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1 綜合說明
............................................. 4 1.1 項目概要 ................................................ 4 1.2 項目范圍、規模、內容與建設期限
......................... 5 1.4 效益及經濟評價 .......................................... 6 2 項目區基本情況
........................................ 7 2.1 自然概況 ................................................ 7 2.2 社會經濟概況
........................................... 8 2.3 基礎設施概況
........................................... 9 2.4 智控系統概況 ............................................ 9 3 項目建設的必要性和可行性
............................. 12 3.1 項目建設背景與依據
.................................. 1.2 3.2 項目建設的必要性 .................................... 1.4 4 噴微灌智能控制設計依據及目標
......................... 15 4.1 項目設計依據 ......................................... 15 4.2 項目建設目標 ......................................... 16 5 智控系統設計方案
..................................... 18 5.1 項目概述 ............................................. 18 5.2 項目建設規模及規劃
.................................. 26 5.3 智控系統功能 ......................................... 27 5.4 項目設計需求 ......................................... 28 5.5 計劃建設工期
........................................ 30 6 施工組織設計
......................................... 32 6.1 施工管理機構的設立 ................................... 32
6.2 施工計劃 ............................................. 32 6.3 施工要求 ............................................. 33 7 工程管理 .............................................. 36 7.1 組織機構 ............................................. 36 7.2 項目管理制度 ....................................... .3.6 8 投資預算及資金籌措
................................... 38 8.1 主要編制依據和原則 ................................... 38 8.2 有關費率確定 ....................................... .3.8 8.3 資金籌集 ............................................. 39 8.4 投資預算 ............................................. 39 9 投資方案評價
......................................... 44 9.1 經濟效益分析
........................................ 44 10.2 社會效益分析
....................................... 44 10.3 生態效益 ............................................ 44
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1 綜合說明 1.1 項目概要 1 1.1.1 項目名稱 xxx 農場智能化噴微灌工程 2 1.1.2 項目建設單位 xxxxxx 農場 3 1.1.3 項目建設依據 (1) 〈〈中華人民共和國環境保護法》； (2) 〈〈中華人民共和國水土保持法》； (3) 〈〈節水灌溉技術規范》 ( SL207-98 ); (4) 〈〈灌溉與排水工程設計規范》 GB50288-1999; (5) 〈〈微灌工程技術規范》 SL103-95 ; (6) 《微灌工程技術規范》 GB/T50485-2009 ; (7) 〈〈 xxx 水利發展 十二五”規劃》 (8) 〈〈 xxx 水利信息化發展十二五”規劃》 (9) 國家、省、區頒布的其它有關法律、法規、標準及技術規 范； (10) 〈〈中國電信智能農業系統 - 感知邊緣網關 - 技術規范》； (11) 〈〈中國電信智能農業系統 - 感知適配網關 - 技術規范》； (12) 〈〈中國電信智能農業系統 - 感知數據庫 - 設計規范》； (13) 〈〈中國電信智能農業系統 - 界面使用 - 設計規范》； (14) 〈〈土壤墑情監測規范》 (15) 〈〈建筑物防雷設計規范》( GB 50057-94 ) (16)
