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智能灌溉范文1
中图分类号:TP29文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)15-0209-02
Design and Implementation of Intelligent Automatic Irrigation System
LI Kai, OU Dan, WU Yun
(Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou 221008, China)
Abstract: An automatic irrigation system with tap-water generating electricity was design for saving water, irrigating plants in season and avoid irrigating it at noon. The electricity generating equipment is connected between two water pipes, the small waterproof electricity generator is placed in a sealed plastic shell, the power is generated when the water flowed through turbine blades and stored into a storage battery after the voltage is boosted from 4~5 V to 12 V through the voltage boost circuit. The signals are gathered by the humidity resistance and the photosensitive resistance, judged by NE555, through CD4073 and the delay circuit to control the magnetic valve, the humidity, brightness and delay time can be adjusted. The tap-water generating electricity system owns perfect sealing property and high efficiency through experiments. The device can save energy and beautify the environment.Keywords: intelligent control; automatic irrigation system; 555 circuit; humidity resistance
0 引 言
水是生命的基础,植物正常的生命活动就是建立在不断地吸水、传导与运输、利用和散失的过程之上。在我国水资源却严重不足,使我国成为世界上13个淡水资源最贫乏的国家之一[1]。人均占有淡水资源仅为世界人均占有量的四分之一。水资源的匮乏给我国农业发展带来了极大的障碍和困难。农作物生长的土壤需要保持一定的湿度,人们通常根据种植的经验对农作物进行灌溉,不能及时或不能精确地控制浇水的多少,往往造成大水漫灌,在很大程度上白白地浪费掉一大部分水资源[2]。如何利用有限的水资源,走“节水农业”已经成为农业生产获得最佳的效益和持续稳定发展的增长点。因此使用自来水发电的智能灌溉系统,控制喷灌和微灌系统,能有效地减少田间灌水过程中的渗漏和蒸发损失。现有的灌溉系统都要外接电源,存在一定的安全隐患且较麻烦。本系统可在无供电条件的地区使用,其最大优点为节水、节能、节约劳动力。
1 设计目标与实现方案描述
针对现有的自动灌溉系统都需要外加电源供电,存在一定安全隐患,而且现有的自动灌溉装置的程序一般固化在系统的程序存储器内[3-4],只能简单地设置灌溉时间及循环时间,不能灵活根据季节不同自动调节等缺点,该系统将小型直流发电机接上风叶至于密封特制的盒子中,用水流带动风叶旋转来发电,再将电能储存到蓄电池中以给监控电路和电磁阀供电。 该装置是以湿敏电阻和光敏电阻检测信号,自来水发电[5]用作供电的一种无需外接电源的自动灌溉装置。该装置监控电路由信号采集部分[6],灌溉控制部分,电源部分,执行部分4部分组成。如图1所示。
