智能称重控制技术在配肥领域的应用

时间：2020-01-05

一、项目背景概述随着现代农业技术的快速发展，农作物的施肥方式也发生了重大的变革，由传统的粗放式施肥向精准施肥、数字化施肥发展。20 世纪70年代联合国粮农组织提出用土壤测试和植株分析进行施肥推荐，提高了施肥的精准度。从2005 年国家启动实施测土配方施肥项目以来，截止到2010 年，测土配方施肥项目县（场、单位）达到2498 个，收益农户达1.5 亿，推广面积达11 亿亩以上，2012 年力争实现全国测土配方施肥技术推广13 亿亩，免费为1.8 亿农户提供测土配方施肥技术服务目标。项目在取土化验和田间试验基础上，制定科学施肥配方，指导农民按方施肥，提高了科学施肥水平。为解决测土配方施肥技术到位率低的问题，项目实施过程中，一些地区借鉴发达国家的经验，开发智能配肥设备，建立配肥站，将施肥配方转化成配方肥提供给农民，大大提高了测土配方施肥技术成果的到位率和应用率。智能称重控制技术和网络化管理技术在测土配方施肥项目上起到了积极的推动作用。
二、智能称重控制技术介绍
（一）多称重单元增量式智能精量配肥系统设备外型如图1 所示，称重控制系统如图2所示。智能称重控制系统工作介绍：本智能称重控制系统通过触摸显示屏操作工控机中的“测土配方智能配肥控制系统软件”，查询出农户田地农作物所需要的配方或查出要生产的配方后，把配方数据通过MODBUS 通信模块传输至A、B、C、D 四台称重控制器，四台称重控制器根据配方要求分别控制对应的称重单元进行定量称重，各个称重单元称重完成后，将称重数据上传至工控机，并将已称好信号给PLC，PLC 收到四台称重控制器的已称好信号后，控制四个称单元同时放料，并把混合机开启，混合机混合一段时间后，开门放料，PLC 控制混合机的混合时间和开门时间可由“测土配方智能配肥控制系统软件”通过MODBUS通信模块进行修改，肥料通过双螺旋输送线和成品料提升机到达定量包装设备，通过定量包装设备进行定量包装。本系统中原料的提料，四种原料各自的定量称重、混合，以及成品定量包装都是并行进行的，每个环节都是独立的，配肥速度快，所以本智能称重控制技术非常适合规模化生产设备。

（二）单称重单元增量式智能精量配肥系统设备外型如图3 所示，智能称重控制系统如图4 所示。系统工作控制原理：通过触摸显示屏操作工控机中的“测土配方智能配肥控制系统软件”，查询出用户田地农作物所需要的配方后，通过MODBUS- RTU 通信协议，把配方发给触摸屏称重控制器，称重控制器根据配方比例数据REC_a：REC_b：REC_c 和设备的每批次较大称重重量M 分别计算出A、B、C 肥料的目标值Ma，Mb，Mc，计算公式如下：Ma=M×REC_a/(REC_a+REC_b+REC_c)Mb=M×REC_b/(REC_a+REC_b+REC_c)Mc=M×REC_c/(REC_a+REC_b+REC_c)

然后控制器控制称重单元定量称重，首先控制A 给料机构定量给料到Ma，然后控制B 给料机构定量给料到Mb，同理控制C 给料机构定量给料到Mc，称重计算公式如下：M(总重)=Ma+Mb+Mc；由于本系统的称重单元和混合机构合为一体，因此称重完成后，启动混合机构对肥料进行混合，然后放料并进行包装，最后称重控制器会把配肥日期、肥料配方，每种原料的实际重量、价格，肥料的使用方法通过微型打印机输出来给农户，这个配肥凭条既有结算的功能，也有施肥指导的功能。本系统将配肥、定量称重、混合、包装融为一体，组成一个小型化配肥站，适合个性化配肥模式。由于采用单称重单元增量式称重控制，每种原料要依次称重，因此系统的配肥速度和采用**种称重控制技术的系统相比要慢。

（三）多称重单元减量式智能精量配肥系统设备外型如图5 所示，称重控制系统组成如图6 所示。系统工作控制原理：通过触摸显示屏操作工控机中的“测土配方智能配肥控制系统软件”，查询出用户田地农作物所需要的配方后，分别计算出A、B、C 肥料的目标值Ma、Mb、Mc，然后把配方数据通过RS485 总线的MODBUS 通信协议，分别发送过称重控制器A、B、C，配方发送成功后，工控机上的“控制软件”再发送允许定量称重信号，称重控制器A、B、C 根据收到的配方目标重量开始定量称重。本称重控制系统采用减量法称重，称重原理是：首先把秤斗投入充足的肥料，然后打开秤斗门下料，假设要称重的目标重量为W1，称重前秤斗中肥料总重为W2，称重完秤斗剩余的肥料重量是W3，计算公式如下：W1=W2-W3；称重完成后，启动搅拌机构对肥料进行混合，然后进行成品包装。最后，工控机通过“测土配方*配肥控制软件”会把每种肥料的实际称重值存入数据库中并把相关数据通过打印机打印出来给农户。本系统结构设计没有料仓，所以提料、定量称重、混合是依次进行的，但设备整体高度与前两种配肥系统相比要矮。

三、网络化管理技术介绍配肥领域应用的网络化管理技术是利用开放的互联网技术，将配肥终端、服务器、网络客户端连接起来，所有数据通过网络服务器进行交换，构建土壤信息管理，肥料配方信息管理，农户信息管理，配肥终端控制，肥料信息监管，配肥数据查询等为一体的信息化管理平台。网络化管理系统组成框图，如图7 所示。网络化管理系统介绍：网络化管理系统中的配肥终端首先从服务器更新当地的土壤信息、肥料配方信息、农户信息。更新完成后，配肥终端管理员为每个农户配发一个智能IC 卡，此卡用于存储农户个人信息和自家田块的信息。农户需要肥料的话，只需把卡插到读卡器中，输入要种的作物、田块面积，就可以自动配肥。配肥完成后，配肥终端会通过不干胶标签打印机输出每袋肥料的一销售编码、配方信息、价格等信息，并且把每次配肥的农户信息、配方信息、每种单质肥的重量数据、销售价格等数据发送给服务器，管理员可以通过互联网任意一台客户端，通过浏览器查询配肥终端的配肥信息。本系统把土壤*、土肥站、肥料监管部门、肥料销售门店、农户联系在一起。土壤*根据土肥站的田间试验、土壤养分数据、结合气候、地貌、土壤、耕作制度等给出不同作物的施肥配方，并把这些信息传送到配肥终端；农户可以在销售门店通过智能IC 卡购买到采用科学配方的肥料；肥料监管部门根据销售编号可以查询每包肥料的养分信息，通过对肥料养分含量的测试，可以判断销售的肥料是否符合标准；销售门店可以实时查询肥料销售情况。这样管理员通过互联网给农户进行技术服务和管理，使农户脱离传统施肥方法，提高了科学施肥水平。

四、结束语综上所述，智能称重技术和网络化管理技术应用于配肥领域，可以直接将科学的施肥配方转化成配方肥提供给农民，达到提高肥料利用率、提高作物产量、保护环境、节约成本的目的；这些技术应用是信息化带动农业现代化典型案例，对加快我国农业信息化建设具有重要的推动作用。

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