發(fā)布時間：2023-03-28 15:00:36
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的自動控制論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
早在上個世紀80年代，傳統(tǒng)的DCS控制系統(tǒng)就在工業(yè)現(xiàn)場應用。而到了90年代中期，PLC型的DCS控制系統(tǒng)得到廣泛應用，在工業(yè)現(xiàn)場控制領域內(nèi)處于主導地位。本文以水泥生產(chǎn)自動化生產(chǎn)線作為研究對象，其中，該生產(chǎn)線以西門子S7-400系列控制單元作為主控系統(tǒng)的核心，現(xiàn)場通訊總線為PROFIBUSDP，并選取ET200M型號的分布式IO接口模塊和S7-300型號的信號模塊來組成控制系統(tǒng)的收集部分。在此基礎上，本文重點論述了面向自動化生產(chǎn)線的電子控制系統(tǒng)的總體設計方案，并分析了程序邏輯控制系統(tǒng)的實現(xiàn)過程，以期為相關(guān)電子控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)提供一定的建議。
2面向自動化生產(chǎn)線的電子控制系統(tǒng)的總體設計方案
本次設計以水泥工藝生產(chǎn)中的自動化控制系統(tǒng)作為研究對象，該現(xiàn)場單元使用了相對領先的DCS控制系統(tǒng)，以對現(xiàn)場設備和數(shù)據(jù)實行監(jiān)視管理作為主要功能。具體而言：在該控制系統(tǒng)的中控室部分，由工程師站、操作員站硬件以及相關(guān)軟件組成。電子控制控制柜內(nèi)部包括模擬量隔離器、各種卡件、起始量的輸出、輸入繼電器、各種信號處理設備等。集散型計算機控制系統(tǒng)（DCS）是由通訊總線、控制單元、隔離設備以及通訊模塊等組成。該廠設備中存在一個中央控制室（CCS），收集石灰石破碎、熟料燒結(jié)、水泥包裝、生料調(diào)配及運輸?shù)壬a(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)，對參數(shù)的設定進行控制，并對物理設備的運行和系統(tǒng)回路進行自動控制。在中央控制室內(nèi)，相關(guān)人員都能夠車間工藝參數(shù)實施操作和管理。中央控制室內(nèi)部還包括工程師站、操作員站、報警打印機以及報告打印機等部分。其中，工程師站主要任務是對邏輯程序進行修改，完成系統(tǒng)實時監(jiān)視控制以及維護的需要。通訊網(wǎng)絡是為了保證系統(tǒng)運轉(zhuǎn)安全，尤其是信號傳輸?shù)目煽浚ㄓ嵔橘|(zhì)一般以光纖為主。在現(xiàn)場控制站（FCS）方面：依據(jù)生產(chǎn)實踐的情況，該控制區(qū)域可以劃分為六個現(xiàn)場控制站，分別是原料粉磨站、石灰石破碎遠程站、燒成窯頭控制站，窯尾控制站，水泥粉磨站、水泥包裝控制站等。在現(xiàn)場控制站中，一般在低壓配電室內(nèi)安裝各個自動控制模塊，這樣有助于DCS控制系統(tǒng)的統(tǒng)一性和完整性。
3程序邏輯控制的實現(xiàn)
3.1功能說明（1）在對機組電機的開啟順序設定上主要根據(jù)機組的步狀態(tài)字，保證電機在啟動功能上符合設定的時間間隔。依據(jù)機組狀態(tài)字上的命名規(guī)定，能夠比較容易的借助機組號來匹配到對應的步狀態(tài)字，還能夠運用步狀態(tài)字來對應的機組號進行查詢。（2）在電機控制功能模塊對內(nèi)部邏輯完成相應的執(zhí)行后，可以在DR管腳上輸出相應的運算結(jié)果，而且能夠直接停止控制電機。（3）依據(jù)經(jīng)驗，電機開啟時間通常不會超過1秒，這個啟動時間比較符合于大部分電機。對于部分對啟動時間延遲具有較長要求的電機，在啟動時可以借助于延遲程序。（4）在電機聯(lián)鎖上，該電子控制系統(tǒng)存在三種聯(lián)鎖信號：分別是設備聯(lián)鎖、啟動聯(lián)鎖以及運行聯(lián)鎖。用“1”來表示連鎖滿足的含義，也就設計可以啟動；“0”則意味著不滿足，也即不可以啟動。對于啟動聯(lián)鎖，通常大型設備都只會輸出一個允許啟動的指令，把信號接入到功能模塊。在運行連鎖上，依據(jù)工藝程序，該設備前的全部主要設備都可以常規(guī)啟動，那么該設備才可以獲得啟動指令。（5）電機控制字?？梢园衙恳粋€控制位共同組合為一個字節(jié)，直接傳輸給功能模塊，從而更加高效、快捷。電機狀態(tài)字在編號上依據(jù)同一個規(guī)則進行統(tǒng)一編排。（6）電機的下位調(diào)試。通常該電子控制系統(tǒng)內(nèi)，下位調(diào)試就是對STEP7編程進行直接調(diào)試。
3.2計算機監(jiān)控組件實現(xiàn)在整個電子控制系統(tǒng)內(nèi)，邏輯程序控制系統(tǒng)獨立于計算機監(jiān)控組件，二者作為各自自主運行的控制單元。不過，由于二者都應用SIMATIC的通訊協(xié)議與總線網(wǎng)絡后，這兩個控制單元了一定的整體性。工業(yè)以太網(wǎng)為主的通訊中介不僅可以服務于控制站與控制站間的通信，還可以作為操作站與控制站之間的穩(wěn)定介質(zhì)，有助于以上不但站點之間數(shù)據(jù)的及時傳輸。在控制站點和現(xiàn)場模塊間，該系統(tǒng)主要借助于分布式IO來完成通訊需要，借助于穩(wěn)定安全的通訊總線能夠把現(xiàn)場信號及時發(fā)送給相應的控制單元。對于該DCS的控制核大腦，主要包括了計算機監(jiān)控組件、網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)以及邏輯程序控制系統(tǒng)等三個構(gòu)成部分。這意味著現(xiàn)場必須配備有必有的計算機監(jiān)控設備，在此基礎上DCS控制系統(tǒng)可以高效、及時、精確地完成自動化生產(chǎn)線的控制任務。
4結(jié)語
計算機控制的自動控制系統(tǒng)主要由工業(yè)生產(chǎn)對象和計算機控制系統(tǒng)兩個大部分構(gòu)成，通過計算機將被控端的相關(guān)數(shù)據(jù)和參數(shù)進行采樣分析，通過輸入通道將模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字數(shù)據(jù)，對被控對象進行數(shù)字化的控制，并通過計算機進行監(jiān)控，通過計算機完成控制、運算、判斷、比較等各項功能，計算機通過實時的數(shù)據(jù)采集進行實時決策和控制，適時的向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制指令。通過上述過程的不斷重復執(zhí)行，使整個系統(tǒng)按照靜態(tài)和動態(tài)指令進行控制和執(zhí)行。通過計算機控制的自動控制系統(tǒng)包括被控對象和計算機兩大部分構(gòu)成，其中硬件包括控制主計算機、設備和接口電路等構(gòu)成，通過各傳感器將信號采集，經(jīng)過計算機將數(shù)據(jù)進行處理和分析，對被控對象進行反饋控制，軟件系統(tǒng)包括通用軟件和開發(fā)軟件，開發(fā)軟件具有各種數(shù)字語言處理程序、編輯程序、仿真程序等。自動控制的計算機系統(tǒng)根據(jù)控制對象的不同，所采用的控制系統(tǒng)也不同。應用最多的是操作指導控制，它的特點是可以將生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進行收集和加工處理，操作者根據(jù)這些參數(shù)進行必要的操作和控制，這個系統(tǒng)最大的優(yōu)點是操作簡單、穩(wěn)定可靠，常用于數(shù)據(jù)檢測和數(shù)字模型的處理和新程序的調(diào)試等。另一類分級控制系統(tǒng)的應用也是比較多的，它是由幾臺大中小型的計算機組成，分別執(zhí)行各種功能，分為指揮計算機控制系統(tǒng)和控制級計算機系統(tǒng)，可以根據(jù)管理的范圍和企業(yè)規(guī)模的大小分為公司級、工廠級和車間級等。在自動控制系統(tǒng)中，單片機的應用也是非常廣泛的，單片機具有可靠性高、功能強、體積小的優(yōu)勢，具有擴展性強的功能，可以實現(xiàn)多級和分布式控制。
二、職校教學中單片機控制的開發(fā)及應用分析
在職校教學中，單片機應用的開發(fā)過程有別于一般的電子產(chǎn)品的開發(fā)，除了硬件設計的合理和接線準確外，還要進行軟件的編輯，要考慮軟件和硬件的兼容性。對于單片機控制系統(tǒng)的開發(fā)一般是要根據(jù)應用系統(tǒng)的功能確定總體的設計方案、進行硬件和軟件開發(fā)、在設備上開展仿真測試和實驗、進行設備的安裝和調(diào)試、最后是產(chǎn)品化的生產(chǎn)和推廣應用。硬件的開發(fā)要在系統(tǒng)總體設計的框架下完成，軟件的開發(fā)具有實時性、可靠性和靈活性的特點，采用模塊化開發(fā)的方法，進行主程序開發(fā)、子程序開發(fā)、中斷服務程序的開發(fā)等，在各個模塊內(nèi)還可以細化順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)等。在安裝調(diào)試時要確認軟件和硬件的設計合理和準確，符合要求后再進行正式的安裝和調(diào)試，根據(jù)控制的效果和要求對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行測試和驗證，滿足設計方案的目標和要求。
三、結(jié)語
1.1電氣工程自動化工程體系優(yōu)缺點同時存在
現(xiàn)在我國運行的電氣工程自動化工程采取的控制系統(tǒng)一般有集中監(jiān)控、DCS（分布式控制）兩種。首先集中控制系統(tǒng)的優(yōu)勢在于，它將全部功能都安置在一個處理器中，在系統(tǒng)設計、維護以及運行等方面都比較簡單。其劣勢在于處理器承擔的任務量較大；在此控制體系中，隔離器件閉鎖和斷路器聯(lián)鎖是運用硬接線進行連接，在設備擴容等方面比較困難，其操作難度也比較大。其次DCS系統(tǒng)是在集中控制系統(tǒng)的前提下設計并發(fā)展起來的，在現(xiàn)代電氣工程自動化工程控制系統(tǒng)中獲得較為廣泛的應用。其劣勢在于使用和傳統(tǒng)儀表相似的模擬儀表，減少系統(tǒng)安全可靠性，在維修環(huán)節(jié)也比較困難，各個設計廠家沒有規(guī)范而統(tǒng)一的標準，加重維修的成本，并且其價格比較高。
1.2電氣工程自動化工程控制系統(tǒng)還不具備標準化端口
電氣工程自動化工程控制系統(tǒng)接口到目前為止還沒有統(tǒng)一、完善的標準，這種情況提升工程造價，阻礙數(shù)據(jù)資源共享的實現(xiàn)。自動化體系設計方案很重要，然而很多企業(yè)沒有規(guī)范的方案，各個廠家和企業(yè)間硬件和軟件交換數(shù)據(jù)有差異，導致企業(yè)間難以深入的交流和信息交換。同時電氣工程自動化工程控制沒有實現(xiàn)統(tǒng)一化，難以根據(jù)客戶要求設計、建立規(guī)范、標準的電氣工程自動化工程控制體系。
1.3電氣工程自動化工程控制沒有實現(xiàn)專業(yè)化
在電氣工程自動化工程控制設計、安裝以及操作等環(huán)節(jié)，相關(guān)工作人員的專業(yè)技術(shù)比較薄弱，需要進一步提高。此外我國電氣工程自動化工程控制習題創(chuàng)新能力不足，一般產(chǎn)品屬于中低檔，需要提高其創(chuàng)新能力。
2構(gòu)建電氣工程自動化工程控制系統(tǒng)的發(fā)展對策
2.1建立一體化的電氣工程自動化工程控制體系
要從各個環(huán)節(jié)建立起具有一體化的電氣工程自動化工程控制體系。首先國家要按照電氣工程自動化工程控制體系具有技術(shù)水平和技術(shù)特點，制定統(tǒng)一的產(chǎn)品規(guī)范。其次廠家和企業(yè)要加強交流，從設備精簡、調(diào)試與維修以及技術(shù)合理性等多方面向規(guī)范化的方向進行制造和生產(chǎn)，讓控制體系更科學。最后要研發(fā)出新型、操控更方便的一體化控制系統(tǒng)，可以運用社會性質(zhì)和分工外包間的協(xié)作，讓零部件的生產(chǎn)走商業(yè)化生產(chǎn)的路線，促進電子工程自動化工程控制體系的一體化。
