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设施蔬菜智能灌溉控制方案是一套面向日光温室、连栋温室、设施蔬菜生产基地、现代农业产业园区及设施农业示范项目建设的物联网水肥一体化监测与自动控制系统。方案以土壤含水率、土壤温度、肥液电导率（EC）、肥液酸碱度（pH）、灌溉流量、管道压力及阀门状态为核心监测与控制参数，综合应用土壤传感技术、在线水质检测、工业流量计量、压力监测、智能阀门控制、自动施肥、物联网通信及灌溉决策算法，实现设施蔬菜灌溉与施肥过程的实时感知、定量调节、闭环执行、异常保护及数字化管理。
设施蔬菜生产通常采用相对集约化的种植方式，作物种植密度较高，对土壤水分、根区温度和水肥供应条件具有较高要求。不同蔬菜品种及生育阶段的根系分布、耗水特性和养分需求存在差异，固定灌溉周期或统一施肥浓度难以适应全部生产条件。
在传统设施蔬菜种植过程中，灌溉管理往往依赖经验、人工观察或定时开启阀门，容易出现土壤水分供应不均匀、部分地块灌水不足、灌溉过量、肥液配比偏差及不同灌溉分区执行情况难以确认等问题。
特别是在采用滴灌和水肥一体化设施的温室中，肥液EC和pH是反映灌溉肥液理化状态的重要参数，流量和压力是反映管网输送状态的重要参数，阀门开关及实际反馈则直接关系到灌溉任务能否正确执行。
仅根据土壤水分决定灌溉启动，而不监测实际流量、压力及阀门状态，难以形成完整的灌溉控制闭环。例如，控制系统已经发出开阀命令，但阀门未正常动作、管道压力不足或过滤装置发生堵塞时，实际供水量仍可能无法满足计划要求。
本方案采用“土壤根区环境感知—灌溉需求分析—肥液EC与pH监测—水泵和阀门控制—流量与压力反馈—异常保护—灌溉效果评价”的技术路线，构建设施蔬菜智能灌溉控制体系。
系统通过多层土壤含水率及温度监测掌握根区环境，通过肥液EC和pH监测分析水肥供应状态，通过流量计和压力传感器记录实际灌溉过程，并通过阀门反馈判断灌溉分区执行情况。
在具备施肥设备及适当控制接口的条件下，系统可按照经过确认的作物水肥管理方案，对水泵、施肥泵、混肥装置及分区电磁阀实施自动调节，实现定时、定量、墒情触发及经过验证的水肥协同控制。
方案适用于设施番茄、黄瓜、辣椒、茄子、叶菜等土壤栽培场景，也可根据实际需求扩展至草莓、花卉及其他设施园艺作物。对于椰糠、岩棉等无土栽培，应调整根区监测方式和相应控制策略，不应直接沿用土壤栽培的全部控制阈值。
蔬菜从育苗、定植、营养生长、开花坐果到果实膨大及采收，不同阶段的耗水量和根系吸水能力存在差异。环境温度、太阳辐射、空气湿度及作物冠层状态也会影响水分消耗。
传统固定时间、固定时长灌溉方式难以反映作物实际水分需求，容易使灌溉量与根区水分状态不匹配。
人工观察地表干湿、手握土壤或凭经验判断灌溉需求，容易受到土壤质地、覆盖方式和管理人员经验差异影响。
设施蔬菜通常采用覆膜或滴灌方式，土壤表层水分状况可能与主要根区水分状态存在差异，单靠表层观察难以判断不同深度的水分供应情况。
在水肥一体化系统中，肥料母液需要经过定量注入、混合和稀释后进入灌溉管网。母液浓度、注肥量、原水水质和混合过程均可能影响最终肥液EC和pH。
如果缺少在线检测与反馈，实际输送至作物根区的肥液状态可能偏离预设目标。
肥液EC主要反映溶液中离子导电能力，与溶解性离子总体水平存在相关关系，但不能直接代表某一种养分的准确浓度。
不同肥料配方即使具有相近EC，也可能具有不同的氮、磷、钾、钙、镁等养分组成。因此，肥液EC监测应与肥料配方、注肥比例及原水水质结合分析。
肥液pH反映溶液酸碱状态，受到原水碱度、肥料配方及酸碱调节过程影响。
当肥液pH偏离工艺设定范围时，可能影响部分养分的化学形态、沉淀风险和灌溉系统运行条件。
灌溉管路可能因过滤器堵塞、滴头堵塞、阀门故障、供水不足或管道破损等原因出现流量异常。
如果控制系统只按时间执行灌溉，无法确认实际供水量，容易造成灌溉任务执行不完整。
滴灌系统需要在设计允许的压力范围内工作。管道压力偏低可能造成局部供水不足，压力过高可能增加管件及滴灌设施损坏风险。
压力波动也可能与泵组工况、过滤器阻力、阀门开度及同时开启的灌溉分区数量有关。
控制器发出开阀或关阀命令，并不必然代表阀门已经完成实际动作。
电磁阀线圈故障、执行机构卡滞、控制回路断线及供电异常等问题，均可能造成阀门指令与实际运行状态不一致。
部分设施农业项目的土壤墒情、施肥机、管道流量和阀门控制分别由不同设备管理，缺少统一数据平台，不利于分析灌溉前后土壤水分变化与实际水肥供应之间的关系。
建设集土壤根区环境监测、肥液在线检测、灌溉流量计量、管道压力监测、智能阀门控制、灌溉任务管理及水肥异常预警于一体的智能灌溉控制系统。