〈〈通信局(站)
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接地設計暫行技術規范() YDJ 26-89 ) (17) 〈〈計算機機房防雷設計規范》( GB 500174-93 ) (18)
〈〈雷電電磁脈沖的防護》( IEC1312-1 , 2 , 3 ) (19) 〈〈低壓電力配電系統的浪涌保護器》( IEC1643-1 ) 1.2 項目范圍、規模、內容與建設期限 1 1.2.1 項目范圍 本項目工程范圍在 xxx 農場，總面積 xxx 畝。
2 1.2.2 項目內容 在項目區 xxx 畝高效蔬菜水果園區內對 xxx 座水源首部泵站以及 灌溉輪灌組電磁閥、土壤及空氣環境參數進行數據采集、設備控制對 灌溉用管路系統進行安裝，對灌溉終端噴頭、滴灌灌、頂噴管及噴頭 等進行安裝。具體內容有安裝水泵電氣控制柜、安裝水位、壓力傳感 器，安裝遠程水表，安裝電磁閥、壓力開關、各種傳感器、布置控制 電路和通信線路，安裝終端控制單元，安裝控制室總控計算機，安裝 控制范圍內容的視頻攝像機及其信號、控制、電源線路，安裝控制室 視頻采集系統，開發整個系統控制程序等。
3 1.2.3 建設期限 項目建設規劃從 xxx 年 xxx 月開始實施， xxx 年 xxx 月完工。
本工程總投資為 xxxx 萬元，其中智控系統材料設備部分投資 xxxx 萬元，設備安裝費 xxxx 萬元 ， 臨時工程費用 xxxx 萬元，獨立費 用 xxxx 元。項目資金 70% 由上級財政補助， xxxx 由用戶自籌。
1.4 效益及經濟評價 1 1.4.1 經濟效益
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根據相關工程經驗，工程建成后種植作物可增產 30% 以上；作物 品質得到明顯改善，銷售價格提高 15% 以上；根據往期工程經驗，噴 滴灌工程實施后，每年每畝可節約 5 個工時，按每個工時 100 元計算， xxx 農場智能化噴微灌工程每年可節省 30 萬元灌溉費用；相比人工控 制噴灌和微灌的水泵運行、閘閥啟閉來說，采用智能控制系統，不僅 節省人工，更主要的是為精確實施作物灌溉模型、為遠程控制、為農 作物生長過程中灌溉模型的研究，提供了必要的基礎設施，為 xxx 農 場的農業生產向高科技要效益提供了可能。
2 1.4.2 社會效益 通過項目的建設，可以穩定灌溉面積和大大降低人工灌溉的工作 量，可以促進原有傳統、粗放的農業灌溉方式向高效、精確的方向改 變，對推進現代化灌溉和管理科學化，促進傳統農業向現代農業轉變， 促進地區社會經濟健康持續發展具有重要意義。
3 1.4.3 環境效益 智能控制系統是在噴灌和微灌的基礎之上實施的， 它本身不產生 環境垃圾，不對作物、周圍環境有影響。通過項目的實施，能夠高效、 精確控制整個灌區的作物用水，使水的供給變得合理和科學，用水量 相對減少，滲漏水量相對減少，從而降低了局部地區的地下水位，同 時也使局部地區的地下水、地表水的分布更加合理。灌溉用水量的減 少，可以增加土壤的透氣性，有利于作物的生長。同時，節約的一部 分灌溉水量可以用于生態用水，對改善生態環境起著積極的作用。
綜上所述，該項目經濟技術可行。
2 項冃區基本情況 2.1 自然概況
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1 2.1.1 地形地貌及土壤 xxx 農場地處丘陵地帶，但本項目區地形基本平整。土壤屬為黃 化青紫泥水稻土，粘質土， PH 值 6.5 左右，土層深度 70cm 左右，地 下水位不大于 100cm 。
2 2.1.2 氣象概況 本區四季分明，冬夏季長達 4 個月，春秋季僅約 2 個月。若以候 平均氣溫 10 ? 22 C 為春秋兩季、＞ 22 C 為夏季、 V 10 C 為冬季這一標 準劃分，一般是 3 月第六候入春， 6 月第一候進夏， 9 月第六候入秋， 11 月第六候入冬。但西部山區冬季比平原要長 1 個月，而夏季則要短 近 2 個月，春、秋季比平原略長 1 旬，是春來遲秋去早。春季天氣變 化無常，時冷時熱，常有陰雨天氣出現；夏季盛行東南風，雨熱同步， 宜水稻等作物生長，除局部雷陣雨外，多連續晴熱天氣，有時還會受 到臺風等熱帶天氣系統影響，出現大的降水過程；秋季天氣相對涼爽， 但有時也會出現秋老虎，由于常有小股冷空氣南下，出現陰雨天氣。
冬季盛行偏北風，較寒冷干燥，但多晴朗天氣，光溫互補，宜越冬作 物生長。本區主要災害性天氣有臺風、暴雨、低溫冷害、連陰雨、冰 雹、雷暴、伏旱、寒潮和霜凍等。
3 2.1.3 水文水資源 項目區東邊及西邊各有一座水塘， A 區從項目區西邊金輝水塘引 水，蓄水位 4m （ 85 國家高程），水塘面積 3800 m2, 儲水總量約為 0.8 萬方，經測算年來水量為 35.02 萬 m3 。
B 區從東邊金日林水塘引水，
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農業灌溉解智能化決方案 V3.0 蓄水位 13m ，水塘面積 1850 m2 ,儲水量約為 0.4 萬方，經測算年來 水量為18.72 萬 m3 。金輝水塘水量充沛，且來水量較多，一到下雨天， 水塘水即可蓄滿，可作為灌溉用水水源，此外金輝水塘可從河道進行 引水，灌溉保證率 90% 以上；金日林水塘來水量相對較少，為保證水 量，可鋪設引水管從金輝水塘引水。工程建成后 A 區用水量為 40.5m3/h ，年用水量為 26.61 萬 m3 ； B 區用水量為 40.5m3/h ，年用水 量為 26.61 萬 m3 。年總用水量為 53.22 萬 m3 ,根據以上數據顯示， 滿足該項目區灌溉需水量。
2.2 社會經濟概況 1978 年以來，集思廣益，勇于開拓，經濟建設和社會各項事業碩 果累累。
1995 年， xxx 躋身于全國農村經濟綜合實力百強縣 （）行列。
2010年，實現國內生產總值 224.82 億元，第一、二、三產業增加值 分別達 21.76億元、 109.95 億元和 93.11 億元。全年完成財政一般預 算收入 33.18 億元。城鎮居民人均可支配收入和農村居民人均純收入 分別達到 28759 元和13543 元。