1.1 信号采集部分
1.1.1 土壤湿度检测
采用硅湿敏电阻作为检测土壤湿度的传感器,它在25 ℃时响应时间小于5 s,检测土壤含水量范围为0～100%。
图1 监控电路
当湿敏传感器插入土壤时,由于土壤含水量不同,使得湿敏传感器的阻值也不同。通过湿敏电阻和IC1 NE555判断湿度强弱,如果是土壤较干燥,湿敏电阻阻值较大,NE555翻转,输出高电平(约为电源电压)。
调整时,将湿敏电阻插入水内,调RP1使NE555[7-9]的3脚输出为12 V,然后将湿敏电阻从水中取出并擦干,调RP1使输出0 V,这样反复调节多次即可达到要求。
1.1.2 日光强弱检测
通过光敏电阻和NE555判断光线是否强烈,如果是中午光线较强烈,IC2 NE555的3脚输出低电平,此时无论土壤干燥与否均不浇水。此处用NE555进行判断,当傍晚日光较弱,光敏电阻阻值较大NE555翻转,输出高电平(为电源电压)。
1.2 灌溉控制
1.2.1 与门判断
当IC1和IC2同时输出高电平时,IC3 CD4073输出高电平。无论IC1和IC2中任一不满足条件,IC3都输出低电平。
1.2.2 延时电路
通过CD4060和电容电阻和可调电阻组成的震荡电路实现延时从CD4060开始工作到进入保持状态这段时间就是灌溉时间。可调节RP3的阻值来改变延时时间 。
1.3 电源部分
由于自来水在水管中流动的速度较快,可以把其中的部分动能回收利用。用自来水压力推动风叶片带动微型的发电机[10],将发电机发出电能存储到锂电池中,再通过升压电路将锂电池中电能转存到6 V或者12 V蓄电池中。用这部分电能为自动灌溉监控电路提供电能。
1.4 执行部分
使用湿度检测部分输出的电压来控制继电器的吸合,进而控制电磁阀的通断,实施自动灌溉。
电磁阀与电源间加一开关,使其可强制打开和关闭。当想欣赏灌溉美景时,强制打开电磁阀即可。
2 结 语
试验证明该装置具有下述优点:
(1) 系统稳定性好。电路主要由模拟电路构成,要求精度不高,稳定性好,监控范围和延时时间都可调节。
(2) 安全性高。本装置由自来水发电,输出为低电压,无任何安全隐患。
(3) 成本低。该装置无需外接电源,无噪音、造价低、体积小、适用范围广泛,很容易推广使用。
(4) 环保。自来水发电节约能源,无污染,保护环境。
(5) 可与园林开发商合作,可为种植业节省大量的人力、物力,该节能设备将成为种植业的受益点。
(6) 可用于偏远山村,电力不发达的地方,使当地的经济作物生长的更好。
参考文献
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智能灌溉范文2
【关键词】C8051F340；can；物联网；cp2200
物联网就是“物物相连的互联网”，通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。我国是农业大国，人口众多，对粮食蔬菜等农作物需求巨大，随着农村大量劳动力流向城市，农村劳动力长远看会出现短缺，而我国农业灌溉中大多还是采用传统的灌溉方式，不仅耗人力而且水资源也是浪费，传统的灌溉还有不及时，效率低，灌溉量不精确等问题。本文提出了智能大棚灌溉系统的设计，研究了通过传感器检测来判定是否灌溉，灌溉是否完成，充分考虑关照，温湿度等对需求量的影响，并考虑到不同季节不同作物需水量的不同，通过水位监测判定是否灌溉完成，通过vc界面选择不同季节，不同作物，通过传感器检测到的环境参数与上位机数据库中的标准参数比较，判定是否要进行灌溉，灌溉量是多少，由上位机传达命令到下位机控制执行机构工作，进行浇水灌溉，达到最佳的灌溉效果。
1.总体设计
1.1 总体框图
如图1所示，由C8051F340构成网络节点，传感器采集的信息输入到这些从机，从机通过can总线传递给主机C8051F340，主控机汇总消息，传输到网络然后传到上位机电脑，采集的数据信息与上位机中数据库内的标准参数比较，分析，优化，最后上位机发出控制命令控制下位机工作。
1.2 下位机框图
下位机（如图2）由C8051F340单片机和采集装置、执行机构组成。其中C8051F340单片机是核心，起控制作用；采集装置由一些传感器构成。灌溉时要考虑光照，空气温湿度故检测装置有光照传感器和温湿度传感器，灌溉是否完成需要水位监测；执行机构有通风装置，灌溉装置和加温装置，在灌溉时需要通风，而冬天东风温室大棚内温度会低，故要进行加热升温，当需要灌溉时，单片机从机接收指令，控制执行机构动作，实现灌溉。
2.硬件设计