连续获取不同灌溉分区的根区土壤体积含水率，分析灌溉前水分状况、灌溉后湿润过程及不同土层的水分变化。
实时监测主要根区土壤温度，为作物生长环境评价及特殊温度条件下的灌溉管理提供辅助依据。
连续检测灌溉肥液的电导率，记录肥液配制和输送过程中的EC变化，并与经过确认的配方目标进行比较。
实时检测灌溉肥液pH，识别异常酸碱状态，为施肥配比及肥液调节提供基础数据。
实时测量灌溉流量并累计实际供水量，核查灌溉任务执行情况，辅助发现流量不足及异常大流量等问题。
监测灌溉主管、支管或关键控制位置的压力变化，辅助识别供水不足、堵塞、超压和异常工况。
采集灌溉阀门控制命令与实际执行反馈，记录开启时间、关闭时间、运行状态和故障事件。
按照作物需求、土壤水分状态及生产计划，执行经过授权和验证的定时、定量、墒情触发或分阶段灌溉策略。
建立流量、压力、阀门状态与泵组运行之间的保护逻辑，防止缺水运行、严重超压、阀门异常及其他不适宜工况造成设备损坏。
设施蔬菜不同温室或同一温室内不同灌溉分区，可能具有不同的土壤质地、种植品种、作物阶段和滴灌流量要求。
系统应支持按温室、灌溉分区和作物分别配置目标水分条件、单次灌水量及灌溉执行计划。
为反映有效根区水分状态，宜根据作物根系分布设置适宜的土壤水分及温度监测深度。
对于番茄、黄瓜等设施蔬菜，可根据具体土层情况设置多个深度的测量点，但不能将固定深度配置视为所有品种的统一要求。
肥液EC和pH检测应设置在能够代表实际混合肥液的位置，避免仅在肥料母液桶内测量后直接当作灌溉主管中的实际肥液数据。
流量计应根据实际管径、流量范围、介质特性及安装条件选型。
对于需要按分区精确计量的项目，应根据阀门运行方式和管网结构设置主干管或分区流量计，并明确计量范围。
压力测点应能够反映泵组供水状态及关键灌溉管网压力。
对于需要判断过滤器堵塞情况的项目，可增加过滤器前后压力测量，计算压差。
对于要求闭环确认的分区阀门，应采用具有开关到位反馈的执行机构，或配置经过验证的电气及水力状态确认方式。
普通电磁阀只有驱动线圈通断信息时，不能直接证明实际阀芯已经到达预期位置。
灌溉控制器应能够在网络中断时根据预设策略运行或安全停止，并记录相关事件。
系统应将作物品种、生育阶段、灌溉任务、施肥配方、实际供水量和土壤监测数据进行关联管理。
系统采用“根区监测—灌溉需求计算—水肥配制—在线EC与pH检测—泵阀执行—流量压力反馈—完成确认—效果评价”的闭环技术路线。
系统由现场感知层、灌溉执行层、本地控制层、工业通信层、数据平台层和应用管理层构成。
现场感知层包括土壤含水率传感器、土壤温度传感器、肥液EC传感器、肥液pH传感器、流量计和压力传感器。
灌溉执行层包括供水泵、过滤设备、施肥泵、混肥装置、主管道、分区阀门和滴灌末端设施。
本地控制层负责采集监测数据、执行控制逻辑、控制泵阀及处理必要的故障保护。
工业通信层负责现场控制器、仪表和远程平台之间的数据交换。
数据平台层负责监测数据存储、灌溉任务、肥料配方、报警事件及历史记录管理。
典型工艺流程为：水源—供水泵—必要的前处理—过滤系统—施肥注入与混合系统—肥液在线检测—灌溉主管—分区阀门—滴灌管网—作物根区。
具体设备顺序应结合施肥装置技术要求、过滤设计及管网结构确定，并设置适宜的止回、防倒流和压力保护措施。
系统首先获取有效根区水分与温度数据，根据作物水分目标及已授权计划生成灌溉需求。
灌溉控制器确认水源、泵组、阀门和相关设备处于可运行状态后，执行适当的灌溉任务。
任务执行期间，实时监测流量、压力、肥液EC、pH及阀门反馈，判断实际状态是否符合任务要求。
达到计划水量、满足经过验证的停止条件或出现必要的故障保护条件时，控制器结束当前任务并记录执行结果。
| 核心参数 | 监测对象 | 主要输出 | 控制用途 |
|---|---|---|---|
| 土壤含水率 | 作物根区土壤 | 体积含水率、变化趋势 | 判断灌溉需求 |
| 土壤温度 | 作物根区土壤 | 实时温度、变化趋势 | 辅助判断根区环境 |
| 肥液EC | 混合后灌溉肥液 | 实时电导率、偏差 | 辅助施肥配比调节 |
| 肥液pH | 混合后灌溉肥液 | 实时pH、偏差 | 酸碱状态监测与调节 |
| 灌溉流量 | 供水管网 | 瞬时流量、累计水量 | 定量灌溉及异常识别 |
| 管道压力 | 主管或分区管网 | 实时压力、异常事件 | 泵阀保护及管网诊断 |
| 阀门状态 | 灌溉分区阀门 | 控制命令、实际反馈 | 分区灌溉执行确认 |
采用适宜的土壤水分传感器对作物根区体积含水率进行连续监测。
