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一、項(xiàng)目背景概述

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，農(nóng)作物的施肥方式也發(fā)生了重大的變革，由傳統(tǒng)的粗放式施肥向精準(zhǔn)施肥、數(shù)字化施肥發(fā)展。20 世紀(jì) 70年代聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織提出用土壤測(cè)試和植株分析進(jìn)行施肥推薦，提高了施肥的精準(zhǔn)度。從2005 年國(guó)家啟動(dòng)實(shí)施測(cè)土配方施肥項(xiàng)目以來(lái)，截止到 2010 年，測(cè)土配方施肥項(xiàng)目縣 （場(chǎng)、單位 ）達(dá)到 2498 個(gè)，收益農(nóng)戶(hù)達(dá) 1.5 億，推廣面積達(dá) 11 億畝以上，2012 年力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)全國(guó)測(cè)土配方施肥技術(shù)推廣 13 億畝，免費(fèi)為 1.8 億農(nóng)戶(hù)提供測(cè)土配方施肥技術(shù)服務(wù)目標(biāo)。項(xiàng)目在取土化驗(yàn)和田間試驗(yàn)基礎(chǔ)上，制定科學(xué)施肥配方，指導(dǎo)農(nóng)民按方施肥，提高了科學(xué)施肥水平。為解決測(cè)土配方施肥技術(shù)到位率低的問(wèn)題，項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，一些地區(qū)借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)智能配肥設(shè)備，建立配肥站，將施肥配方轉(zhuǎn)化成配方肥提供給農(nóng)民，大大提高了測(cè)土配方施肥技術(shù)成果的到位率和應(yīng)用率。

智能稱(chēng)重儀表控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)化管理技術(shù)在測(cè)土配方施肥項(xiàng)目上起到了積極的推動(dòng)作用。

二、智能稱(chēng)重儀表控制技術(shù)介紹

（ 一 ） 多稱(chēng)重單元增量式智能精量配肥系統(tǒng)設(shè)備外型。 

智能稱(chēng)重儀表控制系統(tǒng)工作介紹：

本智能稱(chēng)重儀表控制系統(tǒng)通過(guò)觸摸顯示屏操作工控機(jī)中的“測(cè)土配方智能配肥控制系統(tǒng)軟件” ，查詢(xún)出農(nóng)戶(hù)田地農(nóng)作物所需要的配方或查出要生產(chǎn)的配方后，把配方數(shù)據(jù)通過(guò) MODBUS 通信模塊傳輸至 A、B、C、D 四臺(tái)稱(chēng)重控制器，四臺(tái)稱(chēng)重控制器根據(jù)配方要求分別控制對(duì)應(yīng)的稱(chēng)重單元進(jìn)行定量稱(chēng)重，各個(gè)稱(chēng)重單元稱(chēng)重完成后，將稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)上傳至工控機(jī)，并將已稱(chēng)好信號(hào)給 PLC，PLC 收到四臺(tái)稱(chēng)重控制器的已稱(chēng)好信號(hào)后，控制四個(gè)稱(chēng)重單元同時(shí)放料，并把混合機(jī)開(kāi)啟，混合機(jī)混合一段時(shí)間后，開(kāi)門(mén)放料，PLC 控制混合機(jī)的混合時(shí)間和開(kāi)門(mén)時(shí)間可由“測(cè)土配方智能配肥控制系統(tǒng)軟件”通過(guò) MODBUS通信模塊進(jìn)行修改，肥料通過(guò)雙螺旋輸送線和成品料提升機(jī)到達(dá)定量包裝設(shè)備，通過(guò)定量包裝設(shè)備進(jìn)行定量包裝。

本系統(tǒng)中原料的提料，四種原料各自的定量稱(chēng)重、混合，以及成品定量包裝都是并行進(jìn)行的，每個(gè)環(huán)節(jié)都是獨(dú)立的，配肥速度快，所以本智能稱(chēng)重儀表控制技術(shù)非常適合規(guī)模化生產(chǎn)設(shè)備。

