自控系統只能發揮監視和對部分設備進行遠程控制的功能。長壽污水處理廠針對以上問題，自2003年5月試運行到現在來看，根據實際運行,并通過對部分設備的改造和完善，加之對現場運行操作人員的技術培訓，使中控室具有集中控制、監視、現場故障報警等功能。操作人員可在中控室進行操作，為安全穩定運行提供了保障。
2. 長壽排水公司自控概況
長壽污水處理廠處理長壽區20萬人生活污水及工業廢水，我廠監控系統采用工業以太網集中控制系統。此系統包括1個監控中心（中控室）、6個現場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、貯泥池的自動運行；模擬屏站主要對模擬屏的數據處理控制；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號脫水機進行自動控制，紫外光站是對紫外光消毒系統進行控制。中控室則對全廠設備的控制操作及監視。現場分站采用的PLC可編程控制系統是美國AB公司以太網系統。
3. 對設備的改造與完善
長壽污水處理廠從試運行以來，由于現場電氣及機械設備存在一些問題，直接影響了自控系統的正常運行。根據存在的問題，結合實際運行情況及工藝要求，對自動化控制系統的現場控制設備進行了部分技術改造。
3.1 對現場一些設備進行改造
由于我廠增加了一臺脫水機和PLC柜，為了把新增的這臺脫水機PLC柜的運行信號聯到中控室，避免重新進行布線。使用交換機聯接兩臺脫水間PLC柜，通過一根信號線接到中控室交換機。改造現場和配電機曝氣機的二次控制回路，解決了中控室不能控制曝氣機啟停的問題。
1號2號氧化溝的變頻曝氣機由于控制轉換開關處在開關柜
控制和機旁控制方式時，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行頻率，變頻器控制失效，不能運行。經考慮，短接模擬量電流輸入的轉換開關控制回路。
變頻器頻率信號（模擬量）、運行信號（開關量）沒有輸出給
PLC，使得上位機無法判斷曝氣機是否運行。過后經自動化人員改進后，只給出變頻器頻率信號（模擬量），運行信號可有可無（開關量）。
3.2 對PLC源程序的修改、優化
試運行中，我廠由于采用的是巡檢制度，將各分散值班點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根據實際情況做進一步的修改。通過對PLC可編程控制器的源程序進行修改、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。不僅實現了設備按工藝流程運行的要求，而且機械設備運行的準確性、安全性有了很大提高，電氣故障大為減少。故障點檢查也很方便，大大降低了電氣設備的故障率，使現場自動運行更加穩定。更主要的是為自動化控制的順利實現創造了條件。
另外對高壓配電系統和一套獨立的監控系統，如出現任何故障不僅有指示燈光報警，而且還配有語音報警系統，使值班人員一目了然，可清楚地判斷故障發生的部位并做及時處理，避免事故的發生。
3．4 安裝視頻監視系統的
為了讓操作人員真正在中控室控制全廠、監視全廠、管理全廠，長壽污水處理廠于2002安裝了BAXALL系列攝像機視頻監視系統。它配合原有的自控儀表，對進水粗格柵、細格柵、提升泵、排砂泵、攪拌機、砂水分離機、氧化溝曝氣機、二沉池、回流泵站、剩余污泥泵站、脫水間、辦公室等10多個場所的現場情況，進行24小時全天候監視。
這套視頻監視系統運行可靠。在中控室里，通過對攝像機的遙控。可以監視全廠20多個部位工藝設備的運行情況。如果按工藝流程在現場巡查一遍，需要30分鐘左右，而通過視頻監視系統，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，在上位機設定常用/備用，按如下原理進行控制：
當泵站內水位達到1.70m時，一臺泵啟動 ；
當水位降至0.80m時，水泵停機，并發出報警信號。
粗、細格柵分別有時間控制/液位差控制，2種控制方法，我廠現在用的是時間控制。
格柵井安裝粗、細格柵機兩臺，運行依據其前、后超聲波液位差計測得的水位差進行控制。
當粗格柵機前，后超聲波液位差計測得的水位差超過20cm，粗格柵機、皮帶輪輸送機自動開機。
當粗格柵機前，后超聲波液位差計測得的水位差降至10cm，粗格柵機、皮帶輪輸送機自動停機。
當細格柵機前，后超聲波液位差計測得的水位差超過30cm，細格柵機、螺旋輸送機，壓榨機自動開機。
當細格柵機前，后超聲波液位差計測得的水位差降至20cm，細格柵機、螺旋輸送機，壓榨機自動停機。
粗格柵、細格柵還可以通過在上位機設定運行、停止間隔時間的方式定時開啟停止。當格柵每運行15分鐘后停15分鐘。皮帶輸送機、螺旋輸送機與格柵聯動，及格柵運行時，同時運行。
兩組渦流沉砂池，每組渦流沉砂池內安裝一臺攪拌機和排砂泵，攪拌機長期運行。排砂泵把池底的污物抽送至砂水分離器。排砂泵每運行10分鐘后停20分鐘，時用，砂水分離器與排砂泵同時工作，以上設備均可在中心控制室監控。
3.6 氧化溝的自動控制
本工程氧化溝設兩組，日處理污水能力40000m3/d，每組氧化溝設計日處理能力2萬m3/d。每組氧化溝PDSL-325（C）型倒傘型表面曝氣機三臺，其中1#，3#機組為恒速，逆時鐘方向運轉，單臺機組充氧量為119kgO2/h；2#機組為變頻調速，順時針方向運轉，單臺機組充氧量為23～119kgO2/h，電機功率均為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。另一組氧化溝設備與該組氧化溝對稱，倒傘型表面曝氣機的運行按照氧化溝內溶解氧值（DO值）進行自動控制，其DO值以接近出水口處的DO儀的測定值為準。
當DO值在0.2mg/L< DO值<1.2mg/L范圍內時三臺電機都開啟；當DO值在1.2mg/L<DO值<3.0mg/L范圍內時開一臺恒速機和一臺變頻調速機；其中變頻調速機的調速頻率分為五段（頻率隨著DO值減小而增大）；當DO值在3.0mg/L<DO值<4.0mg/L范圍內時只開一臺恒速機。如果DO值不在以上范圍內那么開一臺恒速機和一臺變頻調速機（頻率固定）。
氧化溝內設一臺污泥濃度（MLSS）測定儀，將MLSS測定儀測定值傳送至中控室，用于調節活性污泥回流泵站及電動套筒閥的運行。
氧化溝內安裝的各檢測儀器（如DO儀、MLSS儀）的數據，由PLC1進行采集。然后PLC1將采集的數據通過控制層網絡送至中控室用于控制相關設備運轉。
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，按如下原理進行控制：
在泵站出水側及吸水側（套筒閥井處）各設一臺超聲波水位計，出水側設兩個水位，一個正常水位7.8m，一個報警水位8.4m,吸水側設四個水位，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（統計工作時間），負荷均等，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：
當貯泥池液位低于2.0m時,剩余污泥泵自動開啟。當貯泥池液位高于4.5m時，剩余污泥泵站剩余污泥泵根據液位計信號自動停止運行，貯泥池液位在中心控制室顯示及報警。另外，當貯泥池水位計超過貯泥池設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，當液位為1.5m時，向脫水間PLC發出污泥泵停泵停止運行信號。
3.9 加藥間的自動控制
溶解、溶液池為兩組，每組2 m；每組內安一臺攪拌機，和超聲波液位計一套，工況一用一備；
溶解池加料加水后，攪拌機工作15分鐘，攪拌機停車，溶液池的液位預報警（液位現場確定）；
當一格溶解池最低液位時（液位現場確定），自動關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節頻率，手動調節沖程控制投加量，使其出水水質達到國家一級排放標準。
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，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
脫水間加藥池設有一液位探頭，當液位低于設計標準時，脫水機停止。
脫水機的控制主要還是以人工控制為主，操作人員在PLC柜在啟停各個設備。
3.12 現場儀表的控制
我廠的主要儀表有：液位計、進水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值顯示為主，操作人員可直觀地讀取各種數據。
3.13 高壓配電系統監視功能
此功能主要是對高壓配電及供電系統的開關是合是斷，通過在上住機（CRT）顯示來提示有關人員。具體顯示以示意圖的形式實現。
3.14 時間累計、故障次數和報警功能
主要功能是對所有設備運行的時間進行統計。報警功能是對設備運行出現的故障都有燈光和聲音提示，準確及時地提示操作人員哪臺設備出現了故障。故障出現時，運行設備立即停止運行。此部分功能的實現，為有關人員確定設備大修時間及日常保養次數提供了依據。
4. 自控系統的使用效果
4.1 快速準確地反映運行異常情況
當現場現出任何的異常情況，可通過監控系統和上位機系統一目了然的看出問題。有設備出現故障、上位機同時報警并停止該設備的運行，相應地計算機作故障情況記錄，方便設備故障排除、管理、維護等。
4.2 促進了職工技求素質的提高
實行自控，運行人員合并值班操作，對職工素質的要求也相應地變為復合型，這就進一步激發了職工特別是青年職工學文化、學技術的積極性。
4.3 為降低運行成本創造了條件
5. 自控系統的發展前景是智能化
從長壽排水公司自動化控制水平看，只是完成了人對設備簡單的機械性能的操作，這種系統在智能化高度發達的今天顯得很粗糙。因為污水處理的可變因素很多，有水量、濃度、溫度、氣量、微生物狀態、系統配水情況。供電情況、機械運行情況等等，是一個非常復雜的系統，只靠預先設定的簡單程序就想控制好生產全過程是不可能的。我們需要一種更高級的控制系統，使之能對生產過程出現的各種數據給予采集、計算、分析，得出目前運行狀態是否正常的結論，并能給操作人員以有益的提示，從而使自動化控制能夠真正實現智能化。
摘要：本文介紹了引進的以色列先進的滴灌技術，同時從滴灌系統、節水效果到滴灌的自動化控制作了詳盡闡敘，并對百果園第二期工程建設提出了滴灌系統的設想，以此范例，作出了在我國果園灌水實現滴灌自動化的一般方法和建議。
關鍵詞：計算機 自動化 電磁閥
1 簡介
是國家果茶良種場XX省優質果茶良種繁育場，是國家“九五”種子工程在湖南實施的重點項目，建于1998年8月，1999年三月由農業部授名為“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。為加速實施全省農業結構的調整，先后從美國?法國?埃及?日本及國內10多個省市科研育種單位引進優質果茶品種資源158個，優質果茶種苗40多萬株，建成果茶母本園150畝。每年可向社會提供優質果茶苗木200多萬株，果茶母（接）穗1萬公斤以上，生產優質果茶產品1000噸以上。
果茶場也是省城第一座以品茶、園藝、垂釣為主題的農業觀光園。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，是個名副其實的“百果園”。
該廠第二期工程將于2003年完成，面積將擴至1000多畝。年生產優質果茶苗木將達到1000萬株，優質果茶產品產量也將成倍增加，更多的農業高新技術將落戶該場。果茶苗木和產品的生產、檢測、采后處理、加工和多種農業觀光設施將全部完善和配置。屆時，一個全新的高科技生態農業示范、觀光園將會展現在你的面前。
百果園是農業高科技的結晶，而滴灌系統是其中的重中之重。百果園現建成的620畝果園，全部由從以色列引進的先進滴噴灌系統控制，該園地勢起伏較大，最高處海拔達86.60m，最低處64.72m，傳統灌水方式很難進行，而先進的滴灌系統由于對地形的適應能力強，而且特別適應山地丘陵地區，所以滴灌正好大施其能，由低處水庫中取水，經過過濾加壓，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。不過其系統自動化程度不高，全園僅能使用微機控制電磁閥的開啟，不能精確實現作物的輪灌、對灌水時間和灌水量還不能實現有效的控制，有望進一步提高。
2 滴灌系統
滴灌就是滴水灌溉技術，它是利用低壓管道系統，使滴灌水成點滴地、緩慢地、均勻而又定量地浸潤作物根系最發達的區域，使作物主要根系活動區的土壤始終保持在最優含水狀態。滴灌不同于傳統的地面灌溉濕潤全面積土壤，因此滴灌有節約灌溉用水量、促進作物生長和提高產量的作用，是一種很有發展前途的局部灌水技術。
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，而滴灌具有省水節能、省工省地省肥、操作簡單，易于實現自動化、對土壤地形適應性強、保護和保持生態環境等優點，所以滴灌成為了百果園地首選。
2.1百果園滴灌系統的組成
百果園滴灌系統主要由水源、首部樞紐、輸配水管網和尾部設備灌水器以及流量、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 7. 灌水總開關 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(電磁閥) 17.沖洗閥 18.肥料罐 19.肥量調節閥 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、肥料罐、過濾設備、控制閥、進排氣閥、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中去。百果園中采用五級加壓式離心泵，在水庫中取水，現取現用，計劃建一水塔蓄水。
2.1.3 輸配水管網
輸配水管網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，毛管是微灌系統末級管道，其上安裝或連接灌水器。微灌系統中直徑小于或等于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 尾部設備
尾部設備是微灌系統的關鍵部件，包括微管和與之相聯的灌水器(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
灌溉系統的第一期工程是由以色列的普拉斯托公司負責承建，全園采用先進的滴、噴灌相結合的微灌節水技術，是我國南方發展節水農業的典范，其具體情況見下：
2.2.1 設計原則
滴灌灌溉系統設計除了滿足節水、節能、省力等之外，通常應遵循以下主要原則：
①必須滿足果園果樹生長對水分的要求；
②灌溉系統設計應結合耕作實際，便于操作；
③應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、蟲害的發生；
④在盡可能的情況下，灌溉系統設計時應考慮施肥及噴藥裝置；
⑤在盡可能的情況下，應使灌溉系統在滿足灌溉要求的同時，工程建設的綜合造價最小。
2.2.2 設計步驟
2.2.2.1資料的收集在系統設計時，必須掌握以下資料：
①地形資料：根據實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、地下水埋藏深度和土層厚度等。土壤理化性質主要包括土壤類別、干容重、含鹽情況、土壤田間持水率等。
③氣象資料：區域年均降雨量及季節分布、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、含沙情況、水位、供水能力、利用和配套情況等。若水源為機井時，還應調查機井的靜水位和動水位，當地下水水位較淺時，一定要調查清楚地下水位及其周年變化規律。若水源為渠水時，應調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與否，除了影響工程投資外，還直接影響著灌溉系統的效益發揮和灌溉保證率。因此，應根據作物種類、作物的種植制度、種植季節、水源情況、果園設施情況、工程區社會經濟情況等，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。百果園灌溉系統的灌水方法采用以滴灌為主，滴噴灌相結合的方式。
2.2.2.3 滴灌系統布置，百果園滴灌系統的管道分干管、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。
2.2.2.5 滴灌系統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域需要時，滴灌面積為
2.2.2.6 管網水力計算滴灌系統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，不超過滴頭設計工作壓力的20％，流量差值不超過10％；對于采用壓力補償式滴水器時，僅要求區域內滴頭流量差值不超過10％，并據此確定支、毛管的最大設計長度；在滴灌中，由于管網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。工程設計中塑料管道的沿程阻力損失常選用式（4－1 6）、（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
當管道有多個出水口時，管道的沿程阻力應考慮多口出流對沿程阻力的折減問題，多口出流折減系數k，對應計算公式
工程設計中為了計算方便，局部阻力損失也常按沿程阻力損失hf的10％估算。
2.2.2.7 管道系統設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計、管道系統的結構設計。
① 管材的選擇：可用于灌溉的管道種類很多，應該根據滴灌區的具體情況，如地質、地形、氣候、運輸、供應以及使用環境和工作壓力等條件，結合各種管材的特性及適用條件進行選擇。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。隨著材料工業的發展，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，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到了能承受系統所要求壓力的厚度，若沒有達到，千萬不能使用，否則將會埋下隱患，造成運行時管道發生爆破，甚至導致整個管道系統癱瘓。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勢下降，應通過技術經濟分析選擇合適的管材。塑料管經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，作為本級管道的設計流量，依據這個設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，也可選取一個出現次數較多的次大流量，作為管道的設計流量來確定管徑。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灌溉均勻的原則。管徑選得越大，支管運行時的水頭損失就越小，同一支管上各滴頭的實際工作壓力和灌水量就越接近，灌溉均勻度就越接近設計狀況。但這樣增大了支管的投資，對移動支管來說還增加了拆裝、搬移的勞動強度。管徑選得小，支管投資減少，移動作業的勞動強度降低，但由于運行時支管內水頭損失增大，同一支管上各滴頭的實際工作壓力和灌水量差別增大，結果造成果園各處受水量不一致，影響滴灌質量。為了保證同一支管上各滴頭實際出水量的相對偏差不大于20％，國家標準GBJ85-85規定：同一支管上任意兩個滴頭之間的工作壓力差應在滴頭設計工作壓力的20％以內。顯然，支管若在平坦的地面上鋪設，其首末兩端滴頭間的工作壓力差應最大。若支管鋪設在地形起伏的地面上，則其最大的工作壓力差并不見得發生在首末滴頭之間。考慮地形高差Z的影響時上述規定可表示為
許的水頭損失即為從式（4－20）