通过多个深度和代表性位置布设，可分析灌溉前后的水分变化及不同土层的水分状态。
采用埋入式温度传感器获取根区土壤温度，辅助分析低温或高温条件下的根系环境。
采用在线电导率传感器监测混合肥液EC，并通过温度补偿及产品标定将测量值转换为可比数据。
采用适宜的在线pH测量装置监测灌溉肥液酸碱状态，并支持校准及异常识别。
采用电磁流量计、适用的脉冲流量计或其他满足介质与精度要求的流量仪表，实时测量瞬时流量和累计供水量。
在供水主管及关键控制位置安装压力传感器，监测灌溉过程中的压力变化。
通过电磁阀、电动阀或其他适宜执行机构控制灌溉分区，并按工程要求配置到位反馈。
根据系统实际配置，对供水泵、注肥泵和混肥设备实施适宜的控制，并获取必要的运行及故障信息。
采用工业控制器执行灌溉任务、流量累计、压力保护、阀门确认及设备故障处理。
平台负责温室与分区管理、实时监测、灌溉任务设置、配方管理、执行记录、异常预警及历史分析。
土壤水分传感器可采用介电式测量技术，通过土壤介电特性与水分之间的关系估算土壤体积含水率。
体积含水率可表示为：
θv=Vw/Vs×100%
其中，θv为土壤体积含水率，Vw为土壤水分体积，Vs为测量土壤总体积。
实际计算应依据传感器标定模型，并考虑土壤质地、温度及盐分条件的影响。
土壤温度传感器采用温度敏感元件测量指定深度土壤温度，输出对应数字或模拟信号。
不同土层温度数据能够反映根区热环境变化，为分析特殊季节的灌溉条件提供辅助依据。
肥液电导率测量通过电导电极或其他适用测量结构获取溶液导电特性。
电导率通常以mS/cm或μS/cm表示，受到离子浓度、温度及离子组成影响。
温度补偿可采用经过验证的模型。例如：
ECref=ECt/[1+α(T-Tref)]
其中，ECref为参考温度下电导率估算值，ECt为测量温度下电导率，T为测量温度，Tref为参考温度，α为适用的温度补偿系数。
不同肥液配方具有不同的离子组成，温度补偿参数应结合设备技术要求确定。
肥液pH测量可采用适用的玻璃电极或其他工业在线pH测量技术，利用与氢离子活度相关的电化学响应获取pH值。
在线pH测量需要根据电极类型开展适当的温度补偿和定期校准。
温度补偿并不能自动修正因肥液化学平衡随温度变化引起的全部真实pH变化。
电磁流量计利用导电液体在磁场中流动时产生的感应电压测量流量，适用于满足导电率、管道充满及安装条件要求的灌溉水和肥液。
对于不满足相关要求的介质，应采用其他适宜流量测量技术。
根据有效瞬时流量计算累计灌溉水量：
V=∫Q(t)dt
其中，V为累计水量，Q(t)为瞬时体积流量。
当流量以m³/h表示、时间以小时表示时，累计水量单位为m³。
压力变送器将管内流体压力转换为标准工业信号或数字测量值。
系统记录实时压力、最高最低压力及异常变化，并与泵组和阀门运行状态关联。
通过阀门开到位、关到位反馈触点或其他经确认的检测装置获取执行状态。
如果只监测阀门控制电路是否通电，应将其明确标记为控制电气状态，不得直接称为阀门实际机械开度或到位状态。
系统将控制命令、阀门反馈、瞬时流量、累计水量和管道压力按照同一时间轴记录，用于分析灌溉任务是否得到执行。
作物根区水分适宜性应结合蔬菜品种、生育阶段、土壤质地、田间持水量和有效根系深度确定。
系统可根据不同土层体积含水率构建相对水分状态指标。
根据作物根系分布和滴灌湿润体范围选择测量深度与位置，分析浅层、中层及深层土壤水分变化。
当具备土壤田间持水量、凋萎含水率和根区深度等资料时，可估算一定土层内的参考可利用水量：
TAW=1000×(θFC-θWP)×Zr
其中，TAW为参考根区总可利用水量，单位mm；θFC为田间持水量对应体积含水率的小数值；θWP为凋萎含水率对应体积含水率的小数值；Zr为有效根区深度，单位m。
对于存在分层差异的土壤，应按不同土层分别计算后求和。
以上指标需要土壤和作物参数支持，不能仅凭单点实时含水率计算完整的根区可利用水量。
系统根据经过验证的土壤水分阈值、作物阶段和灌溉计划判断灌溉需求。
当根区水分达到启动条件且相关设备可运行时，控制器生成灌溉任务。
灌溉可采用累计水量、时间、土壤水分响应或其他经过验证的条件作为停止依据。
对于滴灌系统，水分在土壤中的再分布存在时间滞后，不能仅在浅层传感器达到阈值时就直接认定整个根区已经获得适宜灌水量。
对于具有多个土层测点的温室，可根据有效根系分布和土层厚度设置适宜权重，形成综合水分指标。
权重应由作物和土壤资料确定，不应统一采用缺少实际依据的固定分配方式。
系统对比灌溉前后的土壤水分变化、灌溉总水量及土壤温度，分析灌溉事件产生的根区环境响应。