（ 二 ） 單稱(chēng)重單元增量式智能精量配肥系統(tǒng)

系統(tǒng)工作控制原理：

通過(guò)觸摸顯示屏操作工控機(jī)中的“測(cè)土配方智能配肥控制系統(tǒng)軟件” ，查詢(xún)出用戶(hù)田地農(nóng)作物所需要的配方后，通過(guò) MODBUS- RTU 通信協(xié)議，把配方發(fā)給觸摸屏稱(chēng)重控制器，稱(chēng)重控制器根據(jù)配方比例數(shù)據(jù) REC_a：REC_b：REC_c 和設(shè)備的每批次最大稱(chēng)重重量 M 分別計(jì)算出 A、B、C 肥料的目標(biāo)值 Ma，Mb，Mc，計(jì)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)

然后控制器控制稱(chēng)重單元定量稱(chēng)重，首先控制 A 給料機(jī)構(gòu)定量給料到 Ma，然后控制 B 給料機(jī)構(gòu)定量給料到 Mb，同理控制 C 給料機(jī)構(gòu)定量給料到 Mc，稱(chēng)重計(jì)算公式如下：

M(總重)=Ma+Mb+Mc；

由于本系統(tǒng)的稱(chēng)重單元和混合機(jī)構(gòu)合為一體，因此稱(chēng)重完成后，啟動(dòng)混合機(jī)構(gòu)對(duì)肥料進(jìn)行混合，然后放料并進(jìn)行包裝，最后稱(chēng)重控制器會(huì)把配肥日期、肥料配方，每種原料的實(shí)際重量、價(jià)格，肥料的使用方法通過(guò)微型打印機(jī)輸出來(lái)給農(nóng)戶(hù)，這個(gè)配肥憑條既有結(jié)算的功能，也有施肥指導(dǎo)的功能。

本系統(tǒng)將配肥、定量稱(chēng)重、混合、包裝融為一體，組成一個(gè)小型化配肥站，適合個(gè)性化配肥模式。由于采用單稱(chēng)重單元增量式稱(chēng)重控制，每種原料要依次稱(chēng)重，因此系統(tǒng)的配肥速度和采用第一種稱(chēng)重控制技術(shù)的系統(tǒng)相比要慢。

（ 三 ） 多稱(chēng)重單元減量式智能精量配肥系統(tǒng)設(shè)備外型。
系統(tǒng)工作控制原理：

通過(guò)觸摸顯示屏操作工控機(jī)中的“測(cè)土配方智能配肥控制系統(tǒng)軟件” ，查詢(xún)出用戶(hù)田地農(nóng)作物所需要的配方后，分別計(jì)算出 A、B、C 肥料的目標(biāo)值 Ma、Mb、Mc，然后把配方數(shù)據(jù)通過(guò)RS485 總線的 MODBUS 通信協(xié)議，分別發(fā)送過(guò)稱(chēng)重控制器 A、B、C，配方發(fā)送成功后，工控機(jī)上的“控制軟件”再發(fā)送允許定量稱(chēng)重信號(hào)，稱(chēng)重控制器 A、B、C 根據(jù)收到的配方目標(biāo)重量開(kāi)始定量稱(chēng)重。本稱(chēng)重控制系統(tǒng)采用減量法稱(chēng)重，稱(chēng)重原理是：首先把秤斗投入充足的肥料，然后打開(kāi)秤斗門(mén)下料，假設(shè)要稱(chēng)重的目標(biāo)重量為 W ₁ ，稱(chēng)重前秤斗中肥料總重為 W ₂ ，稱(chēng)重完秤斗剩余的肥料重量是 W ₃ ，計(jì)算公式如下：