2010 年完成農林牧漁業總產值 35.54 億元，比上年增長 2.1% 。
糧食作物播種面積 13.11 千公頃，糧食總產量 8.03 萬噸。全年水果總 產量8.51 萬噸，肉類總產量 2.22 萬噸，水產品總產量 11.73 萬噸。積 極實施農產品品牌戰略，當年新增無公害農產品產地 12 家、無公害 農產品 13 只，新增產地面積 1.75 萬畝。續報綠色食品 2 只，有機食 品新增 1 只、保持認證 3 只，建成全國綠色食品原料（雷筍）標準化 生產基地1 家、國家級標準化示范基地 2 只。農產品新增馳名商標 3 只、浙江省名牌產品 1 只、浙江省農業名牌產品 1 只、 xxx 知名商標 1 只。
新農村建設扎實推進。村莊“示范整治”工程深入實施，農村“經
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農業灌溉解智能化決方案 V3.0 濟顧問”深入推廣，公共財政向農村傾斜。農業產業化經營步伐繼續 推進，54 家級農業龍頭企業實現產值 27.5 億元、銷售 24.5 億元、出 口 12.9 億元；農民組織化程度不斷提高，已有 58 家農民專業合作社； 農產品購銷組織進一步做強，新成立名特優農產品專賣店 2 家。農民 生產生活條件明顯改善。
2.3 基礎設施概況 xxx 農場智能化噴微灌項目實施面積 xxx 畝，種植的都是水果、 蔬菜?；貙儆诘湫偷那鹆甑貛?，局部區域坡度較陡，最大高差 30m 。
灌區附近有縣江經過，在項目區內原有水塘，可從河道取水，作灌溉 用水水源。項目區內噴微灌工程已完成，此次項目將對原有噴微灌工 程進行智能化改造。
2.4 智控系統概況 xxx 農場擬建的灌溉基礎設施和生產條件仍使用人工手動控制的 方法，這與提高農業生產效率、提高蔬菜苗木品質、降低生產成本、 總結種植經驗等要求有相當大的差距，對建立品種區域種植體系、發 揮新品種展示示范作用、以及對作物種子種苗的研究和應用普及都造 成較大障礙，現有的種植條件已經無法滿足現代農業生產要求。為改 變這一現狀， xxx 農場計劃在進行噴滴灌設施建設后，配套建設先進 的節水灌溉技術、水肥一體化技術、智能化控制等技術。項目范圍包 括精品蔬果 xxx 畝。除對水源、管路和灌水器等進行建設外，重點進 行噴微灌智能控制系統的建設。
本智能控制系統由下列部分組成：
集中控制室①智控計算機及智能灌溉控制軟件②視頻監視系統， ③光纜通信及網絡系統，④小型自動氣象站監測參數傳輸至計算機；
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水源首部的①泵用變頻器控制柜，②含有 PLC 模塊的智能遠程終 端單元 MCU ，③水位、壓力、水量等傳感器，④水肥一體控制器； 分布于田間的①終端控制單元（ TCU ）,②控制水（肥）流通斷 的電磁閥，③判定水壓是否正常的壓力開關組件； 玻璃溫室的①手電一體控制柜，②含有 PLC 模塊的智能遠程終端 單元 MCU ，③土壤水分、溫濕度、光照等室內傳感器， 重點部位的視頻監視攝像頭。
上述硬件構成滿足當前先進的分層分布自控體系要求， 具有良好 的硬件擴展性和軟件功能擴展性。
本智能控制系統實現下列功能：
能基于泵房 MCU （遠程控制單元）操作臺簡便自控灌溉過程， 能基于 PLC 的 HMI （人機界面）預置多變量條件實現自動灌溉，能 基于計算機全功能軟件實現不同灌溉模式下的智能控制； 能采集、記錄（存儲）、查詢、打印系統中的各個參量：土壤墑 情、水位、管壓、流量、氣溫、地溫、降雨量、蒸發量、光照、風速、 風向等； 能對重點部位進行視頻監視、錄像； 對于智控系統和視頻系統，均支持局域網授權訪問和控制以及廣 域網授權訪問。
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2.5 方案結構圖 F2164
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3 項冃建設的必要性和可行性 3.1 項目建設背景與依據 1 3.1.1 建設背景 中共中央、國務院〈〈關于加快推進農業科技創新持續增強農產品 供給保障能力的若干意見》中強調，水利建設的重點就是充分完成農 田節水灌溉基礎設施建設，對于農田灌溉發展提出了明確的要求。
農田水利設施薄弱是制約 xxx 農業可持續發展的主要瓶頸之一。
xxx政府辦公廳發出〈〈關于加快農田水利設施建設的通知》，要求把農 田水利作為農村基礎設施建設的重點任務，到 2015 年，基本建成較 為完善的農田水利設施配套體系。通知指出，農田水利設施建設要以 農業 兩區”建設為重點，以建設旱澇保收高標準農田和高效節水灌溉 為核心，整體規劃、規模推進，洪澇旱漬綜合治理，提高農田水利現 代化水平。
通知強調，要大力推廣高效節水灌溉工程，以北部都農業區和南 部生態農業區、農業科技示范園區中集中連片的種植區為重點，新增 噴微灌設施面積 25 萬畝，逐步推廣低壓管道灌溉技術，新增受益面 積 10 萬畝。
另一方面，由于受國民經濟、農業用水傳統觀念等因素的影響， 我國在節水灌溉智能控制方面的研究起步相對較晚， 目前幾乎處于起 步階段，灌區基礎自動化設備普遍短缺、綜合自動化管理水平較低。
我國現代灌區中所擁有的節水灌溉自動化系統基本都是在引進和消 化外來技術的基礎上形成的。
1990 年代，現場數據采集和設備控制的 硬件主要
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以單片機為主，數據傳輸方式以有線方式為主，軟件以采用
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農業灌溉解智能化決方案 V3.0 匯編語言、高級語言自行開發為主。
2000 年代以來，與節水灌溉相關 的傳感器技術、微噴灌設備技術進步較快，同時 PLC 的應用，組態軟 件的應用，GPRS ZigBee 、 3G 等最新通信技術的應用都取得了一定 的成果。國外方面，總體上比我國要早 10 ? 20 年的時間，而且國外 技術的特點是在具有先進性的同時，強調實用性和可靠性。美國早在 20 世紀 90 年代就開發出第一套灌溉控制器，以土壤中水分作為整個 控制系統的控制對象。