可以看出：逆坡鋪設支管時，允許的hw的值小，即選用的支管管徑應大些；順坡鋪設支管時，因Z的值本身為負值，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時，因地形坡降彌補了支管內的部分水力坡降，選用的支管管徑可適當的小些。 當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，滿頭的設計工作壓力可從滴頭性能表中查得。兩滴頭進水口高程差（實際上就是兩滴頭所在地的地面高差）可以從系統平面布置圖中查取。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。因管材的管徑已標準化、系列化。因此，還需按管材的標準管徑將計算出的管徑規范取整。對滴灌系統的支管，考慮到運行與管理的方便，最大的管徑一般不超過100毫米，并且應盡量使各支管取相同的管徑，至少也需在一個作業區中統一。對于固定管道式滴灌系統，地理支管的管徑可以不同，但規格不宜太多，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用最小的原則選擇的。管道的費用常用年費用來表示。隨著管徑的增大，管道的投資造價（常用折舊費表示）將隨之增高，而管道的年運行費隨之降低。因此，客觀上必定有一種管徑，會使上述兩種費用之和為最低，這種管徑就是我們要選擇的管徑，稱之為經濟管徑。經濟管徑中對應的流速稱為經濟流速。圖4-7就是用最小年費用法計算經濟管徑的原理示意圖。用這種方法確定管徑概念清楚，但計算相當繁瑣，往往需要分別計算出多種管徑的年投資和年運行費，比較后再確定。隨著科學技術的進步，計算機技術的飛速發展，許多優化設計方法，如微分法、動態規劃法等已在管道灌溉管網的設計中得到應用，具體方法可參閱有關書籍。 對于規模不太大的滴灌工程，也可用式（4－22）、式（4－23）的經驗公式估算管道的直徑：
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。管道的縱剖面應力求平順，減少折點，有起伏時應避免產生負壓。
ⅰ 埋深及坡度：地埋管的埋深指管徑距地面的垂直距離，埋深應根據當地的氣候條件、地面荷載和機耕要求確定。一般管道在公路下埋深應為0.7～1.2米；在農村機耕道下埋深為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、基礎穩定性好的管道坡度可陡一點；反之應緩些。總的來說，管道坡度不得超過1:1，通常控制在1:1.5～1:3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，同類管件應考慮其規格盡量統一。
為了按計劃進行輸水、配水、管道系統上應裝置必要的控制閥。白果園中為了實現灌水的有效控制,設置了30多個電子閥.而且各級管道的首端還設了進水閥或水分閥；當管道過長或壓力變化過大時，設置節制閥。為保證管道的安全運行，還安裝一些附設裝置。自壓系統的進水口和各類水泵吸水管的底端應分別設置攔污棚和濾網，管道起伏的高處應設排氣裝置，自壓系統進水閥后的干管上設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泄水裝置，管道可能發生最大水錘壓力處設置安全閥。
2.3 評價
從整體上來看,XX白果園的滴灌系統是建設的比較完善的一套滴水灌溉系統,設計施工都符合現代滴灌的要求,是一套先進的現代化滴水灌溉系統，而且產生了很好的經濟效果。不過當時考慮到經濟條件的限制，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，筆者認為百果園應改進為雙行毛管平行布置；而且其控制系統自動化程度不高，全園僅能使用微機控制電磁閥的開啟，不能精確實現作物的輪灌、對灌水時間和灌水量都不能實現有效的控制，故需進一步對其控制系統加以設計改進。正在建設的二期工程應該吸收一期工程中的好的經驗，改進一期工程中的不足，特別是應該實現灌水的全自動控制。
3 灌溉自動化控制系統
灌溉中的滴灌系統，能很方便實現自動化控制，灌水的自動化控制能有效的實現節水灌溉，也是農業實現現代化的要求。對微灌的自動化控制，根據控制系統運行的方式不同，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
系統的所有操作均由人工完成，如水泵、閥門的開啟、關閉，灌溉時間的長短，何時灌溉等等。這類系統的優點是成本較低，控制部分技術含量不高，便于使用和維護，很適合在我國廣大農村推廣。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
系統不要人直接參與，通過預先編制好的控制程序和根據反映作物需水的某些參數可以長時間地自動啟閉水泵和自動按一定的輪灌順序進行灌溉。人的作用只是調整控制程序和檢修控制設備。這種系統中，除灌水器、管道、管件及水泵、電機外，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
系統中在灌溉區域沒有安裝傳感器，灌水時間、灌水量和灌溉周期等均是根據預先編制的程序，而不是根據作物和土壤水分及氣象資料的反饋信息來控制的。這類系統的自動化程度不等，有的一部分實行自動控制，有的是幾部分進行自動控制。
為了對先進的滴灌自動化控制系統有具體認識和了解，下面我們將對滴灌的自動化控制作詳細介紹：
3.1 滴灌首部控制樞紐
滴灌自動化系統的基本控制方法有：時間控制、水量控制和反饋控制三種。時間控制系統是按預定好的時間放水或關水；水量控制系統是按照設計的配水量放水或關水；反饋控制系統是根據灌區內濕度感受器的反應，然后將信號傳送到首部控制樞紐部分來關水或放水。滴灌系統更便于完全實現自動化，這在地多人少、勞力緊張的邊遠地區，沙漠地帶的防護林區，鐵路路基沿線，經濟力量雄厚的城郊蔬菜種植區顯得特別重要。目前，國外發達國家在滴灌區普遍使用了計算機管理系統，并通過專用的滴灌系統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。大大提高了現代化的土壤水分、作物生長測定技術的可能性和實用性，具有農藝上的綜合性，為人們充分利用現代化儀器設備在滴灌系統中應用提供了巨大的潛力。滴灌系統軟件根據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 作物生產管理計劃制定
控制軟件系統應能提供一套科學的管理系統，它通過提高作物產量和品質以及減少用水量來提高水分利用效率，能給農民及有關用戶提供一套針對灌溉方案制定作物生產管理的先進、完善的管理系統，用戶能夠使用它獲得他們的每一塊農田的土壤水分狀況圖，方便的數據資料存取能夠得到每一塊農田的準確土壤水分含量，還能夠確定準確的日水分利用量，能夠給每塊農田制定出合理的灌溉管理決策，能夠根據每一塊農田各自的灌水量需求對不同農田進行灌溉優先排序，以便制定優化灌溉計劃使農場或用戶獲得整體最高產量。
控制軟件系統應能允許灌溉管理者根據作物水分需求和作物對灌溉的反應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管理軟件包，它能夠對灌溉決策的制定和作物管理進行數據資料存儲、運算處理、顯示輸出。土壤水分數據資料主要由中子探測儀、石膏電阻塊和張力計測定獲得。天氣數據資料由自動氣象站獲得，作物生長資料如籽粒大小（直徑）、株高和葉片硝酸鹽含量等可直接田間測定，根據相應的作物響應，作物生長資料結合土壤水分資料能夠制定出合理的灌溉計劃，通過實際調查能夠提高作物產量、品質和水分利用效率的管理技術能夠詳細地驗證作物生長、土壤水分和氣候之間的關系，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到高產穩產目標的籽粒重和穗粒數或結果率的控制管理問題。
3.3 滴灌系統灌溉計劃制定
滴灌系統灌溉計劃一般是指確定何時進行灌溉及應該的灌溉量，灌溉計劃的應用可消除代價巨大的不可預測的農業災害，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，因此不同的農田需要不同的灌溉計劃。農民通過土壤水分測定技術利用軟件處理和顯示不同層次土壤水分特征，能加深對發生于土壤內的各種過程的理解，以便進行更精細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。
當土壤水分和被作物利用的水分的準確數量被測定后，通過軟件可以計算下一次滴灌的日期和準確的灌水量，它將考慮當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。它把農田從最干到最濕分為不同等級。了解需要灌溉補充的水量有助于協調不同用戶之間和同一用戶內部的水分供給，充分了解雨后何時開始灌溉能使農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用
3.4.1 時間圖 時間顯示某一指定土壤容積含水量、根區土壤含水量或作物響應隨時間的變化。時間圖的基本顯示：直線表示根區土壤含水量的飽和點和需灌溉補充點；供給的和有效的灌溉和降雨情況；箭頭指示預測的灌溉日期；關于水分飽和點、需灌溉補充點、當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表；作物生長及其對灌溉管理技術措施的響應；該軟件所做的時間圖可進行大小調整，通過調整縱坐標軸上的最大值和最小值及橫坐標上的日期范圍能夠把圖形中用戶想要的區域或作物生長期內的某特定階段的圖形放大。圖形能夠進行疊加來同時比較不同地點的田塊或不同年份的數據。當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到高度的協調一致。用戶可以選擇任何關鍵數據來建立相互作用關系圖。
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，通過該軟件和現代化儀器結合能夠迅速直接測定和分析土壤水的剖面分布情況。根區吸收水分模式可以在深度圖中看到，對深度圖分析能使農民確定每一種農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數量、土壤緊實度、土壤質地變化、高石灰巖含量、地下水位和鹽分等問題能夠通過對根部活動的仔細分析而發現。深度圖也可以用來確定滲入和排出土壤剖面的水分的運動狀況及深度和數量，從中能夠給定灌溉飽和點和需灌溉補充點的準確設計值。灌溉或降水后從土壤的根區排出的水分數量能夠通過深度圖準確測定，根據可以調節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量將防止地下水水位地升高和土壤養分的淋溶損失，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動的關鍵問題，通過分別繪制灌溉前和灌溉后距滴管不同距離的各個點的土壤水分含量圖可比較灌溉水的運動狀況，用戶能夠利用研究所得的結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
3.5.1程序結構 滴管軟件的數據存儲于一個樹狀結構，這使得制定灌溉方案是查詢數據資料非常方便。管理人員可能負責管理幾個農場或幾塊農田，每個農場或農田可能有許多檢測點，每一個檢測點都有一套不同時間收集的實際測定的讀數記錄。輸入的數據經過計算機軟件處理，能顯示有關每一單個田塊的詳細資料，還能夠向農民分別顯示每一年的作物種植的詳細資料。能夠顯示農場的每個監測田塊或某一年份的每一監測點的情況，指明灌溉飽和點和需灌溉補充點，當前作物日水分使用情況，土壤水分平衡和預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記錄和根區的總水分含量，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。利用滴灌軟件可進行數據資料綜合分析，從中總結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。土壤等數據資料，并進行綜合分析，為以后的灌溉方案制定提出更合理更完善的評價標準。該軟件程序的所以結構層次能為所選擇的農場、監測點和某一日期建立報告。報告分為五種：深度圖、時間圖、記錄讀數報告。監測點報告和灌溉計劃報告。用戶可以根據自己的需要已及自己微機系統對程序進行修改編譯，選擇公制和英制計量單位進行數據資料綜合分析，將田間測定得到的數據讀數記錄自動粘貼到沒一個具體的農場欄、監測點欄和日期欄。每一個監測點的測定日期，時間及估計的水分日利用量能夠在粘貼之前輸入。
3.5.2 數據輸入在讀數記錄屏幕中可以人工錄入和顯示田間實際收集的數據，如土壤水分張力計的讀數、作物籽粒大小。有關作物的數據可以測定得到，作物生長參數與土壤水分含量相關聯可以確定作物生長期的水分需求量。氣候數據資料可以人工輸入或由氣象站自動裝載。天氣數據參數的個數沒有限制，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聯制作相互作用關系圖。從氣象數據資料中可以得到蒸發損失的總水分量的數據并且把它與測定的日水分使用量相比較來調整該地區的作物灌溉計劃。
3.5.3 軟件的數據處理利用滴管軟件可以計算使土壤剖面達到灌溉飽和點所需的準確時間數。同時計算自從播種或其他生長時期（如發芽、開花等）以來的天數，使土壤水分能夠與過去多年的作物生長資料數據參數同步分析，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量，尤其是對于玉米、小麥和棉花。可以通過作物－水分方程和氣象資料估算理論產量。通過速率方程，計算作物生長速率。計算作物當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日水分利用狀況地資料。結合現代先進地土壤水分測定儀器使用，該軟件能夠指導我們最有效地利用有限的水資源獲得最大農業效益。例如能夠確定每次灌溉的準確時間和灌水量。同時減小過量灌溉和水分不足對產量的影響。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；建立現代耕作技術和傳統耕作技術條件下的水分利用效率的關系。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據庫以使作物產量和質量獲得持續穩定的提高，使高效農業可持續發展。
3.6灌溉自動化控制系統
要實現灌水的自動化，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施自動灌溉（溝灌、噴灌、滴灌、滲灌），達到高產、高效、和節水的目的。適用于庭院花圃、苗圃、果園、菜地和農地。隨著經濟發展，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。自動灌溉控制系統可以實現科學灌溉，節能、省水，使菜地和農地產量和質量明顯提高。智能化，精準化灌溉技術是伴隨著計算機應用技術、傳感器制造技術、塑料工業技術的提高而逐步實現的
自動化計算機灌溉控制系統大約在80年代初由雨鳥公司、摩托羅拉等幾家公司開發、研制成功，并投入使用。由于技術復雜、應用難度大，價格高昂，這種控制設備最早應用于高爾夫球場灌溉系統的控制上。90年代，計算機工業的硬件、軟件飛速發展，使得灌溉系統中央計算機系統操作難度越來越小，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、開發出了中央計算機控制系統：Maxicom
智能化灌溉中央計算機控制系統具有如下功能：
① 動采集各種氣象數據，計算并記錄蒸發蒸騰量ET；
② 根據前一天的ET值自動編制當天灌溉程序并實施灌溉；
③ 可由連接的土壤濕度傳感器、風速傳感器、雨量傳感器等干涉程序，啟動、關閉、暫停灌溉系統；
④ 連接流量傳感器可自動監測、記錄、警示由于輸水管斷裂引起的漏水及電磁閥故障；最大限度利用管網輸水能力；
⑤ 運行程序而不起動灌溉系統（干運行），測試程序合理性，不合理時預先修改；
⑥ 自動記錄、顯示、儲存各灌溉站的運行時間；自動記錄、顯示、儲存傳感器反饋數據，以積累資料，修改程序，修改系統等。
⑦ 頻繁灌溉功能：可將設計好的灌水延續時間分成若干時段，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 一套中央計算機系統可控制無數臺田間控制系統（稱為衛星站），一套中央計算機控制系統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。
⑨ 儲存數百套灌溉程序；一臺田間控制器（衛星站）可使4個輪灌區獨立灌溉或同時灌溉。
⑩ 手動干涉灌溉系統：可在閥門上手動啟、閉系統，可在田間衛星站上手動控制系統，也可在計算機上手動啟、閉任何一站，任何一個電磁閥。可控制灌溉系統以外的其它設備，如：道路或公共場所燈光，大門、噴泉、水泵等
自動化中央計算機控制系統主要由中央計算機，集群控制器(CCU)，田間控制器（衛星站），電磁閥構成。中央計算機可裝置在任何一個地方。比如：一套中央計算機系統控制50個公園的灌溉系統。中央計算機可安裝在市園林局認為合適的位置。CCU安裝在各個公園內。中央計算機與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種通訊方式。 由中央計算機到終端電磁閥的工作過程為：中央計算機編程，并將程序下達到CCU。CCU將各輪灌區灌溉控制程序再發到相關田間控制器。田間控制器依中央計算機制作的程序啟閉各輪灌區電磁閥。如下圖所示：
中央計算機上的初始程序由控制人員編制，之后，計算機每日自動收集由氣象站采集的氣象數據，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，系統漏水...），自動中斷或暫停程序，待異常情況排除后，繼續恢復程序運行。
如果將智能泵站連接到中央計算機控制系統上，則效果會更好。這樣從水泵到電磁閥之間復雜的系統將由一個高度智能化的系統管理起來，可做到最大限度地節水、節能，最大限度地保護系統設備運行，避免灌溉系統常發生的下列幾種問題：
① 過量灌溉或灌水不足，浪費水資源或不能滿足植物需水；
② 管網破裂，漏失水；
③ 系統運行壓力不合理；
④ 水泵運行效率低下；
⑤ 地形起伏不平時或土壤入滲率低產生地面徑流，浪費寶貴的水資源；
⑥ 降雨時，灌溉系統照常灌溉；
⑦ 管理、維護成本高。
3.7 百果園灌溉的自動化控制設計
百果園一期工程灌水基本實現了半自動化控制，可以使用電腦控制各電磁閥的開啟。我們可在其基礎上加以改進與提高，使其實現灌水的全自動化，具體見下：
3.7.1 控制原理
自動化控制采用電子技術對田間土壤溫濕度、空氣溫濕度等技術參數進行采集，輸入計算機，按最優方案，控制各個閥門的開啟及水泵的運行狀態，科學有效地控制灌水時間、灌水量、灌水均勻度，為項目區作物提供一個良好的地、水、肥、氣、熱條件，促使其高產、穩產。同時進行控制軟件及優化灌溉制度的研究，最終形成灌溉專家決策系統。另外，通過變頻器控制改變電機轉速，調節管道壓力，為管道、滴灌等其他灌溉工程的自動化提供依據。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、風速、管道壓力等參數的自動化采集
② 自動化控制設計安裝
③ 監控軟件設計
④ 變頻系統設計，通過改變水壓力，為微噴、滴灌等工程的自動化提供依據
⑤ 系統運行管理模式評價，包括系統評價、灌水指標、灌溉制度等
3.7.2 控制系統的組成
欲實現真正意義上的全自動控制，需要控制田間參數及對象很多，例如土壤濕度、鹽分、空氣溫度、相對濕度、降水量、風速、管道壓力、閥門開啟、水泵電機旋轉等，都要送入控制器。考慮到要控制的對象較多，又要滿足良好的人機界面要求，可以采用工業控制計算機作為整個控制系統的優秀，來協調各部分的工作。
系統的組成如下圖所示,整個系統的工作主要工控機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的旋轉，工控機主要用來采集田間土壤及氣象指標，按照設定的程序，控制各地塊中電磁閥的開啟，并通過變頻器控制電機的運行狀態，協調整個系統的工作。
3.7.3 監控軟件監控軟件是工控機能夠完成控制功能的重要基礎，監控軟件設計的好壞直接關系到整個系統的質量和可靠性。根據項目要求及滴灌的特點，筆者建議百果園采用雨鳥公司的“Maxicom”中央控制系統，該軟件只需用戶輸入各地塊種植作物種類及種植日期，系統便會自動計算當前作物所處生育期，確定出各自要求的土壤狀況及氣象信號，控制水泵電機的運行狀態及閥門的開啟，自動完成整個灌水過程，完全不需要人工干預，實現全自動控制。
該控制軟件在此所完成的主要功能及特點如下：
① 自動采集田間數據：系統根據軟件中所預先設定的時間，自動地采集土壤濕度、溫度風速、雨量等參數，進行相應的處理后，實時顯示在屏幕上。
