刘洋
哈尔滨市农业科学院 黑龙江哈尔滨 150028
摘要：近年来，因工作条件辛苦，从事农业生产的人越来越少，农业职业老龄化高，人工成本越来越大，同时执行能力较弱，大规模水田种植的管理难度加大。在以往的大田灌溉方式中，水资源的利用效率不高。目前国内的智能灌溉系统还侧重于通过管道进行喷灌和滴灌。部分企业对干渠进水进行改造，也只能实现田块管水的控制，没有精细到每一丘的进排水。本成果主要在明渠灌溉体系中研发的一种易操作、低功耗、低成本的智能化灌溉系统，实现大田种植每一丘的精准化水层管理，满足大田灌溉的需求，为粮食丰产稳产奠定基础。本文对智能灌溉系统的设计和应用进行了简单的探讨，以供相关人员参考。
关键词：水稻；智能灌溉
1、智能灌溉系统的构成
1.1、水源与水质的监测
在进行水源与水质的监测时，要十分注意需要灌溉的水稻的地区特点。不同地区具有不同的特点，因此在进行水源与水质的检测时，要将系统做出简单改变，从而适应当地的特点。按照水稻的生长要求，本研究需要对水源的PH值和水源中的溶氧量进行检测，限定的PH值要求在6～9之间，而水源中的溶氧量需要在90％。进行水源与水质的检测后，得到的结果在这个限定范围之外，那么报警开关自动打开，并关闭水泵，开始报警。
1.2、提水泵站
系统中的提水泵站的配电柜需要增加智能控制板，从而实现系统的自动化控制。增加的智能控制板有多种，比如配备电动机多功能保护装置，当过载、过流、过压、缺相等情况出现时，可以用此来保护系统不受伤害；电机起动运行后不出水自停装置；出水池溢流自停装置；进水池超低水位自停装置；泵站不开门水泵起动、停水遥控装置、降雨自停控制装置；泵站远程遥控开、停机功能；泵站远红外防盗报警装置。
1.3、自力式进水口门
自力式进水口门的功能就是使从提水泵站得到的水通过所设置的灌溉渠道进入到灌溉地区，正是灌溉系统有了自力式进水口门的设置，从而实现了自动化灌溉的功能。自力式进水口门的主要工作原理使用了杠杆原理，采用自力式进水口门时，先设置需要灌溉的水量，调节浮块的深度，开始工作后，通过水浮力测定所得到的水量是否符合要求，当进入的水量达到要求后，自力式进水口会自动关闭，使多余的水量无法进入，从而获得较为准确的水量。另外，当水渠退水时，水也不会再进入灌溉区，这样就实现了水稻灌溉区的自动化灌溉控制。
2、智能灌溉控制系统各部分功能及设计应用
本文以三菱公司的PLC（可编程控制器）为核心,开发了一套灌溉控制系统,所开发的控制系统能手动设置对各个格田进行自动化定水位灌溉和排水。该控制系统用无线传感器实时监测本田水位，自动化控制注水、排水阀门进行水位调节，结合七星农场根据高寒地区水稻浅湿灌溉技术，以适应当前水稻生长期的灌溉指标。达到节水、提高水资源利用率，增加产量的目的。
2.1智能化控制系统原理
该系统的工作原理:系统开始工作时,将水位传感器采集的数据信息通过A/D转换输入到PLC内部程序分析数据做出控制判定是否开关水泵、电磁阀,另一方面PLC将数据信息以及控制信息经无线模块传输到组态软件显示出来,操作人员可以实时看到系统工作信息也可以通过组态软件手动控制系统工作。
2.2基础设施的设计
整个灌溉系统对各单格田进行监控,其监测信号包括水位传感器监控、管道灌溉流量监控、各块格田的水温、液位、土壤饱和水量以及土壤温度等信息监控,这些监控信号都是模拟量,因此选择PLC时需有模拟量输入点;系统的控制信号包括:管道到各块格田灌溉电磁阀。根据系统控制和监测的要求,经过对系统控制点的分析,统计出PLC需要的各种类型的输入输出点数。通过对各种PLC性能指标、适用性及性价比等方面的比较分析,最后选用三菱公司的可编程控制器。它是一种模块结构的小型PLC,指令丰富、功能强大、可靠性高,最主要的是它的模块结构,使得I/O口扩展更加灵活方便。