2.2運用國際化生產(chǎn)標準
IEC61850是現(xiàn)在控制系統(tǒng)廠家所認可的國際標準，可以參照這個標準對控制體系進行研究和開發(fā)。另外可以運用微軟公司所制定的標準技術(shù)，由于企業(yè)策劃電氣工程自動化工程控制系統(tǒng)時，PC系統(tǒng)是連接管理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的中間系統(tǒng)，其接口具有標注化，能夠保證廠家和企業(yè)間實施軟件和硬件的數(shù)據(jù)交換，妥善的解決由于通訊而產(chǎn)生的問題。
2.3引進和培養(yǎng)電氣工程自動化工程控制系統(tǒng)的專業(yè)人才
隨著電氣工程自動化工程控制逐漸集成化和高智能化，對其制造人員、維修人員和安裝人員都具有很高的要求，所以要引進和培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)較強的人員。首先企業(yè)要培養(yǎng)具有實際操作能力的人才，他們要了解和掌握軟件和硬件系統(tǒng)的操作。其次對安裝人員記性專業(yè)技術(shù)進行培訓，使之懂得安裝的流程和技術(shù)。最后要更新技術(shù)人員的知識結(jié)構(gòu)，可以引進人才，通過引進人才的“傳幫帶”，培養(yǎng)新人，促進他們在維修和系統(tǒng)保養(yǎng)等方面的學習，提高工程系統(tǒng)安全可靠性。
3結(jié)語
1.1電氣工程自動化模型得到了簡化。
通常而言，在電氣工程自動化控制達到智能化目的之前往往需要建立相應的模型，除此之外，在模型建立的時候還需要綜合考慮到很多會直接或者間接影響模型的參數(shù)。鑒于此，通過模型來實現(xiàn)自動化控制歸納的說就是通過相關(guān)的動態(tài)方程來控制和反饋數(shù)據(jù)的，但是通過這種方式是無法保證在數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠陂g不出現(xiàn)意外狀況來影響數(shù)據(jù)的傳輸以及反饋，這樣一來數(shù)據(jù)的及時性和準確性就無法得到保證了，使得理論結(jié)果與現(xiàn)實實踐之間出現(xiàn)偏差也就不足為奇了，這會導致電氣工程自動化控制的工作效率大大的降低。然而我們通過實踐得出，引入智能化技術(shù)能夠非常有效的跳過設計與建立模型這一環(huán)節(jié)，可以實現(xiàn)調(diào)節(jié)的自動化，從根本上降低了出現(xiàn)上述情況的可能性和風險，在很大程度上避免了那些不可控制的客觀因素發(fā)生，提高了控制器的精確度和自動化的控制效率。
1.2確保電氣工程自動化控制的統(tǒng)一。
傳統(tǒng)的自動化控制器一般地說都是就某個模型對象來加以控制的，事實證明，這種方式對于單個的模型控制效果良好，但是無法統(tǒng)一而全面的控制電氣工程自動化控制系統(tǒng)，這樣一來就極易造成不同的模型之間各不相同。然而智能化電氣工程的自動化控制就可以有效避免模型設計的這一環(huán)節(jié)，因此無法控制模型的復雜性這一問題就不復存在了，這不管是對于指定的對象或者非指定對象都能夠保證控制上的一致性，從根本上確保了電氣工程自動化控制的統(tǒng)一，這樣一來不僅大大提高了自動化控制器的工作效率，工作質(zhì)量也得到了質(zhì)的提高。
1.3有效控制了電氣工程自動化系統(tǒng)。
前面已經(jīng)講到，智能化技術(shù)能夠控制和反饋對電氣工程中所有設備的數(shù)據(jù)，與此同時還能夠有效根據(jù)響應時間、下降時間和魯棒性變化等參數(shù)來對電氣工程自動化的控制程度實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，這樣一來就可以節(jié)省了重新建立模型的時間，另外還可以在第一時間來處理因客觀因素以及預警自動化控制過程中所造成的錯誤。這樣及時的處理和高效的警惕大大降低了風險，節(jié)省了很多的人力物力財力的消耗，從而更好的實現(xiàn)了對電氣工程自動化系統(tǒng)的有效控制。
2、智能化技術(shù)的有效應用
就目前而言，智能化技術(shù)在電氣工程中主要應用表現(xiàn)為以下幾個方面。
2.1模糊邏輯與控制。
一般地說，電氣工程的自動化控制系統(tǒng)中都會含有一定數(shù)量的模糊控制器，它能很好的代替PID控制器。就目前而言，模糊邏輯的控制主要有M型與S型兩種應用類型，但是有一點需要強調(diào)的是，這兩種控制器都有各自的規(guī)則庫，又可以叫做ifthem的模糊規(guī)則集。其中S型控制器的規(guī)則為if。X是G，y是H，則W=f(X,Y)，這里所說的G與H指的都是模糊集，下面分別對這兩種應用類型進行介紹。M型控制器主要由模糊化、知識庫、推理機與反模糊化這四大部分所共同構(gòu)成，主要用于實現(xiàn)變量的測量、量化、模糊化的目的，其隸屬函數(shù)的形式也是多種多樣的；知識庫主要是由語言控制的數(shù)據(jù)庫與規(guī)則庫兩個部分，其開發(fā)方式是將專家知識與經(jīng)歷置于控制及應用目標上。值得注意的是，在建模的過程中，一定要使用神經(jīng)網(wǎng)絡的推理機與模糊控制器對其加以操作；推理機同樣也是模糊控制器中不可或缺的重要組成部分，它能夠很好地模仿人類決策與推理模糊控制行為；反模糊化主要用來量化與反模糊化，它包括的技術(shù)種類也比較多，其中應用得最為廣泛的當屬中間平均技術(shù)與最大化的反模糊化這兩種了。
2.2優(yōu)化設計與診斷故障。
在過去的很長一段時間里，設計產(chǎn)品通常都是依靠實驗或者傳統(tǒng)手工檢驗來完成，通過這種方式所得方案往往不是最優(yōu)方案。隨著計算機技術(shù)的蓬勃發(fā)展以及在各個領域的廣泛應用，越來越多的電氣工程產(chǎn)品開始更多的選擇使用CAD來進行設計。這樣大大減短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，如果在這個過程中很好地滲透智能化技術(shù)，可謂是如虎添翼，使其設計質(zhì)量與效率得到大大的提升，專家系統(tǒng)的設計就是一個典型案例。不僅如此，智能化技術(shù)在優(yōu)化設計還體現(xiàn)在遺傳算法方面。眾所周知，遺傳算法是當前全世界范圍內(nèi)比較先進的計算法，其最大的優(yōu)勢之處在于計算精度高，因此在電氣工程中得到了親睞，而且在其中也起到了極其重要的作用。除此之外，故障和它的預兆在電氣工程中的關(guān)系是錯綜復雜的，具有不確定與非線性的特點，這給我們的判斷帶來很大的困擾。
3、總結(jié)語
是國家果茶良種場XX省優(yōu)質(zhì)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(nóng)業(yè)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(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，先后從美國﹑法國﹑埃及﹑日本及國內(nèi)10多個省市科研育種單位引進優(yōu)質(zhì)果茶品種資源158個，優(yōu)質(zhì)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(yōu)質(zhì)果茶苗木200多萬株，果茶母（接）穗1萬公斤以上，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)果茶產(chǎn)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(nóng)業(yè)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(chǎn)優(yōu)質(zhì)果茶苗木將達到1000萬株，優(yōu)質(zhì)果茶產(chǎn)品產(chǎn)量也將成倍增加，更多的農(nóng)業(yè)高新技術(shù)將落戶該場。果茶苗木和產(chǎn)品的生產(chǎn)、檢測、采后處理、加工和多種農(nóng)業(yè)觀光設施將全部完善和配置。屆時，一個全新的高科技生態(tài)農(nóng)業(yè)示范、觀光園將會展現(xiàn)在你的面前。
百果園是農(nóng)業(yè)高科技的結(jié)晶，而滴灌系統(tǒng)是其中的重中之重。百果園現(xiàn)建成的620畝果園，全部由從以色列引進的先進滴噴灌系統(tǒng)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(tǒng)灌水方式很難進行，而先進的滴灌系統(tǒng)由于對地形的適應能力強，而且特別適應山地丘陵地區(qū)，所以滴灌正好大施其能，由低處水庫中取水，經(jīng)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(tǒng)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(xiàn)作物的輪灌、對灌水時間和灌水量還不能實現(xiàn)有效的控制，有望進一步提高。
2滴灌系統(tǒng)
滴灌就是滴水灌溉技術(shù)，它是利用低壓管道系統(tǒng)，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(fā)達的區(qū)域，使作物主要根系活動區(qū)的土壤始終保持在最優(yōu)含水狀態(tài)。滴灌不同于傳統(tǒng)的地面灌溉濕潤全面積土壤，因此滴灌有節(jié)約灌溉用水量、促進作物生長和提高產(chǎn)量的作用，是一種很有發(fā)展前途的局部灌水技術(shù)。
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(jié)能、省工省地省肥、操作簡單，易于實現(xiàn)自動化、對土壤地形適應性強、保護和保持生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點，所以滴灌成為了百果園地首選。
2.1百果園滴灌系統(tǒng)的組成
百果園滴灌系統(tǒng)主要由水源、首部樞紐、輸配水管網(wǎng)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(tǒng)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(guān)7.灌水總開關(guān)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(guān)(電磁閥)17.沖洗閥18.肥料罐19.肥量調(diào)節(jié)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(zhì)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(tǒng)中去。百果園中采用五級加壓式離心泵，在水庫中取水，現(xiàn)取現(xiàn)用，計劃建一水塔蓄水。
2.1.3輸配水管網(wǎng)
輸配水管網(wǎng)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(tǒng)末級管道，其上安裝或連接灌水器。微灌系統(tǒng)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(tǒng)的關(guān)鍵部件，包括微管和與之相聯(lián)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(tǒng)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(tǒng)
灌溉系統(tǒng)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(jié)合的微灌節(jié)水技術(shù)，是我國南方發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)的典范，其具體情況見下：