C8051F340是美国Silabs公司生产的与标准8051兼容的高速单片机，它具有速度高，功耗低，有丰富的设备，片内还集成了数据采集和控制所常用的模拟部件、其他数字外设和功能部件，是完全集成的混合信号系统及芯片。
2.1 传感器与单片机的连接
如图3，温湿度传感器选用SHT11，这是瑞士Sensirion公司生产的具有二线串行接口的单片全校准数字式新型相对湿度和温度传感器，可用来测量相对湿度、温度等，分辨率高。光传感器选用TSC2561，它是TAOS公司推出的一种高速、低功耗、宽量程、可编程的光强度数字转换芯片，可直接通过I2C总线协议，由MCU访问。
SHT11的供电电压范围为2.4-5.5V，建议供电电压为3.3V。在电源引脚（VDD，GND）之间须加一个100nF的电容，用以去耦滤波。
2.2 Can总线
CAN属于现场总线，能有效的支持分布式实时控制，主机向从机1命令时，其他从机可接受命令，但不需要作出反应，只有从机1接受命令并作出反应，在CAN总线通信中，控制器采用PHILIPS公司的SJA1000和收发器选用82C250芯片。为了增强抗干扰能力，选用了高速光电耦合器6N137。单片机对SJA1000进行初始化，通过控制SJA1000实现数据的接收和发送等通信任务。采用双绞线进行连接。SJA1000的AD0-AD7连接到单片机的8个I/O接口，对应的引脚相连，单片机可对SJA1000执行读写操作，可通过中断方式访问SJA1000，如图4。
2.3 以太网控制器与单片机连接
如图5，CP2200是集成了IEEE 802.3以太网媒体访问控制器（MAC）、10Base-T物理层（PHY）和8KB非易失性FLASH存储器的单芯片以太网控制器；可以为具有11个以上端口I/O引脚的任何微控制器或主处理器增加以太网通信功能；8位并行总线接口支持Intel和Motorola总线方式，可以使用复用或非复用方式寻址；是目前体积最小的单芯片以太网控制器。
将地址总线端口A0～A7接F340的管脚P2.0～P2.7，数据总线端口D0～D7接P4.0～P4.7，F340通过这两条总线对CP2200进行寻址和数据收发。INT和CS和分别接F340的管脚P3.6和P3.7；单片机通过管脚P3.6控制CP2200，CP2200通过P3.7向单片机发出中断申请。
2.4 执行机构
电动机作为执行机构，负责通风，灌溉，加热，执行机构均由继电器间接控制。所用电机为步进电机，方便控制器控制速度，电磁阀采用220V交流的，型号：2W-160-15，型式：常闭式（即：通电打开，断电关闭；）。
2.5 注意事项
（1）电磁阀远离控制器，需通过继电器间接控制，另外要加入电阻电容缓冲，防止影响控制其正常工作。
（2）电源采用开关电源，接通220交流电，输出12V6A直流电，电流电压都要注意，电流过小会造成开关冒火花但电动机不工作。
（3）C8051F340与继电器之间加反相器，控制电动机，防止启动时烧坏电源。
3.系统软件设计
3.1 上位机设计
界面采用vc编程，参数放置采用数据库，不同季节灌溉量不同，不同季节具体灌溉量在数据库中设置好，比如夏季要增加灌溉量，冬季要减少灌溉量，在界面中可用鼠标点击按钮选择季节。同样不同的作物也是。光照不同，空气温湿度不同，灌溉量也不同，具体的标准参数设置在数据库中，检测到的信息与标准参数进行比较。
主机通过无线传输接受从机发来的信息，然后通过无线传输装置发送到上位机PC，上位机专家系统中有不同作物（西红柿、茄子、辣椒、西瓜等）的标准参数（不同的作物在不同的季节所需要的光照，温度，水分不同，白天晚上温差大时所需要的光照也不同），标准参数与采集的信息比较后发出命令，主机接收上位机的指令，传给从机节点。
上位机控制下位机关键是协议，协议要一致，比如在上位机中设置ComPort.Settings="4800，n，8，1"那么下位机程序中要对应，可以这样写程序：
EA=1；ES=1； TMOD=0x20； SCON= 0x50；
TH1=0xF3；//定时器初值高8位设置//12MHZ晶振，波特率为4800
TL1=0xF3；PCON=0x80；TR1=1；
3.2 CAN通信软件设计
（1）SJA1000的初始化子程序：初始化包括工作方式的设置、接受滤波方式的设置、接收屏蔽寄存器和接收代码寄存器的设置、波特率参数设置等。
（2）发送子程序：发送时将等待发送的数据按特定格式组合帧报文，送入SJA1000发送缓存区，启动SJA1000发送即可。
（3）接收子程序：处理接收报文的过程中，同时要对诸如总线关闭、错误报警、接收溢出等情况进行处理。
4.结束语