系统支持按照作物、品种、生育阶段和生产计划建立肥液配方档案，记录肥料类型、目标配比、目标EC、目标pH及有效时间。
对完成混合后的肥液进行连续测量，记录实际EC与目标范围之间的偏差。
对肥液pH实施连续检测，辅助判断肥液酸碱状态是否满足经过确认的配方及管网管理要求。
对于具备可控注肥泵和适宜混合装置的系统，可按照目标EC与实际EC之间的偏差调整注肥输出。
控制逻辑应考虑从注肥动作到检测点浓度变化之间的混合和输送滞后，避免在测量反馈尚未稳定时频繁加大注肥量。
对于配置合适酸碱调节设备的系统，可按经过验证的控制逻辑进行pH调节。
酸碱调节设备应设置投加上限、原液储存安全、止回防倒流及必要的故障保护，未经专业设计不得采用简单继电器通断实现不受限制的酸碱药剂投加。
系统根据肥料母液浓度、实际水流量及目标配方计算参考注肥需求。
实际投加量应通过注肥泵计量、肥液EC/pH反馈和混合系统运行状态进行确认。
EC和pH检测点应布设在经过充分混合且具有代表性的管段，并满足仪表的流速、压力和维护要求。
当肥液EC或pH超出经过确认的安全工艺范围，且在规定条件下无法恢复时，系统应执行经过验证的异常处理逻辑，防止不适宜肥液继续输送至作物根区。
系统可按照设备工艺要求设置灌溉前注水、施肥阶段及结束清水冲洗阶段，降低部分肥液残留和管网沉积风险。
冲洗时间和水量应根据实际管道容积、流量和工艺要求确定。
控制器实时读取灌溉主管或分区流量数据，显示瞬时流量和累计水量。
在满足设备运行条件后，控制器按照预设目标灌溉量执行灌水，并根据累计流量反馈判断任务完成情况。
当分区阀门已经确认开启、泵组处于有效运行状态，但流量持续低于经过确认的参考范围时，系统提示检查供水、过滤器、阀门和滴灌管网。
当灌溉流量超过设计允许范围时，系统提示关注管道破损、阀门异常或其他管网问题。
实时记录主管和关键支管压力变化，辅助判断供水泵、过滤器和管网状态。
当管道压力持续低于适当的运行阈值时，系统按照预设规则检查泵组及阀门状态，并执行必要的保护动作。
当压力超过设计允许范围时，应通过符合工程要求的机械或电气保护装置执行安全保护。
物联网软件报警不能代替必要的独立超压保护措施。
当系统配置过滤器前后压力测点时，可计算过滤器压差：
ΔP=Pbefore-Pafter
其中，ΔP为过滤器两端压力差，Pbefore为过滤器前压力，Pafter为过滤器后压力。
当压差持续高于经过设备验证的允许值时，提示检查过滤器或执行适当清洗操作。
通过同步分析流量与压力变化，可辅助区分供水不足、局部阻塞及其他管网异常，但具体故障类型应结合管路结构和现场检查确认。
根据温室种植结构和灌溉管网划分控制分区，每个分区配置适宜的电磁阀或电动阀。
系统支持自动、授权手动和维护模式。
自动模式由控制器按照灌溉任务执行；手动模式由具有操作权限的人员控制；维护模式用于设备检修和安全隔离。
控制器发出开阀命令后，按照设备反馈能力检查阀门状态。
对于具备到位反馈的阀门，可以直接记录开到位信号；不具备到位反馈的阀门，只能通过电气状态和流量压力间接判断。
灌溉任务结束后，控制器发出关阀命令并检查对应反馈。
如出现关阀异常，应结合管道流量及压力状态执行经过验证的保护措施。
当泵站总流量或管网压力不能满足全部分区同时灌溉要求时，可采用轮灌方式，按计划依次开启不同分区。
对于供水能力和管网设计允许的系统，可按照水力计算结果同时开启部分灌溉分区。
当阀门实际状态与控制命令不一致，或在规定时间内无法完成预期动作时，生成设备故障事件。
系统应设置灌溉任务最长执行时间、最大累计水量和必要的管网保护逻辑，防止单次控制异常造成长时间持续供水。
记录分区编号、控制命令、反馈结果、启闭时间、累计供水量及异常事件。
| 序号 | 设备名称 | 主要功能 | 配置建议 |
|---|---|---|---|
| 1 | 土壤含水率传感器 | 监测根区水分 | 按分区和土层配置 |
| 2 | 土壤温度传感器 | 监测根区温度 | 与土壤水分测点配套 |
| 3 | 肥液EC传感器 | 监测混合肥液电导率 | 按独立混肥管路配置 |
| 4 | 肥液pH传感器 | 监测混合肥液酸碱状态 | 按独立混肥管路配置 |
| 5 | 灌溉流量计 | 测量瞬时流量与累计水量 | 按主管或分区计量需求配置 |
| 6 | 管道压力传感器 | 监测灌溉压力 | 按关键管段配置 |
| 7 | 智能电磁阀或电动阀 | 控制灌溉分区开关 | 按灌溉分区配置 |
| 8 | 阀门状态反馈模块 | 采集阀门到位或适用状态 | 按闭环需求配置 |
| 9 | 智能灌溉控制器 | 执行灌溉逻辑与故障保护 | 按控制站配置 |
| 10 | 注肥泵及施肥装置 | 肥料定量注入 | 按混肥工艺配置 |