2.2.1設計原則
滴灌灌溉系統(tǒng)設計除了滿足節(jié)水、節(jié)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(tǒng)設計應結(jié)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(fā)生；
④在盡可能的情況下，灌溉系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)設計時，必須掌握以下資料：
①地形資料：根據(jù)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(zhì)、地下水埋藏深度和土層厚度等。土壤理化性質(zhì)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(qū)域年均降雨量及季節(jié)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(fā)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(zhì)、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(diào)查機井的靜水位和動水位，當?shù)叵滤惠^淺時，一定要調(diào)查清楚地下水位及其周年變化規(guī)律。若水源為渠水時，應調(diào)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(huán)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(tǒng)的效益發(fā)揮和灌溉保證率。因此，應根據(jù)作物種類、作物的種植制度、種植季節(jié)、水源情況、果園設施情況、工程區(qū)社會經(jīng)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(tǒng)的灌水方法采用以滴灌為主，滴噴灌相結(jié)合的方式。
2.2.2.3滴灌系統(tǒng)布置，百果園滴灌系統(tǒng)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(nèi)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(tǒng)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(xù)時間T，用式（4－9）計算，即
③一次灌水延續(xù)時間：一次灌水延續(xù)時間是指把設計灌水定額水量，在不產(chǎn)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(qū)數(shù)目的確定：（a）對于固定式滴灌系統(tǒng)，輪灌區(qū)數(shù)目可按式（4-11）計算：（b）對于移動式滴灌系統(tǒng)，則有：
ii.一條毛管的控制灌溉面積：（a）對于固定式滴灌系統(tǒng)，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(tǒng)中為出流毛管長度。
（b）對于移動式滴灌系統(tǒng)，一條毛管控制的灌溉面積為
2.2.2.5滴灌系統(tǒng)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(qū)域需要時，滴灌面積為
2.2.2.6管網(wǎng)水力計算滴灌系統(tǒng)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(qū)域內(nèi)滴頭流量差值不超過10％，并據(jù)此確定支、毛管的最大設計長度；在滴灌中，由于管網(wǎng)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（4－16）、（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(shù)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(tǒng)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(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計。
①管材的選擇：可用于灌溉的管道種類很多，應該根據(jù)滴灌區(qū)的具體情況，如地質(zhì)、地形、氣候、運輸、供應以及使用環(huán)境和工作壓力等條件，結(jié)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(wǎng)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(yè)的發(fā)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(zhì)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(tǒng)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(fā)生爆破，甚至導致整個管道系統(tǒng)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(yōu)勢下降，應通過技術(shù)經(jīng)濟分析選擇合適的管材。塑料管經(jīng)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(jù)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(xiàn)次數(shù)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(jù)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(yè)的勞動強度降低，但由于運行時支管內(nèi)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(jié)果造成果園各處受水量不一致，影響滴灌質(zhì)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(guī)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(nèi)。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(fā)生在首末滴頭之間?？紤]地形高差Z的影響時上述規(guī)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(nèi)的部分水力坡降，選用的支管管徑可適當?shù)男⌒?。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(nèi)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(nèi)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(tǒng)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(shù)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(guī)范取整。對滴灌系統(tǒng)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(yè)區(qū)中統(tǒng)一。對于固定管道式滴灌系統(tǒng)，地理支管的管徑可以不同，但規(guī)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(jīng)濟管徑。經(jīng)濟管徑中對應的流速稱為經(jīng)濟流速。圖4-7就是用最小年費用法計算經(jīng)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(shù)的進步，計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，許多優(yōu)化設計方法，如微分法、動態(tài)規(guī)劃法等已在管道灌溉管網(wǎng)的設計中得到應用，具體方法可參閱有關(guān)書籍。對于規(guī)模不太大的滴灌工程，也可用式（4－22）、式（4－23）的經(jīng)驗公式估算管道的直徑：
應該指出的是，由于管道系統(tǒng)年工作小時數(shù)少，而所占投資比例又大。因此，一般在灌溉系統(tǒng)壓力能得到滿足的情況下，選用盡可能小的管徑是經(jīng)濟的，但管中流速應控制在2.5～3米／秒以下。
③管道縱剖面設計：管道縱剖面設計應在系統(tǒng)平面市置圖繪制后進行，設計的主要內(nèi)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(chǎn)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(jù)當?shù)氐臍夂驐l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(nóng)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(wěn)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?？刂圃?: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(zhuǎn)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(guī)格盡量統(tǒng)一。
為了按計劃進行輸水、配水、管道系統(tǒng)上應裝置必要的控制閥。白果園中為了實現(xiàn)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(jié)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(tǒng)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(wǎng)，管道起伏的高處應設排氣裝置，自壓系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)是建設的比較完善的一套滴水灌溉系統(tǒng),設計施工都符合現(xiàn)代滴灌的要求,是一套先進的現(xiàn)代化滴水灌溉系統(tǒng)，而且產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效果。不過當時考慮到經(jīng)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(tǒng)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(xiàn)作物的輪灌、對灌水時間和灌水量都不能實現(xiàn)有效的控制，故需進一步對其控制系統(tǒng)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(jīng)驗，改進一期工程中的不足，特別是應該實現(xiàn)灌水的全自動控制。
3灌溉自動化控制系統(tǒng)
灌溉中的滴灌系統(tǒng)，能很方便實現(xiàn)自動化控制，灌水的自動化控制能有效的實現(xiàn)節(jié)水灌溉，也是農(nóng)業(yè)實現(xiàn)現(xiàn)代化的要求。對微灌的自動化控制，根據(jù)控制系統(tǒng)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(tǒng)