本文提出了基于物联网的专家系统，利用C8051F340单片机与can总线以及以太网控制器进行设计，利用传感器检测环境参数，通过与标准参数比较做出判断，温湿度不同，光照不同时，电脑自动设置不同的灌溉量，有利于精确灌溉，节约用水，有利于植物的生长，节约了人力资源。
参考文献
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智能灌溉范文3
本文通过对国内外智能化节水灌溉技术的研究及应用现状分析，分析了我国智能化节水灌溉技术的发展现状及其存在问题，并阐述了在我国发展智能化节水灌溉技术的必要性，这将对节约用水、提高作物产量，促进我国现代化节水农业的发展具有十分重要的意义。
我国水资源总量丰富，但人均占有量不足世界人均值的1/4，作为农业大国，农业用水占据全国总用水量的70%以上，日益严重的水环境污染和水资源浪费，更加剧了水资源的缺乏，使得用水矛盾更加凸显。随着水资源的日趋紧张，世界各国都在积极探索行之有效的节水措施[1]。
喷灌法、微灌法、渗灌法等，都是为解决水资源不足、提高灌溉水利用效率而发展起来的现代化的高效节水措施[2-3]。然而与节水农业发达的国家相比，我国的喷灌、滴灌占有效灌溉面积的比例极低，且自动化、智能化程度不高，这与我国水资源严重紧缺的形势不相适应。
1 国外智能化节水灌溉技术的研究
智能化灌溉是为了能更加高效的利用水资源，达到最优的节水增产目标，把生物学、人工智能、微电子等多种高新技术结合到节水灌溉技术中，按照不同作物对水的需求量不同进行不同水量的灌溉。
其中智能化灌溉控制器是智能灌溉的核心，能根据降雨量、当前温度、历史用水情况，以及土壤含水量等要素，自动调整灌溉运行时间[4]。
随着现代工业向农业的渗透和微电子技术的应用，国外的设施农业也不断地向智能化方向发展[5]。雨鸟公司、摩托罗拉等几家公司在20世纪80年代成功研制了智能化中央计算机灌溉控制系统，并且随着计算机硬件、软件的飞速发展，该系统也得到了越来越多的应用。
国外节水灌溉技术发展较早，已经形成了一定的规模，加上他们利用先进的电子计算机技术实现了对灌溉控制的自动化管理。其中又以美国、以色列、澳大利亚等几个国家最为突出。
美国瓦尔蒙特工业股份有限公司和ARS公司联合开发的一种红外湿度计能够自动读取作物叶面湿度，并将其反馈给中央控制器，然后通过电脑对灌溉系统发出灌水的指令;以色列极度缺水，通过全国铺设管道输水来降低输水损失，并大量采用喷灌、滴灌技术，通过家庭计算机和无线控制技术对灌溉实行自动化的管理使得其灌溉水有效利用系数达0.9以上[6-7]。
2 国内智能化节水灌溉技术研究现状
我国的节水农业根据我国国情，在科技工作者不断地推陈创新中形成了自己的特色和优势，但在现代化的信息技术、现代工业、人工智能的利用上与发达国家相比依旧存在差距。在农业节水灌溉技术上缺乏竞争力。
自1990年起科技部通过863计划，我国就开始实施农业节水智能化示范区的工程建设，近些年来智能化节水灌溉已有所发展。
北京市第1个农村节水灌溉计量信息化管理的示范区通州区，于2010年建成实现了村级农业用水的智能化计量管理[8];云南省昭通市昭阳区的智能化灌溉苹果园，利用电磁阀实现了对园内滴管、微喷设施的远程控制[9];
唐山市丰南区的智能井房建设更是做到了计算机与遥感技术、传感器等的结合，联系农业部土壤墒情、气候预报，做到了更加精准的农业灌溉[10]。这些智能化的灌溉及管理措施给当地供水部门的工作带来了便利的同时也极大地提高了农业用水的效率，也实现了农业的增产增收。
虽然智能化节水灌溉在我国已有所探索并在局部地区开始应用，但这些只是局部小范围的，而且靠大量的财政扶持，尚没有形成一个完整的产业体系，也没有做到大范围的推广。
3 智能化节水灌溉的必要性与趋势
2012年国务院办公厅印发的《国家农业节水纲要(2012-2020年)》[11]给出了到2020年农田灌溉水有效利用系数达0.55以上发展目标。截止2013年底，我国高效节水灌溉面积为1.42×107hm2[12]，根据相关部门预测，到2030年底我国缺水量将高达1300～2600亿m3，其中农业缺水量达500～700亿m3。
而且我国水资源分布极不均匀，在地域上南多北少、东多西少，在时间上雨季旱季明显，占耕地面积60%以上的北方水资源量只有20%左右。
“十三五”规划中，我国要新增高效节水灌溉面积0.067亿hm2，农田有效灌溉面积达0.67亿hm2以上。如何解决缺水与灌溉面积增加之间的矛盾，来缓解水资源紧缺的问题，实现作物高产稳产，这就需要在灌溉系统中合理地推广自动化控制，并逐步提高节水灌溉的智能化水平。