② 作物生育期的判斷：當管理人員輸入各地塊所種植的作物及種植日期后，系統便根據計算機時鐘自動計算出各種作物已種植的天數，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：系統采集田間及氣象數據后，將當前各地塊土壤含水量與作物適宜含水量相比較，若土壤實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。進行灌溉。達到所需灌水定額后，自動關閉第一個電磁閥，同時開啟下一個電磁閥，直到完成整個地塊的灌溉任務。灌溉過程中，若出現溫度過低、風速過大以及降雨過程等天氣時，系統會自動暫停當前的灌溉任務，并保存當前狀態。當氣象條件滿足時，繼續進行未完成的任務。
④ 形式多樣的控制方式：全自動控制外，系統還允許管理人員采用半自動、手動等控制方式。全自動方式只需運行人員輸入各地塊的作物信息，系統便會根據作物、土壤、氣象等條件自動完成灌溉的全過程，無需人工干預。所謂半自動方式，是指系統允許用戶根據實際情況控制開停機。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。當然這些操作全部都是通過鍵盤或鼠標來完成的，而且在工控機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，系統會自動通過變頻器升高水泵電機轉速，維持管道壓力的恒定，直到完成灌溉任務。
⑤ 豐富的辦公自動化功能：系統在運行過程中，可自動生成各種定時、日、月、年報表，并通過打印機打印出來。其內容包括各種氣象及土壤參數，可從各報表中得到土壤濕度變化曲線、日最高風速、月平均氣溫、全年總降水量等原始資料，為用戶研究當地的氣象及土壤變化情況提供翔實的依據。
⑥ 良好的可維持性：可維護性是衡量軟件質量好壞的重要指標之一，在編寫本系統時我們也充分考慮了這一點，例如用戶在種植一類新作物時，可能系統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，通過鼠標各鍵盤輸出這些參數，系統便會根據用戶所定義的數值運行。另外，用戶還可很方便地修改灌水定額、管道壓力等參數，滿足實際情況的需要。
⑥ 友好的人機界面：系統中大部分界面均為示意圖形，實時顯示各傳感器送來的數值及系統當前的運行狀態，一目了然。需要用戶操作的部分全部為中文界面，工作人員無需學習便可完成所有操作。另外，在任一界面下，用戶都可以通過按幫助按鈕得到相應的提示，指導用戶完成相應的功能。
3.7.4 效果
百果園通過增加自動化控制系統后，灌水時間、灌水量和灌溉周期等完全根據果樹某些需水參數自動啟閉水泵和自動灌溉，人的作用僅僅是調整控制程序和檢修控制設備。既提高了水的有效利用率，又節省了人力，同時也提高了果樹的產量，可以產生良好的經濟效果。
3.8 第二期工程的設想
正在建設第二期工程計劃今年完工，第二期工程的滴灌系統我建議基本上參照第一期工程建設，也采用滴噴灌相結合的方式，其水源計劃應采用水塔蓄水，用以緩解枯水期水庫少水的矛盾，該可以區采用先進的電腦全自動控制方式，實行精確灌水，管道布置采用固定式（干管、支管）和移動式（毛管）的有機結合。二期工程應該吸收一期工程中的好的經驗，改進一期工程中毛管布置形式的不足，還特別是應該增加灌水的全自動控制部分，實現灌水的全自動化，精確控制作物的有效灌水。
4 存在的問題及建議
通過對滴灌系統的學習與認識，筆者系統的學習了滴灌這種先進的果園節水灌溉方法，在實踐的基礎上深化了理論，并對滴灌和滴灌系統有一些不成熟的認識與建議。
4.1 滴灌的優缺點
4.1.1 百果園滴灌的優點
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。同時，由于滴灌僅濕潤作物根部附近土壤，其他區域土壤水分含量較低，因此，可防止雜草的生長。滴灌系統不產生地面徑流，且易掌握精確的施水深度，節水效果達50%-90%。
4.1.1.2 環境濕度低，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分，使土壤水分處于能滿足作物要求的穩定和較低吸力狀態，灌水區域地面蒸發量也小，這樣可以有效控制保護地內的濕度，使果園中作物的病蟲害的發生頻率大大降低，也降低了農藥的施用量。
4.1.1.3 提高作物產品品質，由于滴灌能夠及時適量供水、供肥，它可以在提高農作物產量的同時，提高和改善農產品的品質，使果園的農產品商品率大大提高，經濟效益高。
4.1.1.4 滴灌對地形和土壤的適應能力較強，由于滴頭能夠在較大的工作壓力范圍內工作，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。
4.1.2 百果園滴灌的缺點
4.1.2.1滴灌的滴頭很容易堵塞和磨損，產生灌水的不均，嚴重影響節水效果。
4.1.2.2滴灌的各管道的壓力有所差異，會產生局部壓力過高而使管道容易損壞，滴頭的壓力不均甚至會產生霧化，損壞滴頭，浪費水資源。
4.1.2.3 滴灌一般僅潤濕作物根系區土體的一部分，所以作物根系的發展可能限制在圍繞每一滴頭的濕潤區，這樣容易產生作物根系的腐爛，進而引起作物倒伏。
4.1.2.4 滴灌的管道布置要充分利用當地地勢與地形，在原則的基礎上加以靈活運用，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 百果園應加強灌水的自動化控制，保證各種果樹的精準灌水，實現精確的節水灌溉
4.2.2 滴灌的水量應該有保證，應該建一水塔蓄水，確保枯水期各種果樹的需水要求
4.2.3 滴灌的毛管布置應采用單行帶環形狀態管布置和雙行平行布置相結合，確保果樹灌水均勻度。
4.2.4 滴灌技術的應用應該和其他節水灌溉技術相結合，互相補給，更好的發揮優勢。
4.2.5 國家應鼓勵進行滴灌技術的研究，加大科研推廣投入的力度，研制開發經濟實用的滴灌管材，解決滴頭易堵塞的難題等，滴水灌溉技術應該在政府的規劃安排下，由政府投資和農民出資相結的優惠政策下在全國范圍鼓勵推廣發展。
5 結束語
滴灌是一種高效節能省水增產的微灌灌溉技術，它具有很多優點，適合我國的國情，具有很強的推廣優勢，而且很方便實現灌溉的全自動控制，滴灌將成為二十一世紀發展我國節水灌溉的重點，是加速我國農業實現節水灌溉、精準農業和設施農業的有效途徑，將更好的促進我國農業的現代化！的滴灌自動化系統在經濟上是合理的，技術上是可行的，將成為我國南方生態農業建設的典范！
摘要：本文敘述了工業鍋爐控制系統的工作原理，具體闡述了鍋爐控制中的幾個重要的控制回路的控制算法，以及變頻器在鍋爐改造中的應用，提出了鍋爐控制系統的基本設計思路和各個環節控制實現方法。
關鍵詞：工業蒸汽鍋爐 爐膛負壓 蒸汽壓力 變頻控制 水位三沖量
一、引言 鍋爐微機控制，是近年來開發的一項新技術，它是微型計算機軟件、硬件、自動控制、鍋爐節能等幾項技術緊密結合的產物，我國現有中、小型鍋爐30多萬臺，每年耗煤量占我國原煤產量的1/3，目前大多數工業鍋爐仍處于能耗高、浪費大、環境污染嚴重的生產狀態。提高熱效率，降低耗煤量，降低耗電量，用微機進行控制是一件具有深遠意義的工作。
工業鍋爐采用微機控制和原有的儀表控制方式相比具有以下明顯優勢：
1．直觀而集中的顯示鍋爐各運行參數。能快速計算出機組在正常運行和啟停過程中的有用數據，能在顯示器上同時顯示鍋爐運行的水位、壓力、爐膛負壓、煙氣含量、測點溫度、燃煤量等數十個運行參量的瞬時值、累計值及給定值，并能按需要在鍋爐的結構示意畫面的相應位置上顯示出參數值。給人直觀形象，減少觀察的疲勞和失誤；
2．可以按需要隨時打印或定時打印，能對運行狀況進行準確地記錄，便于事故追查和分析，防止事故的瞞報漏報現象；
3．在運行中可以隨時方便的修改各種運行參數的控制值，并修改系統的控制參數；
4．減少了顯示儀表，還可利用軟件來代替許多復雜的儀表單元，（例如加法器、微分器、濾波器、限幅報警器等），從而減少了投資也減少了故障率；
5．提高鍋爐的熱效率。從已在運行的鍋爐來看，采用計算機控制后熱效率可比以前提高5-10%，據用戶統計，一臺20T的鍋爐，全年平均負荷70%，以平均熱效率提高5%計，全年節煤800噸，按每噸煤380元計算每年節約304000元；
6．鍋爐系統中包含鼓風機，引風機，給水泵，等大功率電動機，由于鍋爐本身特性和選型的因素，這些風機大部分時間里是不會滿負荷輸出的，原有方式采用閥門和擋板控制流量，浪費非常嚴重。通過對風機水泵進行變頻控制可以平均節電達到30%-40%；
7．鍋爐是一個多輸入多數出、非線性動態對象，諸多調解量和被調量間存在著耦合通道。例如當鍋爐的負荷變化時，所有的被調量都會發生變化。故而理想控制應該采用多變量解偶控制方案。而建立解偶模型和算法通過計算機實現比較方便；
8．鍋爐微機控制系統經擴展后可構成分級控制系統，可與工廠內其他節點構成工業以太網。這是企業現代化管理不可缺少的；
9．作為鍋爐控制裝置，其主要任務是保證鍋爐的安全、穩定、經濟運行，減輕操作人員的勞動強度。在采用計算機控制的鍋爐控制系統中，有十分周到的安全機制，可以設置多點聲光報警，和自動連鎖停爐。杜絕由于人為疏忽造成的重大事故。
綜合以上所述種種優點可以預見采用計算機控制鍋爐系統是行業的大勢所趨。下面我們來共同探討鍋爐控制系統的原理和結構。
二、鍋爐控制系統的一般結構與工作原理 常見的工業鍋爐系統如圖1所示。首先除氧水通過給水泵進入給水調節閥，通過給水調節閥進入省煤器，冷水在經過省煤器的過程中被由爐膛排出的煙氣預熱，變成溫水進入汽包，在汽包內加熱至沸騰產生蒸汽，為了保證有最大的蒸發面因此水位要保持在鍋爐上汽包的中線位置，蒸汽通過主蒸汽閥輸出。空氣經過鼓風機進入空氣預熱器，在經過空氣預熱器的過程中被由爐膛排出的煙氣預熱，變成熱空氣進入爐膛。煤經過煤斗落在爐排上，在爐排的緩慢轉動下煤進入爐膛被前面的火點燃，在燃燒過程中發出熱量加熱汽包中的水，同時產生熱煙氣。在引風機的抽吸作用下經過省煤氣和空氣預熱器，把預熱傳導給進入鍋爐的水和空氣。通過這種方式使鍋爐的熱能得到節約。降溫后的煙氣經過除塵器除塵，去硫等一系列凈化工藝通過煙囪排出。
鍋爐微機控制系統，一般由以下幾部分組成，即由鍋爐本體、一次儀表、PLC、上位機、手自動切換操作、執行機構及閥、電機等部分組成，一次儀表將鍋爐的溫度、壓力、流量、氧量、轉速等量轉換成電壓、電流等送入微機。控制系統包括手動和自動操作部分，手動控制時由操作人員手動控制，用操作器控制變頻器、滑差電機及閥等，自動控制時對微機發出控制信號經執行部分進行自動操作。微機對整個鍋爐的運行進行監測、報警、控制以保證鍋爐正常、可靠地運行，除此以外為保證鍋爐運行的安全，在進行微機系統設計時，對鍋爐水位、鍋爐汽包壓力等重要參數應設置常規儀表及報警裝置，以保證水位和汽包壓力有雙重甚至三重報警裝置，以免鍋爐發生重大事故。
微機控制系統由工控機、顯示器、打印機、PLC、手操器、報警裝置等組成，能完成對給水、給煤、鼓風、引風等進行自動控制，使鍋爐的汽包水位、蒸汽壓力保持在規定的數值上，以保證鍋爐的安全運行，平穩操作，達到降低煤耗、提高供送汽質量的目的，同時對運行參數如壓力、溫度等有流程動態模擬圖畫面并配有數字說明，還可對汽包水位、壓力、爐溫等進行越限報警，發出聲光信號，還可定時打印出十幾種運行參數的數據。以形成生產日志和班、日產耗統計報表，有定時打印、隨機打印、自定義時間段打印等幾種方式。
鍋爐控制系統的硬件配置，目前有幾種，功能較好首推可編程序控制器PLC，適合于多臺大型鍋爐控制，由于PLC具有輸入輸出光電隔離、停電保護、自診斷等功能，所以抗干擾能力強，能置于環境惡劣的工業現場中，故障率低。PLC編程簡單，易于通信和聯網，多臺PLC進行鏈接及與計算機進行鏈接，實現一臺計算機和若干臺PLC構成分布式控制網絡，另外使用PLC加上位機的控制系統具有很好的擴容性，如需要增加控制點或控制回路只需添加少量輸入輸出模塊即可，為以后的控制系統升級改造和其他功能的添加打下良好基礎，也為以后一機多爐控制系統等其他工廠級自動化網絡打下良好基礎。雖然，從短期的角度看價格稍高，如果從長遠觀點看，其壽命長，故障率低，易于維修，值得選用。
三、鍋爐控制系統中各控制回路的介紹 鍋爐控制系統，一般有蒸汽壓力、汽包液位、爐膛負壓、除氧器水位、除氧器壓力等控制系統。鍋爐的燃燒控制實質上是能量平衡系統，它以蒸汽壓力作為能量平衡指標，不斷根據用汽量與壓力的變化調整燃料量與送風量，同時保證燃料的充分燃燒及熱量的充分利用。
3.1 鍋爐給水控制回路
給水自動調節的任務是使給水流量適應鍋爐的蒸發量，以維持汽包水位在允許的范圍內。給水自動調節的另一個任務是保持給水穩定。在整個控制回路中要全面考慮這兩方面的任務。在控制回路中被調參數是汽包水位（H），調節機構是給水調解閥，調節量是給水流量（W）。
對汽包水位調節系統產生擾動的因素有蒸發量D、爐膛熱負荷（燃料量M），給水量（W）。
① 蒸發量D擾動作用下水位對象的動態特性
當給水流量不變，蒸發量忽然增加D時，如果只從物質不平衡角度來看，則反映曲線如圖2(a)中的H1(t)所示，但由于蒸發量增加時，汽包容積增加，水位將上升，水位的反映曲線如圖2(a)中的H2(t) 所示。H1(t)和H2(t)相結合，實際的水位階躍反應曲線如圖2(a)中的H(t)所示。
② 爐膛負荷擾動（燃料量M擾動）時水位對象的動態特性
燃料量增加M時，蒸發量大于給水量，水位下降。但開始是由于有虛假水位存在，水位線上升，然后再下降。如圖2(b)中所示。
③ 給水流量（W）擾動時的水位對象的動態特性
當蒸發量不變，而給水量階躍擾動時。汽包水位如圖2(c)所示。在開始階段。由于剛進入得水水溫較低。使汽水混合物中的汽泡吞量減少。水位下降，如圖2(c)中的H1(t)所示。而H2(t)反映了物質不平衡引起的水位變化，H1(t)和H2(t)相加得到了總的給水量擾動的階躍反應曲線H(t)。
由于給水調節對象沒有自平衡能力，又存在滯后。因此在一般鍋爐控制系統中汽包液位回路采用閉環三沖量調節系統。所謂三沖量調節系統就是把給水流量W，汽包水位H，蒸汽流量D三個變量通過運算后調節給水閥的調節系統。具體調節過程方框圖如圖3所示。
先通過蒸汽流量變送器和給水流量變送器取得各自的信號乘以相應的比例系數，通過比例系數可以調節蒸汽流量或給水流量對調節系統的影響力度。通過差壓變送器取得水位信號作為主調節信號H。如果水位設定值為G，那么在平衡條件下應有D*Dk-W*Wk+H-G=0的關系式存在。其中Dk為蒸汽流量系數 Wk為給水流量系數。如果再設定時，保證在穩態下D*Dk=W*Wk那么就可以得到H=G。此時調節器的輸出就與符合對應，給水閥停在某一位置上。若有一個或多個信號發生變化，平衡狀態被破壞，PI調節模塊的輸出必將發生變化。當水位升高了，則調節模塊的輸出信號就減小，使得給水調節閥關小。反之，當水位降低時，調節模塊的輸出值增大，使給水閥開大。實踐證明三沖量給水單極自動調節系統能保持水位穩定，且給水調節閥動作平穩。
鍋爐給水系統中還有一個比較重要的控制回路是給水壓力回路，因為汽包內壓力較高，要給鍋爐補水必須提供更高的壓力，給水壓力回路的作用是提高水壓，使水能夠正常注入汽包。但在蒸汽流量未達到滿負荷時，對給水流量的要求也不高。在老式的鍋爐系統中一般采用給水泵一直以工頻方式運轉，用回流閥降低水壓防止爆管，現在一般采用通過變頻器恒壓供水的方式控制水壓，具體實現方式是：
系統下達指令由變頻器自動啟動第一臺泵運行，系統檢測給水管的水壓，當變頻器頻率上升到工頻時，如水壓未達到設定的壓力值，系統自動將第一臺電機切換至工頻直供電，并由變頻器拖動第二臺水泵運行，如變頻器運行到工頻狀態時供水母管壓力仍未達到設定壓力值系統自動將第二臺水泵切換至工頻直供電，再由變頻器拖動第三臺運行，依次類推，直至壓力達到設定值。若鍋爐需要的給水量減少，變頻控制系統可自動降低變頻器的運行頻率，如變頻器的頻率到零仍不能滿足要求，則變頻器自動切換至前一臺水泵進行變頻運行，依次類推。變頻恒壓供水控制系統的實質是：始終利用一臺變頻器自動調整水泵的轉速，切換時間以管網的實際壓力和設定壓力的差值決定，同時保證管網的壓力動態恒定。值得注意的是為了防止變頻器報警停機或其他故障造成水泵不轉會引起鍋爐缺水，所以應該加反饋裝置確保變頻器正常工作。
除此之外鍋爐的供水系統中還包括除氧器壓力控制和除氧器水位控制，除氧器壓力控制主要是為了保證除氧器口有足夠的蒸汽壓力用于將軟化水除氧，這是一個單閉環控制回路，輸入參數是除氧器壓力輸出參數控制除氧器進汽閥。除氧器水位控制主要是為了保證除氧器內有足夠的水提供給鍋爐，這是一個單閉環控制回路輸入參數，是除氧器水位輸出參數控制除氧器進水閥。
3.2 鍋爐燃燒調節系統
燃燒過程自動調節系統的選擇雖然與燃燒的種類和供給系統、燃燒方式以及鍋爐與負荷的聯結方式都有關系，但是燃燒過程自動調節的任務都是一樣的。歸納起來，燃燒過程自動調節系統有三大任務：
① 維持汽壓恒定。汽壓的變化表示鍋爐蒸汽量和負荷的耗汽量不相適應，必須相應地改變燃料量，以改變鍋爐的蒸汽量。
② 保證燃燒過程的經濟性。當燃料量改變時，必須相應地調節送風量，使它與燃料量相配合，保證燃燒過程有較高的經濟性。
③ 調節引風量與送風量相配合，以保證爐膛壓力不變。
燃燒調節系統一般有三個被調參數，汽壓p、煙氣含氧量a和爐膛負壓pt。一般有3個調節量，他們是燃料量M，送風量F和引風量Y。燃燒調節系統的調節對象對于燃料量，根據燃料種類的不同可能是爐排電機，也可能是燃料閥。對于送風量和引風量一般是擋板執行機構或變頻器。
燃燒調節系統是一個多參數變量調節系統。這種調節系統通常把它簡化成互相聯系，密切配合但又相對獨立的3個單變量系統來實現。為便于分析，下面我們按3個系統來分別分析。這三個系統分別是以燃料量維持鍋爐壓力恒定的蒸汽壓力調節系統，以送風量維持鍋爐經濟燃燒的送風調節系統，以引風量維持爐膛負壓穩定的爐膛負壓調節系統。
3.2.1 蒸汽壓力調節對象的特性
引起蒸汽壓力變化的主要原因是燃料量和用汽負荷發生變化。其動態特性如下。
① 燃料量擾動下的汽壓變化特性
在用汽負荷不變的情況下，如鍋爐燃料量(B)發生B的階躍擾動，此時汽壓的飛升曲線如圖4(a)所示。此時對象沒有自平衡能力，具有較大的遲滯和慣性。但如果鍋爐出口的用汽閥門開度不變，那么由于汽壓因燃料量擾動而發生變化時，蒸汽流量也將發生變化。由于汽壓變化時，蒸汽流量增大自發地限制了汽壓的變化，因此對象有平衡能力。此時汽壓的飛升曲線如圖4(b)所示。
② 用汽負荷擾動下的汽壓變化特性
負荷階躍擾動下，汽壓變化的動態特性也有下列兩種情況：當用汽閥門階躍擾動時，對象表現出具有自平衡能力，沒有延遲，但有較大的慣性，并有一個與閥門變化成比例的啟始飛躍，飛升曲線如圖4(c)所示；當用汽量階躍擾動時，其飛升曲線如圖4(d)所示，此時對象沒有自平衡能力，如果不及時增加進入鍋爐的燃料量，那么，汽壓將一直下降。
3.2.2 送風自動調節對象的特性
送風調節系統的工作好壞，直接影響爐膛的空氣過剩系數的變化也就是排出煙氣的含氧量。引起空氣過剩系數變化的主要擾動是燃料量和送風量配比。風量擾動下對象的動態特性具有較大的自平衡能力，幾乎沒有延遲和慣性，近似為一比例環節。而燃料量擾動時，需經過輸送和燃燒過程而略有延遲。由于送風系統幾乎沒有延遲和慣性。所以在燃料充足的情況下送風量的大小將比較直接的反應在鍋爐的蒸汽壓力上。那么怎樣才能保證股風量和燃料量的搭配適宜，這里我們引入了風煤比這個概念。風煤比就是在當前風量下所能燃燒的煤的最大值。在控制作用中風煤比主要是根據當前風量來限制爐排的轉速，防止由于風量不夠導致煤不能充分燃燒。該參數對節煤和環保都有很大意義。因為如果不能充分燃燒將會導致煤渣的含炭量增高，這樣比較浪費煤，同時還會造成煙氣含炭量增高影響排放。
3.2.3 爐膛負壓自動調節對象的特性
爐膛負壓自動調節對象的動態特性較好，但擾動通道的飛升時間很短，飛升速度很快。
根據以上對燃燒系統調節對象的分析，下面我們針對燃燒自動控制系統三個任務對控制采用的方案進行分析。
燃燒過程控制系統一般采用的控制流程圖如圖5（a）所示，先通過蒸汽壓力變送器經濾波后取得信號，與設定蒸汽壓力進行比較，判斷出鼓風PI調節器調節的方向和大小，通過鼓風PI調節單元計算出鼓風變頻器的輸出大小。同時把該信號輸出給風煤比計算單元，相應的算出在當時的風量下爐排的最大輸出值。再把蒸汽壓力的差值信號送給爐排PI調節器，通過爐排PI調節單元計算出爐排變頻器的輸出大小。經過風煤比限位，輸出給爐排變頻器。在實際調試過程中我們往往把鼓風PI調節中的比例系數設的比爐排PI單元的大，這樣可以很好的保證鼓風系統對蒸汽壓力的敏感度要高于爐排。實踐證明通過該方法控制下鍋爐的蒸汽壓力穩定性好，在蒸汽負荷變化時相應程度高。灰渣含碳量低。