系統(tǒng)的所有操作均由人工完成，如水泵、閥門的開啟、關(guān)閉，灌溉時間的長短，何時灌溉等等。這類系統(tǒng)的優(yōu)點是成本較低，控制部分技術(shù)含量不高，便于使用和維護，很適合在我國廣大農(nóng)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(tǒng)
系統(tǒng)不要人直接參與，通過預先編制好的控制程序和根據(jù)反映作物需水的某些參數(shù)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(diào)整控制程序和檢修控制設備。這種系統(tǒng)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(tǒng)
系統(tǒng)中在灌溉區(qū)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(jù)預先編制的程序，而不是根據(jù)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)是按預定好的時間放水或關(guān)水；水量控制系統(tǒng)是按照設計的配水量放水或關(guān)水；反饋控制系統(tǒng)是根據(jù)灌區(qū)內(nèi)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(guān)水或放水。滴灌系統(tǒng)更便于完全實現(xiàn)自動化，這在地多人少、勞力緊張的邊遠地區(qū)，沙漠地帶的防護林區(qū)，鐵路路基沿線，經(jīng)濟力量雄厚的城郊蔬菜種植區(qū)顯得特別重要。目前，國外發(fā)達國家在滴灌區(qū)普遍使用了計算機管理系統(tǒng)，并通過專用的滴灌系統(tǒng)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(xiàn)代化的土壤水分、作物生長測定技術(shù)的可能性和實用性，具有農(nóng)藝上的綜合性，為人們充分利用現(xiàn)代化儀器設備在滴灌系統(tǒng)中應用提供了巨大的潛力。滴灌系統(tǒng)軟件根據(jù)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(chǎn)管理計劃制定
控制軟件系統(tǒng)應能提供一套科學的管理系統(tǒng)，它通過提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)以及減少用水量來提高水分利用效率，能給農(nóng)民及有關(guān)用戶提供一套針對灌溉方案制定作物生產(chǎn)管理的先進、完善的管理系統(tǒng)，用戶能夠使用它獲得他們的每一塊農(nóng)田的土壤水分狀況圖，方便的數(shù)據(jù)資料存取能夠得到每一塊農(nóng)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(nóng)田制定出合理的灌溉管理決策，能夠根據(jù)每一塊農(nóng)田各自的灌水量需求對不同農(nóng)田進行灌溉優(yōu)先排序，以便制定優(yōu)化灌溉計劃使農(nóng)場或用戶獲得整體最高產(chǎn)量。
控制軟件系統(tǒng)應能允許灌溉管理者根據(jù)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(chǎn)管理軟件包，它能夠?qū)喔葲Q策的制定和作物管理進行數(shù)據(jù)資料存儲、運算處理、顯示輸出。土壤水分數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)資料由自動氣象站獲得，作物生長資料如籽粒大?。ㄖ睆剑?、株高和葉片硝酸鹽含量等可直接田間測定，根據(jù)相應的作物響應，作物生長資料結(jié)合土壤水分資料能夠制定出合理的灌溉計劃，通過實際調(diào)查能夠提高作物產(chǎn)量、品質(zhì)和水分利用效率的管理技術(shù)能夠詳細地驗證作物生長、土壤水分和氣候之間的關(guān)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(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)目標的籽粒重和穗粒數(shù)或結(jié)果率的控制管理問題。
3.3滴灌系統(tǒng)灌溉計劃制定
滴灌系統(tǒng)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(nóng)業(yè)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(nóng)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(nóng)田需要不同的灌溉計劃。農(nóng)民通過土壤水分測定技術(shù)利用軟件處理和顯示不同層次土壤水分特征，能加深對發(fā)生于土壤內(nèi)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(shù)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(nóng)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(xié)調(diào)不同用戶之間和同一用戶內(nèi)部的水分供給，充分了解雨后何時開始灌溉能使農(nóng)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(qū)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(qū)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(guān)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(jié)表；作物生長及其對灌溉管理技術(shù)措施的響應；該軟件所做的時間圖可進行大小調(diào)整，通過調(diào)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(qū)域或作物生長期內(nèi)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(shù)據(jù)。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(xié)調(diào)一致。用戶可以選擇任何關(guān)鍵數(shù)據(jù)來建立相互作用關(guān)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(xiàn)代化儀器結(jié)合能夠迅速直接測定和分析土壤水的剖面分布情況。根區(qū)吸收水分模式可以在深度圖中看到，對深度圖分析能使農(nóng)民確定每一種農(nóng)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(shù)量、土壤緊實度、土壤質(zhì)地變化、高石灰?guī)r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(fā)現(xiàn)。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(shù)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(qū)排出的水分數(shù)量能夠通過深度圖準確測定，根據(jù)可以調(diào)節(jié)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(shù)量將防止地下水水位地升高和土壤養(yǎng)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(guān)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(jié)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(jié)構(gòu)滴管軟件的數(shù)據(jù)存儲于一個樹狀結(jié)構(gòu)，這使得制定灌溉方案是查詢數(shù)據(jù)資料非常方便。管理人員可能負責管理幾個農(nóng)場或幾塊農(nóng)田，每個農(nóng)場或農(nóng)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(shù)記錄。輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過計算機軟件處理，能顯示有關(guān)每一單個田塊的詳細資料，還能夠向農(nóng)民分別顯示每一年的作物種植的詳細資料。能夠顯示農(nóng)場的每個監(jiān)測田塊或某一年份的每一監(jiān)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(jié)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(shù)記錄和根區(qū)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(shù)據(jù)資料綜合分析，從中總結(jié)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(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)層次能為所選擇的農(nóng)場、監(jiān)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(shù)報告。監(jiān)測點報告和灌溉計劃報告。用戶可以根據(jù)自己的需要已及自己微機系統(tǒng)對程序進行修改編譯，選擇公制和英制計量單位進行數(shù)據(jù)資料綜合分析，將田間測定得到的數(shù)據(jù)讀數(shù)記錄自動粘貼到?jīng)]一個具體的農(nóng)場欄、監(jiān)測點欄和日期欄。每一個監(jiān)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(shù)據(jù)輸入在讀數(shù)記錄屏幕中可以人工錄入和顯示田間實際收集的數(shù)據(jù)，如土壤水分張力計的讀數(shù)、作物籽粒大小。有關(guān)作物的數(shù)據(jù)可以測定得到，作物生長參數(shù)與土壤水分含量相關(guān)聯(lián)可以確定作物生長期的水分需求量。氣候數(shù)據(jù)資料可以人工輸入或由氣象站自動裝載。天氣數(shù)據(jù)參數(shù)的個數(shù)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(guān)聯(lián)制作相互作用關(guān)系圖。從氣象數(shù)據(jù)資料中可以得到蒸發(fā)損失的總水分量的數(shù)據(jù)并且把它與測定的日水分使用量相比較來調(diào)整該地區(qū)的作物灌溉計劃。
3.5.3軟件的數(shù)據(jù)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(shù)。同時計算自從播種或其他生長時期（如發(fā)芽、開花等）以來的天數(shù)，使土壤水分能夠與過去多年的作物生長資料數(shù)據(jù)參數(shù)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(chǎn)量，尤其是對于玉米、小麥和棉花?？梢酝ㄟ^作物－水分方程和氣象資料估算理論產(chǎn)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(nèi)日水分利用狀況地資料。結(jié)合現(xiàn)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(nóng)業(yè)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(chǎn)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(xiàn)代耕作技術(shù)和傳統(tǒng)耕作技術(shù)條件下的水分利用效率的關(guān)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(yǎng)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(shù)據(jù)庫以使作物產(chǎn)量和質(zhì)量獲得持續(xù)穩(wěn)定的提高，使高效農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