1990 年， Fangmeier 等人在總結紅外線熱電偶 在其它工程中的應用特征后，成功將其引入到自動化灌溉控制領域， 形成了以紅外線熱電偶測灌區土壤溫度，并與空氣濕度計、土壤濕度 傳感器等相互配合，構筑了一整套完善的自動化灌溉控制系統。在美 國一些管理水平較高的灌區中，已經做到了將土壤墑情與灌區灌水、 降雨等因素相結合，實現了取水、輸水、配水、用水等過程的統一調 度、優化配水的灌溉全過程自動化管理。日本幾乎所有灌區管理均實 現了全過程自動化動態管理，整個節水灌溉系統采用分層分布式結 構，以計算機為核心，并通過無線通訊功能單元構筑了集遙測、 遙控、 遙信等功能為一體的節水灌溉自動化管理系統， 實現對灌區水資源的 分散檢測和集中控制調度等功能。
以色列是微灌技術發展最為典型的 國家，以色列農業工作人員在家里就可以通過電腦實現對農場的全程 監督管理，不僅可以通過操作家用電腦上相關“電子軟按鈕”實現對 灌溉間隔時間、灌溉水量等的遠程調控，同時還可以根據歷史灌溉數 據分析，獲得較為靈活、準確、實時快捷的灌溉方案。
在此背景下， xxx 農場擬在微噴灌工程的基礎上，建設智能灌溉 控制系統，總體項目擬于 2016 年 9 月開始實施， 2016 年 12 月完工。
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3.2 項目建設的必要性 1 3.2.1 必要性 在水資源日益短缺的情況下，采用現代節水灌溉技術改造傳統灌 溉農業，實現適時適量的 精細灌溉”等灌溉方式是節約水資源、提高 水資源利用率和發展現代設施農業的一條有效途徑。
現下土地價格越來越高，種植的物種也越來越豐富，以水果瓜蔬 花卉苗木等經濟作物為主，而這些作物的生長對水、肥等有更迫切的 精確灌溉需求。另一方面，最近幾年來人工成本上漲較快，如果不能 通過自動化、智能化的手段減少用工人數，那么所生產的產品成本就 不會有較好的價格競爭力。
在噴微灌項目的基礎上建設智能灌溉控制系統， 對于高效、科學、 精確地保證項目區節水灌溉的質量，對改善農業生產條件、鞏固農業 基礎地位，增加農民收入，改善生態環境，提咼人民生活質量，促進 社會主義新農村建設，作用明顯，也是十分必要的。
2 3.2.2 可行性 xxx 政府對水利工作常抓不懈，尤其對開展農田水利建設、開展 節水灌溉非常重視，通過積極籌措配套資金，對節水工作給予極大的 支持。項目規劃經深入調查、反復論證，合理準確，符合當地條件， 也符合立項原則，可操作性強，便于實施。
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4 噴微灌智能控制設計依據及冃標 4.1 項目設計依據 (1) 〈〈中華人民共和國環境保護法》； (2) 〈〈中華人民共和國水土保持法》； (3) 〈〈節水灌溉技術規范》 ( SL207-98 ); (4) 〈〈灌溉與排水工程設計規范》 GB50288-1999; (5) 〈〈微灌工程技術規范》 SL103-95 ; (6) 《微灌工程技術規范》 GB/T50485-2009 ; (7) 〈〈 xxx 水利發展 十二五”規劃》 (8) 〈〈 xxx 水利信息化發展十二五”規劃》 (9) 國家、省、區頒布的其它有關法律、法規、標準及技術規 范；
4.2 項目建設目標 (10) 〈〈中國電信智能農業系統 (11) 〈〈中國電信智能農業系統 (12) 〈〈中國電信智能農業系統 (13) 〈〈中國電信智能農業系統 (14) 〈〈土壤墑情監測規范》 (15) 〈〈建筑物防雷設計規范》 - 感知邊緣網關 - 技術規范》； - 感知適配網關 - 技術規范》； - 感知數據庫 - 設計規范》； - 界面使用 - 設計規范》； (GB 50057-94 ) 〈〈通信局(站)接地設計暫行技術規范() YDJ 26-89 ) 〈〈計算機機房防雷設計規范》( GB 500174-93 ) 〈〈雷電電磁脈沖的防護》( IEC1312-1 , 2 , 3 ) 〈〈低壓電力配電系統的浪涌保護器》( IEC1643-1 )
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經濟作物在生長過程中對水分灌溉和水肥一體灌溉有著較高的 要求，不僅要適時，還要適量，對土壤肥力的補充也要根據土壤養分 的缺失情況。這些要求需要通過傳感器技術、通信技術、控制技術、 計算機技術、作物種植技術等的綜合運用，才能加以解決。同時，在 對優質果蔬品種進行種植的過程中，不斷總結出先進、實用的節水灌 溉智能控制技術，進而為今后推廣果蔬種植技術提供適用高效的灌溉 配套技術，具有十分重要的意義。近年來，各行各業的生產成本中， 人力成本的上升特別快，如果在果蔬生產過程中不能盡可能地減低勞 力成本，那么生產出的產品就不易具備好的競爭力。使用智能控制的 灌溉技術，不僅節水省電，而且大大節省勞動力，降低生產成本。另 一方面，通過科學方法把控好果蔬的灌溉時、量、性，可以提高產品 的品質，進而提高經濟效益。
項目建設總目標以智能自動化灌溉為重點， 通過對項目區先進灌 溉設施的配套建設，改善項目區水環境、土壤養分環境，使項目區果 蔬生產和研究過程中的灌溉實現遠程智能化操作。具體建設目標為：
?。?1 ）
通過遠程可控的水源建設，為整個農莊的優質高效水果種植 提供適合于微噴灌的水源； （ 2 ）
通過水肥一體控制技術的實施應用，為水果種植提供精準的 施肥技術措施； （ 3 ）
通過分層分布式控制系統結構的建設，實現分散的電磁閥的 即接即用功能，為本項目智能控制技術在其它項目的推廣應用提供技 術保障； （ 4 ）
通過將網絡技術應用于節水灌溉領域，為遠程控制灌溉找到 一種實用可行的控制方法;(5) 提高智能灌溉自動化信息化水平； (6) 促進農業生產從人工經驗轉型精準智能種植； (7) 為 xxx 地區水果生產過程中的水分灌溉和水肥一體灌溉提供 可
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復制的樣板； (8) 為行政管理部分加大智能節水灌溉配套政策體系和智能農業 體系推廣力度摸索經驗。