爐膛負壓的大小對于節能影響很大。負壓大，被煙氣帶走的熱量大，熱損失增加，煤耗量增大，理想運行狀態應在微負壓狀態。它能明顯增加懸浮煤顆粒在爐膛內的滯留時間，增加沉降，減少飛灰，使煤充分燃燒提高熱效率。但由于負荷變化，需要改變給煤量和送風量，隨之也要改變引風量，以保證爐膛負壓的穩定，但由于系統有一定的滯后時間，為避免鼓風變化而引起爐膛負壓的波動，系統中引入鼓風信號作為前饋信號對引風機進行超前調節。爐膛負壓控制系統一般采用的控制流程圖如圖5（b）所示，調節原理比較簡單屬于單閉環調節系統，它的輸入量是爐膛負壓輸出量是引風變頻器，同時引入鼓風量作為前饋信號。
另外系統各回路中都設置了手自動兩種操作方式，為了實現無擾動切換，系統引入了各控制對象的反饋值，在手動操作時PLC輸出會自動跟蹤控制對象的反饋，當切換到自動狀態時可以進行無擾動切換，使系統平穩的過渡到自動狀態。
四、鍋爐控制系統組成結構 上面我們針對鍋爐控制系統的各控制回路原理的做了簡要分析，依據以上分析，我們知道構建一個可靠的、智能隨動的智能控制系統是保證鍋爐安全生產的基礎。鍋爐控制系統是典型的多變量、純滯后、強耦合的控制系統，如果不能在控制策略和軟件實現上很好地解決多變量解偶關系和滯后響應問題，那么，實施智能鍋爐控制系統改造后同樣也將無法實現預期的目標。
在控制系統設計上我們采用集中控制分散驅動（P—T方案）的集散控制思想，把控制系統分為三層：
a） 信息管理層：完成系統關鍵技術數據的設定、實時數據和運行狀態的監視與控制、歷史數據的查看、數據報表的記錄與打印、報警與故障的提示處理等功能；主要由上位工控機（IPC）、組態開發軟件、應用程序、通訊模塊等組成；
b） 控制層：主要完成各種控制動作命令、實時數據的采樣與處理、連鎖動作的關聯表達、控制算法的實現、異常現象的自動處理等功能；主要由可編程邏輯控制器（PLC）的開關量模塊、模擬量模塊、智能PID調節儀、變頻器、PLC應用程序等組成；
c） 設備層：主要接受來自PLC的控制命令，執行相應的動作或提供相應的檢測數據。主要由斷路器、交流接觸器、壓力變送器、溫度變送器、流量變送器、電動開關閥、模擬信號隔離分配器等組成。
五、結束語 綜上所述，鍋爐控制系統改造具有很好的市場發展空間和投資收益前景，值得廣泛地推廣。它不僅能夠通過自動化控制技術實現安全生產的目的，還能夠節煤節電并能使排放更環保，總之鍋爐的計算機自動化控制是鍋爐行業發展的大勢所趨，也是一項利國利民的發展方向。
摘要：工業自動化領域的發展趨勢：控制系統的智能化、分散化、網絡化及管理控制一體化。
關鍵詞：水工業 自動化控制技術
1 控制系統的智能化、分散化、網絡化
工業自動化領域的發展趨勢之一是控制系統的智能化、分散化、網絡化，而現場總線的崛起正是這一發展趨勢的標志。
1.1現場總線的崛起
半個多世紀以來，工業自動化領域的過程控制體系歷經基地式儀表控制系統、電動單元組合式模擬儀表控制系統、集中式數字控制系統、集散控制系統(DCS)等4代過程控制系統，當前我國水工業自動化的主流水平即處于以PLC為基礎的DCS系統階段。這里要說明一點，DCS既是一個過程控制體系的名稱，有時也表示為由制造廠商出售的一個起完整作用而集成的集散控制系統產品，這種DCS系統相對較為封閉，而目前水工業自動化的DCS系統多數是由用戶集成的，因此相對較為開放。
與早期的一些控制系統相比，DCS系統在功能和性能上有了很大進步，可以在此基礎上實現裝置級、車間級的優化和分散控制，但其仍然是一種模擬數字混合系統，從現場到PLC或計算機之間的檢測、反饋與操作指令等信號傳遞，仍舊依靠大量的一對一的布線來實現。這種信號傳遞關系稱之為信號傳輸，而不是數據通信，難以實現儀表之間的信息交換，因而呼喚著具備通信功能的、傳輸信號全數字化的儀表與系統的出現，從而由集散控制過渡到徹底的分散控制，正是在這種需求的驅動下，自20世紀80年代中期起，現場總線便應運而生，并通過激烈的市場競爭而不斷崛起。
現場總線是應用在生產現場的全數字化、實時、雙向、多節點的數字通信系統。現場總線技術將專用的CPU置入傳統的測控儀表，使它們各自都具有了數字計算和通信能力，即所謂“智能化”；采用可進行簡單連接的雙絞線、同軸電纜等作為聯系的紐帶，把掛接在總線上作為網絡節點的多個現場級測控儀表連接成網絡，并按公開、規范的通信協議，使現場測控儀表之間及其與遠程監控計算機之間實現數據傳輸與信息交換，形成多種適應實際需要的控制系統，即所謂“網絡化”；由于這些網上的節點都是具備智能的可通信產品，因而它所需要的控制信息(如實時測量數據)不采取向PLC或計算機存取的方式，而可直接從處于同等層上的另一個節點上獲取，在現場總線控制系統(FCS)的環境下，借助其計算和通信能力，在現場就可進行許多復雜計算，形成真正分散在現場的完整的控制系統，提高了系統的自治性和可靠性。
FCS成為發展的趨勢之一，是它改變了傳統控制系統的結構，形成了新型的網絡集成全分布系統，采用全數字通信，具有開放式、全分布、可互操作性及現場環境適應性等特點，形成了從測控設備到監控計算機的全數字通信網絡，順應了控制網絡的發展要求。
1.2現場總線的現狀和標準化問題
目前，國內、外的現場總線有60幾種之多，由于這一新技術所具有的潛在而巨大的市場前景，在商業利益的驅動下，導致了近年來制訂現場總線國際標準大戰。在市場和技術發展需要統一的國際標準的呼聲下，修改后的IEC 61158.3～6標準最終于2000年1月4日獲得通過。該標準包括了8種類型的現場總線子集，它們分別是：①基金會現場總線FF(原有的技術規范IEC 61158)；②Control Net；③Profibus；④P—Net；⑤FF HSE；⑥Swift Net；⑦Word FIP；⑧Intferbus。這8種現場總線中，④、⑥是用于有限領域的專用現場總線；②、③、⑦、⑧是由PLC為基礎的控制系統發展而來，本質上以遠程I/O總線技術為基礎，通常不具備通過總線向現場設備供電和本征安全性能；①、⑤則由傳統DCS控制系統發展而來，具有總線供電和本征安全功能；①、⑧屬于現場設備級總線，②、⑤屬于監控級現場總線；③、⑦則是包括兩個層次的現場總線。
以上8種類型的現場總線采用完全不同的通信協議，例如：Profibus采用的是令牌環和主/從站方式；FFHSE是CSMA/CD方式；WordFIP是總線裁決方式。因此，要這8種現場總線實現相互兼容和互操作幾無可能。面對這種多總線并存的局面，系統集成將面臨更為復雜的任務，系統集成技術也將會有很大的發展。
1.3現場總線的新動向—工業以太網
長期以來的標準之爭，實際上已延緩了現場總線的發展速度。為了加快新一代系統的發展，人們開始尋求新的出路，一個新的動向是從現場總線轉向Ethernet，用以太網作為高速現場總線框架的主傳。以太網是計算機應用最廣泛的網絡技術，在IT領域已被使用多年，已有廣泛的硬、軟件開發技術支持，更重要的是啟用以太網作為高速現場總線框架，可以使現場總線技術和計算機網絡技術的主流技術很好地融合起來。為了促進Ethernet在工業領域的應用，國際上成立了工業以太網協會，開展工業以太網關鍵技術的研究。此外，開發設備網供應商協會(ODVA)已經了在工廠現場使用以太網的全球性標準——以太網/IP標準。該標準使用戶在采用開放的工業應用層網絡的同時，能利用可買到的現成的以太網物理介質和組件，也即由多個供應商所提供的可互操作的以太網產品。隨著網絡技術的發展，以太網應用于工業領域所要面對的網絡可確定性問題、環境適應性問題、包括總線供電和本征安全問題都會迅速得到解決。
2 管理控制一體化
工業自動化領域的另一個發展趨勢是管理控制系統的一體化。
2.1何謂管控一體化
在市場經濟與信息時代的飛速發展中，企業內部之間以及與外部交換信息的需求不斷擴大，現代工業企業對生產的管理要求不斷提高，這種要求已不局限于通常意義上的對生產現場狀態的監視和控制，同時還要求把現場信息和管理信息結合起來。管控一體化就是建立全集成的、開放的、全廠綜合自動化的信息平臺，把企業的橫向通信(同一層不同節點的通信)和縱向通信(上、下層之間的通信)緊密聯系在一起，通過對經營決策、管理、計劃、調度、過程優化、故障診斷、現場控制等信息的綜合處理，形成一個意義更廣泛的綜合管理系統。
2.2現場總線為管控一體化鋪平了道路
企業信息網絡是管控信息集成的基本條件，沒有信息網絡就不可能實現企業橫向和縱向信息的溝通和匯集，建網的目標在于實現全企業范圍內的信息資源共享，以及與外部世界的信息溝通。
水工業和一般企業網絡大致可分為3層，即企業管理層，過程監控層和現場控制層。
管控一體化解決方案中的現場控制層由現場總線設備和控制網段構成，把傳統的集散系統控制站(如水處理企業的PLC分站)的功能分散到了現場總線設備，此時的控制站實際是一個虛擬的控制站。現場總線技術與產品所形成的底層網絡，充分發揮其使測控設備具有通信能力的特點，為控制網絡與通用數據網絡的連接提供了方便。企業信息網絡是管控一體化的基礎，現場總線則為構建管控一體化網絡鋪平了道路；過程監控層由局域網段以及連接在局域網段的擔任監控任務的工作站或控制器組成，現場總線網絡通過現場總線接口與過程監控層相連，或者監控層直接由現場總線來擔當；監控站可以完成對控制系統的組態，執行對控制系統的監控、報警、維護及人機交互等功能；企業管理層由各種服務器和客戶機等組成，用于集成企業的各種信息，實現與Internet的連接，完成管理、決策和商務應用的各種功能。
2.3管控一體化的支持環境與系統集成
基于系統之間橫向數據交換及控制系統與管理層和現場儀表間縱向數據交換日益增加，現場總線的應用越來越廣泛，制造廠商的產品也日益開放。由于多種總線并存已成定局，管控系統建立統一的數據管理、統一的通信、統一的組態和編程軟件的一體化解決方案受到了各廠家的重視。同時，采用分布式網絡系統，采用C/S或B/S結構，可以在實現企業各層次功能模型的同時，實現網絡連接在結構上的簡化，從而形成以實時和關系數據庫為中心的數據集成環境，為實現數據資源共享的目標奠定了基礎。
如前所述，在多總線并存的局面下，系統集成成為實現管控一體化信息系統的中心任務。系統集成是要按照一定的方法和策略將相同或不相同廠商的現場總線產品相互連接，并使上層應用與下層現場設備之間完成雙向數據溝通，使之成為一個可以滿足用戶需求的整體。因此，系統集成既包括硬件產品的集成，也包括軟件產品的集成。對硬件集成來說，需要借助網橋、網關溝通總線接口。一般同種總線的網段采用中繼器實現網段的延伸，采用網橋實現不同速率網段之間的連接；不同類型的總線網段之間以及現場總線與以太網等異構網絡之間采用網關實現互連，如公司與生產廠或其他部門距離較遠時，采用公共數據網或電話網來實現局域網的連接，這在水工業的城市污水處理和截流系統、自來水廠站之間及供水管網調度系統等方面也是經常會遇到的問題。因此可以預計，今后這類通信接口產品將會變得很熱門，從軟件集成來說，通過OPC、ODBC等技術使得不同系統之間的準確、高速、大量的數據交換得以實現，能將實時控制、可視化操作、信息分析、系統診斷等功能集成到一個緊湊的軟件包中，具有很大的硬件靈活性，并且可以提供與多種管理軟件的連通性，從而可較為經濟地解決管控系統之間的連接。
目前各個國家都在競相開發自己的現場總線技術與產品，形成以現場總線為基礎的一體化解決方案下的企業信息系統。現在已經推出產品的如西門子公司以Profibus總線為基礎的PCS7、羅斯蒙特公司的基于FF總線的Plantweb等，管控一體化軟件則有美國信肯通公司的Think&DO、Lntellntion公司的iFIX等。
3 對水工業自動化發展的思考
綜上所述，現場總線技術的發展，引起了自動化系統結構和自動化控制概念的變革，進一步推動了管控一體化企業信息系統的建立，它集計算機技術、信息技術和自動化技術為一體，成為流程工業自動化發展的趨勢。隨著市場經濟的發展和加入WTO的臨近，工業企業面臨前所未有的發展機遇和愈加嚴峻的挑戰，對企業的生產經營管理提出了更高的要求。管控一體化企業信息系統的建立，將是增強企業競爭力的重要途徑，問題是對于水工業來說，這種必要性到底有多大?水工業盡管有自己的特殊性，但在實現生產過程和經營過程的整體優化，在保障運行安全的前提下獲取最大的經濟效益上與其他工業應是相同的。特別是信息技術的不斷發展，網絡的普及，將會使管控一體化的重要性日益顯露出來，由以PLC為基礎的集散型控制系統向以現場總線為基礎的管控一體化分布式網絡信息系統過渡是必然的。
要構建管控一體化網絡，必先以現場總線所形成的底層網絡為基礎，但目前國內對現場總線技術的應用還比較遲緩，原因之一是觀望和等待一個單一的現場總線國際標準的確立，但客觀事實是IEC通過了8種總線標準，估計這種多總線并存的局面在短時間之內也不會改觀；原因之二是現場總線在系統集成上存在困難，條件還不成熟，尤其是由國家支持研制開發的FF總線，其OEM產品的開發和應用也還要假以時日；此外還存在總線產品互操作性的認定和可靠性等方面的問題。因此在目前情況下，一方面要密切關注現場總線標準的新的發展動態，同時還應結合水工業的具體條件，對諸如如何保護和利用現有資源，對原來的DCS系統進行改造，選用何種總線以及如何組網和系統集成等問題加以研究和討論，并建議國家城市給水排水工程技術研究中心成立一個機構，像建設部、科委下屬智能建筑技術推廣中心的LonWorks現場總線協作網一樣，負責跟蹤現場總線技術的發展、信息技術交流，指導行業對這一新技術的推廣和應用，以促進水工業自動化發展的進程。
摘要：目前在全國自來水行業中，幾乎沒有一家自來水廠對排泥水處理自動化控制進行系統的研究和應用。前幾年上海市自來水公司在對水廠排泥水處理工藝研究的基礎上，在閔行水廠一車間(凈水能力7×104m?3/d)進行了排泥水處理生產性研究。為了能與國際接軌，同時與目前水廠的自動化相適應，在確定合理的處理工藝后配以高度的自動化，使系統在PLC中央控制下達到自動運行的程度，為今后水廠排泥水處理自動控制提供了有益的設計依據和參數。
關鍵詞：排泥水處理 自動控制 水能力
1 排泥水處理的自動控制
排泥水處理采用的工藝流程見圖1。
針對上述工藝，要實現自動運行，必須解決下列問題：
① 排泥水截留池如何自動控制；
② 如何自動排放濃縮池的濃縮污泥；
③ 平衡池的污泥量如何控制；
④ 如何自動配制PAM溶液；
⑤ 如何對離心脫水機的PAM加注進行自動控制；
⑥ 當某泵發生故障時，如何保證系統繼續運行；
⑦ 作為一個排泥水處理工程，如何協調整個系統的運行。
2 各單體的自控原理與設計
2.1 截留池的運行控制模式
截留池主要用來收集沉淀池排泥水和離心脫水機的分離水，而后由輸送泵將排泥水從截留池輸送至濃縮池。水廠采用了智能化泵吸—虹吸排泥方式，排泥時間和排泥水量都隨原水的濁度和泥沙沉降特性而變化。在截留池中安裝一個液位儀，一個攪拌器(用于均勻池中的泥水濃度，不使泥沙沉淀下來)。通過截留池液位的高和低來控制輸送泵和控制池中攪拌器的開和停。為了對進入濃縮池的排泥水量進行控制，在排泥水輸送管道上安裝了一個流量計，用來反映進入濃縮池的排泥水水量，并且采用變頻器實施對輸送泵的流量控制，達到對濃縮池進水流量的控制。
2.2 濃縮池的自控設計
濃縮池的作用是將較低濃度排泥水變成較高濃度的污泥水，而后送到平衡池。如何對較高濃度的污泥進行自動排放是濃縮池能否自動運行的關鍵。由于濃縮池運行時間和進濃縮池的排泥水水量具有不確定性，故定時排放污泥行不通；由于濃縮池液位穩定，故也不能用液位儀。這里唯一變化的是濃縮污泥的濃度，所以在濃縮池中設計安裝一個濃度計，用污泥濃度數值的高和低來自動控制排泥泵的開和停，即濃縮污泥的排放。通過對開始排泥和終止排泥的污泥濃度值進行設置，可達到：①使濃縮池始終高效運行；②控制平衡池的污泥濃度。
2.3 平衡池的自控設計
平衡池是一個緩沖池，主要作用是保證進離心脫水機的污泥濃度穩定。對它的控制主要有兩點：①池中污泥要均勻；②池中污泥水不能溢出，也不能排空，所以在池中安裝一個液位儀和一個攪拌器。攪拌器的作用是均勻池中濃縮污泥濃度，不使泥沙沉淀下來。液位的高低則決定濃縮池排泥泵、離心機進泥泵和攪拌器的開和停。
2.4 配制自動化
高分子絮凝劑一般為顆粒狀或粉末狀固體，不能直接投放到污泥水中，必須采用一配制系統。該系統可分為五部分：①粉末儲存器，用以儲存足量的PAM固體；②螺旋投加器，由兩支小型螺旋輸送桿組成，用以均勻地將PAM固體送入斗型輸送器，它的出口開啟、關閉受一時間繼電器控制；③斗型輸送器與水射器，用來承接PAM固體，并使之與水均勻混合而后送至攪拌熟化池；④攪拌熟化池，用以攪拌PAM與水的混合液，讓PAM與水充分混合熟化；⑤投加池，用以承接攪拌熟化池來的PAM溶液，以供PAM投加泵投入離心機中。整個配制系統應能如下運行：首先確定配制濃度，計算出投加固體量和投加時間，而后通過時間繼電器確定投加時間。一旦固體投入漏斗后，則自來水將與固體料混合，并由壓力水通過水射器送至攪拌池攪拌熟化，攪拌池溶液達到某液位時，水源自動關閉。當投加池PAM溶液用到某低液位時，系統將自動打開攪拌池的投放出口，配制好的PAM溶液由攪拌池送至投加池，然后系統自動再配制溶液，整個系統能周而復始自動配制溶液以用于離心脫水機的PAM絮凝劑投加。
2.5 離心脫水機及加藥量的自控
離心脫水機的作用是將濃縮污泥進行固液分離，是固液分離好壞的關鍵脫水機械。要使泥與水能很好地分離，除了離心機的轉速、差速控制因素之外，PAM投加量的自動控制是至關重要的。投加量的控制涉及到進泥量、進泥濃度、加注量和加注率的選定。對這些問題的設計思路是：①對進泥濃度進行監測，在平衡池中安裝了一個污泥濃度計，以顯示進入離心機的濃縮污泥濃度；②對進泥量進行監控，在進泥管道上安裝一個流量計，在污泥泵上加一個變頻器控制，以控制進泥量；③加注量則采用計量加注泵來控制PAM絮凝劑的加注，PAM絮凝劑則完全由PAM自動配制系統供應，這樣能完美地實施離心脫水機和加藥量的自動控制。
2.6 泵的故障排除
對每一環節中的泵都配備一臺備用泵，并對每一污泥泵安裝流量傳感器，設置流量報警，對進離心機的污泥泵設置壓力報警，同時每個泵給出一個運行狀態信號，一旦某泵發生故障，備用泵能自動切換。泵的輪番使用通過PLC進行。
2.7 全系統的控制
系統采用了SLC 500小型可編程控制器族作為中央控制，它具有一個固定的控制器以及模塊化控制器，模塊化控制器在系統配置方面相當靈活，配以各類繼電器就能設計一個用于本系統的控制器系統，使各單位協調運作，以達到運行的自動化。
與此同時也采用Panelview 550扁平面板終端設備提供快速和直觀的顯示。整個系統控制靈活、顯示直觀、設置簡便、操作容易。
3 系統的運行自控
3.1 截留池的運行
沉淀池排泥水經管道流入截留池，池中液位開始上升。PLC接收來自截留池液位儀的信號，當達到某一高度后，PLC發出指令，開啟輸送泵，排泥水由輸送泵送至濃縮池，輸送量則由流量計顯示并反饋到PLC，PLC可通過變頻器對輸送泵進行流量控制。
在實際運行中，設置輸送泵啟動液位為1.5m，停止液位為1.0m；攪拌器的啟動為1.0m，停止為0.5m；輸送的排泥水量為80～150m3/h。
3.2 濃縮池的運行
濃縮池一旦進水即開始運行。池中的濃度計連續監測池中某點位污泥濃度的變化，信號隨時反饋給PLC。當達到某一濃度后，PLC發出指令開啟濃縮池至平衡池的排泥泵，較高濃度的濃縮污泥就被送入平衡池積蓄起來。
沉淀池停止排泥之后，截留池的水位會慢慢下降，PLC收到截留池低液位信號后發出指令，停止輸送泵運作，濃縮池也停止運行。但排泥泵的運行會降低濃縮池內污泥濃度，PLC在收到濃縮池濃度計的低濃度信號后即發出指令，停止排泥泵運行。
在實際運作中，將排泥泵的啟動設置在池內污泥濃度為1.0%，停止濃度為0.1%。
3.3 平衡池的運行
平衡池的運行主要通過對濃縮池排泥泵的限定設置以及對離心機進料污泥泵的限定設置來控制。?
在實際運作中，設置排泥泵的啟動液位為3.0 m，停止為3.5 m。這樣，整個排泥水的收集、濃縮、積蓄就在PLC控制下周而復始，自動運行，無人操作。
3.4 離心機污泥脫水的運行
PLC收到離心機開啟信號后，延時發出指令，自動開啟離心機進泥泵、PAM加注計量泵和螺旋輸送器，并接受來自進泥流量計和加注計量泵的信號。根據平衡池污泥濃度計的數值、進泥流量計的數值、PAM配制濃度、最佳加注率，就可以確定計量投加泵的流量，并通過PLC設置。這樣PLC自動控制PAM加注泵變頻器的設定頻率值以控制投加量，離心脫水機對濃縮污泥的固液分離就可自動進行。
在實際運行中，PAM投加量的確定須依據進泥量和進泥濃度而定，加注率一般設定在1.0～1.5 kg/t干泥。
對所有泵都配有報警裝置和備用泵并通過PLC控制，一旦運行泵發生故障，報警信號發至PLC，則PLC會自動控制切換備用泵運行，以保證在對故障泵進行維修時不影響系統的連續自動運行。
4 結論
綜上所述，采用PLC作為中央控制，配以液位儀、濃度計、流量計作為一級儀表組合，自動連續監測運行狀況，并將監測值實時送到PLC。PLC發出指令，指令會通過中間開關繼電器和變頻器，對系統的泵等設備進行開停、流量變化等控制，以達到運行的高度自動化。?
