最新文章
方家论道
当前位置: 首页 >> 方家论道 >> 正文
如何保证滴灌自动化工程成功的经验介绍
发布人:网站管理员发布时间:2014年09月29日 浏览:

——2014年9月全疆农业高效节水信息化建设现场会交流材料

上海远恒信息技术有限公司 张凡

 

灌溉自动化控制是信息技术在农业生产的具体应用,是现代农业发展的方向。并已成为我国发展精准农业技术、实现农业生产全程机械化和体现规模化经营效益的必由之路。近年来,新疆在田间滴灌自动化方面已做出了有益的尝试,取得了宝贵的经验和教训。认真总结这些经验和教训是我们在不断前进中必须要经历的过程。

一、基本概念

在讨论灌溉自动化的时候,我们经常能听到不同的名称和概念,每一个表述这些概念的人对它可能也有不同的理解。为了使以下的表述更加准确便于统一理解,我们有必要先对与之相关的一些概念及其相互之间的关系进行说明:

信息化和系统:信息化是指将对象的特征和行为以能够重复利用的方式获取、记录、加工、运用的过程。能够完成这些功能的装置就是信息化系统;一般特指以计算机为核心的装置。例如农产品价格信息系统、农业地理信息系统等。

数字化和系统:数字化是指将对象的自身参数、特征和行为以数字方式进行获取、表达、记录、加工、运用和操作的过程。而实现这些过程的装置就是数字化系统。例如数字地图、数码相机等。

自动化和系统:自动化是指用机器设备代替原来由人工完成的工作的过程,而完成这些工作的设备装置就被称为自动化系统。例如,灌溉自动化系统、过滤器自动反冲洗装置等

智能化和系统:智能化是指代替人进行复杂思维的过程,而能够实现这一过程的系统就是智能化系统。如智能化灌溉系统、智能化施肥系统等。

专家决策系统:收集大量专家的经验予以归纳总结并将其抽象成计算机可以利用专家知识库,并用利用这一知识库对复杂信息进行加工做出优化决策的系统。例如,平衡施肥专家系统,病虫害防治专家系统等。

灌溉自动化系统主要实现了灌溉过程的自动化,它是灌溉信息化的一部分、是实现智能化灌溉的基础,并与灌溉智能决策系统一起组成智能化灌溉系统。

灌溉自动化工程成功的标志:第一是全套滴灌设备(包括水利和自动化)完好运行正常,第二是管理维护人员技能和职责到位,第三是运行和维护费用有持续的来源,第四是连续正常使用三个灌溉期以上。

二、问题与对策

到目前为止,新疆已经投入运行的灌溉自动化系统管理面积已经超过30万亩,产品来自以色列、美国、中国,控制方式也有电缆、水命令管、总线、无线、GSM等……虽然这些系统的产地、设备结构、技术实现手段都有所不同,但实现的功能大同小异,总体上来说都起到了灌溉自动控制的作用,直接效果是降低劳动强度、灌溉计划得以实施、灌水均匀度大大提高。从而达到了配合滴灌系统实现节水、增产的目标。在大面积使用滴灌自动化系统的过程中,也发现了一些小面积试用中不容易发现的问题,为进一步推广总结了经验。

随着滴灌应用面积的增大,滴灌自动化技术逐渐得到推广,同时我们也看到,灌溉自动化系统应用情况不容乐观,经过2-5年的运行后很多系统没有能够继续运行,究其原因往往是错综复杂的,其中任何一个环节出现瑕疵就会造成整个系统停用,为了解决这些问题,需要我们认真梳理问题发生的根源并找出相应的解决办法。

我们经过十多年的探索和实践总结了很多的经验和教训,得出了从宏观的工程管理到工程实施方案再到微观的产品关键技术和施工方法等一整套保证灌溉自动化系统成功的办法和措施。由于时间和篇幅的限制我在这里只能从个别关键点入手,没能涉及更具体的工程和产品细节非常遗憾,希望今后有机会与大家共同探讨。这里需要告诉大家的是,办法总比困难多,只要各方面共同努力没有解决不了的问题。

(一)问题一:管理者对灌溉自动化认识不足(常见的错误认识)