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5 智控系統設計方案 5.1 項目概述 xxx 農場智能化噴微灌實施受益面積 xxx 畝。項目范圍內設計有 1 座水源首部泵站，要求通過對空氣環境溫度、空氣環境濕度、光照、 土壤墑情、土壤溫度的監測，依據水果品種生長過程中對水、肥的不 同需求，對水泵和電磁閥進行自動控制，以實現方便、實用、高效、 智能的灌溉目標。
智能節水灌溉控制主要根據作物灌溉模型，在實時監測土壤及空 氣環境的相關數據條件下，通過對水泵和管路電磁閥的自動控制來實 現。水泵位于水源首部，考慮到水泵對整個智能灌溉的重要性，并按 照分層分布式網絡結構的要求，在泵房布置以 PLC 為核心的現地控制 層。該層不僅控制水泵啟停、對水泵運行的狀態進行監測，而且一方 面和田間地頭的終端控制單元（ TCU ）進行通信，收集各個田塊的土 壤和空氣環境數據，控制管路電磁閥的啟停。另一方面和上位工控機 進行通信，將現場數據發送給上位機，同時接收上位機的控制指令。
整個智控系統的網絡架構體現分層分布的控制思想， 包括遠程決 策層、集中控制層、現地控制層和終端控制層。集中控制層是整個系 統的核心所在，該層設置有主控計算機和網絡交換設備，用來實現作 為遠程決策層服務器的功能，以及與現地控制層的通信功能。復雜的 智能灌溉控制功能都在集中控制層實現?，F地控制層以水源泵房為載 體，該層既要接收上位機（集中控制層）的控制參數和指令，又要與 終端控制層的智能模塊進行通信，采集現場的壓力、土壤和空氣、光 照數據，控制電磁閥的通斷?，F地控制層的核心設備是可編程序控制 器（ PLC ）。終端控制層是采集數據和控制電磁閥的最終執行層， 其核 心設備是智能數據采集模塊和智能開關量輸出模塊。
在各層之間的通
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信方式可根據不同的現場情況，按照可靠、經濟、維護性好的原則加 以選擇。在本項目中，為了保證控制系統的可靠性，節約建設和運行 維護資金，在集中控制層與現地控制層之間采用光纜進行以太網通 信，在現地控制層（ MCU ）與終端控制層（ TCU ）之間采取 RS485 通信技術（含光纜通信）。
作物生長環境數據采集 作物生長環境數據主要包括土壤水分、土壤溫度、土壤電導率、 土壤各養分、空氣溫度、空氣濕度、光照強度、風向、風速等，盡管 這些數據在作物灌溉模型中均作為條件參量，但作為實用和先進相結 合的智能灌溉系統，土壤含水率是最為重要的參數。
?、偻寥浪謧鞲衅?水分是決定土壤介電常數的主要因素。測量土壤的介電常數，能 直接穩定地反應各種土壤的真實水分含量。
土壤水分傳感器可測量土 壤水分的體積百分比，與土壤本身的機理無關，是目前國際上最流行 的土壤水分測量方法。
土壤水分傳感器與數采，遠距離傳輸設備可以構成遙測系統。配 合一些附加的傳感器，可以計算出土壤水分蒸發量和農作物所需的水 分參數。
3 個灌溉表技術 （ 蒸發量，作物水脅迫指數 CWSI 和土壤水分 ）
的綜合應用可以提供農作物適宜生長的最大的保證。
土壤水分傳感器的一般性能指標如下 測量參數：土壤容積含水量 單位：
% （ m3 /m 3 ）
量 程：
0 ~ 100% （ m3 /m 3 ）
精 度：
0 ? 50% （ m3 /m 3 ）范圍內為士 2% （ m 3 /m 3 ）
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測量區域：
90% 的影響在圍繞中央探針的直徑 3cm 、長為 6cm 的 圓柱體內 穩定時間：通電后約 1 秒 響應時間：響應在 1 秒內進入穩態過程 工作電壓：電流輸出的為 12V - 24V DC ，電壓輸出的為 5V DC 工作電流：
50 ~ 70mA ，典型值 50 mA 輸出信號：電流輸出為 4 ~ 20mA 標準電流環，電壓輸出為 0~2.5V DC 密封材料：
ABS 工程塑料 探針材料：不銹鋼或銅 電纜長度：標準長度 5m 測量距離：小于 1000 米 土壤水分傳感器的其它特點：
a. 高穩定性，安裝維護操作簡便； b .支撐的材料為環氧樹脂，強度和壽命得到保證； c .密封性好，可 長期埋入土壤中使用，且不受腐蝕； d .采用標準的電流環傳送技術 使其具有抗干擾能力強，傳送距離遠，測量精度高，響應速度快； e 土 質影響較小，應用地區廣泛，價格低廉，適合中國國情。
?、谌詣託庀笥^測站（八要素）
用于觀測降水、溫度、風等侵蝕動力要素；觀測氣象要素包括觀 測風向、風速、溫度、濕度、蒸發、降水（過程）、輻射、地溫。
系 統配有線（標準 RS232/RS485 + 無線（ GSM 網接口），兩路通訊接
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農業灌溉解智能化決方案 V3.0 口實時傳送采集數據；采用 GSM 網通訊技術，不受距離限制，數據 傳輸可靠。
各觀測量技術指標如下：
A 、 環境溫度：通道數：
1 路；測量范圍 ：-50 ? 80 C; 測量精度 ：
士 0.2 C;分辨率 :0.1 C; B 、 環境濕度：通道數：
1 路；測量范圍：
0 ? 100% ;測量精度：
± 2%RH ;分辨率 ：0.1%RH ; C 、 風速：通道數：
1 路；測量范圍：
0 ? 70 米 / 秒；測量精度：( 0.3 ± 0.03v )米 / 秒；分辨率：
0.1 米 / 秒；啟動風速：
0.3 米 / 秒； D 、 風向：通道數：
1 路；測量范圍：
0 ? xxx ° ;測量精度：士 3 °; 分辨率：
2.5 °;啟動風速：
0.3 米 / 秒； E 、 降水量：通道數：
1 路；測量范圍：
0 ? 999.9mm; 測量精度：
± 0.3mm ;分辨率：
0.1mm ; F 、 總輻射：通道數：
1 路；測量范圍：
0~1400 W/m2 ;測量精度：
1 W/m2 ;分辨率：士 5% ; G 、 蒸發量：通道數：
1 路；測量范圍：
0~100mm ;測量精度：