通過PLC的終端顯示面板，也可以隨時對運行參數進行重新設置，以達到最佳運行條件。在整個系統的運行中，達到了無人操作的程度。
摘要：本文介紹了長壽污水處理廠實施自動化控制的實踐，論證了自動化系統對污水處理運行管理的重要作用，提出了智能化是自控系統發展方向的觀點。
關鍵詞：污水處理廠 自動化控制 設備改造
1.污水處理可能對三峽庫來說還算是一個新星的行業，在三峽庫區新建的污水處理廠中，大部分設置了自動化控制系統，力求對整個污水處理過程實行全面監控。但由于這項工作尚處在實踐摸索階段，與國外水平相比存在較大差距，主要問題是：
（l）主要控制設備功能不穩定，特別是在線儀表的準確性和穩定性來看，不能完全達到由計算機控制的要求。
(2)自控水平低，距智能化自動控制還有很大差距。
(3)運行條件變化范圍大，某些工藝環節尚在不斷調整。
(4)運行操作人員尚不能對工藝進行全方位控制操作。
由于以上條件限制，大多數污水處理廠的自控系統只能發揮監視和對部分設備進行遠程控制的功能。長壽污水處理廠針對以上問題，自2003年5月試運行到現在來看，根據實際運行,并通過對部分設備的改造和完善，加之對現場運行操作人員的技術培訓，使中控室具有集中控制、監視、現場故障報警等功能。操作人員可在中控室進行操作，為安全穩定運行提供了保障。
2. 長壽排水公司自控概況
長壽污水處理廠處理長壽區20萬人生活污水及工業廢水，我廠監控系統采用工業以太網集中控制系統。此系統包括1個監控中心（中控室）、6個現場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、貯泥池的自動運行；模擬屏站主要對模擬屏的數據處理控制；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號脫水機進行自動控制，紫外光站是對紫外光消毒系統進行控制。中控室則對全廠設備的控制操作及監視。現場分站采用的PLC可編程控制系統是美國AB公司以太網系統。
3. 對設備的改造與完善
長壽污水處理廠從試運行以來，由于現場電氣及機械設備存在一些問題，直接影響了自控系統的正常運行。根據存在的問題，結合實際運行情況及工藝要求，對自動化控制系統的現場控制設備進行了部分技術改造。
3.1 對現場一些設備進行改造
由于我廠增加了一臺脫水機和PLC柜，為了把新增的這臺脫水機PLC柜的運行信號聯到中控室，避免重新進行布線。使用交換機聯接兩臺脫水間PLC柜，通過一根信號線接到中控室交換機。改造現場和配電機曝氣機的二次控制回路，解決了中控室不能控制曝氣機啟停的問題。
1號2號氧化溝的變頻曝氣機由于控制轉換開關處在開關柜
控制和機旁控制方式時，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行頻率，變頻器控制失效，不能運行。經考慮，短接模擬量電流輸入的轉換開關控制回路。
變頻器頻率信號（模擬量）、運行信號（開關量）沒有輸出給
PLC，使得上位機無法判斷曝氣機是否運行。過后經自動化人員改進后，只給出變頻器頻率信號（模擬量），運行信號可有可無（開關量）。
3.2 對PLC源程序的修改、優化
試運行中，我廠由于采用的是巡檢制度，將各分散值班點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根據實際情況做進一步的修改。通過對PLC可編程控制器的源程序進行修改、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。不僅實現了設備按工藝流程運行的要求，而且機械設備運行的準確性、安全性有了很大提高，電氣故障大為減少。故障點檢查也很方便，大大降低了電氣設備的故障率，使現場自動運行更加穩定。更主要的是為自動化控制的順利實現創造了條件。
另外對高壓配電系統和一套獨立的監控系統，如出現任何故障不僅有指示燈光報警，而且還配有語音報警系統，使值班人員一目了然，可清楚地判斷故障發生的部位并做及時處理，避免事故的發生。
3．4 安裝視頻監視系統的
為了讓操作人員真正在中控室控制全廠、監視全廠、管理全廠，長壽污水處理廠于2002安裝了BAXALL系列攝像機視頻監視系統。它配合原有的自控儀表，對進水粗格柵、細格柵、提升泵、排砂泵、攪拌機、砂水分離機、氧化溝曝氣機、二沉池、回流泵站、剩余污泥泵站、脫水間、辦公室等10多個場所的現場情況，進行24小時全天候監視。
這套視頻監視系統運行可靠。在中控室里，通過對攝像機的遙控。可以監視全廠20多個部位工藝設備的運行情況。如果按工藝流程在現場巡查一遍，需要30分鐘左右，而通過視頻監視系統，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，在上位機設定常用/備用，按如下原理進行控制：
當泵站內水位達到1.70m時，一臺泵啟動 ；
當水位降至0.80m時，水泵停機，并發出報警信號。
粗、細格柵分別有時間控制/液位差控制，2種控制方法，我廠現在用的是時間控制。
格柵井安裝粗、細格柵機兩臺，運行依據其前、后超聲波液位差計測得的水位差進行控制。
當粗格柵機前，后超聲波液位差計測得的水位差超過20cm，粗格柵機、皮帶輪輸送機自動開機。
當粗格柵機前，后超聲波液位差計測得的水位差降至10cm，粗格柵機、皮帶輪輸送機自動停機。
當細格柵機前，后超聲波液位差計測得的水位差超過30cm，細格柵機、螺旋輸送機，壓榨機自動開機。
當細格柵機前，后超聲波液位差計測得的水位差降至20cm，細格柵機、螺旋輸送機，壓榨機自動停機。
粗格柵、細格柵還可以通過在上位機設定運行、停止間隔時間的方式定時開啟停止。當格柵每運行15分鐘后停15分鐘。皮帶輸送機、螺旋輸送機與格柵聯動，及格柵運行時，同時運行。
兩組渦流沉砂池，每組渦流沉砂池內安裝一臺攪拌機和排砂泵，攪拌機長期運行。排砂泵把池底的污物抽送至砂水分離器。排砂泵每運行10分鐘后停20分鐘，時用，砂水分離器與排砂泵同時工作，以上設備均可在中心控制室監控。
3.6 氧化溝的自動控制
本工程氧化溝設兩組，日處理污水能力40000m3/d，每組氧化溝設計日處理能力2萬m3/d。每組氧化溝PDSL-325（C）型倒傘型表面曝氣機三臺，其中1#，3#機組為恒速，逆時鐘方向運轉，單臺機組充氧量為119kgO2/h；2#機組為變頻調速，順時針方向運轉，單臺機組充氧量為23～119kgO2/h，電機功率均為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。另一組氧化溝設備與該組氧化溝對稱，倒傘型表面曝氣機的運行按照氧化溝內溶解氧值（DO值）進行自動控制，其DO值以接近出水口處的DO儀的測定值為準。
當DO值在0.2mg/L< DO值<1.2mg/L范圍內時三臺電機都開啟；當DO值在1.2mg/L<DO值<3.0mg/L范圍內時開一臺恒速機和一臺變頻調速機；其中變頻調速機的調速頻率分為五段（頻率隨著DO值減小而增大）；當DO值在3.0mg/L<DO值<4.0mg/L范圍內時只開一臺恒速機。如果DO值不在以上范圍內那么開一臺恒速機和一臺變頻調速機（頻率固定）。
氧化溝內設一臺污泥濃度（MLSS）測定儀，將MLSS測定儀測定值傳送至中控室，用于調節活性污泥回流泵站及電動套筒閥的運行。
氧化溝內安裝的各檢測儀器（如DO儀、MLSS儀）的數據，由PLC1進行采集。然后PLC1將采集的數據通過控制層網絡送至中控室用于控制相關設備運轉。
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，按如下原理進行控制：
在泵站出水側及吸水側（套筒閥井處）各設一臺超聲波水位計，出水側設兩個水位，一個正常水位7.8m，一個報警水位8.4m,吸水側設四個水位，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（統計工作時間），負荷均等，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：
當貯泥池液位低于2.0m時,剩余污泥泵自動開啟。當貯泥池液位高于4.5m時，剩余污泥泵站剩余污泥泵根據液位計信號自動停止運行，貯泥池液位在中心控制室顯示及報警。另外，當貯泥池水位計超過貯泥池設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，當液位為1.5m時，向脫水間PLC發出污泥泵停泵停止運行信號。
3.9 加藥間的自動控制
溶解、溶液池為兩組，每組2 m；每組內安一臺攪拌機，和超聲波液位計一套，工況一用一備；
溶解池加料加水后，攪拌機工作15分鐘，攪拌機停車，溶液池的液位預報警（液位現場確定）；
當一格溶解池最低液位時（液位現場確定），自動關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節頻率，手動調節沖程控制投加量，使其出水水質達到國家一級排放標準。
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，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
脫水間加藥池設有一液位探頭，當液位低于設計標準時，脫水機停止。
脫水機的控制主要還是以人工控制為主，操作人員在PLC柜在啟停各個設備。
3.12 現場儀表的控制
我廠的主要儀表有：液位計、進水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值顯示為主，操作人員可直觀地讀取各種數據。
3.13 高壓配電系統監視功能
此功能主要是對高壓配電及供電系統的開關是合是斷，通過在上住機（CRT）顯示來提示有關人員。具體顯示以示意圖的形式實現。
3.14 時間累計、故障次數和報警功能
主要功能是對所有設備運行的時間進行統計。報警功能是對設備運行出現的故障都有燈光和聲音提示，準確及時地提示操作人員哪臺設備出現了故障。故障出現時，運行設備立即停止運行。此部分功能的實現，為有關人員確定設備大修時間及日常保養次數提供了依據。
4. 自控系統的使用效果
4.1 快速準確地反映運行異常情況
當現場現出任何的異常情況，可通過監控系統和上位機系統一目了然的看出問題。有設備出現故障、上位機同時報警并停止該設備的運行，相應地計算機作故障情況記錄，方便設備故障排除、管理、維護等。
4.2 促進了職工技求素質的提高
實行自控，運行人員合并值班操作，對職工素質的要求也相應地變為復合型，這就進一步激發了職工特別是青年職工學文化、學技術的積極性。
4.3 為降低運行成本創造了條件
5. 自控系統的發展前景是智能化
從長壽排水公司自動化控制水平看，只是完成了人對設備簡單的機械性能的操作，這種系統在智能化高度發達的今天顯得很粗糙。因為污水處理的可變因素很多，有水量、濃度、溫度、氣量、微生物狀態、系統配水情況。供電情況、機械運行情況等等，是一個非常復雜的系統，只靠預先設定的簡單程序就想控制好生產全過程是不可能的。我們需要一種更高級的控制系統，使之能對生產過程出現的各種數據給予采集、計算、分析，得出目前運行狀態是否正常的結論，并能給操作人員以有益的提示，從而使自動化控制能夠真正實現智能化。
摘要：本文介紹了引進的以色列先進的滴灌技術，同時從滴灌系統、節水效果到滴灌的自動化控制作了詳盡闡敘，并對百果園第二期工程建設提出了滴灌系統的設想，以此范例，作出了在我國果園灌水實現滴灌自動化的一般方法和建議。
關鍵詞：計算機 自動化 電磁閥
1 簡介
是國家果茶良種場XX省優質果茶良種繁育場，是國家“九五”種子工程在湖南實施的重點項目，建于1998年8月，1999年三月由農業部授名為“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。為加速實施全省農業結構的調整，先后從美國?法國?埃及?日本及國內10多個省市科研育種單位引進優質果茶品種資源158個，優質果茶種苗40多萬株，建成果茶母本園150畝。每年可向社會提供優質果茶苗木200多萬株，果茶母（接）穗1萬公斤以上，生產優質果茶產品1000噸以上。
果茶場也是省城第一座以品茶、園藝、垂釣為主題的農業觀光園。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，是個名副其實的“百果園”。
該廠第二期工程將于2003年完成，面積將擴至1000多畝。年生產優質果茶苗木將達到1000萬株，優質果茶產品產量也將成倍增加，更多的農業高新技術將落戶該場。果茶苗木和產品的生產、檢測、采后處理、加工和多種農業觀光設施將全部完善和配置。屆時，一個全新的高科技生態農業示范、觀光園將會展現在你的面前。
百果園是農業高科技的結晶，而滴灌系統是其中的重中之重。百果園現建成的620畝果園，全部由從以色列引進的先進滴噴灌系統控制，該園地勢起伏較大，最高處海拔達86.60m，最低處64.72m，傳統灌水方式很難進行，而先進的滴灌系統由于對地形的適應能力強，而且特別適應山地丘陵地區，所以滴灌正好大施其能，由低處水庫中取水，經過過濾加壓，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。不過其系統自動化程度不高，全園僅能使用微機控制電磁閥的開啟，不能精確實現作物的輪灌、對灌水時間和灌水量還不能實現有效的控制，有望進一步提高。
2 滴灌系統
滴灌就是滴水灌溉技術，它是利用低壓管道系統，使滴灌水成點滴地、緩慢地、均勻而又定量地浸潤作物根系最發達的區域，使作物主要根系活動區的土壤始終保持在最優含水狀態。滴灌不同于傳統的地面灌溉濕潤全面積土壤，因此滴灌有節約灌溉用水量、促進作物生長和提高產量的作用，是一種很有發展前途的局部灌水技術。
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，而滴灌具有省水節能、省工省地省肥、操作簡單，易于實現自動化、對土壤地形適應性強、保護和保持生態環境等優點，所以滴灌成為了百果園地首選。
2.1百果園滴灌系統的組成
百果園滴灌系統主要由水源、首部樞紐、輸配水管網和尾部設備灌水器以及流量、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 7. 灌水總開關 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(電磁閥) 17.沖洗閥 18.肥料罐 19.肥量調節閥 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、肥料罐、過濾設備、控制閥、進排氣閥、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中去。百果園中采用五級加壓式離心泵，在水庫中取水，現取現用，計劃建一水塔蓄水。
2.1.3 輸配水管網
輸配水管網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，毛管是微灌系統末級管道，其上安裝或連接灌水器。微灌系統中直徑小于或等于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 尾部設備
尾部設備是微灌系統的關鍵部件，包括微管和與之相聯的灌水器(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
灌溉系統的第一期工程是由以色列的普拉斯托公司負責承建，全園采用先進的滴、噴灌相結合的微灌節水技術，是我國南方發展節水農業的典范，其具體情況見下：
2.2.1 設計原則
滴灌灌溉系統設計除了滿足節水、節能、省力等之外，通常應遵循以下主要原則：
①必須滿足果園果樹生長對水分的要求；
②灌溉系統設計應結合耕作實際，便于操作；
③應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、蟲害的發生；
④在盡可能的情況下，灌溉系統設計時應考慮施肥及噴藥裝置；
⑤在盡可能的情況下，應使灌溉系統在滿足灌溉要求的同時，工程建設的綜合造價最小。
2.2.2 設計步驟
2.2.2.1資料的收集在系統設計時，必須掌握以下資料：
①地形資料：根據實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、地下水埋藏深度和土層厚度等。土壤理化性質主要包括土壤類別、干容重、含鹽情況、土壤田間持水率等。
③氣象資料：區域年均降雨量及季節分布、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、含沙情況、水位、供水能力、利用和配套情況等。若水源為機井時，還應調查機井的靜水位和動水位，當地下水水位較淺時，一定要調查清楚地下水位及其周年變化規律。若水源為渠水時，應調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與否，除了影響工程投資外，還直接影響著灌溉系統的效益發揮和灌溉保證率。因此，應根據作物種類、作物的種植制度、種植季節、水源情況、果園設施情況、工程區社會經濟情況等，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。百果園灌溉系統的灌水方法采用以滴灌為主，滴噴灌相結合的方式。
2.2.2.3 滴灌系統布置，百果園滴灌系統的管道分干管、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：是指作為滴灌系統設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設計灌水周期：滴灌設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時間T，用式（4－9）計算，即
③一次灌水延續時間：一次灌水延續時間是指把設計灌水定額水量，在不產生徑流的條件下，均勻分布于果園田間所用的灌水時間，用式（4－10）計算，即
i. 輪灌區數目的確定：（a）對于固定式滴灌系統，輪灌區數目可按式（4-11）計算：（b）對于移動式滴灌系統，則有：
ii. 一條毛管的控制灌溉面積：（a）對于固定式滴灌系統，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），移動式滴灌系統中為出流毛管長度。
（b）對于移動式滴灌系統，一條毛管控制的灌溉面積為
2.2.2.5 滴灌系統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域需要時，滴灌面積為
2.2.2.6 管網水力計算滴灌系統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，不超過滴頭設計工作壓力的20％，流量差值不超過10％；對于采用壓力補償式滴水器時，僅要求區域內滴頭流量差值不超過10％，并據此確定支、毛管的最大設計長度；在滴灌中，由于管網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。工程設計中塑料管道的沿程阻力損失常選用式（4－1 6）、（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
當管道有多個出水口時，管道的沿程阻力應考慮多口出流對沿程阻力的折減問題，多口出流折減系數k，對應計算公式
②局部阻力hj
工程設計中為了計算方便，局部阻力損失也常按沿程阻力損失hf的10％估算。
2.2.2.7 管道系統設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計、管道系統的結構設計。
① 管材的選擇：可用于灌溉的管道種類很多，應該根據滴灌區的具體情況，如地質、地形、氣候、運輸、供應以及使用環境和工作壓力等條件，結合各種管材的特性及適用條件進行選擇。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。隨著材料工業的發展，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，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到了能承受系統所要求壓力的厚度，若沒有達到，千萬不能使用，否則將會埋下隱患，造成運行時管道發生爆破，甚至導致整個管道系統癱瘓。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勢下降，應通過技術經濟分析選擇合適的管材。塑料管經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，作為本級管道的設計流量，依據這個設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，也可選取一個出現次數較多的次大流量，作為管道的設計流量來確定管徑。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灌溉均勻的原則。管徑選得越大，支管運行時的水頭損失就越小，同一支管上各滴頭的實際工作壓力和灌水量就越接近，灌溉均勻度就越接近設計狀況。但這樣增大了支管的投資，對移動支管來說還增加了拆裝、搬移的勞動強度。管徑選得小，支管投資減少，移動作業的勞動強度降低，但由于運行時支管內水頭損失增大，同一支管上各滴頭的實際工作壓力和灌水量差別增大，結果造成果園各處受水量不一致，影響滴灌質量。為了保證同一支管上各滴頭實際出水量的相對偏差不大于20％，國家標準GBJ85-85規定：同一支管上任意兩個滴頭之間的工作壓力差應在滴頭設計工作壓力的20％以內。顯然，支管若在平坦的地面上鋪設，其首末兩端滴頭間的工作壓力差應最大。若支管鋪設在地形起伏的地面上，則其最大的工作壓力差并不見得發生在首末滴頭之間。考慮地形高差Z的影響時上述規定可表示為
