抽水混合肥料在线自动化控制方案
时间：2025-12-11
涉川
一、方案介绍
随着智能农业和水肥一体化技术推广，传统人工兑肥与人工灌溉方式已无法满足现代农业对精准施肥、节水节肥和高效管理的需求。抽水混合肥料在线自动化控制系统通过水泵抽水、智能比例施肥、实时监测与远程控制，实现“自动取水—定量注肥—在线混合—均匀施用”的全自动运行模式，大幅提升肥料利用率和作物产量。
系统以水源取水泵、肥液储罐、智能施肥泵、流量与压力监测、云平台控制为核心，通过设定施肥比例自动完成混肥过程，实现无人值守的精准施肥作业。
二、监测目标
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监测供水水压、水流量、液肥浓度、施肥量等关键参数。
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监测水泵运行状态与管网供水能力。
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实现肥料按比例、按流量实时注入供水管道。
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在线监测肥液罐液位并提供缺肥报警。
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实现远程管理、自动控制、定时施肥与智能决策。
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自动化完成抽水、混肥、冲洗等全流程作业。
三、需求分析
自动化混肥系统需满足：
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施肥比例精准稳定，可随水量自动匹配；
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具备压力与流量监测，确保混肥均匀性；
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具备肥液罐液位监测，避免空吸损泵；
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可与灌溉系统联动，实现水肥同步；
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系统运行安全可靠，强电由弱电逻辑控制；
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平台支持手机、电脑远程操作；
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可按作物生育期制定施肥计划；
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支持太阳能供电模式，便于野外部署；
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全程数据记录可追溯。
四、监测方法
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通过压力传感器监测主管道压力判断供水是否正常。
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通过流量传感器监测实际灌溉流量，为施肥比例计算提供依据。
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施肥泵实时监测肥液注入量并进行闭环调节。
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肥液罐液位传感器监测剩余肥料量。
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所有实时数据通过采集主机上传云平台进行集中管理。
五、应用原理
1. 水肥混合原理
肥液注入器（或电控施肥泵）按设定比例将肥液注入灌溉主管道，利用水流完成混合，形成均匀的肥水溶液输送到田间。
2. 定量施肥原理
根据实时流量 Q 和目标施肥浓度 C，施肥泵自动计算并注入对应肥液量 M，实现动态比例控制。
3. 安全保护原理
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压力过低：暂停施肥并报警
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流量不足：自动停止注肥
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肥液不足：自动报警并停止注入
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注肥异常：系统自动切换为仅灌溉模式
4. 离线运行
断网情况下，设备仍根据本地逻辑执行施肥任务，增强可靠性。
六、功能特点
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自动抽水、自动注肥、自动混合，全流程无人值守；
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精准施肥：根据流量自动匹配肥料用量；
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支持单区、多区联控，实现分区施肥；
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支持定时施肥、定量施肥、阈值施肥、周期施肥等模式；
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实时监测压力、流量、肥液量与施肥状态；
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手机与电脑远程控制开关泵与施肥泵；
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自动冲洗管路，防止堵塞；
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数据可追溯，生成用肥报表；
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支持水肥联控与病虫害防治扩展模块。
七、硬件清单
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取水水泵与强电控制模块
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智能施肥泵或比例注肥器
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管道流量传感器
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管网压力传感器
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肥液储液罐与液位监测装置
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智能数据采集与控制主机（含4G/LoRa/NB-IoT）
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电磁阀与灌溉管路终端执行装置
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太阳能电源系统或市电供电
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云平台监测与控制软件
八、硬件参数（量程、精度）
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流量测量精度：±2%
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压力量程：0～1 MPa（精度 ≤0.5%）
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施肥泵流量调节精度：误差 ≤3%
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肥液罐液位测量精度：±1 cm
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主机工作温度：–20℃～+70℃
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防护等级：IP65～IP67
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通信方式：4G/NB-IoT/LoRa
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控制输出：弱电逻辑控制强电执行设备
九、方案实现
1. 现场布设
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水泵安装在取水点，配套防水控制柜；
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注肥泵串联于主管道旁路；
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流量与压力传感器布设于主管道关键位置；
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肥液罐设置在防雨区域并连接液位传感器；
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主控制箱集中安装采集主机和继电器模块；
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灌溉区按需布设电磁阀。
2. 系统控制流程
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水泵启动 → 管网压力达到设定值；
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流量达到要求 → 注肥泵启动；
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注肥泵根据流量实时调整肥料注入量；
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施肥完成后管道自动冲洗；
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停机后平台记录全过程数据。
3. 平台管理功能
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实时查看流量、压力、施肥量、电磁阀状态；
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远程启停水泵、注肥泵；
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自动生成施肥计划；
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越限报警推送至手机；
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提供历史曲线和日报、周报、月报。
十、数据分析
平台可统计：
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每次施肥量、每日施肥量、每季用肥量
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施肥比例达成度
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流量、压力变化趋势
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肥料消耗速度预测
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管道堵塞或压力异常趋势判断
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与土壤墒情关联的施肥效果分析
十一、预警决策
自动预警包括：
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肥液罐液位过低报警
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施肥泵空吸报警
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管网压力异常
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注肥比例异常偏差
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水泵故障报警
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数据中断与设备离线告警
所有报警自动记录，可用于农业监管与追溯。
十二、方案优点
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水肥自动混配，提高肥料利用率 20%～40%；
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降低人工兑肥成本和安全风险；
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提高作物生长一致性，增产显著；
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可持续运行，支持太阳能独立供电；
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灌溉与施肥同步，提高水肥吸收效率；
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系统可扩展病虫害喷药、水质监测等模块；
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满足数字农业与高标准农田建设需求。
十三、应用领域
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大田作物（玉米、水稻、小麦）
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经济作物（蔬菜、果园、茶园、葡萄）
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温室大棚智能灌溉
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节水农业示范区
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数字乡村水肥一体化工程
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农田水利自动化改造
十四、效益分析
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肥料节省 20%–40%
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灌溉水量节省 30% 以上
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作物产量提高 10%–30%
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大幅减少人工成本（兑肥、巡检）
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减少环境污染，提高肥料利用效率
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数据可追溯，便于农业监管与补贴申报
十五、国标规范
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《灌溉工程节水技术规范》
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《农业水肥一体化技术规范》
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《物联网农业应用技术要求》
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《节水农业工程建设规范》
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《智能灌溉控制系统技术规范》
十六、参考文献
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水肥一体化应用研究论文
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农业自动化灌溉系统设计手册
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智慧农业大数据分析资料