0.1mm ;分辨率：士 1.5% ; H 、 地溫：通道數：
1 路；測量范圍：
-50~+80 C ； 測量精度：
0.1 C ；
分辨率：士 0.5 C 。
本方案中使用專業的多路模擬量測量儀表來測量土壤含水量和 其它以模擬信號輸出的傳感器信號，然后由儀表與 PLC 進行通信將數 據傳送至 PLC 。對于可以通信方式進行傳輸的參數，可直接與 PLC 進行通信。在現地控制層，可根據土壤含水量的設定值對作物進行自
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農業灌溉解智能化決方案 V3.0 動灌溉。
GPR 酮絡 GPRS 是一種新的 GSM 數據業務，它可以給移動用戶提供無線 分組數據接入股務。
GPRS 主要是在移動用戶和遠端的數據網絡（如 支持 TCP/IP 、X.25 等網絡）之間提供一種連接，從而給移動用戶提 供高速無線 IP 和無線 X.25 業務。
GPRS 是通用分組無線服務的簡稱，它通過利用 GSM 網絡中未 使用的 TDMA 信道，提供中速的數據傳遞。
GPRS 突破了 GSM 網只 能提供電路交換的思維方式，只通過增加相應的功能實體和對現有的 基站系統進行部分改造來實現分組交換，這種改造的投入相對來說并 不大，但得到的用戶數據速率卻相當可觀。而且，因為不再需要現行 無線應用所需要的中介轉換器，所以連接及傳輸都會更方便容易。
GPRS 分組交換的通信方式在分組交換的通信方式中，數據被分成一 定長度的包（分組），每個包的前面有一個分組頭（其中的地址標志 指明該分組發往何處）。數據傳送之前并不需要預先分配信道，建立 連接。而是在每一個數據包到達時，根據數據報頭中的信息（如目的 地址），臨時尋找一個可用的信道資源將該數據報發送出去。在這種 傳送方式中，數據的發送和接收方同信道之間沒有固定的占用關系， 信道資源可以看作是由所有的用戶共享使用。
使用 GPRS 網絡技術的落腳點通常在 DTU （數據終端單元）上， 國內有許多公司都生產支持 GPRS 技術的 DTU ，它們共有的技術特性 是：精選工業級器件，能夠滿足惡劣環境應用需求；支持動態 IP 地 址數據中心 DNS 域名尋址；支持固定 IP 地址數據中心；能實現點對 點、數據中心對多點的數據傳輸，時間延遲一般小于 Is ;內嵌 PPP TCP/IP 、 UDP/IP 標準協議；永遠在線和多種觸發上線模式，按數據 農業灌溉解智能化決方案 V3.0 流
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量計費；提供完整地數據中心服務程序，可實現數據透明傳輸；提 供函數開發包，便于二次開發。
信息發布 信息發布的渠道采用常規的 Internet ，這樣無論是有線終端還是無 線終端（例如智能手機），都可以通過 Internet 訪問智能灌溉系統。不 過系統可以通過設定權限來限制無關人員的訪問， 而且通常情況下不 開放操作權限以保證系統的安全性。通過智能終端，可以方便地獲得 空氣溫度、濕度和土壤的溫度、濕度等信息，農業生產人員可以及時 掌握農作物的生產環境，避免因為自然環境的變化給農作物帶來不利 的生長環境，也不會因為智能農業人員不在現場而得不到及時信息， 也為農業專家的遠程指導提供方便的數據獲得渠道。
1 5.1.1 傳感數據采集方式 由于灌溉面積較大，各參數傳感器的分布較為分散，加之有些數 據采集現場的地形地貌相對比較復雜、綜合布線難度大等，在數據采 集方式上采用分布式采集，集中式傳送的方法。在具有代表性的作物 種植區域布置土壤水分傳感器，土壤溫度傳感器、土壤電導率傳感器、 空氣溫度、空氣濕度、光照度等傳感器，將這些傳感器輸出信號接入 到附近終端控制單元中的多路模擬量采集儀表， 再由儀表的通信接口 與 PLC 通信，將數據傳送到 PLC 。每個 PLC 將從智能儀表讀到的數 據再通過光纜組成的局域網傳送到上位機。
由于上位機（集中控制層）
與現場PLC （現地控制層）之間可以通過無線方式通信或通過光纜通 信，所以整個系統理論上支持無限擴展，只需要一臺上位機就能夠控 制任意多個現場灌溉區域。
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2 5.1.2 數據傳輸網絡結構 本智能灌溉系統從數據傳輸結構上采用先進的三層架構模式， 即 數據采集層、數據集中層和數據應用層，如下圖：
農業專家 遠程指導 數據應用層 數據傳輸層 數據采集層 數據采集 智能控制 數據采集層 數據采集層主要對現場農作物生長環境，包括土壤水分、電導率、 養分、空氣溫度、濕度、光照等，通過各自的傳感器進行數據 轉換，通常以電流型模擬量形式輸出，或者以串行數字量形式 采集方式通常為周期性自動采集，采集周期可根據用戶要求設 數據傳輸層 根據采集數據輸出的形式不同，數據的傳輸也采取不同的方法。
對于電流型模擬量輸出的數據，通常由屏蔽雙絞線傳輸到多路模擬量 采集儀表，經過儀表的數字化之后再由儀表與 PLC 通信將數據傳輸給 PLC 。對于已經將生長環境數據采集后數字化并可通過標準協議通信 的數據，直接由 PLC 來讀取這些參數即可。從 PLC 到智控系統上位音能農業 現場處理 濕度、 測量、 輸出, ^定 O
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農業灌溉解智能化決方案 V3.0 機的數據傳輸，對規模小的系統仍采用有線的光纜進行傳輸，對于大 規模的系統，還是采用 GPRS 網絡進行傳輸比較經濟。
數據應用層 包括上位機對數據的處理應用以及通過局域網和 Internet 訪問這 些數據的其它計算機應用。在 PLC 現場控制層，透過 HMI （人機界 面）可以看到采集到的全部數據，可以根據這些數據和灌溉模型進行 智能控制，還可以進行報警。在上位機的應用程序中，可以存儲、顯 示、查詢、打印、發布這些數據，可以運用灌溉模型實現完整的智能 控制。還可以對這些數據進行分析，為研究果蔬品種的灌溉模式提供 基礎數據。