許的水頭損失即為從式（4－20）
可以看出：逆坡鋪設支管時，允許的hw的值小，即選用的支管管徑應大些；順坡鋪設支管時，因Z的值本身為負值，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時，因地形坡降彌補了支管內的部分水力坡降，選用的支管管徑可適當的小些。 當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，滿頭的設計工作壓力可從滴頭性能表中查得。兩滴頭進水口高程差（實際上就是兩滴頭所在地的地面高差）可以從系統平面布置圖中查取。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。因管材的管徑已標準化、系列化。因此，還需按管材的標準管徑將計算出的管徑規范取整。對滴灌系統的支管，考慮到運行與管理的方便，最大的管徑一般不超過100毫米，并且應盡量使各支管取相同的管徑，至少也需在一個作業區中統一。對于固定管道式滴灌系統，地理支管的管徑可以不同，但規格不宜太多，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用最小的原則選擇的。管道的費用常用年費用來表示。隨著管徑的增大，管道的投資造價（常用折舊費表示）將隨之增高，而管道的年運行費隨之降低。因此，客觀上必定有一種管徑，會使上述兩種費用之和為最低，這種管徑就是我們要選擇的管徑，稱之為經濟管徑。經濟管徑中對應的流速稱為經濟流速。圖4-7就是用最小年費用法計算經濟管徑的原理示意圖。用這種方法確定管徑概念清楚，但計算相當繁瑣，往往需要分別計算出多種管徑的年投資和年運行費，比較后再確定。隨著科學技術的進步，計算機技術的飛速發展，許多優化設計方法，如微分法、動態規劃法等已在管道灌溉管網的設計中得到應用，具體方法可參閱有關書籍。 對于規模不太大的滴灌工程，也可用式（4－22）、式（4－23）的經驗公式估算管道的直徑：
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。管道的縱剖面應力求平順，減少折點，有起伏時應避免產生負壓。
ⅰ 埋深及坡度：地埋管的埋深指管徑距地面的垂直距離，埋深應根據當地的氣候條件、地面荷載和機耕要求確定。一般管道在公路下埋深應為0.7～1.2米；在農村機耕道下埋深為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、基礎穩定性好的管道坡度可陡一點；反之應緩些。總的來說，管道坡度不得超過1:1，通常控制在1:1.5～1:3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，同類管件應考慮其規格盡量統一。
為了按計劃進行輸水、配水、管道系統上應裝置必要的控制閥。白果園中為了實現灌水的有效控制,設置了30多個電子閥.而且各級管道的首端還設了進水閥或水分閥；當管道過長或壓力變化過大時，設置節制閥。為保證管道的安全運行，還安裝一些附設裝置。自壓系統的進水口和各類水泵吸水管的底端應分別設置攔污棚和濾網，管道起伏的高處應設排氣裝置，自壓系統進水閥后的干管上設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泄水裝置，管道可能發生最大水錘壓力處設置安全閥。
2.3 評價
從整體上來看,XX白果園的滴灌系統是建設的比較完善的一套滴水灌溉系統,設計施工都符合現代滴灌的要求,是一套先進的現代化滴水灌溉系統，而且產生了很好的經濟效果。不過當時考慮到經濟條件的限制，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，筆者認為百果園應改進為雙行毛管平行布置；而且其控制系統自動化程度不高，全園僅能使用微機控制電磁閥的開啟，不能精確實現作物的輪灌、對灌水時間和灌水量都不能實現有效的控制，故需進一步對其控制系統加以設計改進。正在建設的二期工程應該吸收一期工程中的好的經驗，改進一期工程中的不足，特別是應該實現灌水的全自動控制。
3 灌溉自動化控制系統
灌溉中的滴灌系統，能很方便實現自動化控制，灌水的自動化控制能有效的實現節水灌溉，也是農業實現現代化的要求。對微灌的自動化控制，根據控制系統運行的方式不同，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
系統的所有操作均由人工完成，如水泵、閥門的開啟、關閉，灌溉時間的長短，何時灌溉等等。這類系統的優點是成本較低，控制部分技術含量不高，便于使用和維護，很適合在我國廣大農村推廣。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
系統不要人直接參與，通過預先編制好的控制程序和根據反映作物需水的某些參數可以長時間地自動啟閉水泵和自動按一定的輪灌順序進行灌溉。人的作用只是調整控制程序和檢修控制設備。這種系統中，除灌水器、管道、管件及水泵、電機外，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
系統中在灌溉區域沒有安裝傳感器，灌水時間、灌水量和灌溉周期等均是根據預先編制的程序，而不是根據作物和土壤水分及氣象資料的反饋信息來控制的。這類系統的自動化程度不等，有的一部分實行自動控制，有的是幾部分進行自動控制。
為了對先進的滴灌自動化控制系統有具體認識和了解，下面我們將對滴灌的自動化控制作詳細介紹：
3.1 滴灌首部控制樞紐
滴灌自動化系統的基本控制方法有：時間控制、水量控制和反饋控制三種。時間控制系統是按預定好的時間放水或關水；水量控制系統是按照設計的配水量放水或關水；反饋控制系統是根據灌區內濕度感受器的反應，然后將信號傳送到首部控制樞紐部分來關水或放水。滴灌系統更便于完全實現自動化，這在地多人少、勞力緊張的邊遠地區，沙漠地帶的防護林區，鐵路路基沿線，經濟力量雄厚的城郊蔬菜種植區顯得特別重要。目前，國外發達國家在滴灌區普遍使用了計算機管理系統，并通過專用的滴灌系統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。大大提高了現代化的土壤水分、作物生長測定技術的可能性和實用性，具有農藝上的綜合性，為人們充分利用現代化儀器設備在滴灌系統中應用提供了巨大的潛力。滴灌系統軟件根據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 作物生產管理計劃制定
控制軟件系統應能提供一套科學的管理系統，它通過提高作物產量和品質以及減少用水量來提高水分利用效率，能給農民及有關用戶提供一套針對灌溉方案制定作物生產管理的先進、完善的管理系統，用戶能夠使用它獲得他們的每一塊農田的土壤水分狀況圖，方便的數據資料存取能夠得到每一塊農田的準確土壤水分含量，還能夠確定準確的日水分利用量，能夠給每塊農田制定出合理的灌溉管理決策，能夠根據每一塊農田各自的灌水量需求對不同農田進行灌溉優先排序，以便制定優化灌溉計劃使農場或用戶獲得整體最高產量。
控制軟件系統應能允許灌溉管理者根據作物水分需求和作物對灌溉的反應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管理軟件包，它能夠對灌溉決策的制定和作物管理進行數據資料存儲、運算處理、顯示輸出。土壤水分數據資料主要由中子探測儀、石膏電阻塊和張力計測定獲得。天氣數據資料由自動氣象站獲得，作物生長資料如籽粒大小（直徑）、株高和葉片硝酸鹽含量等可直接田間測定，根據相應的作物響應，作物生長資料結合土壤水分資料能夠制定出合理的灌溉計劃，通過實際調查能夠提高作物產量、品質和水分利用效率的管理技術能夠詳細地驗證作物生長、土壤水分和氣候之間的關系，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到高產穩產目標的籽粒重和穗粒數或結果率的控制管理問題。
3.3 滴灌系統灌溉計劃制定
滴灌系統灌溉計劃一般是指確定何時進行灌溉及應該的灌溉量，灌溉計劃的應用可消除代價巨大的不可預測的農業災害，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，因此不同的農田需要不同的灌溉計劃。農民通過土壤水分測定技術利用軟件處理和顯示不同層次土壤水分特征，能加深對發生于土壤內的各種過程的理解，以便進行更精細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。
當土壤水分和被作物利用的水分的準確數量被測定后，通過軟件可以計算下一次滴灌的日期和準確的灌水量，它將考慮當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。它把農田從最干到最濕分為不同等級。了解需要灌溉補充的水量有助于協調不同用戶之間和同一用戶內部的水分供給，充分了解雨后何時開始灌溉能使農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用
3.4.1 時間圖 時間顯示某一指定土壤容積含水量、根區土壤含水量或作物響應隨時間的變化。時間圖的基本顯示：直線表示根區土壤含水量的飽和點和需灌溉補充點；供給的和有效的灌溉和降雨情況；箭頭指示預測的灌溉日期；關于水分飽和點、需灌溉補充點、當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表；作物生長及其對灌溉管理技術措施的響應；該軟件所做的時間圖可進行大小調整，通過調整縱坐標軸上的最大值和最小值及橫坐標上的日期范圍能夠把圖形中用戶想要的區域或作物生長期內的某特定階段的圖形放大。圖形能夠進行疊加來同時比較不同地點的田塊或不同年份的數據。當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到高度的協調一致。用戶可以選擇任何關鍵數據來建立相互作用關系圖。
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，通過該軟件和現代化儀器結合能夠迅速直接測定和分析土壤水的剖面分布情況。根區吸收水分模式可以在深度圖中看到，對深度圖分析能使農民確定每一種農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數量、土壤緊實度、土壤質地變化、高石灰巖含量、地下水位和鹽分等問題能夠通過對根部活動的仔細分析而發現。深度圖也可以用來確定滲入和排出土壤剖面的水分的運動狀況及深度和數量，從中能夠給定灌溉飽和點和需灌溉補充點的準確設計值。灌溉或降水后從土壤的根區排出的水分數量能夠通過深度圖準確測定，根據可以調節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量將防止地下水水位地升高和土壤養分的淋溶損失，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動的關鍵問題，通過分別繪制灌溉前和灌溉后距滴管不同距離的各個點的土壤水分含量圖可比較灌溉水的運動狀況，用戶能夠利用研究所得的結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
3.5.1程序結構 滴管軟件的數據存儲于一個樹狀結構，這使得制定灌溉方案是查詢數據資料非常方便。管理人員可能負責管理幾個農場或幾塊農田，每個農場或農田可能有許多檢測點，每一個檢測點都有一套不同時間收集的實際測定的讀數記錄。輸入的數據經過計算機軟件處理，能顯示有關每一單個田塊的詳細資料，還能夠向農民分別顯示每一年的作物種植的詳細資料。能夠顯示農場的每個監測田塊或某一年份的每一監測點的情況，指明灌溉飽和點和需灌溉補充點，當前作物日水分使用情況，土壤水分平衡和預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記錄和根區的總水分含量，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。利用滴灌軟件可進行數據資料綜合分析，從中總結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。土壤等數據資料，并進行綜合分析，為以后的灌溉方案制定提出更合理更完善的評價標準。該軟件程序的所以結構層次能為所選擇的農場、監測點和某一日期建立報告。報告分為五種：深度圖、時間圖、記錄讀數報告。監測點報告和灌溉計劃報告。用戶可以根據自己的需要已及自己微機系統對程序進行修改編譯，選擇公制和英制計量單位進行數據資料綜合分析，將田間測定得到的數據讀數記錄自動粘貼到沒一個具體的農場欄、監測點欄和日期欄。每一個監測點的測定日期，時間及估計的水分日利用量能夠在粘貼之前輸入。
3.5.2 數據輸入在讀數記錄屏幕中可以人工錄入和顯示田間實際收集的數據，如土壤水分張力計的讀數、作物籽粒大小。有關作物的數據可以測定得到，作物生長參數與土壤水分含量相關聯可以確定作物生長期的水分需求量。氣候數據資料可以人工輸入或由氣象站自動裝載。天氣數據參數的個數沒有限制，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聯制作相互作用關系圖。從氣象數據資料中可以得到蒸發損失的總水分量的數據并且把它與測定的日水分使用量相比較來調整該地區的作物灌溉計劃。
3.5.3 軟件的數據處理利用滴管軟件可以計算使土壤剖面達到灌溉飽和點所需的準確時間數。同時計算自從播種或其他生長時期（如發芽、開花等）以來的天數，使土壤水分能夠與過去多年的作物生長資料數據參數同步分析，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量，尤其是對于玉米、小麥和棉花。可以通過作物－水分方程和氣象資料估算理論產量。通過速率方程，計算作物生長速率。計算作物當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日水分利用狀況地資料。結合現代先進地土壤水分測定儀器使用，該軟件能夠指導我們最有效地利用有限的水資源獲得最大農業效益。例如能夠確定每次灌溉的準確時間和灌水量。同時減小過量灌溉和水分不足對產量的影響。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；建立現代耕作技術和傳統耕作技術條件下的水分利用效率的關系。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據庫以使作物產量和質量獲得持續穩定的提高，使高效農業可持續發展。
3.6灌溉自動化控制系統
要實現灌水的自動化，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施自動灌溉（溝灌、噴灌、滴灌、滲灌），達到高產、高效、和節水的目的。適用于庭院花圃、苗圃、果園、菜地和農地。隨著經濟發展，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。自動灌溉控制系統可以實現科學灌溉，節能、省水，使菜地和農地產量和質量明顯提高。智能化，精準化灌溉技術是伴隨著計算機應用技術、傳感器制造技術、塑料工業技術的提高而逐步實現的
自動化計算機灌溉控制系統大約在80年代初由雨鳥公司、摩托羅拉等幾家公司開發、研制成功，并投入使用。由于技術復雜、應用難度大，價格高昂，這種控制設備最早應用于高爾夫球場灌溉系統的控制上。90年代，計算機工業的硬件、軟件飛速發展，使得灌溉系統中央計算機系統操作難度越來越小，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、開發出了中央計算機控制系統：Maxicom
智能化灌溉中央計算機控制系統具有如下功能：
① 動采集各種氣象數據，計算并記錄蒸發蒸騰量ET；
② 根據前一天的ET值自動編制當天灌溉程序并實施灌溉；
③ 可由連接的土壤濕度傳感器、風速傳感器、雨量傳感器等干涉程序，啟動、關閉、暫停灌溉系統；
④ 連接流量傳感器可自動監測、記錄、警示由于輸水管斷裂引起的漏水及電磁閥故障；最大限度利用管網輸水能力；
⑤ 運行程序而不起動灌溉系統（干運行），測試程序合理性，不合理時預先修改；
⑥ 自動記錄、顯示、儲存各灌溉站的運行時間；自動記錄、顯示、儲存傳感器反饋數據，以積累資料，修改程序，修改系統等。
⑦ 頻繁灌溉功能：可將設計好的灌水延續時間分成若干時段，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 一套中央計算機系統可控制無數臺田間控制系統（稱為衛星站），一套中央計算機控制系統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。
⑨ 儲存數百套灌溉程序；一臺田間控制器（衛星站）可使4個輪灌區獨立灌溉或同時灌溉。
⑩ 手動干涉灌溉系統：可在閥門上手動啟、閉系統，可在田間衛星站上手動控制系統，也可在計算機上手動啟、閉任何一站，任何一個電磁閥。可控制灌溉系統以外的其它設備，如：道路或公共場所燈光，大門、噴泉、水泵等
自動化中央計算機控制系統主要由中央計算機，集群控制器(CCU)，田間控制器（衛星站），電磁閥構成。中央計算機可裝置在任何一個地方。比如：一套中央計算機系統控制50個公園的灌溉系統。中央計算機可安裝在市園林局認為合適的位置。CCU安裝在各個公園內。中央計算機與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種通訊方式。 由中央計算機到終端電磁閥的工作過程為：中央計算機編程，并將程序下達到CCU。CCU將各輪灌區灌溉控制程序再發到相關田間控制器。田間控制器依中央計算機制作的程序啟閉各輪灌區電磁閥。如下圖所示：
中央計算機上的初始程序由控制人員編制，之后，計算機每日自動收集由氣象站采集的氣象數據，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，系統漏水...），自動中斷或暫停程序，待異常情況排除后，繼續恢復程序運行。
如果將智能泵站連接到中央計算機控制系統上，則效果會更好。這樣從水泵到電磁閥之間復雜的系統將由一個高度智能化的系統管理起來，可做到最大限度地節水、節能，最大限度地保護系統設備運行，避免灌溉系統常發生的下列幾種問題：
① 過量灌溉或灌水不足，浪費水資源或不能滿足植物需水；
② 管網破裂，漏失水；
③ 系統運行壓力不合理；
④ 水泵運行效率低下；
⑤ 地形起伏不平時或土壤入滲率低產生地面徑流，浪費寶貴的水資源；
⑥ 降雨時，灌溉系統照常灌溉；
⑦ 管理、維護成本高。
3.7 百果園灌溉的自動化控制設計
百果園一期工程灌水基本實現了半自動化控制，可以使用電腦控制各電磁閥的開啟。我們可在其基礎上加以改進與提高，使其實現灌水的全自動化，具體見下：
3.7.1 控制原理
自動化控制采用電子技術對田間土壤溫濕度、空氣溫濕度等技術參數進行采集，輸入計算機，按最優方案，控制各個閥門的開啟及水泵的運行狀態，科學有效地控制灌水時間、灌水量、灌水均勻度，為項目區作物提供一個良好的地、水、肥、氣、熱條件，促使其高產、穩產。同時進行控制軟件及優化灌溉制度的研究，最終形成灌溉專家決策系統。另外，通過變頻器控制改變電機轉速，調節管道壓力，為管道、滴灌等其他灌溉工程的自動化提供依據。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、風速、管道壓力等參數的自動化采集
② 自動化控制設計安裝
③ 監控軟件設計
④ 變頻系統設計，通過改變水壓力，為微噴、滴灌等工程的自動化提供依據
⑤ 系統運行管理模式評價，包括系統評價、灌水指標、灌溉制度等
3.7.2 控制系統的組成
欲實現真正意義上的全自動控制，需要控制田間參數及對象很多，例如土壤濕度、鹽分、空氣溫度、相對濕度、降水量、風速、管道壓力、閥門開啟、水泵電機旋轉等，都要送入控制器。考慮到要控制的對象較多，又要滿足良好的人機界面要求，可以采用工業控制計算機作為整個控制系統的優秀，來協調各部分的工作。
系統的組成如下圖所示,整個系統的工作主要工控機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的旋轉，工控機主要用來采集田間土壤及氣象指標，按照設定的程序，控制各地塊中電磁閥的開啟，并通過變頻器控制電機的運行狀態，協調整個系統的工作。
3.7.3 監控軟件監控軟件是工控機能夠完成控制功能的重要基礎，監控軟件設計的好壞直接關系到整個系統的質量和可靠性。根據項目要求及滴灌的特點，筆者建議百果園采用雨鳥公司的“Maxicom”中央控制系統，該軟件只需用戶輸入各地塊種植作物種類及種植日期，系統便會自動計算當前作物所處生育期，確定出各自要求的土壤狀況及氣象信號，控制水泵電機的運行狀態及閥門的開啟，自動完成整個灌水過程，完全不需要人工干預，實現全自動控制。
該控制軟件在此所完成的主要功能及特點如下：
① 自動采集田間數據：系統根據軟件中所預先設定的時間，自動地采集土壤濕度、溫度風速、雨量等參數，進行相應的處理后，實時顯示在屏幕上。
② 作物生育期的判斷：當管理人員輸入各地塊所種植的作物及種植日期后，系統便根據計算機時鐘自動計算出各種作物已種植的天數，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：系統采集田間及氣象數據后，將當前各地塊土壤含水量與作物適宜含水量相比較，若土壤實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。進行灌溉。達到所需灌水定額后，自動關閉第一個電磁閥，同時開啟下一個電磁閥，直到完成整個地塊的灌溉任務。灌溉過程中，若出現溫度過低、風速過大以及降雨過程等天氣時，系統會自動暫停當前的灌溉任務，并保存當前狀態。當氣象條件滿足時，繼續進行未完成的任務。