3.6灌溉自動化控制系統(tǒng)
要實現(xiàn)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(chǎn)、高效、和節(jié)水的目的。適用于庭院花圃、苗圃、果園、菜地和農(nóng)地。隨著經(jīng)濟發(fā)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(tǒng)。自動灌溉控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)科學灌溉，節(jié)能、省水，使菜地和農(nóng)地產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高。智能化，精準化灌溉技術(shù)是伴隨著計算機應用技術(shù)、傳感器制造技術(shù)、塑料工業(yè)技術(shù)的提高而逐步實現(xiàn)的
自動化計算機灌溉控制系統(tǒng)大約在80年代初由雨鳥公司、摩托羅拉等幾家公司開發(fā)、研制成功，并投入使用。由于技術(shù)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(tǒng)的控制上。90年代，計算機工業(yè)的硬件、軟件飛速發(fā)展，使得灌溉系統(tǒng)中央計算機系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)出了中央計算機控制系統(tǒng)：Maxicom
智能化灌溉中央計算機控制系統(tǒng)具有如下功能：
①動采集各種氣象數(shù)據(jù)，計算并記錄蒸發(fā)蒸騰量ET；
②根據(jù)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(guān)閉、暫停灌溉系統(tǒng)；
④連接流量傳感器可自動監(jiān)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(wǎng)輸水能力；
⑤運行程序而不起動灌溉系統(tǒng)（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?zhèn)鞲衅鞣答仈?shù)據(jù)，以積累資料，修改程序，修改系統(tǒng)等。
⑦頻繁灌溉功能：可將設計好的灌水延續(xù)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(tǒng)可控制無數(shù)臺田間控制系統(tǒng)（稱為衛(wèi)星站），一套中央計算機控制系統(tǒng)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(tǒng)。
⑨儲存數(shù)百套灌溉程序；一臺田間控制器（衛(wèi)星站）可使4個輪灌區(qū)獨立灌溉或同時灌溉。
⑩手動干涉灌溉系統(tǒng)：可在閥門上手動啟、閉系統(tǒng)，可在田間衛(wèi)星站上手動控制系統(tǒng)，也可在計算機上手動啟、閉任何一站，任何一個電磁閥?？煽刂乒喔认到y(tǒng)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(tǒng)主要由中央計算機，集群控制器(CCU)，田間控制器（衛(wèi)星站），電磁閥構(gòu)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(tǒng)控制50個公園的灌溉系統(tǒng)。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(nèi)。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(shù)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(qū)灌溉控制程序再發(fā)到相關(guān)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(qū)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(shù)據(jù)，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(tǒng)漏水...），自動中斷或暫停程序，待異常情況排除后，繼續(xù)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(tǒng)上，則效果會更好。這樣從水泵到電磁閥之間復雜的系統(tǒng)將由一個高度智能化的系統(tǒng)管理起來，可做到最大限度地節(jié)水、節(jié)能，最大限度地保護系統(tǒng)設備運行，避免灌溉系統(tǒng)常發(fā)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(wǎng)破裂，漏失水；
③系統(tǒng)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(chǎn)生地面徑流，浪費寶貴的水資源；
⑥降雨時，灌溉系統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)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(shù)對田間土壤溫濕度、空氣溫濕度等技術(shù)參數(shù)進行采集，輸入計算機，按最優(yōu)方案，控制各個閥門的開啟及水泵的運行狀態(tài)，科學有效地控制灌水時間、灌水量、灌水均勻度，為項目區(qū)作物提供一個良好的地、水、肥、氣、熱條件，促使其高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。同時進行控制軟件及優(yōu)化灌溉制度的研究，最終形成灌溉專家決策系統(tǒng)。另外，通過變頻器控制改變電機轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)管道壓力，為管道、滴灌等其他灌溉工程的自動化提供依據(jù)。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(shù)的自動化采集
②自動化控制設計安裝
③監(jiān)控軟件設計
④變頻系統(tǒng)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(jù)
⑤系統(tǒng)運行管理模式評價，包括系統(tǒng)評價、灌水指標、灌溉制度等
3.7.2控制系統(tǒng)的組成
欲實現(xiàn)真正意義上的全自動控制，需要控制田間參數(shù)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(zhuǎn)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(yè)控制計算機作為整個控制系統(tǒng)的核心，來協(xié)調(diào)各部分的工作。
系統(tǒng)的組成如下圖所示,整個系統(tǒng)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(zhuǎn)，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(tài)，協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的工作。
3.7.3監(jiān)控軟件監(jiān)控軟件是工控機能夠完成控制功能的重要基礎，監(jiān)控軟件設計的好壞直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性。根據(jù)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(tǒng)，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(tǒng)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(tài)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(xiàn)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(shù)據(jù)：系統(tǒng)根據(jù)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(shù)，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(tǒng)便根據(jù)計算機時鐘自動計算出各種作物已種植的天數(shù)，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(tǒng)采集田間及氣象數(shù)據(jù)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(guān)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(xiàn)溫度過低、風速過大以及降雨過程等天氣時，系統(tǒng)會自動暫停當前的灌溉任務，并保存當前狀態(tài)。當氣象條件滿足時，繼續(xù)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(tǒng)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(tǒng)便會根據(jù)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(tǒng)允許用戶根據(jù)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(chǎn)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(tǒng)會自動通過變頻器升高水泵電機轉(zhuǎn)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(tǒng)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(nèi)容包括各種氣象及土壤參數(shù)，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?shù)氐臍庀蠹巴寥雷兓闆r提供翔實的依據(jù)。
⑥良好的可維持性：可維護性是衡量軟件質(zhì)量好壞的重要指標之一，在編寫本系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)，系統(tǒng)便會根據(jù)用戶所定義的數(shù)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(shù)，滿足實際情況的需要。