1.自动化系统没有实用价值

——其实它是合理配置有限资源的有力工具

2.有了自动化系统就不需要人管理了

——其实有了自动化也离不开人的管理

3.自动化系统用的如何完全是承建单位的事

——其实供、建、用三方共同努力才能发挥最大作用

4.自动化滴灌应该完全按照原有的管理模式执行

——其实以轮灌制度必须考虑原有管理模式,必要时进行调整相互适应

5.只要阀门没有正常开关就是自动化系统的问题

——其实阀门动作成功与否是综合因素造成的应认真分析区别对待

6.一个系统的各个部件都是好的,这个系统就一定是好的

——其实系统的好坏不仅取决于部件的好坏还取决于部件之间的匹配和操作。

7.自动化系统的价格由供应商决定

——其实系统的价格构成是多方面的,用户可以在很多方面(例如服务要求和付款方式)、很大程度上影响价格。

对策:加强对项目管理人员的培训,多参考成功项目的管理经验。

(二)问题二:项目参与者对工程的复杂性准备不足

灌溉自动化工程实际是一个贯穿整个灌溉系统建设、应用、维护全过程的工作,它不仅涉及到信息技术、通讯技术、自动化技术,更重的它是农田水利工程的应用管理的工具,利用上述技术为农业生产服务。因此我们每一个项目参与者不论你是管理者、建设者、操作者、使用者以及广大农户,都应该做好以下几个方面的准备:

第一、观念的准备

自动化滴灌技术,是在总结原有的滴灌系统,采用人工操作进行灌溉的基础上,改由自动控制的灌溉。系统灌溉不需要人直接操作,通过预先制定好的灌溉计划或根据作物需水量的参数可以自动起闭水泵和阀门,自动进行灌溉,最终达到科学灌溉,精量灌溉。信息技术在灌溉控制上推广前景没有必要争论,我们需要做的是如何加快推广速度。然而依靠外引设备成本高、不适合中国国情只能停留在试验示范阶段,只有把高新的信息技术通过自主研发转化为实用技术,才是大面积推广、全民普及的本质所在。发展信息化的关键是走出一条国产化、低成本、高实用性、易操作的道路。

1.看到原有滴灌系统使用中存在的不足

2.了解自动化滴灌的优点

3.认识自动化滴灌的必要性

4,明确运行管理的重要性

第二、管理的准备

组织机构

县市级主要责任:建设管理

村级主要责任:运行管理

泵工主要责任:操作管理

农户主要责任:田间管理

第三、技术的准备

1.水利学设计及校核

2.滴灌自动化方案的确定

3.滴灌自动化设备及材料的采购

(三)问题三:自动化灌溉与原有的管理模式不和谐

我们原有的灌溉运行模式更多的在为原有的管理模式服务,而没有按照设计的轮灌制度运行;例如,按照承包地块进行灌溉,甚至按照承包地块进行管道敷设,这些问题在没有进行自动化滴灌时暴露的并不突出,因为原有的轮灌制度是柔性的,一旦实行自动化灌溉就意味着将原设计的轮灌制度钢性化了,这种矛盾也就突出的暴露出来。如果放弃合理的水利学轮灌制度来适应原有的管理模式,就违背了自动化灌溉基本目的;如果坚持轮灌制度就会得罪农户和基层管理者,从而失去最终用户的认可。

对策:加强培训提高认识,依据水利学设计进行生产管理,或者根据管理模式设计滴灌系统。要让从领导开始直到农户都认识到水利设施与管理模式的关系。在管理模式与自动化系统协调一致后它就成为了管理者的有力助手。

(四)问题四:原有水利学设计没有考虑自动化系统需要

原有水利设计在滴灌带的选择、灌溉阀门的数量和位置以及水质、排污、排气等方面往往没有考虑自动化的需求,造成自动化成本过高、故障增多等问题。

对策:进行新的设计时在满足水利和农艺要求的同时应充分考虑自动化的需要,使系统综合成本最低、运行更加可靠。

(五)问题五:正常压力灌溉与地面设备质量的矛盾

大多数原有的滴灌系统或多或少的运行在低压状态,这种现状主要是由两种原因造成的:一是同时开更多的阀门可以减少开关阀门的次数;二是低压运行可以减少地面设备的损坏。这就很有可能出现设备质量越差越需要低压运行,越是低压运行供货商提供的产品质量越差的恶性循环。然而一旦实行自动化灌溉整个系统处于正常的压力下,地面设备的质量问题就会暴露出来,损坏和漏水情况加重。不认真研究的用户可能会误认为自动化系统有问题。

对策:严把产品质量关,杜绝不合格产品进入农田。

(六)问题六:灌溉自动化系统的产品和施工质量问题

灌溉自动化系统在我国还是一个新生事物,直接从国外引进的产品在功能上不能满足我国客户的个性化需求,国内自主研发的产品由于公司规模、研发能力等限制其产品性能良莠不齐,也给用户的使用造成了一定的影响。

同样影响使用效果的还有施工质量,特别是第二年以后重复安装,设备损坏严重、施工责任不清、技术水平有限,从而造成施工方法不规范、工程质量不高影响了日后的稳定运行。

对策:加强产品规范管理,设置检测和监督机制,规范技术服务,避免无证产品和企业进入市场。

(七)问题七:自动化设备的管理、使用和维护水平问题

在大面积使用中很多自动化系统的管理、使用和维护者大多没用得到很好的培训,对设备的性能、特点和日常维护不甚了解,操作、维护不熟练,对供货商的依赖很大。如果供货服务不及时就会造成设备利用率下降,供货商的大量服务又会造成系统成本的增加。