总之，管理是制约节水灌溉技术发展的重要环节。许多新的灌溉技术由于没有良好的管理措施，其灌溉节水效益不能得到充分发挥，致使节水灌溉设备系统成了辅助工具。应用较多的喷灌、滴、微灌技术，除个别灌溉示范基地小面积配备了自动控制装置外，实际生产上几乎没有一个灌溉系统配备自动控制装置，灌溉过程仍然凭生产人员的经验操作。作物需水的科学规律和生产人员的实践经验得不到有效结合。由于土壤、作物、气候环境多变，情况复杂，空间变异性大，用传统的耕作技术，存在着较大"风险"，主要是水分亏缺的程度、适宜的亏缺阶段难以准确掌握，作物生长处于需水关键期时，必须保证供水充足。因此，应用灌溉新技术必须具备一定的条件，即需要对作物需水、适时供水及对土壤含水量信息的实施监控技术。计算机农田环境参数采集与灌溉自动化控制系统，就是为解决上述问题而开发的一套集参数采集、灌溉控制为一体的自动化系统。
采用传感器和农作物的生长需水规律实现水管理的自动化。高效农业和精细农业要求我们必须提高水资源的利用率。要真正实现水资源的高效，仅凭单项节水灌溉技术是不可能解决的。必须将水源开发、输配水、灌水技术和降雨、蒸发、土壤墒情和农作物需水规律等方面统一考虑。做到降雨、灌溉水、土壤水和地下水联合调用，实现按期、按需、按量自动供水。
3、智能灌溉控制系统推广应用情况，经济效益和社会效益
3.1、经济效益
通过智能灌溉系统，对种植灌溉全程实现自动化控制，人均管水面积从150亩提升至1000亩，节省人力成本；便于灌溉管理，实现科学种植，降低因人为因素导致的种植管理风险；提高灌水效率，节省水资源，可以用较少的水资源获得较高的产出和效益。
3.2、社会效益
目前我国正处于宏观经济转型与调整时期，面临劳动力减少、资源型与工程型缺水同时存在，地下水严重超采情况。水利工程管理体制改革、农业用水水权水价改革、高效节水工程全面开展为现代水利发展奠定了基础。伴随着“互联网+技术”的应用，基于物联网的智慧水利迎来了更为广阔的发展机遇。围绕水利工程建设发展与改革，“互联网+水利”的建设思路，能够有效节约用水，加强大田种植的水层管理，提高粮食产量和品质。大田智能灌溉系统是探索信息化支撑乡村振兴工作的实际应用案例。
3.3、系统应用前景
让信息化助力于农业生产是未来的发展方向。我国农业生产正处于从粗放化、人工化、分散化的传统农业向精细化、智能化、集约化的现代化农业不断跨越的时期，水稻智能化灌溉系统可以全面提升企业或行业的管理水平和科技含量，实现灌溉装备的智能化控制，实现种植生产信息数字化管理，提高种植生产效率，增加经济效益，保障食品安全。
结束语
水稻是我国重要的农作物之一，每年都需要大量的水进行灌溉，传统的灌溉方法不仅造成了水资源和能量的大量浪费，同时也浪费了大量的人力。水稻智能灌溉控制系统是近几年较为先进的进行水稻灌溉的方法，可以根据水稻的不同生长时期灌溉相应的水量，不仅节约了水资源和能量，同时对水稻的生长也具有好处。
参考文献：
[1]桑艺宁.寒地水稻节水灌溉控制系统的设计与应用[D].黑龙江八一农垦大学,2020.
[2]代祥琴.水稻自动灌溉系统的设计与实现[D].重庆三峡学院,2020.
[3]陈朋,申云香,马艳萍.基于物联网的水稻灌溉系统设计方法[J].山东水利,2019(11):14-15.