⑥友好的人機界面：系統(tǒng)中大部分界面均為示意圖形，實時顯示各傳感器送來的數(shù)值及系統(tǒng)當前的運行狀態(tài)，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(tǒng)后，灌水時間、灌水量和灌溉周期等完全根據(jù)果樹某些需水參數(shù)自動啟閉水泵和自動灌溉，人的作用僅僅是調(diào)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(jié)省了人力，同時也提高了果樹的產(chǎn)量，可以產(chǎn)生良好的經(jīng)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(tǒng)我建議基本上參照第一期工程建設，也采用滴噴灌相結(jié)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(qū)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(jié)合。二期工程應該吸收一期工程中的好的經(jīng)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(xiàn)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(tǒng)的學習與認識，筆者系統(tǒng)的學習了滴灌這種先進的果園節(jié)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(tǒng)有一些不成熟的認識與建議。
4.1滴灌的優(yōu)缺點
4.1.1百果園滴灌的優(yōu)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(fā)。同時，由于滴灌僅濕潤作物根部附近土壤，其他區(qū)域土壤水分含量較低，因此，可防止雜草的生長。滴灌系統(tǒng)不產(chǎn)生地面徑流，且易掌握精確的施水深度，節(jié)水效果達50%-90%。
4.1.1.2環(huán)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(yǎng)分，使土壤水分處于能滿足作物要求的穩(wěn)定和較低吸力狀態(tài)，灌水區(qū)域地面蒸發(fā)量也小，這樣可以有效控制保護地內(nèi)的濕度，使果園中作物的病蟲害的發(fā)生頻率大大降低，也降低了農(nóng)藥的施用量。
4.1.1.3提高作物產(chǎn)品品質(zhì)，由于滴灌能夠及時適量供水、供肥，它可以在提高農(nóng)作物產(chǎn)量的同時，提高和改善農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，使果園的農(nóng)產(chǎn)品商品率大大提高，經(jīng)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(nèi)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(jié)。
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(chǎn)生灌水的不均，嚴重影響節(jié)水效果。
4.1.2.2滴灌的各管道的壓力有所差異，會產(chǎn)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(chǎn)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(qū)土體的一部分，所以作物根系的發(fā)展可能限制在圍繞每一滴頭的濕潤區(qū)，這樣容易產(chǎn)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?shù)氐貏菖c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(xiàn)精確的節(jié)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?？菟诟鞣N果樹的需水要求
4.2.3滴灌的毛管布置應采用單行帶環(huán)形狀態(tài)管布置和雙行平行布置相結(jié)合，確保果樹灌水均勻度。
4.2.4滴灌技術(shù)的應用應該和其他節(jié)水灌溉技術(shù)相結(jié)合，互相補給，更好的發(fā)揮優(yōu)勢。
4.2.5國家應鼓勵進行滴灌技術(shù)的研究，加大科研推廣投入的力度，研制開發(fā)經(jīng)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(shù)應該在政府的規(guī)劃安排下，由政府投資和農(nóng)民出資相結(jié)的優(yōu)惠政策下在全國范圍鼓勵推廣發(fā)展。
關(guān)鍵詞：本機振蕩器直接數(shù)字頻率合成自動頻率控制脈內(nèi)測頻
雷達系統(tǒng)根據(jù)其工作頻率一般分為米波雷達、分米波雷達和厘米波雷達，其接收機通常是超外差形式的。分米波雷達和厘米波雷達由于其工作頻率較高，一般都有自動頻率控制（AFC）系統(tǒng)，控制本振頻率自動跟蹤發(fā)射頻率的變化，或者控制發(fā)射頻率自動穩(wěn)定在本振頻率對應的頻率點上，保證雷達接收機的中頻頻率穩(wěn)定。但是傳統(tǒng)的模擬式單環(huán)路或雙環(huán)路AFC系統(tǒng)由于受模擬電路本身的局限，使得AFC的跟蹤速度慢、跟蹤頻率范圍窄、精度低，甚至有可能出現(xiàn)錯誤跟蹤的情況；此外，控制本振的自頻控雷達由于在本機振蕩器上加裝了頻率調(diào)整裝置，影響了本振的頻率穩(wěn)定度，這對動目標雷達而言是難以接受的。米波雷達由于其工作頻率較低，基本上沒有自動頻率控制系統(tǒng)，但是米波雷達的發(fā)射機工作頻率和接收機本機振蕩頻率由于環(huán)境溫度、電源電壓和負載變化而發(fā)生一定的變化，其變化范圍從幾十千赫茲到數(shù)百千赫茲，通常在500～600kHz之間。雖然由此造成的中頻頻率變化量的絕對值不會超出中頻放大器的通頻帶范圍（中頻放大器的通頻帶通?！?MHz），但是數(shù)百千赫茲的變化量使回波信號不能得到最有效的放大，造成雷達接收機技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)性能降低，此時即使加裝DSU（DigitalStableUnit）設備，也由于中頻頻率漂移的影響，使DSU的性能無法得到最有效的發(fā)揮。
應用鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)實現(xiàn)雷達自動頻率控制系統(tǒng)已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)方案，這種方案的應用解決了非相參雷達的自動頻率跟蹤與本振頻率穩(wěn)定度之間的矛盾，但是鎖相環(huán)固有的大慣性、大步進間隔和非線性誤差卻嚴重地限制著鎖相環(huán)自動頻率控制系統(tǒng)的性能，使其無法滿足高速、高頻率分辨率、大帶寬的要求。
DDS技術(shù)是近幾年來迅速發(fā)展的頻率合成技術(shù)，它采用全數(shù)字化的技術(shù)，具有集成度高、體積小、相對帶寬寬、頻率分辨率高、跳頻時間短、相位連續(xù)性好、可以寬帶正交輸出、可以外加調(diào)制的優(yōu)點，并能直接與單片機接口構(gòu)成智能化的頻率源?；贒DS技術(shù)的自適應米波雷達自動頻率控制系統(tǒng)是新一代的自動頻率控制（AFC）系統(tǒng)，它以直接數(shù)字頻率合成技術(shù)（DDS）為基礎，以單片機為控制核心，通過高速高精度脈內(nèi)頻率測量模塊對雷達發(fā)射頻率進行精確測量，然后由單片機控制DDS，對發(fā)射頻率進行搜索和跟蹤。因此它是一種易于實現(xiàn)的數(shù)字式智能化自適應頻率控制系統(tǒng)。
圖2DDS頻率合成模塊結(jié)構(gòu)圖
1系統(tǒng)組成及工作原理
基于DDS技術(shù)的自適應米波雷達自動頻率控制系統(tǒng)主要由高速脈內(nèi)頻率測量模塊、DDS頻率合成模塊、單片機和包括頻率顯示、控制鍵盤的人機接口模塊組成，如圖1所示。
系統(tǒng)采用高速高精度實時脈內(nèi)頻率測量技術(shù)，利用頻率穩(wěn)定度高達10－9的高穩(wěn)恒溫時標對頻率進行倒計數(shù)法測量，由單片機對測量結(jié)果進行分析處理，并控制DDS頻率合成模塊，完成對發(fā)射頻率的搜索和跟蹤。系統(tǒng)中除了DDS輸出后的濾波、放大電路采用模擬電路外，其它全部采用高速數(shù)字電路，并結(jié)合了單片機具有的可編程能力，使系統(tǒng)避免了傳統(tǒng)模擬式AFC的缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)更加靈活的控制。
雷達開機后，系統(tǒng)首先工作于搜索模式：單片機控制DDS頻率合成模塊輸出本振頻率的最低值，與從發(fā)射機耦合過來并經(jīng)過衰減后的發(fā)射脈沖頻率混頻，取出下變頻后的中頻信號，經(jīng)過頻率測量模塊測量后將結(jié)果送入單片機，單片機若判斷頻率測量結(jié)果不是規(guī)定的中頻頻率值，則控制DDS頻率合成模塊將輸出的本振頻率按規(guī)定的步長（通常是頻率測量系統(tǒng)的頻率分辨率）調(diào)高，重復此過程，直到頻率測量系統(tǒng)測量得到的頻率值為規(guī)定的中頻頻率值為止。若搜索過程中本振頻率達到上限時仍未搜索到規(guī)定的中頻頻率值，則返回到本振頻率最低值，重新開始新一輪的搜索。系統(tǒng)一旦搜索到規(guī)定的中頻頻率值就進入跟蹤狀態(tài)。
在跟蹤狀態(tài)，頻率測量模塊對每一個發(fā)射脈沖頻率與本振頻率下變頻得到的中頻脈沖頻率進行實時精確測量，在發(fā)射脈沖結(jié)束時將測量結(jié)果送入單片機。單片機立即根據(jù)測量結(jié)果計算出響應的本振頻率調(diào)整量，并控制DDS頻率合成模塊調(diào)整輸出頻率，保證在目標回波信號到達接收機時，本振信號已經(jīng)調(diào)整到與該發(fā)射脈沖頻率對應的頻率點上，使目標回波信號下變頻后的頻率值為準確的中頻頻率值，從而保證目標回波信號能夠得到最有效的放大。
跟蹤模式實質(zhì)上是一個自適應的控制過程：某一發(fā)射脈沖的頻率比前一發(fā)射脈沖的頻率升高（降低）在本振頻率不變的條件下，中頻頻率升高（降低）頻率測量模塊的測量結(jié)果升高（降低）單片機得到測量結(jié)果后控制DDS頻率合成模塊，使之輸出的本振頻率相應升高（降低）中頻頻率降低（升高）到規(guī)定值。
2硬件結(jié)構(gòu)
2．1DDS頻率合成模塊
DDS頻率合成模塊以DDS芯片AD9854為核心，包括濾波電路、放大電路和與單片機的接口電路，圖2是其組成框圖。
AD公司推出的AD9854是DDS芯片中的典型代表之一，它具有300MHz的內(nèi)部時鐘，4～20倍的內(nèi)部可編程倍頻器使外部輸入的時鐘信號頻率可以從15MHz到75MHz，另外具有100MHz的并行接口總線，內(nèi)置正交雙通道DAC輸出，具有多種編程工作方式，能產(chǎn)生線性調(diào)頻信號和非線性調(diào)頻信號等復雜信號。
AD9854采用CMOS結(jié)構(gòu)，工作電壓為3．3V，而單片機AT89C51工作在5V電壓下，其總線電平是5V的TTL電平，為保證AD9854的正常工作，必須經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后再與AD9854接口，AD9854的時鐘信號也必須經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后送到AD9854的時鐘引腳。AD9854有正交雙通道DAC輸出，每一個通道都是反相的互補輸出，經(jīng)MAX436放大后濾波，然后再經(jīng)MAX436放大到雷達要求的本振電平。兩路輸出中的一路用于和發(fā)射脈沖混頻，將下變頻后的中頻信號送到頻率測量模塊進行頻率測量，系統(tǒng)已經(jīng)知道DDS頻率合成模塊輸出的本振頻率，測量出發(fā)射脈沖的中頻頻率就能計算出發(fā)射頻率；另一路作為接收機的本振信號。
