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水鹽肥運移模擬調控系統

型號:

此次設計的鹽堿地綜合科研試驗設施建設項目主要有兩部分組成,一是土建工程部分,具體包含一處測坑群的地下室建設、一套移動(dòng)遮雨棚工程建設;二是設備安裝調試部分,具體包含兩套稱(chēng)重式蒸滲儀、一套人工模擬降雨系統、十八套土壤墑情監測系統、十八套土壤溶液提取系統、十八套自動(dòng)供排水系統。
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產(chǎn)品概述:

水鹽肥運移模擬調控系統項目主要有兩部分組成,一是土建工程部分,具體包含一處測坑群的地下室建設、一套移動(dòng)遮雨棚工程建設;二是設備安裝調試部分,具體包含兩套稱(chēng)重式蒸滲儀、一套人工模擬降雨系統、十八套土壤墑情監測系統、十八套土壤溶液提取系統、十八套自動(dòng)供排水系統。

設備包括:

XHZ-ZS101稱(chēng)重式蒸滲儀2套、XHZ-JY101人工模擬降雨系統1套、XHZ-SQ101土壤墑情監測系統18套、XHZ-RY101土壤溶液提取系統18套、XHZ-BS101自動(dòng)供排水系統18套、XHZ-DZPT-100水鹽運移模擬系統數據展示平臺1套。


主要技術(shù)參數及配置:

一、稱(chēng)重式蒸滲儀

由箱體、稱(chēng)重系統、滲漏監測系統、土壤環(huán)境監測系統、土壤溶液提取系統、自動(dòng)排水系統、數據采集系統、UPS備電系統等組成。

蒸滲儀箱體長(cháng)3.3m,寬2.0m,裝土深2m,反濾層厚0.3m,總深度2.3m。

蒸滲儀蒸散量變化靈敏度:≤0.02mm水深,滲漏量監測稱(chēng)重模式:采用1個(gè)S型稱(chēng)重傳感器,帶有自動(dòng)排水裝置;稱(chēng)重量程:5kg;分辨率:0.1g;精度:1g;輸出:內部RS485協(xié)議或標準Modbus協(xié)議;

土壤環(huán)境監測系統是分層進(jìn)行監測,大型蒸滲儀分7層測量,土壤溶液分層提??;

土壤溶液分層提取,蒸滲儀分7層;土壤溶液包括陶土頭(用一備一)、溶液抽取器、取樣瓶、真空泵等。

土壤水分溫度電導率:量程:水分0~100%,溫度-40~80℃,電導率0~23 dS/m;精度:±3%,±0.5℃,±5%(0-7ds/m內);防護等級:IP68;輸出:SDI-12;電導率測量須采用鍍金觸點(diǎn);尺寸:整體厚度不超過(guò)1.5cm,探針長(cháng)度不超過(guò)5cm;供電電壓:最低可至2.5V,最高可至16V;線(xiàn)纜:5米。

土壤水勢:土壤水勢范圍:-9kPa~-2,000kPa(1.96~4.31pF),分辨率:0.1kPa,準確度:±(讀數的 10%+ 2kPa)@-9kPa~-100kPa,傳感器類(lèi)型:頻域,帶校準的陶質(zhì)板;土壤溫度范圍:-40~60℃,分辨率:0.1℃,準確度:±1℃;傳感器類(lèi)型:熱敏電阻;測量頻率:70 MHz;輸出:SDI-12 通訊協(xié)議。

所生產(chǎn)的稱(chēng)重式土壤蒸滲儀符合國家《企業(yè)標準信息公共服務(wù)平臺》公示的標準。

LYSDAMS V1.0蒸滲儀數據采集與管理系統:系統中所有子系統的數據采集及處理都由采集主機進(jìn)行,同時(shí)采集主機將數據緩存,向數據平臺發(fā)送數據。主處理器:高性能Cortex M系列處理器;內部存儲:512M 高可靠性Nor Flash存儲,無(wú)壞區塊;外部存儲:USB接口,TF卡;通信接口:2/3/4G全網(wǎng)通無(wú)線(xiàn)傳輸接口,以太網(wǎng)接口,RS485接口;通信協(xié)議:支持標準MQTT或自有協(xié)議;可擴展選配模塊:SDI-12采集模塊,RS485 Modbus 采集模塊,模擬量采集模塊,4-20mA采集模塊,輸入輸出控制模塊等;數據采集:擴展選配模塊支持自動(dòng)識別及編址,可進(jìn)行自動(dòng)適應采集;帶有液晶顯示及按鍵人機界面,可在現場(chǎng)查看設備狀體及下載數據;可設置采樣間隔及采集數據類(lèi)型,采樣間隔1分鐘至4小時(shí)可配置;數據下載:本地U盤(pán)/TF卡下載,遠程云平臺存儲下載;;可實(shí)現與水鹽運移模擬系統數據展示平臺的聯(lián)動(dòng),并實(shí)時(shí)顯示可控制,后期可擴展并能集成其他傳感器。