| 11 | 供水泵及泵组控制设备 | 提供灌溉水源与压力 | 按水力设计配置 |
| 12 | 过滤装置 | 减少杂质进入滴灌系统 | 按水质与管网设计配置 |
| 13 | 工业通信网关 | 数据接入与协议转换 | 按网络结构配置 |
| 14 | 工业控制箱 | 控制器安装与电气保护 | 按控制站配置 |
| 15 | 智能灌溉管理平台 | 任务管理、监测及预警 | 统一部署 |
可根据实际项目增加过滤器前后差压监测、水箱液位监测、水源水质监测、肥料母液液位监测、注肥泵运行反馈、肥液温度监测、灌溉水电能计量及排水量监测。
对于需要精细化灌溉决策的项目，可增加土壤水势、室内外气象、太阳辐射和作物蒸散相关监测设备。
| 参数项目 | 参考技术指标 |
|---|---|
| 测量对象 | 土壤体积含水率 |
| 参考量程 | 0～100%VWC |
| 参考准确度 | ±3个百分点，规定标定条件下 |
| 分辨率 | 0.1个百分点 |
| 测量原理 | 介电式或其他适用原理 |
| 通信方式 | RS485等 |
| 安装方式 | 土壤根区埋入式 |
| 参数项目 | 参考技术指标 |
|---|---|
| 参考量程 | -40～80℃ |
| 参考准确度 | ±0.3℃，规定条件下 |
| 分辨率 | 0.1℃ |
| 通信方式 | RS485等 |
| 安装方式 | 指定土层埋入 |
| 参数项目 | 参考技术指标 |
|---|---|
| 测量对象 | 混合灌溉肥液电导率 |
| 参考量程 | 0～20mS/cm |
| 参考准确度 | 按传感器及标定条件确定 |
| 温度补偿 | 支持适用温度补偿 |
| 通信方式 | RS485、4～20mA等 |
| 安装方式 | 在线管道或适宜的流通池 |
| 接液材料 | 适应实际肥液及清洗条件 |
| 参数项目 | 参考技术指标 |
|---|---|
| 测量对象 | 混合肥液pH |
| 参考量程 | 0～14pH |
| 参考准确度 | ±0.1pH或按产品规定条件确定 |
| 分辨率 | 0.01pH |
| 温度补偿 | 按电极及变送器规格配置 |
| 通信方式 | RS485、4～20mA等 |
| 安装方式 | 在线管道或流通池 |
| 维护要求 | 定期校准及电极维护 |
| 参数项目 | 参考技术指标 |
|---|---|
| 测量参数 | 瞬时流量、累计体积 |
| 参考测量方式 | 电磁式或其他适用原理 |
| 测量范围 | 按设计流量和管径确定 |
| 参考准确度 | ±1%读数或按产品规格确定 |
| 输出信号 | RS485、脉冲或4～20mA |
| 管径匹配 | 按现场管道选型 |
| 安装要求 | 满足满管、接地及相应直管段要求 |
| 参数项目 | 参考技术指标 |
|---|---|
| 测量参数 | 管道表压 |
| 参考量程 | 0～1.0MPa |
| 参考准确度 | ±0.5%满量程 |
| 输出信号 | 4～20mA或RS485 |
| 过程连接 | 按管网接口配置 |
| 过压能力 | 按实际工况及型号确定 |
| 防护要求 | 适应潮湿及农业环境 |
| 参数项目 | 参考技术指标 |
|---|---|
| 阀门形式 | 电磁阀或电动阀 |
| 公称尺寸 | 按设计管径配置 |
| 工作压力 | 按系统运行压力选型 |
| 控制方式 | 开关控制或适配控制接口 |
| 状态反馈 | 按需配置开关到位反馈 |
| 阀体材料 | 适应灌溉水及肥液条件 |
| 供电方式 | 按执行机构规格配置 |
| 断电状态 | 按工艺与安全要求确定 |
| 参数项目 | 参考技术指标 |
|---|---|
| 输入接口 | RS485、模拟量和数字量 |
| 输出接口 | 数字量、继电器或适配模拟量 |
| 控制功能 | 定时、定量、墒情触发及联锁控制 |
| 数据缓存 | 支持本地数据记录 |
| 通信方式 | 以太网、4G或其他工业网络 |
| 控制模式 | 自动、授权手动、维护 |
| 故障保护 | 支持预设安全控制逻辑 |
| 运行方式 | 支持断网本地控制 |
上述技术参数为工程参考选型指标，实际设备量程、准确度、管径、电气规格和长期可靠性应根据具体产品及现场工况确认。
系统按预设时间启动指定灌溉分区，可用于常规生产计划或经过确认的固定灌溉工艺。
根据流量计累计水量判断任务完成情况，在达到目标水量后按照控制逻辑停止灌溉。
当根区水分达到经过确认的灌溉启动条件，并满足水源、泵组和阀门运行许可时，系统生成灌溉任务。