就目前而言，我国智能化节水灌溉技术还处于初级发展阶段。与节水农业发达的国家相比，我国农业节水灌溉现有水平不高，在引进的自动化控制器中大多不能适应中国的实际情况，不仅如此，高昂的价格更是阻碍了在我国的推广[14-16]。
在国家对农业发展要求和农业用水紧缺的矛盾中，高效的、自动化、智能化的节水方式应该成为我国农业节水灌溉的发展目标。而发展的相对滞后也带来了潜在的巨大市场。
4 结束语
水资源短缺与水污染严重是世界性问题，农业是用水大户，如何解决农业用水浪费、提高灌溉水利用率是世界各国面临的共同问题。在现代工业的支撑下，现代农业节水灌溉技术也在向着智能化方向发展。
随着社会对农业要求的不断增高以及现代化农业技术水平的不断提升，结合人工智能、现代信息技术、3S技术的应用，农业节水灌溉技术也将有更深层次的发展，从自动化的不断普及开始，向更安全、高效、多功能控制的智能化节水灌溉方式迈进，这必将给中国的节水农业带来巨大的社会效益和经济效益。
智能灌溉范文4
方法/步骤1短信作为最为方便快捷的通知方式，需要进一步丰富功能，提升价值，智能短信可以满足相关需求。
2目前的客户痛点是短信不能根据类型区分优先级，智能单向无法交互，不能发送图片和视频。
3通过优化通道，不能在客户侧区分不同短信类型，通道拥塞的问题仍然无法得到有效解决。
4短信的上行交互体验差，用户学习成本高，指令内容不好理解；彩信的接受成功率也比较低。
5智能短信可以区分短信类型，给予差异化保障，关键场景还可以利用闪信的弹出特性。
6提供菜单化卡片等直接在短信收件箱中进行交互，通过富媒体技术实现短信直接发送图片视频。
智能灌溉范文5
关键词：路灯节能改造 数字化智能 管理系统 城市照明 前景
中图分类号：F426.6 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）06-0-01
随着我国城市的现代化发展逐步完善，城市照明建设也面临着巨大的挑战，传统路灯以及人力管控照明系统显然已经无法适应现代化城市的发展，不仅会造成能源浪费，而且难以满足城市夜景美化与科学控制，因此，对城市路灯节能改造与应用数字化智能管理系统显得迫在眉睫。
一、城市路灯节能改造
1.节能改造方法
（1）严格按照照明标准设计。城市道路照明系统在进行节能改造设计的过程中，要严格按照国家制定的照明标准，在确保路灯照明标准符合国家标准的前提下，尽量遵从节能原则，对不同道路的路灯照明等级进行划分，让光能的利用实现最合理化[1]。在进行城市路灯节能改造时，必须制定多种执行方案，然后结合不同因素对所有方案进行综合考量，在保证道路照明标准不降低的基础上，选择电能低消耗、照明高亮度的最佳方案，进一步确保城市路灯照明系统趋向节能、经济。
（2） 路灯开关时间的合理化。为了实现降低电耗、节约能源的目的，城市路灯照明系统的开关时间要进一步合理化。在进行城市道路照明系统的设计之前，应该对城市不同道路的具体情况进行了解，针对不同的特点去设定开关时间的不同。同时，道路中的人行道与机动车道的路灯开关时间应区分开来，因为通常城市的后半夜，人流与车流都相对较少，在保证交通安全的基础上，路灯设计时应适当降低照明亮度，一般做法就是在后半夜将机动车道的照明灯关闭一半。这样一来，照明亮度的降低，有效地节约了用电量，从而在一定程度上实现了路灯的节能。此外，在使用了功率转换型镇流器之后，后半夜车流较少时路灯灯泡的用电功率会自动降低，也是一种有效节能的方法。
2.节能改造前景――节能灯泡
在过去设计的城市道路照明系统当中，基本上都存在用电量巨大的现象，随着能源价格的不断上升，仅仅由路灯照明一项带来的电费支出就已成为当地政府的重担。路灯照明需要用电，而电是由煤炭电厂燃烧发出而成，浪费电能实际上也等同于向大气排放更多的二氧化硫等有害气体，在一定程度上影响着人们的健康。投入使用节能灯泡则会大大降低用电量，自然也就减少了对资源的消耗，缓解了环境污染。同时，节能灯泡的使用寿命会比传统灯泡要长，从而降低了更换的频率，维护成本也随之降低。
节能灯泡目前主要有两种：紧凑型荧光灯和半导体发光二极管LED灯，@两种节能灯泡各有优缺点，但都能够提高用电效率，降低能源消耗，并且光照强度、照明效果都有了更好的提升，使得行人行车的安全性大大提高 。此外，节能灯泡的体积也比传统灯泡要小，使得路灯在造型方面有了更多发挥的空间，在一定程度上提升了城市照明路灯的美观性。
二、城市照明数字化智能管理系统
1.数字化智能管理系统的功能