二、人工模擬降雨系統

人工模擬降雨配合移動(dòng)防雨棚,實(shí)現每6個(gè)為一個(gè)小區的模擬降雨,逐步降雨3個(gè)小區;

雨強連續變化范圍:15~ 180mm/h;

降雨單區有效面積:56㎡;

降雨移動(dòng)區域:3個(gè)區;

降雨均勻度:>0.80;

雨滴大小調控范圍:0.4-6mm;

降雨高度:≥3m;

噴頭的要求:旋轉下噴式噴頭,不銹鋼材質(zhì),大中小3種噴頭;

管道材質(zhì):免生銹鋼塑復合管;

連續降雨方式:可實(shí)現連續、變雨強降雨,提前設置多降雨場(chǎng)次、時(shí)間、雨強,系統自動(dòng)執行場(chǎng)次降雨的切換;

系統控制方法:采用閉環(huán)控制法,即就是在降雨區所布設的雨量計可以實(shí)時(shí)監測降雨強度的大小,并將數據傳輸至控制臺,與設定的雨強值進(jìn)行逼近式對比分析,再通過(guò)自動(dòng)調節變頻器及流量調節閥、調壓閥等組件,改變供水水壓及流量。本系統控制方式采用自主研發(fā)的PID閉環(huán)控制法。在降雨區所布設的壓力傳感器、雨量計可以實(shí)時(shí)監測供水管道內壓強及實(shí)際降雨強度的大小,并將采集參數回傳至高性能MUC控制單元,利用內置PID算法快速響應系統反饋的數據,并結合當前降雨場(chǎng)景制定調節方案,實(shí)現精準調控??刂葡到y下位機的主控采用ST意法半導體基于A(yíng)RM Cortex-M3內核的高性能系列MCU;傳感器采集選用Sigma-Delta式可編程ADC。采樣分辨率24Bit,采樣速率最高可達19200樣本/秒;下位機通過(guò)內嵌WIFI模塊及自主研發(fā)的780MHz射頻模塊與平板電腦端進(jìn)行連接,并通過(guò)TCP/IP或串行通信協(xié)議進(jìn)行通信。相關(guān)無(wú)線(xiàn)通信方案:802.11b/g/n及Sub-1GHz均符合國家標準要求;控制器與變頻器、回水閥之間使用的工業(yè)485差分信號總線(xiàn)進(jìn)行通信,遵循ModBus通訊協(xié)議;閥門(mén)控制部分采用MOSFET半導體技術(shù)。

三、土壤墑情監測系統

采集器系統:所有SDI-12傳感器數據采集由及處理都由采集器進(jìn)行,同時(shí)采集器將數據緩存,向系統主機發(fā)送數據,所有數據采集器支持級聯(lián),可自由擴展采集器數量及傳感器數量;

主處理器:高性能Cortex M系列處理器;

內部存儲:1M 高可靠性EEPROM;

傳感器接口:標準SDI-12接口,4個(gè)獨立編制采集通道;通信接口:外部RS485接口,標準Modbus-RTU協(xié)議或者內部協(xié)議;

主機通信:4G全網(wǎng)通及以太網(wǎng)通信,支持標準MQTT或自有協(xié)議;

數據采集:可設置采樣間隔及采集數據類(lèi)型,或者由系統主機控制采集;

工作環(huán)境:溫度 -30~+75℃,濕度0~100% RH;

供電方式:AC 220V 或 DC 24V,可連接太陽(yáng)能供電。

可實(shí)現與水鹽運移模擬系統數據展示平臺的聯(lián)動(dòng),并實(shí)時(shí)顯示可控制,后期可擴展并能集成其他傳感器。

土壤墑情監測系統,布設7層監測土壤溫度、濕度、電導率、水勢四個(gè)參數;

土壤水分溫度電導率:量程:水分0~100%,溫度-40~80℃,電導率0~23 dS/m;精度:±3%,±0.5℃,±5%(0-7ds/m內);防護等級:IP68;輸出:SDI-12;電導率測量須采用鍍金觸點(diǎn);尺寸:整體厚度不超過(guò)1.5cm,探針長(cháng)度不超過(guò)5cm;供電電壓:最低可至2.5V,最高可至16V;線(xiàn)纜:5米。