支持按照作物生育阶段切换灌溉管理方案，包括不同灌溉目标水量、执行时间及适用水肥配方。
按照经过确认的配方目标、混肥工艺及注肥能力执行施肥，并监测肥液EC和pH反馈。
按照泵站流量和管网压力能力，将多个灌溉分区依次纳入任务队列，防止超出供水系统设计能力。
启动前检查水源许可、泵组状态、阀门状态、控制器状态、必要的传感器有效性及当前任务条件。
根据具体泵站和阀门结构，采用经过工程验证的启停顺序，降低水锤、超压和设备异常风险。
实时采集流量、压力、肥液EC、pH和阀门反馈，判断运行状态是否符合任务要求。
任务结束后记录实际供水量、执行时长、目标完成情况、阀门反馈、设备状态及异常事件。
通过灌溉前后土壤含水率变化、累计水量和根区水分响应，对灌溉效果进行分析。
当根区水分持续低于经过确认的管理阈值时，系统生成相应预警。
当根区土壤长时间处于较高含水率状态时，提示关注过量灌溉及排水问题。
当实际肥液EC持续偏离配方目标或超过允许范围时，系统生成异常事件。
当肥液pH偏离工艺允许范围时，提示检查原水、肥料配方、调节设备及pH检测装置。
当灌溉任务已启动但流量持续不足时，系统生成供水异常提示，并按经过验证的保护规则处理。
当实际流量明显高于设计允许范围时，提示可能存在管道破损、阀门异常或其他管网问题。
在泵组和阀门应正常运行的条件下，如果压力持续低于设定允许范围，系统生成低压报警。
当压力达到必要的保护条件时，应执行符合水力工程设计的独立或本地保护动作，避免设备损坏。
当开阀命令与经确认的阀门到位反馈不一致时，生成开阀故障事件。
当关阀命令与实际反馈不一致，或关阀后仍存在异常流量时，提示检查阀门和相关管网。
系统应与泵组原有电气保护措施协调，防止缺水、超载及其他异常运行条件。
当用于自动控制的关键测量信号异常时，控制器应按预设安全策略停止相关调节、保持允许的基础运行或转入人工处理流程。
远程平台连接中断时，本地控制器应按照经过验证的逻辑维持允许的自动运行或安全停止，并保存事件记录。
所有报警事件应记录发生时间、监测值、控制状态、设备反馈及人工处理结果。
平台集中显示温室数量、灌溉分区数量、当前灌溉任务、供水状态、肥液EC、pH、流量、压力及阀门状态。
展示不同灌溉分区及不同土层的土壤含水率与温度数据，支持历史趋势查询。
实时显示肥液EC、pH和目标范围，支持查看配方变化及历史异常记录。
显示实时流量、累计供水量、当日灌溉水量和分区历史用水量。
展示关键管段压力及变化曲线，支持低压、超压和异常波动事件查询。
按温室和灌溉分区显示阀门控制命令、实际反馈及故障情况。
支持创建、编辑及查询定时灌溉、定量灌溉和经过授权的墒情触发灌溉任务。
记录作物品种、生产阶段、肥料配方、目标EC、pH及相关运行信息。
记录每次任务开始时间、结束时间、计划水量、实际水量、运行状态及异常事件。
将土壤水分、灌溉水量、肥液EC、pH和灌溉任务记录在统一时间轴上分析。
集中展示土壤水分、肥液质量、流量、压力、阀门及设备故障报警。
支持生成灌溉日报、分区用水报表、肥液监测报表及设备运行报告。
实施前应调查温室结构、作物种植布局、土壤类型、水源条件、供水能力、现有灌溉管网、过滤设备及水肥装置。
根据作物品种、土壤质地、灌溉管网和水力设计要求划分控制分区。
按照根区分布选择具有代表性的测点及深度，确保传感器与土壤密实接触。
在混合后具有代表性的管段或测量流通池安装传感器，预留必要的校准和维护空间。
按照流量计技术要求确定安装方向、管道充满条件、接地和必要的直管段要求。
在供水主管和关键管段设置压力测点，并采取适当的密封和防护措施。
根据设计管径、工作压力和安装环境选择适宜阀门，并验证控制输出和状态反馈。
按照工业电气安全要求配置控制器、供电保护、通信接口及必要的电气隔离措施。
根据工程设计和相关规范对管网进行必要的清洗、压力试验及运行检查，避免杂质进入滴灌末端。
对EC、pH、流量、压力及土壤监测设备进行必要的安装校核和性能验证。
依次测试单区灌溉、轮灌、水肥配比、流量累计、压力反馈、阀门到位及故障保护功能。
通过连续试运行检查灌溉任务执行、水量计量、肥液EC和pH稳定性、设备故障报警和数据完整性。
定期检查土壤传感器安装状态及线路，必要时通过土样检测开展水分校核。
按照产品说明书清洁电导电极，并采用适宜标准溶液进行校准。
定期检查pH电极状态，使用适宜缓冲溶液校准，避免电极长期干燥或受到不适宜清洗方式损坏。
检查流量计通信、安装状态及测量稳定性，必要时通过适宜计量方法进行比对。
检查压力传感器测量值、密封连接和异常漂移，并根据实际要求开展校准。
定期检查阀门启闭、供电、反馈信号及阀体密封情况，清理影响阀门动作的杂质。