目前城市照明数字化智能管理系统所具备的功能有如下几点：①系统中装有中央监控装置，该装置可对整个系统进行统一管理控制，根据效果需要对所有照明设备进行调节，效率高且效果好。②系统中设置有自动与手动的切换开关，方便灯组开关的手动操作与自动操作。③系统中具有应急灯组管控设备，即便出现供电故障，也可立即启动应急处理。④系统可对灯具启动时间、使用记录、使用寿命等数据进行记录。⑤系统具有自我保护机制，且可以具有场景预设、定时调节、亮度调节、软启动关断等功能。⑥系统设有其他系统连接端口，方便综合管理平台进行管理。除了这些智能化控制之外，随着科学技术的不断发展，数字化智能管理系统的功能将逐步完善且强大。
2.数字化智能管理系统的应用前景
（1）照明时间与照明亮度的精准控制。一般情况下，城市照明系统中的设备按照功能分类可分为道路照明设备与景观照明设备，其中景观照明设备会根据景观所在的环境与实际情况有一定的预设管理，而道路照明设备的管理相对会更加复杂，下面笔者主要针对道路照明进行详细地阐述与分析。所谓道路照明，主要目的就是要保障行人与行车的交通安全，尤其是要控制好夜晚与恶劣天气发生时的照明时间与亮度。倘若照明时间不够或者亮度不足，都很有可能造成交通事故，特别是路况复杂以及事故多发路段。城市中心路段以及人流量大的路段，倘若照明设备时间开启过晚或者关闭过早，不但会带来交通安全隐患，还有可能带来治安问题。但是出于节能考虑，路灯开灯时间过早或者关闭过晚会造成一定的能源浪费。因此，照明管理工作人员与城市照明数字化智能管理系统研发人员应通力合作，对城市高低峰期的人流与车流数据进行分析，结合实际情况，在人流车流相对较少的时间段，采用降低照明度或者启动半夜灯等方式去节约能源 。此外，数字化智能管理系统还提供感光链接，可以通过对光线强度、角度的感应，去实现对路灯的开关控制，提高道路照明的科学性与合理性。
（2）道路照明与景观照明的精准管理。数字化智能管理系统可充分感知城市道路中的车流信息，从而实现对灯光的精准控制，在确保交通安全的前提下，关闭无效照明，达到节能的目的。与道路照明不同的是，景观照明注重的是对环境的美化效果，为了及时确保景观与照明系统中间的协调性，可应用LED照明给人们带来更好的视觉享受。
结束语
综上所述，从现如今的城市照明需求来看，并时间越久、亮度越高就是最佳的照明方案，在进行城市照明系统的规划设计当中，一定要考虑到节能减排的问题，选择节能型灯泡进行路灯的节能改造。此外，随着城市照明数字化智能管理系统的逐渐成熟，其发展前景不可估量，不仅提升了城市的照明效果，还充分体现了节能减排的理念，并且在物联网的基础上，将整个城市覆盖在现代化的通信设备与通信网络当中，向感知型现代化城市迈进。
参考文献
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智能灌溉范文6
关键词：烟草发展；智能化；科技创新；节能降耗；实时性
引言
在目前烟草企业的生产过程中，为了生产出高产量、高质量的成品卷烟，相关设备运行的稳定性已经排在了首要的位置。针对这一情况，发现在烟丝供应给卷烟设备这一环节中已经无法达到上述要求，我们相关技术人员决定对整个风力送丝系统进行全方位的智能化改造，已期望实现在卷烟生产过程中的高效与稳定。以下，将具体阐述风力送丝系统四大方面存在的问题及如何对问题做出地改造及最终达到的效果。
1 供丝方式的改变
首先，简要介绍一下改造前的供丝方式。在改造前，风力送丝系统的供丝流程是烟丝通过储丝仓下落到正在运行的进料皮带电机皮带上，然后经过进料皮带电机将烟丝传送到喂料皮带小车的皮带上，最后根据卷烟设备的需求喂料皮带小车在轨道上作水平左右定速移动，通过喂料小车上的皮带将烟丝分别送入烟丝旋鼓，再通过负压管道将烟丝旋鼓中的烟丝送到卷烟设备上。
结合平时的使用情况及客观分析，我们发现了两大问题：
（1）过程繁琐，增加了设备运行的故障率，降低了运行稳定性。
据计算，从烟丝进入储丝仓到烟丝最后送达卷烟设备，一共是5个步骤。在这5个步骤中，有两个突出问题：
a.由于在烟丝的输送过程中整个环境烟尘很大，喂料皮带小车的运行轨道上长期积压烟尘粉末，导致小车在水平运行中时常出现颠簸甚至停车的情况，需要人工及时清理轨道上的烟尘粉末。
b.由于喂料皮带小车在轨道上频繁作水平左右运动，小车皮带电机的电源线也会被频繁折叠，导致电源线的短路情况时常发生。
（2）电机及电子检测数量很多，增加了能源的消耗，增加了维修成本。
据统计，以1台供丝机组为单位（总计5台），所使用的各类电机（进料皮带电机0.75kW、喂料小车电机1.1kW、喂料小车皮带电机0.75kW、旋鼓电机0.37kW）在同时工作下的总功率P=4.08kW，整个风力送丝系统5台机组，系统总功率P=20.4kW。
据统计，以1台供丝机组为单位（总计5台），所使用的各类传感器数量总计为22个（旋鼓通道安全开关4个、旋鼓负压开关4个、高低料位检测10个、喂料皮带有料检测1个、喂料小车定位检测3个），整个风力送丝系统5台机组，系统所用传感器总计为110个。