对策:加强用户培训,是用户具有一定的自我服务能力,日常维护由用户完成,产品故障由供货商排除,从而使系统利用率提高,运行成本降低。

(八)问题八:系统配置合理性、实用性问题

现在有些供货商抱着多卖设备的心理地向用户推荐“最先进”、“最全面”的自动化系统,造成用户购进了一些不太实用的设备。各用户单位应该本着求实用和求效益的原则来选择适合于自己的系统方案和配置。

对策:坚持实用为本,掌握更多的知识,避免盲目听信、盲目决策。

(九)问题九:缺少统一的信息标准,容易形成信息孤岛

在新疆范围内已有多种不同厂家的灌溉自动化系统在运行,所有这些系统之间都不能实现信息共享,甚至有的系统根本不支持信息上传。这种现状对于新疆进行集约化管理是很不利的,一个个的信息孤岛正在形成,随着时间的推移,数据共享的难度越大成本也越高。

对策:尽快拿出统一的信息标准,规范各自动化系统供货商,所用系统必须具有数据上传功能。

三、滴灌自动化的发展方向

从今年实施的系统中,我们可以看到一些代表着最新技术的方案和产品,同时也使我们更加看清了灌溉信息化未来的发展方向。

1.自动化滴灌系统的优化设计方案。

滴灌自动化系统是建立在滴灌水利方案基础之上的,水利学方案又是为农业种植服务的,因此我们要将这三个方面需求和成本综合考虑研究自动化滴灌方案,进一步降低新建自动化滴灌系统总体造价。

2.采用统一、开放的数据标准,实现数据共享。

为适应新疆集约化管理,减少中央监控系统的投资成本和管理成本,实现自上向下一体化管理和自下而上数据一致性传输。非常有必要建立一套贯穿自治区、地州、县乡、首部的一体化滴灌管理系统。

3.大力开发国产设备,尽力降低系统成本。

随着国内滴灌自动化控制技术的不断成熟,要着力实现相应的自动化设备的本地低成本生产。其中电磁阀在总体成本中比例最大,如果实现本地化制造或完全国产化可以使自动化成本有较大幅度的降低。自动化控制系统的国产化也势在必行,一方面可以更好地满足新疆的需要,另一方面服务会更加快捷方便,同时也会使自动化控制成本进一步降低。

4.采用便于农民使用的操作界面。

随着滴灌自动化控制技术的大面积推广,使用者越来越趋向于普通农工,很难要求操作人员具有计算机知识,因此灌溉自动化的操作方式要向直观、简洁、实用的方向发展。着力推广便于普通农工看得懂、会使用的操作界面。

5.开发可低压工作的控制阀,适应滴灌系统的低压化趋势。

从节约能源、节省设备投资的角度来说低压运行无疑是较好的方式,随着滴灌设备供应商不断研发低压下滴头流量更加稳定的滴灌带,滴灌系统必然迅速走向低压化,而目前市场上现有的控制阀都不能低压运行,因此有必要开发可低压工作的控制阀,适应滴灌系统的低压化趋势。

6.自动化推广和智能化开发相辅相成。

现阶段的灌溉信息化建设以实现灌溉自动化为主,并应留有接收和执行智能化决策信息的接口和能力。

应由自治区高层组织农学、水利、信息化的专家加大智能决策系统的研发力度,取的成果后为所有自动控制系统提供决策数据。避免以首部为单位的智能化开发造成人力和财力的浪费,造成低水平重复。从而形成自动化推动智能化、智能化促进自动化的良性循环。

7.信息化管理与自动化控制相结合。

前些年的发展模式大多是以自动化控制为核心附带有信息化管理的功能,这是一种自底向上的发展模式,这种模式投入很大,在有限的资金条件下实现信息化管理的面积有限,因此能给决策者提供的数据也有限。

根据过去几年的发展经验可以采用一种自顶向下的发展模式,也就是先建立滴灌系统的高层信息管理平台,本着先宏观后微观、先离线后在线、先粗略后细化、先易后难循序渐进的方式发展。可先将灌溉系统的地理分布、管理面积、设备型号等静态离线数据上传,再逐步将总用水量、总耗电量等阶段统计数据上传,最终实现实时流量、能效水平、阀门状态等即时在线数据的上传。

通过建设自治区级的节水灌溉信息平台,将全疆的节水灌溉系统详细信息汇总并加以分析利用对已建节水灌溉运行管理进行有针对性的指导、对未来项目的建设和升级提出指导性意见。节水灌溉信息平台的建设应与先期已经建设的灌区信息化系统以及将要建设的水资源管控能力建设信息系统密切结合,并可将节水灌溉信息共享到其它相关信息系统。