根據(jù)奈奎斯特采樣定律，當DDS系統(tǒng)的時鐘為300MHz時，其輸出頻率的上限是150MHz，在工程應用中通常只使用到時鐘頻率的40％，即120MHz。某型米波雷達的本振頻率上限略高于120MHz，經(jīng)查閱AD9854的數(shù)據(jù)手冊，其輸出頻率能夠達到理論的150MHz；同時經(jīng)實驗證實，AD9854能夠在雷達本振頻率上限值處穩(wěn)定工作，且輸出信號質(zhì)量完全可以滿足雷達系統(tǒng)對本振的要求。
2．2高速高精度脈內(nèi)頻率測量模塊
高速高精度脈內(nèi)頻率測量模塊采用倒計數(shù)法進行頻率測量，主要由下變頻混頻器、濾波整形電路、計數(shù)器T0、計數(shù)器T1和時序控制電路組成。圖3是其結(jié)構(gòu)的組成框圖，圖4是倒計數(shù)法頻率測量的時序圖。
倒計數(shù)法測頻是用被測信號的N個周期形成一個計數(shù)門時間T＝N·Tx，在T時間內(nèi)由時標F0計數(shù)，這樣一來測頻就相當于測量門寬T，T的最大量化誤差是T0，Tx的最大量化誤差是T0/N。
某型雷達的發(fā)射脈沖的寬度是13μs，考慮到其發(fā)射機是單級振蕩式發(fā)射機，每個脈沖在起振和停振的過程中振蕩不穩(wěn)定，因此取中間的10μs作為測頻區(qū)間。該型雷達的第一中頻頻率為30MHz，在正常工作時，發(fā)射脈沖與本振信號下變頻的輸出頻率應該是準確的30MHz，在10μs的測頻時間內(nèi)應有300個脈沖，即可取N＝300；高穩(wěn)定的時標的頻率是100MHz，T0＝10ns，相應的Tx的最大誤差是T0／300＝1／30ns，據(jù)此可計算出測頻的分辨率是30kHz，相對于雷達中頻放大器接近1MHz的帶寬而言，此指標完全能夠滿足雷達系統(tǒng)的要求。用頻譜分析儀實際測得的系統(tǒng)跟蹤誤差如表1所示。
表1實際測得的系統(tǒng)跟蹤誤差表
發(fā)射頻率/MHz147.000147.500148.000148.500149.000149.500
本振輸出頻率/MHz116.999117.495118.008118.492118.990119.493
跟蹤誤差/kHz-1-5+8-8-10-7
發(fā)射頻率/MHz150.000150.500151.000151.500152.000152.500
本振輸出頻率/MHz119.995120.490120.990121.510122.005122.500
跟蹤誤差/kHz-5-10-10+10+50
模塊的工作過程是：當雷達觸發(fā)脈沖到來時，時序控制電路打開計數(shù)器T，發(fā)射脈沖隨后到來，經(jīng)下變頻、濾波、整形后轉(zhuǎn)換成TTL方波作為計數(shù)器T的時鐘。當計數(shù)器T計到第32個脈沖時，時序控制電路打開計數(shù)器T0，T0開始對高穩(wěn)定時標計數(shù)；當計數(shù)器T計到第332個脈沖時，時序控制電路關(guān)閉計數(shù)器T和T0，并通知單片機已經(jīng)完成一次頻率測量，單片機取走測量結(jié)果，并對硬件電路復位，準備下一個周期的測量。
2．3高穩(wěn)定度恒溫時鐘模塊
本機振蕩器的頻率穩(wěn)定度是影響雷達接收機性能的關(guān)鍵性指標。由于DDS頻率合成方法的輸出頻率穩(wěn)定度僅僅取決于其時鐘的頻率穩(wěn)定度，因此選用頻率穩(wěn)定度高達10－9的恒溫晶體振蕩器作為整個系統(tǒng)的時鐘。恒溫晶體振蕩器輸出的100MHz高穩(wěn)正弦波經(jīng)放大后整形為標準的TTL方波，一路作為頻率測量模塊的時間標準，另一路經(jīng)F161分頻為25MHz的TTL方波，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后作為AD9854的外部時鐘信號，利用AD9854內(nèi)部的可編程倍頻器倍頻12倍使AD9854工作在300MHz的內(nèi)部時鐘頻率下。高穩(wěn)定度恒溫時鐘模塊組成框圖如圖5所示。
3軟件結(jié)構(gòu)
單片機是整個系統(tǒng)的控制核心，可以充分利用軟件可編程控制的優(yōu)勢對系統(tǒng)進行靈活有效的控制。圖6是單片機的軟件框圖。
通電以后單片機首先進行初始化，然后設置DDS模塊的工作模式等參數(shù)，再進行時序控制電路的復位并對所有計數(shù)器進行清零操作。隨后單片機不斷查詢測量完成信號。當時序控制電路在雷達觸發(fā)脈沖的作用下完成一次測量時?熏就通過該信號通知單片機，單片機一旦查詢到測量完成便立即讀入測量結(jié)果。然后進行分析，是標準中頻頻率時不進行本振頻率的調(diào)整，直接準備下一脈沖周期的測量，若不是則計算所需的頻率調(diào)整量，控制DDS頻率合成模塊進行頻率調(diào)整，然后再準備下一脈沖周期的測量。
搜索和跟蹤過程的區(qū)別主要在于計算頻率調(diào)整量的方法不同，其它流程基本一致。
關(guān)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(yè)，在三峽庫區(qū)新建的污水處理廠中，大部分設置了自動化控制系統(tǒng)，力求對整個污水處理過程實行全面監(jiān)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(wěn)定，特別是在線儀表的準確性和穩(wěn)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(huán)節(jié)尚在不斷調(diào)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(shù)污水處理廠的自控系統(tǒng)只能發(fā)揮監(jiān)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(xiàn)在來看，根據(jù)實際運行,并通過對部分設備的改造和完善，加之對現(xiàn)場運行操作人員的技術(shù)培訓，使中控室具有集中控制、監(jiān)視、現(xiàn)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(wěn)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(qū)20萬人生活污水及工業(yè)廢水，我廠監(jiān)控系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)集中控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括1個監(jiān)控中心（中控室）、6個現(xiàn)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(shù)據(jù)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(tǒng)進行控制。中控室則對全廠設備的控制操作及監(jiān)視?，F(xiàn)場分站采用的PLC可編程控制系統(tǒng)是美國AB公司以太網(wǎng)系統(tǒng)。
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(xiàn)場電氣及機械設備存在一些問題，直接影響了自控系統(tǒng)的正常運行。根據(jù)存在的問題，結(jié)合實際運行情況及工藝要求，對自動化控制系統(tǒng)的現(xiàn)場控制設備進行了部分技術(shù)改造。
3.1對現(xiàn)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(lián)到中控室，避免重新進行布線。使用交換機聯(lián)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(xiàn)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(zhuǎn)換開關(guān)處在開關(guān)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(jīng)考慮，短接模擬量電流輸入的轉(zhuǎn)換開關(guān)控制回路。
變頻器頻率信號（模擬量）、運行信號（開關(guān)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(jīng)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(guān)量）。
3.2對PLC源程序的修改、優(yōu)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(shù)根據(jù)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(xiàn)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(xiàn)場自動運行更加穩(wěn)定。更主要的是為自動化控制的順利實現(xiàn)創(chuàng)造了條件。
另外對高壓配電系統(tǒng)和一套獨立的監(jiān)控系統(tǒng)，如出現(xiàn)任何故障不僅有指示燈光報警，而且還配有語音報警系統(tǒng)，使值班人員一目了然，可清楚地判斷故障發(fā)生的部位并做及時處理，避免事故的發(fā)生。
3．4安裝視頻監(jiān)視系統(tǒng)的
為了讓操作人員真正在中控室控制全廠、監(jiān)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(jiān)視系統(tǒng)。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(xiàn)場情況，進行24小時全天候監(jiān)視。
這套視頻監(jiān)視系統(tǒng)運行可靠。在中控室里，通過對攝像機的遙控。可以監(jiān)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(xiàn)場巡查一遍，需要30分鐘左右，而通過視頻監(jiān)視系統(tǒng)，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(nèi)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(fā)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(xiàn)在用的是時間控制。
格柵井安裝粗、細格柵機兩臺，運行依據(jù)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(lián)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(nèi)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(jiān)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(zhuǎn)，單臺機組充氧量為119kgO2/h；2#機組為變頻調(diào)速，順時針方向運轉(zhuǎn)，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(qū)。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(nèi)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(nèi)時三臺電機都開啟；當DO值在1.2mg/L<DO值<3.0mg/L范圍內(nèi)時開一臺恒速機和一臺變頻調(diào)速機；其中變頻調(diào)速機的調(diào)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(nèi)時只開一臺恒速機。如果DO值不在以上范圍內(nèi)那么開一臺恒速機和一臺變頻調(diào)速機（頻率固定）。
氧化溝內(nèi)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(diào)節(jié)活性污泥回流泵站及電動套筒閥的運行。