3 5.1.3 設計原則 先進性 采用先進的系統架構體系和基于 PLC 模組、智控計算機及其先進 的控制算法，并采用光纜通信技術、以太網通行技術，做到配置和技 術應用的先進； 經濟、實用性 微噴灌工程的智能監控系統應以實用性為原則，充分利用傳感技 術、現代化信息技術、移動通訊技術，在系統整體設計、硬件軟件選 型時結合企業現有系統實際情況，確定合理、高性價比的建設方案； 開放、可擴展性 軟件、硬件平臺均采用模塊化設計與開發，具有良好的可擴充、 擴展能力，能夠非常方便地進行系統升級和更新，以適應今后業務的 不斷發展，并提供與其它系統的數據接口；
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易于管理維護 由于主干網和數據通訊多采用以太網通訊技術和成熟穩定的公 網通訊技術，減少了復雜的人工布線和管理單位的自行維護，方便了 使用單位的技術管理。
基于上述設計原則，整個系統的硬件組成框圖如附圖 A 。
5.2 項目建設規模及規劃 本項目涉及 400 畝精品蔬果微噴灌工程的智能控制系統建設。
系 統包括集中控制室的上位機系統一套、 泵房現地控制臺（含 PLC 及其 人機界面觸摸屏）
1 套、視頻監控系統一套、現場終端控制單元（ TCU ）
12 套，電磁閥和壓力開關 82 套等。
泵房的現地控制臺（ MCU ，以 PLC 為核心），用于控制水泵的運 行、采集水泵運行的數據、采集土壤和空氣環境數據、控制電磁閥運 行，與上位機之間交換數據。該控制臺設置有手動控制模式，可以方 便管理人員進行簡單的自動灌溉操作。泵房的 MCU 控制 12 個終端控 制單元 TCU ，可以對全部 400 畝園區的噴灌、滴灌和頂噴分別進行控 制。
微灌工程的水源首部中除水泵機組外，還有微灌水源的過濾系 統、水肥一體化系統等。過濾系統包括自動反沖洗的沙石過濾器、白 動反沖洗的疊片式過濾器、以及網式過濾器。水肥一體化系統包括配 肥容器和比例施肥器。
智能控制系統的計算機集中控制部分位于管理房內，它包括智控 顯示屏、 PLC 模組、智控計算機、系統運行模擬屏等。計算機用于實 現整個系統的全部功能。位于泵房的泵用 MCU 是集中控制室智控計 算機遠程控制水泵運行、水肥一體灌溉的終端單元。分布于現場的閥
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農業灌溉解智能化決方案 V3.0 用TCU （終端控制單元）不僅直接控制分布于各個分支管路上的先導 式電磁閥，而且采集分布于田間的各種傳感器（土壤墑情、氣溫、地 溫、光照、輻射等）的信號，這些設備之間通過電源線、信號線、控 制線相連。
5.3 智控系統功能 本工程智控系統以先進、實用、可靠為研發原則，具有下述功能：
1）
可以根據不同作物的灌溉模型實施智能自動灌溉； 2）
可以根據土壤墑情進行自動灌溉； 3）
可以定時自動灌溉； 4）
系統既可以純手動操作，又可以通過 PLC 的人機界面（ HMI ）
操作，還可以在電腦上實現全功能的操作； 5）
可以監測環境和系統工況變量，獲得水位、管壓、流量、氣 溫、地溫、土壤含水量、降雨量（棚內不需要）、蒸發量、 光照等監測數據，并在電腦上以圖表形式顯示、記錄、查詢; 6）
可以自動記錄每次灌溉的數據并進行打印、傳輸； 7）
根據在電腦中設定的不同階段施肥量， 根據時間或流量控制 比例施肥器工作。
8）
可以在集控室觀看現場視頻，在具備上網的條件下可遠程查 看現場視頻； 9）
可在集控室模擬屏上形象而方便地手動操作整個灌溉控制 系統，方便一般管理人員進行管理、操作； 10）
預留利用智能手機觀看現場視頻和對灌溉系統進行控制的 接口。
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5.4 項目設計需求 1 5.4.1 泵房控制需求 開關量輸入：
1. 動力電有無的狀態（斷路器下端有無電）， 1 路 DI ； 2. 接觸器狀態（變頻器動力電源控制開關狀態）， 1 路 DI ； 3. 壓力開關狀態（泵房管路出口壓力是否已經到預定值）， 1 路 DI ； 開關量輸出：
1. 接觸器通、斷控制， 2 路 DO ； 2. 變頻器啟動、停止控制， 1 路 DO ; 模擬量輸入：
1. 進水池水位傳感器輸入， 1 路； 2. 肥料罐水位傳感器輸入， 1 路； 3. 泵房管路出口壓力傳感器輸入， 1 路； 通信量輸入：
1. 動力進線電壓輸入； 2. 電機電流輸入； 3. 與各個 TCU 通信的輸入； 人機界面：
1. 觸摸屏 Smart1000; 手動方式：
1. 每個輪灌組對應一個帶鎖按鈕開關， 某個輪灌組被選中時，由 PLC 控制的紅燈點亮；開始灌溉時，該紅燈熄滅，由 PLC 控 制的綠燈閃爍；灌溉完成時綠燈常亮；每個輪灌組需要 PLC
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的 2 個 DO 點 2. 每個輪灌組灌溉一次的時間由三檔旋鈕開關選擇；需要 PLC 的 3個 DI 點 3. 有一個“開始 / 結束”、一個“暫停 / 繼續”帶鎖帶指示燈按鈕； 需要 PLC 的 2 個 DI 點、 2 個 DO 點； 4. 有一個故障指示燈；需要 PLC 的 1 個 DO 點； 與上位機通信：
1. 使用以太網通信，與控制室之間用光纜連接；視頻也通過光纜 傳輸； 與本項目對應的泵房現地控制單元的電路圖見附圖。
2 5.4.2 玻璃溫室控制 U MCU 需求 玻璃溫室控制 MCU 安裝于溫室需要與玻璃溫室內部。溫室遠程 智能化控制系統以實現對溫室的監視、控制為主要功能，并對溫室環 境信息不間斷采集、整理、統計、制圖。軟件系統分為兩部分，第一 部分為現場完全控制版本，操作管理人員可以通過本系統查看，設定 和控制溫室內的各項參數和設備。第二部分為遠程控制系統，實現遠 程查看數據設定參數的功能。
人機界面：觸摸屏 Smart1000; 3 5.4.3 終端控制單元需求 數據采集 1. 土壤水分 2 路、光照強度 1 路、室外溫濕度各 1 路 2. 電磁閥出口管路壓力開關信號 2 路，該模塊可以通過 RS485 與泵房遠程控制單元 MU1 通信，實現開關量輸入到 PLC 的目 的； 3. 控制 2 路電磁閥通斷的模塊，該模塊可以通過 RS485 與泵房 遠程控制單元 MU1 通信，實現開關量輸入到 PLC 的目的； 4.