④ 形式多樣的控制方式：全自動控制外，系統還允許管理人員采用半自動、手動等控制方式。全自動方式只需運行人員輸入各地塊的作物信息，系統便會根據作物、土壤、氣象等條件自動完成灌溉的全過程，無需人工干預。所謂半自動方式，是指系統允許用戶根據實際情況控制開停機。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。當然這些操作全部都是通過鍵盤或鼠標來完成的，而且在工控機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，系統會自動通過變頻器升高水泵電機轉速，維持管道壓力的恒定，直到完成灌溉任務。
⑤ 豐富的辦公自動化功能：系統在運行過程中，可自動生成各種定時、日、月、年報表，并通過打印機打印出來。其內容包括各種氣象及土壤參數，可從各報表中得到土壤濕度變化曲線、日最高風速、月平均氣溫、全年總降水量等原始資料，為用戶研究當地的氣象及土壤變化情況提供翔實的依據。
⑥ 良好的可維持性：可維護性是衡量軟件質量好壞的重要指標之一，在編寫本系統時我們也充分考慮了這一點，例如用戶在種植一類新作物時，可能系統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，通過鼠標各鍵盤輸出這些參數，系統便會根據用戶所定義的數值運行。另外，用戶還可很方便地修改灌水定額、管道壓力等參數，滿足實際情況的需要。
⑥ 友好的人機界面：系統中大部分界面均為示意圖形，實時顯示各傳感器送來的數值及系統當前的運行狀態，一目了然。需要用戶操作的部分全部為中文界面，工作人員無需學習便可完成所有操作。另外，在任一界面下，用戶都可以通過按幫助按鈕得到相應的提示，指導用戶完成相應的功能。
3.7.4 效果
百果園通過增加自動化控制系統后，灌水時間、灌水量和灌溉周期等完全根據果樹某些需水參數自動啟閉水泵和自動灌溉，人的作用僅僅是調整控制程序和檢修控制設備。既提高了水的有效利用率，又節省了人力，同時也提高了果樹的產量，可以產生良好的經濟效果。
3.8 第二期工程的設想
正在建設第二期工程計劃今年完工，第二期工程的滴灌系統我建議基本上參照第一期工程建設，也采用滴噴灌相結合的方式，其水源計劃應采用水塔蓄水，用以緩解枯水期水庫少水的矛盾，該可以區采用先進的電腦全自動控制方式，實行精確灌水，管道布置采用固定式（干管、支管）和移動式（毛管）的有機結合。二期工程應該吸收一期工程中的好的經驗，改進一期工程中毛管布置形式的不足，還特別是應該增加灌水的全自動控制部分，實現灌水的全自動化，精確控制作物的有效灌水。
4 存在的問題及建議
通過對滴灌系統的學習與認識，筆者系統的學習了滴灌這種先進的果園節水灌溉方法，在實踐的基礎上深化了理論，并對滴灌和滴灌系統有一些不成熟的認識與建議。
4.1 滴灌的優缺點
4.1.1 百果園滴灌的優點
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。同時，由于滴灌僅濕潤作物根部附近土壤，其他區域土壤水分含量較低，因此，可防止雜草的生長。滴灌系統不產生地面徑流，且易掌握精確的施水深度，節水效果達50%-90%。
4.1.1.2 環境濕度低，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分，使土壤水分處于能滿足作物要求的穩定和較低吸力狀態，灌水區域地面蒸發量也小，這樣可以有效控制保護地內的濕度，使果園中作物的病蟲害的發生頻率大大降低，也降低了農藥的施用量。
4.1.1.3 提高作物產品品質，由于滴灌能夠及時適量供水、供肥，它可以在提高農作物產量的同時，提高和改善農產品的品質，使果園的農產品商品率大大提高，經濟效益高。
4.1.1.4 滴灌對地形和土壤的適應能力較強，由于滴頭能夠在較大的工作壓力范圍內工作，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。
4.1.2 百果園滴灌的缺點
4.1.2.1滴灌的滴頭很容易堵塞和磨損，產生灌水的不均，嚴重影響節水效果。
4.1.2.2滴灌的各管道的壓力有所差異，會產生局部壓力過高而使管道容易損壞，滴頭的壓力不均甚至會產生霧化，損壞滴頭，浪費水資源。
4.1.2.3 滴灌一般僅潤濕作物根系區土體的一部分，所以作物根系的發展可能限制在圍繞每一滴頭的濕潤區，這樣容易產生作物根系的腐爛，進而引起作物倒伏。
4.1.2.4 滴灌的管道布置要充分利用當地地勢與地形，在原則的基礎上加以靈活運用，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 百果園應加強灌水的自動化控制，保證各種果樹的精準灌水，實現精確的節水灌溉
4.2.2 滴灌的水量應該有保證，應該建一水塔蓄水，確保枯水期各種果樹的需水要求
4.2.3 滴灌的毛管布置應采用單行帶環形狀態管布置和雙行平行布置相結合，確保果樹灌水均勻度。
4.2.4 滴灌技術的應用應該和其他節水灌溉技術相結合，互相補給，更好的發揮優勢。
4.2.5 國家應鼓勵進行滴灌技術的研究，加大科研推廣投入的力度，研制開發經濟實用的滴灌管材，解決滴頭易堵塞的難題等，滴水灌溉技術應該在政府的規劃安排下，由政府投資和農民出資相結的優惠政策下在全國范圍鼓勵推廣發展。
5 結束語
滴灌是一種高效節能省水增產的微灌灌溉技術，它具有很多優點，適合我國的國情，具有很強的推廣優勢，而且很方便實現灌溉的全自動控制，滴灌將成為二十一世紀發展我國節水灌溉的重點，是加速我國農業實現節水灌溉、精準農業和設施農業的有效途徑，將更好的促進我國農業的現代化！的滴灌自動化系統在經濟上是合理的，技術上是可行的，將成為我國南方生態農業建設的典范！
摘要：簡要介紹了樓宇自動化系統，分析了傳統集散控制系統和新興的現場總線控制系統優缺點以及應用，并介紹了樓宇自控領域中流行的4種現場總線。說明了以太網技術的發展以及在樓宇自控領域中的最新應用情況，對現場總線控制系統和以太網進行了比較
關鍵詞：樓宇自動化控制網絡 現場總線控制系統 以太網 樓宇自動化系統
目前日益流行的智能建筑(InteUigent Buidings)是建筑技術與計算機信息技術相結合的產物，是信息社會的需要，也是未來建筑發展的方向。智能建筑主要由樓宇自動化系統(Buiding Automation system，縮寫為BAS)、通信自動化系統(CAS)和辦公自動化系統(OAS)三大系統組成。其中，樓宇自動化系統是智能建筑中最基本和最重要的組成部分。樓宇自動化系統是利用計算機及其網絡技術、自動控制技術和通信技術構建的高度自動化的綜合管理和控制系統，將大樓內部各種設備連接到一個控制網絡上，通過網絡對其進行綜合的控制，這些設備包括空調、照明設備、電梯、消防設備、安防設備等等。它確保建筑物內的舒適和安全的辦公環境，同時實現高效節能的要求。
2 現場控制系統FCS的出現以及在樓宇自控中的應用
上個世紀七八十年代，伴隨著計算機可靠性提高，價格大幅下降，出現了由多個計算機遞階構成的集中、分散相結合的分布式控制系統(Distributed ControlSystem，簡稱DCS)。DCS是利用計算機技術對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制的一種綜合控制系統。它的測量變送儀表一般是模擬儀表，因此它屬于一種模擬數字混合控制系統，這種系統較以前的各種控制系統有了較大的進步。DCS在工業自動化控制領域獲得了廣泛的應用，也開始應用到樓宇自動化控制領域。但是DCS存在如下一些缺點：
(1)安裝費用高。采用一臺儀表、一對傳輸線的接線方式，導致接線龐雜、工程周期長、安裝費用高、維護困難；
(2)可靠性差。模擬信號傳輸精度低，而且抗干擾性差；
(3)系統封閉。各廠家的產品自成系統，系統封閉、不開放，難以實現產品的互換與互操作以及組成更大范圍的網絡系統。
上個世紀90年代以來，隨著控制技術、計算機技術、通信技術的發展，出現了基于現場總線的控制系統(FCS)，FCS克服了DCS的缺點，它是一種全數字化的、全分散的、全開放、可互操作和開放式互連的新一代控制系統。目前，現場總線技術已經成為自動化技術中的一個熱點，備受國內外自動化設備制造商與用戶的關注。FCS極大地簡化了傳統控制系統繁瑣且技術含量較低的布線工作量，使其系統檢測和控制單元的分布更趨合理。與傳統的DCS(分布式控制系統)相比，FCS具有可靠性高、可維護性好、成本低、實時性好、實現了控制管理一體化的結構體系等優點。現場總線的出現，為工業自動化帶來了一場深層次的革命，從而開創了工業自動控制的新紀元，被譽為自動化領域的計算機局域網。鑒于FCS的許多優點，控制專家們紛紛預言“FCS將取代DCS成為2l世紀控制系統的主流。”現在，FCS已經被應用到樓宇自動化控制領域。
2．1應用于樓字自動化領域的幾種現場總線
由于誘人的市場商機和不同的應用領域的存在，世界一些大公司或公司聯盟紛紛提出自己的現場總線協議標準。據不完全統計，目前國際上有40種宣稱為開放型的現場總線標準。這些協議根據國際標準化組織(ISO)的計算機網絡開放式互連系統的OSI參考模型來制定的。大多數現場總線只是用其中的一、二和七層協議。于是現場總線呈現雜亂紛呈的局面。在這些現場總線中不乏優異的現場總線，如CAN、Modbus、Profibus、Lonworks、BACnet、DeviceNet等等。其中Lonworks、BACnet、CAN、EIB等現場總線在樓宇自動化領域獲得了、較廣泛的應用。盡管基于現場總線的Fcs克服了DCS的許多缺點，但還是有一些不如人意的地方，最明顯的缺點：多種現場總線并存而互不兼容，導致FCS的可互操作性只能在同一種現場總線系統中實現。后面將對FCS的缺點做進一步說明。
(1)LonWorks
美國Echelon公司1991年推出了LON (Local 0penation Networks)技術，又稱Lonworks技術。它得到了眾多計算機廠家、系統集成商、儀器儀表以及軟件公司的大力支持，已經在樓宇自動化、工業自動化、電力系統供配、消防監控、停車場管理等領域獲得廣泛應用。具體地說LonWorks具有以下優點：
①網絡結構靈活、組網方便。它支持多種網絡拓撲形式，包括總線型、星型、樹型、自由拓撲型等，這樣可適應復雜的現場環境，方便現場布線；
②支持多種傳輸介質。包括雙絞線、同軸電纜、電力線、光纖、無線射頻等；兩種傳輸速率：78bps和1．25Mbps，最大傳輸距離由網絡拓撲形式和傳輸介質決定，一般可從500m到2700m。可接人的節點最多為32385個；
③完善的玨發工具。提供完善的系統開發環境，采用開放的NEURON C語言，它是ANSI C語言的擴展；
④無主的網絡系統。LonWorks網絡中各節點的地位相同，網絡管理可設在任一節點處，并可安裝多個網絡管理器；
⑤開發LonWorks網絡節點的時間較短，也易于維護。LonWorks采用的LonTalk協議固化在Echelon公司的Neuron芯片中，這樣可以節省開發LonWorks網絡節點的時間，也方便維護。
同其它現場總線一樣，LonWorks也有自身的缺點。首先，LonWorks的實時性、處理大量數據的能力有些欠缺；其次，由于LonWorks依賴于Echelon公司的Neuron芯片，所以它的完全開放性也受到一些質疑。盡管LonWorks存在一些不足，但是LonWorks的FCS還在樓宇自動化領域獲得了廣泛的應用。世界上有2萬多家OEM廠商生產LonWorks相關產品，其中種類已達3500多種。目前世界上已安裝有500多萬個LonWorks節點，LonT~k協議也被接納為歐洲CENTC247、CEN TC205的一部分。自1996年以來，LonWorks也開始在國內獲得大量的應用。在建設部的支持下，國內一些研究所和企業開始陸續開發出基于LonWorks的樓宇自動化控制系統，并在一些新建智能大廈和建設部智能化小區試點工程中得到應用。
(2)BACnet
BACnet是作為世界上第一個樓宇自動控制網絡的數據通信協議。它代表了智能建筑發展的主流趨勢。BAcnet不是軟件或硬件，也不是固件，嚴格地說，BAcnet并不是現場總線，而是一種網絡協議，即通信規則。為不同商家產品的系統之間進行信息交流提供平臺和支持。BACnet詳細闡述了系統組成單元相互分享數據實現的途徑、使用的通信介質、可以使用的功能以及信息如何翻譯的全部規則。BACnet采用了Etherent、ARCNET、MS／TP、PTP、LonTalk五種網絡技術進行通信。可根據系統通信是和通信速度選擇不同的網絡技術。相對其它現場總線，BACnet標準最大的優點是可以與Etherent、LonWorks等網絡進行無縫集成。不過BACnet主要為解決不同廠家的樓宇自控系統相互間的通訊問題設計，并不太適用于智能傳感器、執行器等末端設備。BACnet標準已在全球得到了廣泛的應用，全球生產和經營樓宇設備和樓宇自控設備的主要廠商均支持BACnet標準。BACnet在不到10年的時間內就從一個行業學會標準迅速成為樓宇自控領域中唯一的ISO標準。雖然我國是WTO和ISO成員國，但是BACnet在我國建筑領域中的應用范圍還是相對較小，而且在工程中采用的BACnet產品和技術也基本上全部是從國外引進的，還沒有真正意義上的國產化BACnet相關產品。
(3)CAN
CAN總線最初是德國Bosch公司為汽車監控控制系統設計提出的，現在它已經成為一種國際標準，在電力、石化、空調、建筑等行業均有應用。CAN具有以下優點：
①采用8字節的短幀傳送，故傳輸時間短、抗干擾性強：
②具有多種錯誤校驗方式，形成強大的差錯控制能力。而且在嚴重錯誤的情況下，節點會自動離線，避免影響總線上其它節點；
③采用無損壞的仲裁技術；
4 CAN芯片不但價格低而且供應商多。
CAN缺點是：CAN總線上最多可掛接110個節點，這不完全能滿足整個智能建筑的需要。不過可以通過利用中繼器進行擴展，相對其它一些現場總線，CAN總線技術比較簡單，CAN相關產品的開發費用也遠遠低于其它現場總線技術產品的開發費用。因此，很早國內就有一些企業推出了基于CAN總線的樓宇自控的相關產品。如獅島、索龍集團開發出了$2000樓宇自控系統。
(4)EIB
EIB是歐洲安裝總線(European Installation Bus)的縮寫。它在1990年被提出，經過十多年的發展，成為歐洲最有影響的建筑智能化現場總線標準，在歐洲得到了進300家廠商的支持。1999年EIB被引進中國的智能化建筑領域，并在上海同濟大學建立了EIB認證技術培訓中心。在短短的幾年里，國內的會展中心、博物館、辦公大樓、別墅等場所的燈光、窗簾、空調等控制和安防系統方面獲得了廣泛應用，如廈門國際會展中心、大連國貿中心、浙江人民大會堂等。國內的EIB項目基本上被ABB公司和SIMENS公司所壟斷。
3 以太網開始進入樓宇自控領域
以太網發展至今已有20年歷程，作為局域網組網的主要技術，以其簡單、價廉、高帶寬、維護方便以及不斷發展等優點一直在局域網領域中牢牢占據著統治地位。近年來，以太網技術獲得了快速地發展。交換型和全雙功以太網的出現，克服了傳統以太網的共享公共傳輸媒體和半雙功傳輸的弱點，實現了站點獨占傳輸媒體并同時收發數據，也減少了網絡上的數據碰撞。以太網的標準不斷更新和擴展，目前的以太網不僅在物理層(包括拓撲結構、傳輸速率、傳輸媒體)，并且在數據鏈路層與原來的傳統以太網標準有了很大的進步，以太網標準系列已擴展成20余個。現在已太網不但由局域網向著接入網和城域網領域發展，同時開始進入工業控制和樓宇自控領域。新的IEEE802．3af標準開始對以太網供電作出了規定，它消除了以太網技術進入現場控制領域的一個嚴重障礙。目前，3Com、華為、DLINK等公司開始提供符合IEEE802．3af標準的交換機產品。另外，一些現場總線的協會或組織也開始提出基于其現場總線的開放式以太網標準，即工業以太網標準，如ODVA(開放DeviceNet供貨商協會)和CI(ContolNet國際組織)的EtherNet／IP標準、FF(現場總線基金會)的HSE(Hig}l Speed Ethemet，高速以太網)、Profibus國際組織的ProfiNet。支持這些工業以太網標準的交換機、網卡等產品也開始出現，如MOXA公司的EDS-508系列工業以太網交換機(支持EtherNet／IP)、北京航天華輝自動化技術有限公司的AnyBus-S IO／100M(支持Ethemet／IP和Modbus／TCP)等。美國VDC(Venture Development Corp．)調查報告指出，Ethemet在工業控制領域中的應用將越來越廣泛，市場占有率將從2000年的ll％增加到2005年的23％。
伴隨著以太網技術在工業控制領域的成功應用，以太網技術也必將越來越多地滲透到樓宇自控領域。目前，以太網多用于基于現場總線的樓宇自控網絡集成到智能建筑中的信息網(如圖l所示)，在一些新開發的樓宇自控系統中，以太網直接進入了控制層，如北京樓宇自動化中心開發的基于以太網的ENC-2001IP智能建筑測控系統。ENC-200liP控制系統的結構如圖2所示。一般的空調、照明等系統通過ENC參量控制模塊集成到以太網上；帶有RS232或RS485接口的系統通過網關轉換模塊集成到以太網上；IP電話以及IP攝像機直接連接到以太網上。
在樓宇自控網絡中采用基于現場總線的FCS的優點是：
①可靠性、實時性好。現場總線為工業控制設計
圖1樓宇自控網絡集成到信息網的，有屏蔽、接地與防爆等措施，同時其實時性也比采用CSMA／CD的以太網的時實性好；
②用戶的投資成本低。現在，開放的現場總線技術已經比較成熟，有很多公司提供的相關產品可供選擇。其缺點是：實現現場總線無縫接人以太網復雜，當多種現場總線共存在一個系統中時，集成起來更復雜，系統的擴展性差。
在樓宇自控網絡中采用以太網的優點是：實現了從管理層(信息網)到現場設備控制層(控制網)的“一網到底”，即實現人們期望的通信協議的兼容和統一；這樣系統擴展起來也比較方便；與智能建筑中其它系統(信息網通信自動化系統和辦公自動化系統)集成起來更加容易。其缺點是：首先，目前開發基于以太網的控制系統產品的難度較大，開發費用和成本相對還是較高，用戶可以選擇的廠商也很有限，壟斷利潤較高，研發成本還沒有被消化，這些都導致產品價格過高。其次，以太網的實時性、可靠性等方面還有待進一步完善。
4 結束語
就目前而言，不管是應用在樓宇自控網絡中的基于現場總線的FCS還是以太網，都有其優點和缺點。隨著時間的推移和技術的進步，它們也必將會被進一步完善。據統計，我國目前有從事樓宇自動化業務的企業3000家以上，產品供應商約3000家。另外，隨著我國紹濟的快速發展和人們生活水平的不斷提高，建筑和社區的數字化建設正在興起，FCS和以太網都必將在樓宇自控領域中獲得更廣泛的應用，在今后相當長的時間內，兩者在競爭的同時也將繼續并存。
摘要：本文以國內某大型灌區為例，在灌區遠程測報系統的基礎上進行了閘門自動控制研究，通過無線調制解調器連接上位機（PC機）與下位機（單片機），將下位機采集到的數據傳輸到上位機，根據用戶要求的流量控制閘門的開度和時間，為灌區的運行和管理提供保證，為提高系統的可靠性，采用了一些可供類似工程借鑒的可行技術。
關鍵詞：遠程自動化控制 閘門 單片機
閘門調節是灌區工程中經常采用的手段，閘門控制的研究對于節約能源、確保水利工程的正常運行、提高水資源的利用效率和節約用水具有重要的意義。目前國內大部分灌區已基本實現流量數據的自動采集和監測，并把數據傳輸到管理部門，但是在根據有關數據進行遠程自動監測和控制方面成熟的經驗非常少。國外特別是歐美等先進國家在這方面已經達到較高的水平，如美國的SRP灌區自動化灌溉系統，可以同時采集100多點的水位、閘門開度和其他信息，通過計算機處理后，控制幾百座閘門、150多處泵站的運行。本文以國內某大型灌區為例，對閘門的自動監控進行了研究。
1、系統的總體設計
本系統采用無線數據傳輸技術，分一個主站和若干個子站，通過無線調制解調器構成一個無線通訊網絡，對多個斷面的數據信息進行采集、傳輸、處理和控制。系統的總體結構圖如圖1所示。下位機中的傳感器把引水渠中的水位值和各閘門的開度值經轉換后送給編碼器，編碼器對水位及閘門開度信號進行編碼，在通過避雷器將編碼信號傳給數采儀，數采儀將數據進行初步加工和處理后由無線調制解調器傳給上位機，上位機即系統主站，可分別與不同的子站建立聯系，查詢各測點的數據，并按照用戶的要求對各閘門進行控制，下位機中的控制箱接收到此信息，經過計算，發出控制信號自動控制閘門到一定的開度，達到自動控制的目的。
圖1 閘門遠程自動監測與控制結構圖
2、下位機系統設計
設計下位機重點在于閘門自動控制箱的設計，本文提出閘門的運行控制模式，并進行可靠性處理，然后利用無線傳輸設備與上位機進行通訊，傳輸數據。
2.1 下位機硬件電路設計
本系統采用AT89系列單片機，采用矩陣式鍵盤進行輸入數據，鍵盤提供切換鍵、時間設置鍵、控制鍵三個按鍵，通過三個按鍵顯示水位、流量、閘門開度、日期和時間。切換鍵實現上述四個功能的轉換，時間設置鍵用于修改日期和時間，控制鍵用于對電機啟停進行控制。
2.2 閘門控制系統設計
本系統下位機接收到上位機傳來的要求流量值（或水位值），當要求的流量值（或水位值）與系統所測的流量值（或水位值）不一致時，單片機啟鍵閉合，閘門電動裝置控制箱自動啟動電機，提升或下降閘門，當所要求的流量值（或水位值）與當前所測流量值（或水位值）相等時，單片機閉鍵閉合，電機自動停止，達到自動控制的目的。
閘門的運行控制模式有實時型控制模式和定時型控制模式兩種，在實時型控制模式中，上位機根據用戶要求的流量，利用流量—水位關系曲線把要求的流量換算成要求的水位，然后和下位機聯系，下位機接到信號后，由電動裝置控制箱控制電機的正反轉，達到要求時停止轉動。定時控制模式要求用戶輸入所期望的流量值和要求閘門動作的時間，下位機的控制箱在規定的時間里自動開啟和關閉閘門，進行控制。
2.3 無線通訊設備SRM6100調制解調器