氧化溝內(nèi)安裝的各檢測儀器（如DO儀、MLSS儀）的數(shù)據(jù)，由PLC1進行采集。然后PLC1將采集的數(shù)據(jù)通過控制層網(wǎng)絡送至中控室用于控制相關(guān)設備運轉(zhuǎn)。
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(cè)及吸水側(cè)（套筒閥井處）各設一臺超聲波水位計，出水側(cè)設兩個水位，一個正常水位7.8m，一個報警水位8.4m,吸水側(cè)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(tǒng)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(jù)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(fā)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2m；每組內(nèi)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(xiàn)場確定）；
當一格溶解池最低液位時（液位現(xiàn)場確定），自動關(guān)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(diào)節(jié)頻率，手動調(diào)節(jié)沖程控制投加量，使其出水水質(zhì)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(tǒng)，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(xiàn)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(shù)值顯示為主，操作人員可直觀地讀取各種數(shù)據(jù)。
3.13高壓配電系統(tǒng)監(jiān)視功能
此功能主要是對高壓配電及供電系統(tǒng)的開關(guān)是合是斷，通過在上住機（CRT）顯示來提示有關(guān)人員。具體顯示以示意圖的形式實現(xiàn)。
3.14時間累計、故障次數(shù)和報警功能
主要功能是對所有設備運行的時間進行統(tǒng)計。報警功能是對設備運行出現(xiàn)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(xiàn)了故障。故障出現(xiàn)時，運行設備立即停止運行。此部分功能的實現(xiàn)，為有關(guān)人員確定設備大修時間及日常保養(yǎng)次數(shù)提供了依據(jù)。
4.自控系統(tǒng)的使用效果
4.1快速準確地反映運行異常情況
當現(xiàn)場現(xiàn)出任何的異常情況，可通過監(jiān)控系統(tǒng)和上位機系統(tǒng)一目了然的看出問題。有設備出現(xiàn)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(zhì)的提高
實行自控，運行人員合并值班操作，對職工素質(zhì)的要求也相應地變?yōu)閺秃闲?，這就進一步激發(fā)了職工特別是青年職工學文化、學技術(shù)的積極性。
4.3為降低運行成本創(chuàng)造了條件
關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機組；調(diào)速自動控制系統(tǒng)
水輪發(fā)電機組調(diào)速自動控制系統(tǒng)經(jīng)歷了機械液壓式調(diào)速器、模擬式電液調(diào)速器和數(shù)字式電液調(diào)速器幾個發(fā)展階段，取得了長足的發(fā)展。但是，隨著大容量機組和大型互聯(lián)電力系統(tǒng)的出現(xiàn)及其對電力系統(tǒng)自動控制要求的提高，對水輪發(fā)電機組調(diào)速自動控制系統(tǒng)(以下簡稱“調(diào)速系統(tǒng)”)提出了更高的要求，出現(xiàn)了許多需要解決的新問題。如自動發(fā)電控制(AGC)自動控制機組有功功率時調(diào)節(jié)品質(zhì)問題，發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定的作用問題等[1]。
1、水輪發(fā)電機組調(diào)速自動控制系統(tǒng)存在的問題
(1)機械液壓式調(diào)速器和模擬式電液調(diào)速器，一般都沒有有功功率反饋，機組有功功率調(diào)節(jié)由運行人員手動調(diào)節(jié)調(diào)速器的頻率給定的大小來實現(xiàn)。由于運行人員的智慧和經(jīng)驗，有功功率的手動調(diào)節(jié)是穩(wěn)定的。近年來，隨著電力系統(tǒng)自動控制技術(shù)水平的提高，AGC進人了實用化階段，要求機組調(diào)速系統(tǒng)能夠根據(jù)AGC給出的有功功率值自動控制機組的有功功率.為了適應這種要求，出現(xiàn)了發(fā)電機組有功功率控制裝置。這種裝置接受AGC給出的應發(fā)有功功率指令，作用于機組調(diào)速器。由于調(diào)速器固有特性和控制策略方面的問題，有功功率控制裝置自動控制機組有功功率時，或表現(xiàn)為超調(diào)量大、擺動時間長，或表現(xiàn)為調(diào)節(jié)“遲鈍”。一時間，機組有功功率自動控制的調(diào)節(jié)品質(zhì)成了水電站自動化領域里的一個突出問題。盡管通過控制策略的改進，使問題得到了一定程度的改善，但仍沒有達到理想水平。有的研究者將機組有功功率反饋引人了調(diào)速器，根據(jù)AGC給定的功率和實發(fā)有功功率的偏差來調(diào)節(jié)機組有功功率，但“調(diào)節(jié)信號繞過了PID，繞過了軟反饋”，因此這種控制模式也很難使調(diào)節(jié)達到最優(yōu)狀態(tài)。
(2)控制策略較落后，不能實現(xiàn)功率控制、開度控制、頻率控制的要求和合理切換，不能實現(xiàn)頻率故障、開度故障等容錯控制策略。
(3)不能實現(xiàn)電網(wǎng)的一次調(diào)頻功能，不能達到一次調(diào)頻對頻率死區(qū)、永態(tài)轉(zhuǎn)差率、響應滯后時間等動作參數(shù)的要求。
(4)原調(diào)速器在試驗時需外接多個試驗器材，試驗程序和方法較繁瑣，數(shù)據(jù)記錄不方便。
2、缺少對電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的作用的考慮
2.1機組調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)欠完善
目前，電力系統(tǒng)中運行的水輪發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)，除了前面分析的頻率反饋不完善。沒有有功功率反饋以外，沒有發(fā)電機功角反饋參與是機組調(diào)速系統(tǒng)不能對電力系統(tǒng)穩(wěn)定起作用的重要原因之一。因為發(fā)電機功角變化是反映機組轉(zhuǎn)速和有功功率變化最敏感的參數(shù)。另外，發(fā)電機端電壓和無功功率變化也影響機組轉(zhuǎn)速和有功功率。因此，應當設計具有發(fā)電機的轉(zhuǎn)速(而不是發(fā)電機端電壓的頻率)、有功功率、功角、端電壓和無功功率參與控制的發(fā)電機組調(diào)速自動控制系統(tǒng)。初步理論分析已經(jīng)證明這種調(diào)速系統(tǒng)對于抑制機組頻率和有功功率搖擺、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性具有明顯作用。
2.2調(diào)速器存在死區(qū)
電液調(diào)速器的機械液壓隨動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，存在機械反饋(包括杠桿式反饋和直連式反饋)導致調(diào)速器存在死區(qū)。死區(qū)的存在直接影響了機組調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，使其難以對電力系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)揮作用。因此，簡化電液調(diào)速器機械液壓隨動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，去掉機械反饋參與調(diào)速控制，根除調(diào)速器的死區(qū)，應該成為調(diào)速器研究的主要問題之一。如果做到這一點，就為調(diào)速器在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中發(fā)揮更大的作用奠定了基礎。
3、完善水輪發(fā)電機組調(diào)速自動控制系統(tǒng)的對策
3.1協(xié)聯(lián)關(guān)系運行提高了機組運行效率
電站較早時不能準確采集機組水位信號，且當時的控制器模擬量通道受限制未接入水位信號。改造后調(diào)速器接入水位信號并設置導葉與槳葉的協(xié)聯(lián)關(guān)系數(shù)據(jù)，按協(xié)聯(lián)關(guān)系減少了水輪機的綜合耗水率，提高了水輪機的運行效率。
3.2協(xié)聯(lián)關(guān)系運行減輕了機組振動擺動
水輪發(fā)電機組的振動擺度過大不但會影響機組的正常安全穩(wěn)定運行，嚴重時甚至會引起機組和廠房的損壞，造成嚴重后果。電站曾采取一些措施來減輕振動，未能取得良好的效果，主要原因是機組未按協(xié)聯(lián)關(guān)系運行，機組上導、推力、上機架等多個部位的振動擺動值較大。改造后導葉、槳葉在協(xié)聯(lián)關(guān)系下運行，在試驗和實際運行中通過手測與在線監(jiān)測系統(tǒng)觀察機組各部的振動擺動均符合國家標準要求，提高了機組的安全穩(wěn)定運行程度，提高了水輪發(fā)電機組壽命[2]。
3.3改變控制結(jié)構(gòu)，提高了控制調(diào)節(jié)性能
原調(diào)速器位移反饋信號取自中間接力器，液壓隨動由多級放大組成，機械液壓部分結(jié)構(gòu)復雜、元件較多，調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)響應性較差，接力器不動時間、甩負荷動作時間等數(shù)據(jù)不能達到國家標準要求。通過改變調(diào)速器的反饋結(jié)構(gòu)和方式，在導葉、槳葉的接力器和引導閥處安裝不同類型的位移傳感器，與原中間接力器共同形成多個閉環(huán)反饋回路，不改變調(diào)速器的機械液壓部分，利用控制系統(tǒng)的軟、硬件多閉環(huán)反饋提高了調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度、速動性和穩(wěn)定性。
3.4監(jiān)控系統(tǒng)和在線監(jiān)測系統(tǒng)的功能完善
通過PCC的模擬量輸出模塊和雙路配電器分別將導葉開度、槳葉開度信號送往機組監(jiān)控系統(tǒng)和在線監(jiān)測系統(tǒng)，在正常運行及事故情況下便于對事件進行分析，完善了監(jiān)控系統(tǒng)和在線監(jiān)測系統(tǒng)的功能。
4、結(jié)論
改善水輪發(fā)電機組調(diào)速自動控制系統(tǒng)中頻率和功率反饋;增加功角、機端電壓和無功功率反饋參與機組調(diào)速自動控制;開發(fā)合理控制方式;簡化電液調(diào)速器機械液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，根除調(diào)速器死區(qū);應該成為水輪發(fā)電機調(diào)速器研究的主要問題。如果這樣做了，就可以提高機組調(diào)速自動控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，更充分地發(fā)揮調(diào)速器的作用。這不僅對提高電力系統(tǒng)頻率的質(zhì)量有益.而且也會對電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制起更大作用。
參考文獻：