根据过滤器压差、运行时间及水质情况开展清洗和维护。
检查注肥泵、混合装置、管路和肥料储存设备，避免结晶、堵塞及不适宜的化学品混合。
定期验证阀门反馈、流量压力保护和异常停止逻辑，确保设备状态与系统记录一致。
对灌溉计划、执行记录、肥液参数、监测数据和报警事件进行备份与追溯管理。
以根区土壤水分数据为重要依据，辅助减少单纯依靠人工经验和固定时间灌溉的局限。
连续监测混合肥液EC与pH，为水肥配制和输送过程提供实时反馈。
利用流量计记录实际供水量，提高灌溉任务执行结果的可追溯性。
通过流量和压力数据协同分析，辅助发现供水不足、堵塞及管网异常。
通过控制命令与实际反馈区分，提高灌溉分区执行状态的可确认性。
能够按照不同温室、作物和灌溉分区配置独立控制策略。
控制器可在通信中断情况下按照经过验证的策略执行允许的本地控制或安全保护。
通过土壤水分监测和实际水量计量，为优化灌溉安排及合理使用水资源提供依据。
通过肥液EC、pH和注肥过程记录，提高水肥供应信息的连续性和可追溯性。
通过流量、压力和阀门反馈分析，提高设备异常发现效率。
项目可从灌溉用水量、肥料消耗、人工管理工作量、设备故障处理及实际产量等方面评价综合效益。
在缺少实际运行和对照数据时，不应预设固定的节水率、节肥率或增产比例。
以下以宁夏某现代设施蔬菜种植园区作为假设场景，说明智能灌溉控制系统的工程配置方法。本示例仅为典型应用设计，不代表已经实施或验收的成功案例。
假设园区建设6座日光温室，每座面积约1000平方米，主要种植番茄和黄瓜，采用土壤栽培、滴灌和集中水肥供应方式。
每座温室初步划分2个灌溉控制分区，整个园区共设置12个灌溉分区。
采用集中供水与施肥装置，根据设计流量和水力计算结果选择轮灌或符合能力要求的部分并行灌溉方式。
每座温室初步选择2个代表性根区监测位置，每个位置参考设置10厘米、20厘米及40厘米三个监测深度。
实际测点应根据土壤质地、滴灌湿润体、作物根系分布和分区代表性调整。
| 设备名称 | 示例数量 | 主要用途 |
|---|---|---|
| 土壤含水率测量点 | 36个 | 6座温室，每座2组，每组3层 |
| 土壤温度测量点 | 36个 | 与水分测点对应 |
| 肥液EC传感器 | 1套 | 集中混肥主管监测 |
| 肥液pH传感器 | 1套 | 集中混肥主管监测 |
| 主管灌溉流量计 | 1套 | 集中供水量计量 |
| 管道压力传感器 | 3套（暂估） | 泵站、主管及关键管段压力监测 |
| 智能分区阀门 | 12套 | 12个灌溉分区控制 |
| 阀门状态反馈 | 12组 | 按阀门反馈能力配置 |
| 智能灌溉控制器 | 按控制架构配置 | 分区任务与泵阀控制 |
| 施肥装置 | 1套 | 集中水肥混配 |
| 过滤装置 | 1组 | 根据水质及设计流量配置 |
| 供水泵组 | 按水力设计配置 | 供水与压力保障 |
| 工业通信网关 | 1～2套 | 设备数据接入 |
| 智能灌溉管理平台 | 1套 | 集中管理及数据分析 |
土壤含水率和温度可以采用一体化传感器实现，因此表中的测量点位数量不代表独立设备数量。
本示例采用一个主管流量计，能够记录统一供水管路的累计流量。若多个分区同时灌溉，仅凭主管流量数据无法准确区分各分区的实际供水量。需要精确分区计量时，应增加分区流量计或采用经水力校核的独立轮灌方式。
系统实时采集各温室土壤含水率和温度，根据预设作物阶段参数判断灌溉需求。
满足灌溉条件时，本地控制器检查水源、泵组、阀门及必要的传感器状态，随后按经过验证的顺序启动灌溉。
灌溉过程中，流量计记录累计水量，压力传感器监测管网压力，肥液EC和pH传感器监测混合肥液状态。
当达到目标水量或其他合法停止条件时，系统结束任务并记录执行结果。
根据作物品种和生产阶段选择经过确认的施肥配方，系统按照设备能力执行混肥，并监测肥液EC和pH。
若肥液状态持续偏离允许范围，系统按照预设规则暂停相关肥液供应或执行其他经过验证的保护措施。
假设系统已发出开阀命令，但阀门没有有效到位反馈，或流量与压力未出现预期变化，则平台记录执行异常并提醒管理人员核查。
对于管道异常低压、超压及严重流量异常，应按照设备和工程设计要求执行本地保护。
项目建成后，可从土壤监测有效数据率、流量计量准确性、阀门执行成功率、灌溉任务完成率、肥液EC/pH稳定性、供水压力合格率及故障响应及时性等方面开展验收和评价。
节水、节肥及经济效益评价应结合实际水量、肥料投入和作物生产记录分析。
| 标准编号 | 标准名称 | 主要参考内容 |
|---|---|---|