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5.5 計劃建設工期 根據項目實際情況以及有關文件要求，確定項目建設進度和工 期。項目待方案批準后即開始組織實施。項目計劃在 2016 年 9 月施 工。
農業灌溉解智能化決方案 V3.0
工作內容 第 1 周 第 2 周 第 3 周 第 4 周 第 5 周 第 6 周 第 7 周 第 8 周 第 9 周 第 10 周 第 11 周 第 12 周 第 13 周 第 14 周 第 15 周 施工圖設計 • •
微灌部分材料采購
• • • •
智控部分材料采購
• • • •
智控部分集成組裝
• • •
PLC 程序設計
• • • •
觸摸屏程序設計
• • •
上位機程序設計
• • • •
到現場前聯調程序
• •
微灌部分現場施工
• • • •
智控部分現場施工
• • • •
現場全面聯調
• • •
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6 施工組織設計 6.1 施工管理機構的設立 xxx 農場設立由農場組長的項目建設領導小組，下設財務小組、 權屬調整小組、施工小組、技術小組、監督小組，其任務負責工程設 計招標、施工、監理、驗收、資金和物資使用以及項目組織協調等工 作。權屬領導小組對項目建設工作中可能產生的土地權屬糾紛問題負 責協商解決。
建立項目法人負責制，以 xxx 農場為項目業主單位。
6.2 施工計劃 （一）
施工交通運輸 利用現有的村公路能夠滿足施工所需要的建筑材料和機械設備 運輸到項目區。
?。ǘ?/p>
施工總體布置 承接項目單位首先成立該課題項目小組，由技術負責人、質量保 證體系貫標人、現場施工負責人共同組建，其中技術負責人為項目組 長。同時設置項目小組，包括技術部、質量管控部、現場施工管理部， 整個工作由技術部負責人總負責。
根據上述建設工期計劃，進一步編排項目詳細進度表。
?。ㄈ?/p>
施工總進度 項目計劃總工期為 4 個月，從 2016 年 9 月著開始實施，至 2016 年12 月底完工。工程進度應與資金計劃同步。
6.3 施工要求 6.3.1 1 工程施工 現場施工的順序是先安裝電磁閥，安裝終端控制單元（ TCU ）、
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安裝遠程控制單元（ MCU ）,安裝傳感器，安裝集控室設備，之后從 下層向上層逐級進行調試，最后對整個系統進行聯調。
?。?1 ）
電磁閥安裝 電磁閥與灌溉干管、灌溉支管的連接均采用 PE 熱熔接施工工藝， 為提高電磁閥壽命，要求電磁閥安裝高程必需高于地面 30cm ，并且 使用防雨罩來防曬防雨。為便于今后的維修保養，電磁閥與灌溉管路 之間要設置活節。電磁閥的現場安裝必須與灌溉管道敷設、控制信號 電纜敷設同步進行。
?。?2 ）
終端控制單元（ TCU ）安裝 TCU 工作時需要防雨，所以在安裝 TCU 之前應先修建密閉但通 風的遮雨棚，該棚不僅需要給 TCU 擋雨，而且也具有防盜功能。該 棚的大小以能安裝下 TCU 為準。
TCU 與其所控制的電磁閥之間需要 布設控制線，有關傳感器的信號線也需要進入 TCU 。在修建密閉遮雨 棚時要考慮電氣線路的進出。
?。?3 ）
泵房現地控制單元（ MCU ）的安裝 MCU 安裝于水源首部的泵房，需要與變頻器控制箱、水位、壓 力、水量傳感器一同安裝。為方便操作，一般直接將 MCU 和控制箱 合并成現場控制臺。水位傳感器采用投入式壓力傳感器，安裝時需加 鍍鋅管護套。其信號線也需用鍍鋅管護套。壓力傳感器安裝于水泵出 口和過濾器出口，應考慮便于今后拆卸維護。
?。?4 ）
玻璃溫室控制單元（ MCU ）的安裝 MCU 安裝于溫室需要與玻璃溫室內部。
MCU 連接溫濕度、土壤 水分、小型氣象站等傳感器，并對繼電器控制柜進行控制?？伤畨?、 風機、遮陽。
?。?5 ）
集控室安裝
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操作臺是智控計算機的安裝平臺，通常選擇安裝在集控室的中間 位置。集控臺還是控制電源、視頻電源的控制源。
為了使得集控室簡潔，可以使用大規格的液晶電視機作為智控顯 示器和視頻顯示器。
?。?6 ）
調試 調試時先仔細檢查系統的電氣連線， 在確保接線無誤的前提下開 始調試。先從電磁閥與終端控制單元（ TCU ）的控制關系開始調試， 遇到問題就在這一層將問題解決。
在在遠程控制單元（ MCU ）與 TCU 之間進行調試之前，需要調試 MCU 與水泵機組之間的控制關系。最 后連上智控計算機進行全面調試。
視頻監控系統需在仔細檢查信號線路、電源線路、控制線路接線 正確無誤的情況下通電，然后根據現場的實際情況調整攝像機的指 向、鏡頭的焦距等。對硬盤錄像機的錄像方式和局域網、廣域網訪問 方式也需要進行設置。
2 6.3.2 管道沖洗和系統試運行 1 、一般規定。在管槽回填之前，應對管道進行沖洗和系統試運 行。沖洗和試運行完成后應編寫沖洗和試運行總結報告。試運行使用 的壓力表精度應不低于 2.5 級。沖洗和試運行之前應做好下列準備工 作 ：
?、?儀器、設備配套完好，操作靈活。
?、?檢查微灌工程，使設計狀況和首部樞紐處于完好狀態，閥門 開關靈活，進排氣裝置通暢。
?、?檢查管道鋪設狀況，接頭和閥門等處應顯露，并應能觀察和 測量漏水情況。
2 、 管道沖洗。管道沖洗應由上至下逐級進行， 支 管 和 毛 管 應 按
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輪灌組沖洗。管道沖洗的步驟與要求是 ：
?、?應先打開樞紐總控制閥和...
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