W ₁ =W ₂ - W ₃ ；

稱(chēng)重完成后，啟動(dòng)攪拌機(jī)構(gòu)對(duì)肥料進(jìn)行混合，然后進(jìn)行成品包裝。最后，工控機(jī)通過(guò)“測(cè)土配方專(zhuān)家配肥控制軟件”會(huì)把每種肥料的實(shí)際稱(chēng)重值存入數(shù)據(jù)庫(kù)中并把相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)打印機(jī)打印出來(lái)給農(nóng)戶(hù)。

本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒(méi)有料倉(cāng)，所以提料、定量稱(chēng)重、混合是依次進(jìn)行的，但設(shè)備整體高度與前兩種配肥系統(tǒng)相比要矮。

三、網(wǎng)絡(luò)化管理技術(shù)介紹

配肥領(lǐng)域應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化管理技術(shù)是利用開(kāi)放的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將配肥終端、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)客戶(hù)端連接起來(lái)，所有數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行交換，構(gòu)建土壤信息管理，肥料配方信息管理，農(nóng)戶(hù)信息管理，配肥終端控制，肥料信息監(jiān)管，配肥數(shù)據(jù)查詢(xún)等為一體的信息化管理平臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)組成框圖。

網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)介紹：

網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)中的配肥終端首先從服務(wù)器更新當(dāng)?shù)氐耐寥佬畔?、肥料配方信息、農(nóng)戶(hù)信息。更新完成后，配肥終端管理員為每個(gè)農(nóng)戶(hù)配發(fā)一個(gè)智能 IC 卡，此卡用于存儲(chǔ)農(nóng)戶(hù)個(gè)人信息和自家田塊的信息。農(nóng)戶(hù)需要肥料的話，只需把卡插到讀卡器中，輸入要種的作物、田塊面積，就可以自動(dòng)配肥。配肥完成后，配肥終端會(huì)通過(guò)不干膠標(biāo)簽打印機(jī)輸出每袋肥料的唯一銷(xiāo)售編碼、配方信息、價(jià)格等信息，并且把每次配肥的農(nóng)戶(hù)信息、配方信息、每種單質(zhì)肥的重量數(shù)據(jù)、銷(xiāo)售價(jià)格等數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器，管理員可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)任意一臺(tái)客戶(hù)端，通過(guò)瀏覽器查詢(xún)配肥終端的配肥信息。

本系統(tǒng)把土壤專(zhuān)家、土肥站、肥料監(jiān)管部門(mén)、肥料銷(xiāo)售門(mén)店、農(nóng)戶(hù)聯(lián)系在一起。土壤專(zhuān)家根據(jù)土肥站的田間試驗(yàn)、土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)、結(jié)合氣候、地貌、土壤、耕作制度等給出不同作物的施肥配方，并把這些信息傳送到配肥終端；

農(nóng)戶(hù)可以在銷(xiāo)售門(mén)店通過(guò)智能 IC 卡購(gòu)買(mǎi)到采用科學(xué)配方的肥料；肥料監(jiān)管部門(mén)根據(jù)銷(xiāo)售編號(hào)可以查詢(xún)每包肥料的養(yǎng)分信息，通過(guò)對(duì)肥料養(yǎng)分含量的測(cè)試，可以判斷銷(xiāo)售的肥料是否符合標(biāo)準(zhǔn)；銷(xiāo)售門(mén)店可以實(shí)時(shí)查詢(xún)肥料銷(xiāo)售情況。這樣管理員通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)給農(nóng)戶(hù)進(jìn)行技術(shù)服務(wù)和管理，使農(nóng)戶(hù)脫離傳統(tǒng)施肥方法，提高了科學(xué)施肥水平。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，智能稱(chēng)重技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)化管理技術(shù)應(yīng)用于配肥領(lǐng)域，可以直接將科學(xué)的施肥配方轉(zhuǎn)化成配方肥提供給農(nóng)民，達(dá)到提高肥料利用率、提高作物產(chǎn)量、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約成本的目的；這些技術(shù)應(yīng)用是信息化帶動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化典型案例，對(duì)加快我國(guó)農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)具有重要的推動(dòng)作用。

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