SRM6100無線調制解調器原是美國Data-Linc Group公司生產的軍用產品，現應用于民用。它提供最可靠和最高性能的串行無線通訊方法，在2.4GHz-2.483GHz頻段應用智能頻譜跳頻技術，在無阻擋物的情況下，兩調制解調器之間的通訊距離可達32.18公里， 可實現PLC（可編程控制器）和工作站之間的無線連接。SRM6100應用跳頻，擴頻和32位誤碼矯正技術保證數據傳輸的可靠性。無需昂貴的射頻點檢測技術。射頻數據傳輸速率為188kbps。并且不需要FCC點現場許可證。SRM6100支持多種組態，包括點對點通訊和多點通訊。多點通訊對子站數目無限制。并且SRM6100可做為中繼器工作，以達到擴展通訊距離或克服阻擋物通訊的目的。
2.4 下位機可靠性處理
為了精確控制電動閘門的關閉，避免電動閘門在工作中出現過載破壞或關閉不嚴的現象，本系統在電動軸上安裝了轉矩傳感器，用來監測閘門輸出軸的轉動力矩，以判斷閘門是否關嚴、是否被卡住。閘門電動裝置用于檢測和控制閘門的開度，本系統在轉動軸上安裝了光電碼盤，考慮到閘門可能出現頻繁的正反轉交替，為了避免錯位和丟碼，采用雙光耦技術，光耦輸出的兩路信號經74221雙單穩觸發器進行整形，89C51的INT0和INT1對其進行計數、計時，并判斷轉動方向，計算閘門開度。電動閘門在工作中若出現異常現象，系統會自動報警，切斷電機電源并顯示故障情況。
2.5 下位機軟件設計
下位機的軟件設計分為閘門自動裝置控制箱程序設計和串行口中斷服務程序設計兩部分。閘門自動裝置控制箱程序設計主要完成數據采集、存儲、顯示、按鍵操作等功能，串行口中斷服務的程序完成下位機向上位機數據的傳送和用戶設定參數的接收。控制箱程序的主框圖如下：
圖2、閘門自動控制程序流程圖
3、上位機設計
上位機的軟件部分采用VB6.0為開發工具，將各個功能模塊化，分別解決相應問題，再將各個模塊組裝，構成上位機軟件系統的優秀，上位機軟件系統的結構如圖3所示，通信模塊位于最底層，其余模塊功能的實現都直接或間接建立在此模塊的基礎上，本文利用VB的API函數編寫串口通訊程序，程序的框圖如圖4所示。數據管理模塊的主要作用就是為水位、流量、閘位等建立數據庫，并對其進行管理。
4、結語
本文以國內某灌區為例，全面分析了灌區閘門自動化控制系統的整體結構及其設計，對其軟件開發和硬件選擇作了全面闡述，并總結了提高自動化系統可靠性的經驗，為提高灌區現代化管理水平提供了有利的工具，具有較高的使用價值和廣泛的應用前景。
摘 要：智能高效的地排放礦井涌水，對保障煤礦安全生產意義重大。本系統采用plc和組態軟件對井下排水系統進行智能控制，中心控制器采用s7-300系列plc，利用傳感器對各參數進行采集，通過軟件編程等完成了避峰就谷、自動輪換等節能優化排水過程，本系統還具有故障監測和保護功能，主要包括過壓、過流、漏電保護、水泵漏水保護、流量、壓力保護。上位機使用組態王進行操作，可實現遠程監控，實時顯示信息，井下排水調試運行證明該系統提高了生產效率，節省能耗，降低了生產成本。
關鍵詞：plc；組態；智能高效；遠程控制
引言
現在許多煤礦采用傳統的繼電器控制方法代替煤礦工作人員的監測的方法是非常復雜的[1-3]，并且需要一個相對繁重的人力消耗。為了滿足礦井排水系統的需求，采用plc和組態軟件結合設計自動化排水系統，通過工業以太網進行遠程控制，不僅提高了水泵的運行和使用效率，更重要的是節省能耗，降低生產成本。同時，本系統具有故障監測和保護功能[4]。
1 排水系統的控制
1.1 排水系統的總體控制要求
（1）水泵自動運行原則；（2）“避峰填谷”原則；（3）系統保護原則：a.漏水保護；b.超溫保護；c.過電流保護；d.兩種工作方式切換；e.系統遠程監控原則。
1.2 排水系統的控制策略
水泵房中水泵的運行主要是根據液位傳感器提供的液位，結合自動控制程序，在保證安全條件下的水倉水位和水倉所能容納的最大涌水量做出相應的判斷，決定投入運行的水泵數量和運行時間。由于煤礦井下的水位條件非常復雜，無法建立精確的數學模型對涌水量進行準確的定量描述，所以，選擇九點控制策略，通過對水位信號的實時采集，根據相鄰兩次采集的水位變化量和采集的時間間隔得到水位的變化率，并以此作為系統的控制依據水位的變化量和變化率，進而提高了排水系統應對不規則的涌水能力。
九點控制策略的基本原理如圖1所示，該控制策略的優秀即為九點控制器。控制系統預先設定被控制量的基準值，此基準設定值與傳感器檢測的數值比較得到誤差 ，此誤差作為九點控制器的輸入量。
在圖1中，r即為系統預先設定的基準值；c為傳感器檢測的數值即為系統的輸出量；e為控制參量的變化量，由系統設定的基準值 r與系統的被控量c之間的差值，即e=r-c。uc為九點控制器的輸出量，是根據控制參量的變化量e和控制參量的變化率■的實際狀態所決定的。
2 系統的硬件設計
2.1 排水系統的硬件結構
為滿足上述基本要求，系統的控制部分硬件是以s7-300可編程控制器為優秀控制芯片。在此plc基礎上，又擴展了模擬量輸入模塊、數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、通信模塊和上位機監控中心。圖2為系統硬件整體框圖。
圖2 控制系統硬件整體框圖
2.2 傳感器的選擇
2.2.1 井下水倉液位檢測傳感器。本系統采用投入式液位傳感器，該傳感器是一種測量液位的壓力傳感器，基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用隔離型擴散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉換為電信號，再經過溫度補償和線性修正，轉化成標準電信號。
2.2.2 溫度傳感器。系統選擇工業用的紅外測溫儀實時監測點擊的軸溫。原理是將物體發射的紅外線具有的輻射能轉變成電信號，紅外線輻射能的大小與物體本身的溫度相對應，根據轉變成電信號大小，可以確定物體的溫度。
2.3 排水管路系統的閥門選型
本系統所選用的電動閘閥是zb180-24/400型礦用隔爆型電動閘閥，并配有kxbc系列隔爆型控制箱，該控制箱是zb系列電動閥門的專用控制裝置，具有短路保護、過載保護、欠壓保護等功能，并設置了行程控制、遠方/就地控制的切換功能，反饋到plc的到位等信號皆為無源點輸出，有較強的抗干擾能力。電動球閥選用了qmb5型隔爆電動球閥，密封性好、動作速度快、動作可靠、故障率低。控制電壓為dc24v，可由plc輸出繼電器直接驅動，采用霍爾傳感器檢測到位信號，比傳統的機械觸電更為準確，提高了控制精度。
2.4 水管流量監測
本系統選用lcz-803型超聲波時差流量計，該流量計采用了先進的多脈沖技術、信號數字化處理技術及糾錯技術，能夠有效地抵抗來自變頻設備的干擾、電磁場的干擾和系統流態的干擾。
2.5 真空度檢測
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本系統選用kgy4型負壓（壓力）傳感器，屬于礦用本質安全型設備，可對管道中的氣體的差力壓進行連續監測，并實時的顯示被測點的差壓值。
2.6 水泵出口壓力檢測
本系統選用kgy7型壓力傳感器，屬于礦用本質安全型設備，可對管道中的氣體、液體的壓力進行連續監測，并實時的顯示被測點的表壓值。
3 控制系統軟件設計
該井下排水系統中的軟件設計中要包括：主程序設計、水泵自動運行子程序設計、“避峰填谷”子程序設計、系統保護子程序設計、兩種工作方式切換子程序設計和系統初始化子程序設計。系統軟件設計框圖如圖3所示：
在系統開始運行后，首先需要是檢查plc是否有故障，設備是否有故障，如果有故障，系統馬上停止，等待工作人員檢測排除故障。在主程序中，選擇系統的運行方式，是手動運行還是自動運行，以及選擇那個水泵那個管道記性具體的選擇。
4 通信及上位機監控系統的實現
現在使用的是西門子的315-2pn/dp cpu，cpu本身集成了工業以太網接口，可以直接使用網線將現場的plc和工控機連接在一起。在工控機中安裝simatic net作為opc服務器，組態軟件中opc link作為標準的opc接口，這樣上位機組態軟件就可以和下位機plc進行數據交換了。
圖5 遠程監控總體示意圖
本系統采用組態軟件為“組態王”，該軟件開放性好、易于擴展、經濟、開發周期短等優點明顯。根據實際的運行流程，本系統需要按照排水系統的具體要求畫出如下操作畫面：水泵房需監測的量主要有水位，水泵吸水管真空度，水泵出水口壓力，水泵電機軸溫度，電機定子溫度，出水管流量等。其中總監視畫面、手動畫面、歷史曲線畫面如圖6-圖8所示：
5 結束語
文中針對煤礦井下排水設備自動化程度不高的現狀，研究設計了plc 控制與上位機相結合的煤礦井下自動排水系統。系統選用s7-300 系列plc和“組態王”軟件編制的自動監測程序，用其監視設備的運行情況及各個運行參數，實現了泵房無人值守、設備安全可靠運行，減少了人力投入，提高了工作效率。
作者簡介：王軍，本科生，電氣工程及其自動化。
【摘 要】隨著我國改革開放的不斷深入和國民經濟的飛速發展，我國的工業化進程也不斷地得到推進，而在現代的工業體系和社會發展中。電氣自動化控制系統發揮著非常重要的作用。文章簡要地介紹了電氣自動化控制系統的功能、特點及應用，并對未來的發展趨勢進行分析研究。
【關鍵詞】電氣自動化；系統；應用；發展趨勢
電氣自動化控制系統作為現代先進科學技術的優秀領域，引領著現代化工業的發展方向，對于社會和企業的全面發展都起到了不可估量的作用。首先電氣自動化控制系統能夠最大程度地減少勞動力成本和強度，提高檢測的精確度，增強傳輸信息的有效性和實時性，確保了企業生產活動的順利展開。另外，電氣自動化控制系統大大地減少了事故的發生，保障生產設備的安全運行。在當今的電子時代，各項信息技術在我國各行各業的廣泛的使用，電氣自動化控制極大的推動了我國的信息化和智能化的發展，為我國工業向現代化方向發展奠定了堅實的科技基礎。
1.電氣自動化控制系統的功能及特點
1.1電氣自動化控制系統的功能
依照單元機組運行特點，將廠用電源同變壓器組都歸入到ecs監控中，實現的功能主要有以下幾個方面：a.實現lps系統與直流系統的監視；b.能夠有效的控制發電機組；c.能夠實現對柴油發電機組的控制和保護；d.220kv/500kv開關的手動同期并網和自動同期并網；e.控制和操作柴油發電機組及保安電源；f.實現對低壓廠用電源的控制；g.實現了手動控制和自動化控制的并網；h.低壓廠用電源的操作、監視和低壓備自投裝置控制。
1.2電氣自動化控制的特點
首先電氣自動化控制系統控制的信息采集對象較少、數量較小、操作頻率低，但是要求快速和準確；其次對于電氣裝置必須要具有可靠性較高的保護系統，和強抗干擾性能，同時，需要程序動作速度要快；另外電氣自動化控制系統以順序控制和數據采集系統為主。所以機組電氣系統歸入dcs控制，需要控制系統具備較高可靠性。除了實現正常的起停與運行操作，更重要的是能夠做到實時監測，顯示運行狀態異常及事故狀態下的狀態及數據，而且提供相對應的操作指導以及應急處理的措施方法，實現電氣自動化系統在自控前提下的安全準確運行。
2.電氣自動化技術的應用
隨著計算機技術的普及和推廣，我國的計算機控制技術被應廣泛的用到各個環節，包含變電站發電、配電等各個不同的環節。同時也正是由于計算機技術的支撐，給我國電力系統的飛速的發展起到了巨大的推動作用。而最顯著的就是下面幾種技術的應用。
2.1智能電網技術
智能電網是指將計算機與自動化技術結合起來，從而對整個電力系統形成一個有效的控制技術，則被稱為智能電網技術。該技術涵蓋了電力系統的各個環節，包含從發電、配電等各個環節。其中的變電站的控制系統和穩定系統也被應用到計算機的系統中。電網技術的應用推動了電網技術一體化及其調度自動化的發展，而電網技術的一體化加強了電力系統中配電模型及高級軟件等技術的發展，同時提高了數字信息技術處理能力。
2.2仿真技術
目前我國的電力系統自動化程度不斷加強，它不僅能夠呈現大量的實驗數據，而且可以支持多項操作同時進行，同時能實施同步控制，并能夠幫助實驗人員測試新的裝置，所以仿真技術為電力系統提供了較好的實驗條件，有助于對電力系統實施動態監控及仿真建模等技術的應用，既有利于操作又易于控制。
2.3智能技術
電氣自動化技術加強了電力系統的控制技術。不僅是在操作方面，在電網的監控方面也提供不少的幫助。例如：一個地方的電網出現故障，通過電腦的監控就可得知，以最短的時間通知電力部門修復，降低危險的發生。電力系統中自動化技術不需要人工的操作，可以自動的對電網中出現的問題及時反應在計算機上，自動化技術可以自動的對該故障進行解決。
2.4遠程及現場監控的同時實現
遠程監控系統要求現場總線的通訊速度不能太高，適用范圍較窄。目前，全場電器自動化控制系統主要利用現場總線的監控形式。隨著現場總線的不斷發展，融入了很多智能化的電氣自動控制系統。所以現代的現場監控的通訊總線主要利用了智能設備與自動化系統模式之間的數據交換，其中利用的串行電纜能夠連接起主機、內部存儲程序、中央處理器等智能設備，與此同時能夠實現對遠
程傳輸的vfd、起動電容、儀表、自動開關等設備。因此，大數據高容量的數據通過中央控制器進行采集會達到較好的效果。
3.未來發展趨勢
3.1電氣自動化控制系統的統一化
電氣自動化控制系統對于產品的安裝、調試、維護等功能的實現都起著重要的作用，減少了從設計到產品之間的時間，降低了生產成本。電氣自動化控制系統的主要發展趨勢就是能夠把電氣自動化系統通用化，電氣自動化網絡結構應該保障現場的設施、計算機的監管體系、企業工程的管理體系之間數據交流的暢通。
3.2電氣自動化工程的生產將更加的安全
電氣自動化工程控制系統的一個發展方向就是安全防范技術的集成化，重點就是如何保證系統的安全性，即人、機、環境三者的安全實現。在非安全狀態時，用戶要如何選擇利用最低費用實現安全方案制定的問題。從硬件設備到軟件設備，從公共設施層到網絡層，對電氣自動化控制系統的安全與防范設計進行全面的研究。
3.3電氣自動化工程控制系統的創新技術
目前電氣自動化控制系統的發展正在從單一設備轉變成為向集成化多元化系統化的發展。電氣自動化工業企業應該不斷的提升自身的技術創新能力，對于具有自主知識產權的電氣自動化工程控制系統加大科研的投入，為電氣自動化的研究提供更加廣闊的空間。而政府同樣應該意識到電氣自動化工程控制系統在經濟發展當中的主導力量，加強政策上的扶持，建立和完善機制體系。企業應該打開自主創新的新局面，轉變經濟增長的模式，提高自主創新的實踐能力。
3.4電氣自動化控制系統的標準化接口
由于電氣自動化控制系統采用了比較成熟的標準化技術，從而極大程度減少了工程的成本與時間，完成了多通道的數據交互。當企業在進行系統交互數據的過程中，需要采用微軟操作系統。ip系統也被廣泛運用在辦公室通訊中，自動化控制與管理通過計算機系統建立連接。標準化的程序接口保證了廠家之間進行軟硬件的數據交換，使通訊產生的困難真正的得到了解決。
4.結語
電氣自動化在國民經濟發展中發揮著極其重要的作用，能夠有效提高行業領域整體的自動化水平，特別是行業的運行管理水平。并且電氣化控制系統可以大大節省企業的成本，提高設備、生產線等的可靠性。當前的電氣化自動控制系統已經在眾多領域嶄露頭角并發揮重要作用，未來電氣自動化控制系統也必將有長足的進步和發展，為企業和國民創造更多的經濟、社會效益。
摘 要 自動化控制在從最初的單板機發展到單片機再到微型計算機和工業控制機，控制水平有了長足的發展，在水泥工業的應用中，國內的自動化控制有一定程度的滯后。水泥生產中逐步實現了生產全過程的自動化，對生產過程中各項指標進行檢測監控，包括生料質量、游離氧化鈣、水泥細度以及水泥回轉窯筒體溫度，促進水泥質量提升。
關鍵詞 自動化；水泥；溫度
1 自動化技術的應用狀況分析
從20世紀80年代開始，立窯水泥生產中開始運用計算機技術，伴隨著該技術的不斷發展，其在水泥行業的應用也有了提升。從最開始壟斷性質的8位微處理器單板機到單片機為優秀進行配料和成球控制，再到微型計算機以及工業控制機的應用，檔次都在不斷的提升，自動控制也取得了更佳的效果。相對于國外水泥行業的計算機控制應用情況，國內發展相對較慢，在技術方面相對于產品開發也存在滯后，計算機在水泥行業的推廣會加速技術發展以適應需求。
水泥行業的自動化技術應用初期，主要是體現在自動化儀表，重點環節是生產配料，通過檢測計量與儀表控制相配合來實現。隨著配合預加水成球技術的發展，通過微機來實現對立窯煅燒過程進行自動控制，相對之前的自動控制達到了一個新的高度，但真正實現立窯水泥生產的權限自動控制還是在計算機新技術的應用后，通過集散式控制方式來對生產過程進行控制和監督管理。
對自動控制的發展過程分析可發現，隨著技術的發展，控制環節增多、控制算法更高級、技術功能更充實和更全面的應用。早期的自動控制僅僅是實現了對生料和配料過程的控制，后期逐步實現對預加水成球及立窯等工序的控制，再到全程監控。控制的算法則是從單參數的pid控制逐步演變為如模糊邏輯控制等智能、綜合控制。技術功能從單純的顯示和監控演變為對生產過程的全面自動控制。而自動控制的范圍也發展到分析化驗、生產調度和數據管理多個方面的控制網絡。
2 生產過程的自動化控制
相對于單片機控制，20世紀90年代后期的可靠性更高的集散控制系統dcs可實現操作人員在總控室對全系統進行控制。工控機上的畫面顯示包括流程圖、分組控制、分組啟停、分組趨勢記錄以及報警等，通過這些畫面能了解到全廠的生產情況，對于需要了解的詳細內容頁可以通過點擊獲取，鼠標點擊就能對整個系統進行操作。水泥企業在產業結構調整中，dcs系統的應用能有效降低人工使用費用，提升設備效率而減少了成本。
集散型控制系統一般由管理命令系統mcs、過程控制單元pcu以及工程師工作站ews三部分組成，通過廠還環路來實現連接。mcs是操作人員調整參數、開停現場設備以及監控工況的系統，其實現主要是通過對pcu的操作來實現。pcu的部件有i/o供電電源、模件供電電源、i/o從端子模件、i/o從模件以及冗余多功能處理器模件mfc等。mfc為一種增強型控制處理器，具有多環路的批處理、模擬和順序，在系統中，mfc都使用了冗余配置。i/o端子模件和從模件來間接mfc和現場設備之間的通信。模件總線負責pcu內模件之間的通信，總線接口模件和廠環接口模件負責pcu機柜之間的通信。ews主要是實現制作畫面圖像、設計組態程序以及對pcu主模件進行管理功能和檢測系統參數，其組成為計算機接口單元和pc機組成。廠環通訊系統為雙環冗余的可靠環路通訊，是無主次封閉系統。廠環實現了mcs、ews和pcu之間的連接以及各點的通訊。
3 檢測技術探討
水泥生產過程中的檢測隨著精密儀器、光學、粉體技術以及微電子學的發展而逐步提升，加強了再現性和可靠性，這里主要介紹下面5類。
3.1 計量裝置與機電一體化
該技術主要是為了實現整體最佳化，初級系統為集成電路來提升機械設備的效率，高級系統則是通過計算機的應用來實現智能化生產，在現今水泥生產中，兩類運用都較多。機電一體化系統通常包括五部分：機械裝置、變送器和傳感器、檢測裝置、驅動器和執行器、信息處理部分以及接口。常見的計量裝置有沖擊式流量計、電子皮帶秤、天平式定量給料器和轉子秤以及空氣輸送在線流量計等。這類裝置都是具有較高的可靠性，能對信息進行檢測和反饋到上級控制系統來完成生產過程的自動化。
3.2 生料質量控制系統
對于生料化學成分穩定性的檢查收到的影響因
較多，包括人磨原料成分出現的波動、生料粉磨系統的滯后以及原料成分分析的不及時。而該控制系統的應用就能控制實時參數、虛擬校正以及固定批量校正，以此達到對原料配比的實時調控。該系統的組成包括x射線熒光粉成分分析儀、γ射線分析儀以及通訊接口裝置，其中，γ射線分析儀主要是對原料成分進行檢測，實現超前控制。
3.3 游離氧化鈣的在線檢測
水泥生產中一個非常重要的環節就是煅燒，以實現從生料到熟料的轉變，對熟料的檢測監控主要包括單位體積密度和fcao含量。國內的檢測為離線檢測，其測定是進行取樣、粉磨和制樣后采取化學分析法或x熒光分析儀來實現。為保證熟料質量，更好的方法是在線檢測技術，在線檢測儀的應用就是對信號進行測定，通過配套軟件來對回轉窯的煅燒進行優化控制。
3.4 水泥細度的在線檢測
水泥顆粒在0.1 μm到100 μm，但決定其強度的顆粒主要集中在3 μm到30 μm，因此水泥的性能和其顆粒的粒度分布有很大關系。對于水泥細度的在線檢測主要是以下幾個方面：對水泥細度的測定為實時監控，對相關參數能隨時打印，包括平均粒徑和水泥比表面積；該技術能在監控水泥細度的基礎上診斷粉磨系統的操作狀態；在監控反饋信息的基礎上，對選粉機操作參數進行調整來提升水泥品質。國內水泥行業在使用該技術上采用激光粒度儀來進行補充分析以保證更好的監控磨機狀態。
3.5 水泥回轉窯筒體溫度檢測和保護
窯筒體溫度掃描檢測系統可對生產情況進行監控，保證回轉窯筒體不出現耐火磚燒壞脫落。該系統可對窯筒體溫度進行不間斷、長時間的監控，操作人員通過觀察其反應的窯內狀況來進行操作以提高運轉率，系統的顯示包括窯徑向和軸向的溫度曲線、溫度的最大值和最小值以及溫度分布的二、三維色相圖。工業電視與比色高溫計系統能實現和生產過程控制的系統聯網，對窯內的煅燒情況進行電視監控。國內水泥行業在引進該技術后進行二次開發而更好的使用。
4 水泥行業中ethernet網絡的應用
ethernet技術的應用更好的實現了現場設備的通訊。ethernet技術有著極高的通信速率，對于同等數據吞吐量，更高的速率則有著更低的網絡負荷、更小的延時以及更低幾率的網絡碰撞。其次，采用星型網絡拓撲結構，通過交換機劃分網絡。ethernet交換機有著存儲和轉發數據的功能，能實現輸入、輸出數據幀的緩沖而不出現碰撞，也可對數據傳輸過程進行過濾，保證在本地網段下進行各網段節點間的傳輸，這樣不會經過主干網而降低網絡負荷。而全雙工通信保證了端口間雙絞線在進行接收和發送時不出現沖突，與交換式集線器的使用減低碰撞幾率的同時又不存在沖突域，使得ethernet通信具有更好的實時性和確定性。
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