土壤水勢:土壤水勢范圍:-9kPa~-2,000kPa(1.96~4.31pF),分辨率:0.1kPa,準確度:±(讀數的 10%+ 2kPa)@-9kPa~-100kPa。

四、土壤溶液提取系統

土壤溶液分7層提??;包括陶土頭(用一備一)、溶液抽取器、取樣瓶、真空泵等。

土壤溶液提取器可以7個(gè)點(diǎn)位同時(shí)提取不同深度土壤溶液,溶液抽取器長(cháng)度400mm,內徑140mm,外徑150mm;

陶土頭:尺寸:Φ20x50mm;硅砂材料,進(jìn)氣值:0.9bar;

真空泵:抽氣速率≥20L/min,極限負壓值≥0.06MPa;

溶液提取瓶:材質(zhì)高硼硅,容量100ml。

五、自動(dòng)供排水系統

自動(dòng)供排水系統采集馬氏瓶中各傳感器數據,并且根據傳感器數據計算出蒸滲儀蒸發(fā)量(補水量)以及滲漏量(排水量),同時(shí)控制自動(dòng)供排水,并將采集器將數據緩存,向系統主機發(fā)送數據。

支持多種馬氏瓶傳感器,在異常狀態(tài)下(缺供水/斷電/凍結)可自動(dòng)切換至安全運行狀態(tài),恢復后繼續正常運行;

可實(shí)現與水鹽運移模擬系統數據展示平臺的聯(lián)動(dòng),并實(shí)時(shí)顯示可控制,后期可擴展并能集成其他傳感器。

主處理器:高性能Cortex M系列處理器;

內部存儲:1M 高可靠性EEPROM;傳感器接口:4路4-20mA采集接口,高速高精度ADC采集,24位分辨率;輸入開(kāi)關(guān)接口:2路,干接點(diǎn)或PNP型,隔離輸入;控制接口:8路電磁閥或4路電動(dòng)球閥,可配置;

通信接口:RS485接口,標準Modbus-RTU協(xié)議或者內部協(xié)議;

數據采集:可設置采樣間隔及采集數據類(lèi)型,或者由系統主機控制采集;

蒸散量(補水量)測量:液位壓力換算式;蒸散量(補水量)分辨率:0.01mm;

蒸散量(補水量)精度:0.1mm;

滲漏量(排水量)測量:液位壓力換算式;

滲漏量(排水量)分辨率:0.001mm;

滲漏量(排水量)精度:0.01mm;

工作環(huán)境:溫度 -40~+75℃,濕度0~100% RH;

防水等級:IP66;

供電方式:AC 220V 或 DC 24V,可連接太陽(yáng)能供電。

六、水鹽運移模擬系統數據展示平臺

1.基于microsoft .Net平臺開(kāi)發(fā)。兼容Windows7及以上系統。

2.單路服務(wù)器具備最多256個(gè)數據采集節點(diǎn)的連接能力。每各數據節點(diǎn)具備不少于250各傳感器的采集能力。

3.具備GIS系統,并能基于地圖展示數據點(diǎn)分布和實(shí)時(shí)采集數據的顯示。地圖的最大分辨率不應低于50米,并至少具備道路和衛星兩類(lèi)底圖。

4.平臺自身攜帶1949-2020的全國歷史天氣數據。用以做研究對照和數據分析。

5.平臺可支持以太網(wǎng)設備,RS232/485總線(xiàn)設備,PakBus總線(xiàn)設備,CAN總線(xiàn)設備,M1553b總線(xiàn)設備的接入,數據采集及控制。

6.平臺可支持對采集到的數據進(jìn)行動(dòng)態(tài)圖形化顯示。擁有多種曲線(xiàn)展示實(shí)時(shí)及統計數據。對系統中的主要系統和設備,應有動(dòng)態(tài)的系統拓撲動(dòng)畫(huà),并在其上顯示設備運轉的實(shí)時(shí)狀態(tài)。

7.平臺至少應包含稱(chēng)重式蒸滲儀、土壤墑情監測系統、自動(dòng)供排水系統的接入和展示。除本項目采購硬件之外,也應兼容甲方已有的傳感硬件和采集設備。8.服務(wù)器采用塔式服務(wù)器,16G內存,2*1T,四核,帶21.5顯示器;顯示大屏采用100英寸,4K顯示器。

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