| NY/T 3696—2020 | 设施蔬菜水肥一体化技术规范 | 设施蔬菜水肥一体化技术及管理要求 |
| NY/T 4368—2023 | 设施种植园区 水肥一体化灌溉系统设计规范 | 系统规划、设备配置、工程设计与自动控制 |
| NY/T 2624—2014 | 水肥一体化技术规范 总则 | 水肥一体化一般技术原则 |
| NY/T 2132—2012 | 温室灌溉系统设计规范 | 温室灌溉系统设计 |
| NY/T 3244—2018 | 设施蔬菜灌溉施肥技术通则 | 设施蔬菜灌溉施肥管理 |
| GB/T 50485—2020 | 微灌工程技术标准 | 滴灌等微灌工程相关技术 |
| GB 5084—2021 | 农田灌溉水质标准 | 灌溉用水水质要求 |
| GB 50288—2018 | 灌溉与排水工程设计标准 | 灌溉与排水工程设计 |
以上标准用于项目技术设计参考。实际工程应按照现行有效版本及适用范围执行，并根据项目类型、灌溉面积、管理规模和具体技术条件确认是否适用。
设施蔬菜智能灌溉系统应以作物水分需求和实际管网能力为基础，将土壤水分监测、水肥供应、流量计量、压力控制和阀门执行反馈进行集成。
肥液EC和pH用于描述水肥混合液的电化学状态，但不能替代具体养分浓度检测或完整的肥料配方管理。
灌溉任务的实际完成情况应优先以有效流量累计和设备执行反馈判断，不宜仅依据计划执行时间或控制命令进行确认。
（1）NY/T 3696—2020《设施蔬菜水肥一体化技术规范》。参考设施蔬菜水肥管理的技术要求。
（2）NY/T 4368—2023《设施种植园区 水肥一体化灌溉系统设计规范》。参考设施种植园区水肥一体化灌溉系统的设计原则、设备配置、工程参数和自动控制要求。
（3）NY/T 2624—2014《水肥一体化技术规范 总则》。参考水肥一体化技术的一般原则。
（4）GB/T 50485—2020《微灌工程技术标准》。参考滴灌系统的工程设计与技术要求。
（5）GB 5084—2021《农田灌溉水质标准》。参考农业灌溉水源水质要求。
《设施蔬菜水肥一体化技术规范》：
https://std.samr.gov.cn/hb/search/stdHBDetailedCNF?id=BFEAD835AA584233E05397BE0A0AB035
《设施种植园区 水肥一体化灌溉系统设计规范》：
https://std.samr.gov.cn/hb/search/stdHBDetailedCNF?id=FF13AEF5E757F62CE05397BE0A0A5929
农业农村部《设施种植园区 水肥一体化灌溉系统设计规范》公开资料：
https://www.moa.gov.cn/ztzl/zhnyzxd/bzgf/xb/202412/P020241220602720601013.pdf
《水肥一体化技术规范 总则》：
https://std.samr.gov.cn/hb/search/stdHBDetailed?id=AF7D4A1CE6661558E05397BE0A0A9D1D
全国标准信息公共服务平台：
https://std.samr.gov.cn/
在基础水肥一体化控制系统稳定运行后，可进一步接入室内外气象、土壤水势、灌溉水质、肥料母液液位、设备能耗、作物生育期和产量数据。
通过长期积累不同作物、不同生育阶段和不同灌溉策略的数据，可研究基于土壤水分预测、蒸散估算和灌溉反馈的智能决策模型。
对于拟采用模型预测控制或人工智能优化灌溉的项目，应首先保证传感器数据可靠、泵阀保护完备和控制边界清晰，并在试验条件下验证模型效果后再投入实际自动运行。
本方案为设施蔬菜智能灌溉控制系统的工程技术设计方案，所列硬件参数、监测深度、设备数量、控制逻辑及典型配置均为参考内容。
正式项目实施时，应结合蔬菜品种、土壤质地、根区深度、水源条件、灌溉管网、肥料配方及现有电气设备进行深化设计。
土壤含水率监测可为灌溉决策提供基础数据，但不能完全替代作物水分需求分析；肥液EC和pH监测可以辅助水肥管理，但不能单独反映所有养分含量；阀门电气状态和实际机械到位状态也需要明确区分。
对于涉及供水泵、施肥泵、酸碱投加装置及灌溉阀门自动控制的项目，应配置适当的本地安全保护、人工操作权限、设备运行反馈和故障处理机制。
通过根区墒情监测、肥液在线检测、灌溉流量与压力反馈及智能阀门闭环控制，本方案能够为设施蔬菜精准灌溉、水肥一体化管理、灌溉设备运维和农业生产数字化管理提供技术支撑，推动设施蔬菜种植向精细化、自动化和智能化方向发展。
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