针对上述两大问题，我们着手对供丝方式做出了大的改变，将原来的供丝流程大大简化，由5个步骤改为3个步骤，即通过储丝仓后下落到进料皮带电机，再通过进料皮带电机将烟丝送到一个带有旋盘的圆形料仓内，最后由负压管道将烟丝送到卷烟设备上。详细的过程如下：
（1）简化流程，省去了喂料皮带小车。
如上所述，对供丝方式做出改变后就可以发现已经没有了喂料皮带小车送料这一环节，这样就避免了小车在水平运行中时常出现颠簸甚至停车的情况，也同时避免了因小车的运动导致的电源线短路情况发生。使烟丝在供应的过程中更平稳流程。
（2）大量减少电机及电子检测数量。
在供丝流程简化之后，据统计，以1台供丝机组为单位（总计5台），所使用的各类电机（平带电机0.55kW、上锥盘电机0.55kW、下旋盘电机1.5kW）在同时工作下的总功率P=2.6kW，整个风力送丝系统5台机组，系统总功率P=13kW。
据统计，以1台供丝机组为单位（总计5台），所使用的各类传感器数量总计为7个（旋鼓负压开关4个、高低料位检测2个、圆形料仓有料检测1个），整个风力送丝系统5台机组，系统所用传感器总计为35个。
通过对供丝方式的改变，在烟丝的供应流程中我们总结了两个显著效果：
（1）供丝流程的简化（由5步减到3步），保障了烟丝在输送过程中的流畅性，保障了供丝设备运行的稳定性。
（2）电机及电子检测数量的减少（系统总功率由P=20.4kW减到P=13kW、系统所用传感器由110个减到35个）大幅降低了能源消耗，同时降低了维修成本。
2 烟丝均匀化的改进及造碎率的降低
供应的烟丝质量直接决定着成品烟支的质量，所以，在工艺要求中，提供的烟丝是否均匀、是否成型是非常重要的两项指标。在改造前，由于是通过喂料小车配合旋鼓的方式供应烟丝，在长期的生产运行中，我们发现了两大问题，如下：
（1）烟丝的送料方式是直接由喂料皮带小车的皮带倒入各个有烟丝需求的旋鼓，再通过旋鼓上方的垂直负压管道进入到卷烟设备，在这个过程中有可能有还未来得及均匀松散的烟丝被直接吸入到负压管道，将有可能直接造成负压管道的堵塞，更进一步影响到卷烟设备对烟丝的卷接及烟支成品的质量。
（2）由于旋鼓是以逆时针的方式旋转工作，进入到鼓内的烟丝在旋鼓电机（16个储丝格）的带动下有可能被长时间的摩擦而没有进入到负压管道内，这样，旋鼓内的烟丝的造碎率将大幅提高。会对烟支成品的质量造成极大影响。
针对上述两大问题，我们做出了如下改造：
烟丝通过储丝料仓下落到平料皮带电机（相当于原进料皮带电机）皮带上，然后由平料皮带电机将烟丝送入到一个圆形料仓内，在料仓的内部，有一个可调速双联盘（上旋盘为均分盘、下旋盘为分配盘），两盘旋转方向相反，这样就能使进入圆形料仓的烟丝被均匀的分散，而且也同时降低了烟丝被造碎的概率。
还有，在圆形料仓的仓门上装有一个料位检测，专门用于监测料仓内的料位高度，一旦料位高度达到光电检测的范围并持续10秒钟，整个设备将停止工作，防止了供丝设备的损坏。
通过将原来旋鼓式的供丝方式改为目前圆形料仓可调速双联盘式的供丝方式后，我们发现进入到料仓内的烟丝被均匀地分散开来，在满足了卷烟设备的要料信号后，料仓内的可调速双联盘才开始工作，烟丝被吸入负压管道内，在没有任何要料信号时可调速双联盘就停止工作。大幅降低了烟丝造碎率。
3 实现供丝流量实时调节
根据卷接设备的实时要料信号（负压检测信号ON/OFF）多少进行烟丝流量的控制，以实现烟丝流量能够满足1台卷烟机到4台卷烟机同时工作的情况，是本次风力送丝系统智能化改造的亮点与突破。在改造前，是没有这一功能的，具体的实施情况阐述如下：
（1）为了能够实现对平料皮带电机（P=0.55kW）速度的实时调节，在电机前端加装一台丹佛斯FC300变频器，变频器通过PROFINET协议网络交换机与西门子300PLC实现网络通信。PLC对现场各项传感器等检测元件反馈的信号进行综合分析后就会通过PROFINET网络给变频器发出一个工作信号，变频器根据PLC的命令输出相应的工作频率（单位HZ），以实现对平料皮带电机的调速功能。
（2）在平料皮带电机的运行过程中，具体是怎样来实现不同速度的输出及取决于什么信号呢？
其实，结合现场设备分析后发现，1台风力送丝设备（总计共5台）要为4台卷接机组提供烟丝，在每台风力送丝设备上就安装有4个负压管道，每个负压管道上装有一个负压检测，当负压管道内产生负压后，负压开关的常开触点（NO）将自动闭合，PLC的ET200S子站将在第一时间收到负压开关的数字信号。PLC计算后得出，负压开关的信号个数一共有1、2、3和4这四种情况。根据这四种情况，我们相应地设计出料皮带电机与之对应的四个运行速度。在有1个负压开关信号时变频器输出15HZ，在有2个负压开关信号时变频器输出25HZ，在有3个负压开关信号时变频器输出35HZ，在有4个负压开关信号时变频器输出45HZ（频率越高速度越快，不超过50HZ）。这样PLC就会根据卷接机组的负压开关信号数量（1、2、3、4）给现场的丹佛斯FC300变频器发出输出不同频率（15HZ、25HZ、35HZ、45HZ）的命令。
通过采取现场负压开关信号（ON/OFF）对平料皮带电机实现速度控制，近而实现了烟丝供应的实时调节，既能保证烟丝供应的不间断，又不会造成烟丝供应的过量及浪费。使烟丝的供应环节向精细化迈出了重要的一步，也同时使整个风力送丝系统更加的智能化和自动化。
4 设备报警系统的改善
风力送丝的报警系统是否完善直接关系到风力送丝系统运行中的人身安全及设备安全。在设备出现故障后及时的通知值班人员前来查看，在有必要的情况下通知维修人员前来检修，才能有效地保障生产工作的正常开展及避免设备造成不必要的损坏。在改造前，风力送丝系统的报警功能不完善，主要问题如下：
（1）现场的风力送丝机（共5台）电控箱门上没有380V三相（A、B、C）交流电指示灯与24V直流电电源报警指示灯。
380V三相电源指示灯是电控柜门上必须要安装的，它能够起到直观地提示三相电源的供电是否缺相，方便排查故障。24V直流电源指示灯也很有必要，因为接入现场电控柜内的各类传感器（光电检测、负压检测、料位检测）及带PROFINET网络接口的PLCET200S子站需要稳定的24V直流电源，24V电源指示灯能够很好地辅助电工排查故障。
（2）现场的总电控柜（编号FS-PD00）上没有安装声光报警系统。
声光配合的报警系统能够有效地提示操作人员发现问题，这一点是以前忽略了的问题。因为在此改造之前，在计算机上，操作人员需要打开监控界（IFIX系统）面才可以查看风力送丝系统各项（网络、电机运行状态等）报警信息，有一定的滞后性，不利于生产的连续运行。
（3）现场的风力送丝监控界面上没有报警信息历史记录。
报警信息的历史记录的缺失对于系统排查风力送丝系统的设备问题非常不利，这样不便于维修人员综合分析风力送丝系统存在过的问题，进而更有效的解决问题，保障生产的顺利开展。
针对设备报价系统的上述三大问题，我们做出了以下对应的三项完善措施：
（1）在现场的风力送丝机（共5台）电控箱门上分别安装380V三相（A、B、C）电源指示灯与24V直流电源指示灯。在正常情况下，380V三相指示灯处于常亮的状态（黄、绿、红），非正常情况下，至少有一相指示灯熄灭。24V直流电源指示灯在正常情况下指示灯常亮（白色），非正常情况下，熄灭。
（2）在现场的总电控柜（编号FS-PD00）上安装一个蜂鸣器与报警灯合一的组合灯座，一旦在设备出现故障后，PLC向蜂鸣器与报警灯发出信号，蜂鸣器鸣叫，报警灯闪烁。提示现场的操作人员设备出现异常，需要及时处理。
（3）在现场的风力送丝监控界（IFIX系统）面上增加一项名为“报警历史”的菜单，这样，我们的维修人员可以在需要的时候查看报警信息，也为设备的后期维护保养工作提供坚实有利的保障。
通过对风力送丝系统的报警系统进一步完善，首先，使风力送丝系统的故障信息及时地反馈给操作人员，避免了信息的滞后问题，不至于对生产的过程产生更严重的影响。其次，为维修人员排查系统故障提供了有力的帮助与提示，对于系统问题的确定指明了方向。最后，对“报警历史”模块的补充更好地完善了问题收集工作，使我们在风力送丝的过程中能够更准确、更丰富、更全面地把握风力送丝系统的所有问题，为风力送丝系统的良性运行打下坚实的基础。
5 结束语
随着对卷烟制造工业的生产卷烟质量及产量的要求不断提高，引进最新的科学技术来保障生产的良好运行已经成为新常态。在这样的形势下，对工作在车间一线技术人员的职业水平提出了更高的要求。不断地学习最新的理论知识并在生产实践中积极地思考、总结和创新，才能确保技术人员的职业能力永远保持在一个较高的水准。中国烟草制造业向人工智能化发展已成为必然趋势，将我们的努力实践与科技创新更好地结合起来，必然能够使中国烟草迈向更高的台阶，使中国制造业拥有更灿烂的明天。
参考文献
[1]西门子人机界面（触摸屏）组态与应用技术（第2版）[M].
[2]现场总线技术及应用教程（第2版）[M].
[3]VLT Automation FC 301/302手册[Z].
[4]VLT变频器-Safe Torque Off手册[Z].
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