波涌灌控制閥及自控器的研制。波涌灌溉系統(tǒng)一般由波涌灌控制閥、自動控制器、輸水管道等設(shè)備組成，其中控制閥和自控器是整個系統(tǒng)的核心設(shè)備。目前在國外已有波涌灌控制閥投放市場。近年來我國已從國外引進數(shù)套波涌灌溉設(shè)備，由于價格昂貴、數(shù)量有限僅用于試驗研究?？紤]到節(jié)水灌溉和灌溉自動化是未來發(fā)展的必然趨勢，研制適合于國情的波涌灌溉設(shè)備是十分必要的。結(jié)合國家“九五”科技攻關(guān)項目，經(jīng)過幾年來的努力，已開發(fā)出波涌灌控制閥及自動控制器，取得初步成果。

    1　波涌灌溉設(shè)備的構(gòu)成

    1.1　波涌灌控制閥

   考慮到灌區(qū)自動化灌溉需要，研制的波涌灌控制閥采用雙向開關(guān)結(jié)構(gòu)來切換水流推進方向，根據(jù)自控器指令實現(xiàn)對供水過程的間歇控制。特別是在無人值守狀態(tài)下，灌溉結(jié)束后能迅速自動切斷水流，避免過量灌溉引起的浪費?？刂崎y目前由鐵質(zhì)材料做成，主要組成構(gòu)件包括：閥體、閥門和減速.閥體結(jié)構(gòu)類似于三通，由三段直徑為200mm(8″)的鐵管組合連接而成，一端與水源相連，兩端為出水口。閥門為帶有周邊止水墊圈的圓形閘門，其中中軸上下兩端經(jīng)止水軸承分別與閥體和減速箱連接。受減速箱控制，閘門環(huán)繞中心軸作直角旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)水流開啟和關(guān)門狀態(tài)。密閉的減速箱被固定在閥體兩側(cè)并通過中心軸與閘門相接。箱內(nèi)裝有：(1)傳動機構(gòu)，考慮到蝸桿傳動具有工作平穩(wěn)無噪聲可自鎖等優(yōu)點，本設(shè)計中采用普通圓柱蝸桿傳動及蝸輪減速；(2)驅(qū)動器，用來控制閥門啟閉的微型直流電動機；(3)定位器，由光控管和光控板組成，旨在確定閥門的啟閉狀態(tài)；(4)減速器，將高速運轉(zhuǎn)的電動機(3000 r/min)轉(zhuǎn)速通過兩級減速降至10r/min左右，再驅(qū)動閥門；(5)緩沖器，防止電機過載和保證閥門的閉合狀態(tài)。   

    1.2　自動控制器

   自控器是波涌灌溉系統(tǒng)的控制中心，控制電路板及軟件是控制器的核心部分，它接受人工輸入的參數(shù)，對波涌閥發(fā)出操作指令，實現(xiàn)閘門的交替啟閉。閘門位置由光電管定位，控制器接收到光電管信號后，決定是否啟閉電動機。自控器主要由下述部分構(gòu)成。

   主控部分。采用89C518位微控制器為核心，附設(shè)鍵盤及顯示器組成。鍵盤用來設(shè)置系統(tǒng)時間、起始時間、每次灌水時間、間歇時間和波涌次數(shù)等。這些輸入?yún)?shù)被自動保存，電源關(guān)閉或掉電也不丟失。顯示器由6位LED數(shù)碼管組成，顯示參數(shù)及工作時間狀態(tài)，由于采用了掃描方式降低了功耗。系統(tǒng)時鐘為24h制，采用后備電池，關(guān)機后時鐘仍正常工作。

   電機控制部分。由74LS07驅(qū)動4組繼電器，推動左右兩閘門的電機轉(zhuǎn)動。不工作時電機兩端接地。電機正轉(zhuǎn)時，左端接+6V，右端接地，反轉(zhuǎn)時，則左端接地，右端接+6 V。

    位置傳感部分。由4組光電耦合器組成，分別指示兩個閘門的開關(guān)狀態(tài)，并將接收信號傳回主控部分。

    電源部分。由太陽能電池板、4 A.h/6V蓄電池和低壓差抗電源反接穩(wěn)壓器件LM2940組成。平日太陽能電池板對蓄電池浮充。波涌灌系統(tǒng)運行時，蓄電池為設(shè)備提供電源并經(jīng)LM2940穩(wěn)壓后供給主板。考慮到非常情況，電源也配置了交流充電系統(tǒng)。

   功能選擇部分.用“控制方式”按鈕選擇波涌閥運行方式，控制器能分別控制左閥、右閥或雙閥，實現(xiàn)全關(guān)、全開，單閥交替運行等功能。
   控制器的應(yīng)用操作包括參數(shù)設(shè)置和自控運行兩部分。自控運行是在接受到一些基本輸入?yún)?shù)后，經(jīng)控制程序運算，由控制中心發(fā)出指令自動完成。參數(shù)設(shè)置的操作過程如下：(1)打開電源，控制器自動將波涌閥復(fù)位――左右閥門同時關(guān)閉；(2)選擇“控制方式”，確定波涌閥的工作狀態(tài)，選項有左閥、右閥、雙閥；(3)選擇“系統(tǒng)時間”，用“小時/分/秒”按鈕選擇時間對象，用“+”、“-”調(diào)整系統(tǒng)時間；(4)選擇“啟始時間”，用“小時/分/秒”按鈕選擇時間對象，用“+”、“-”調(diào)整波涌灌溉事件的起始時間；(5)選擇“灌水時間”，用“小時/分/秒”按鈕選擇時間對象，用“+”、“-”確定單次波涌灌溉水流推進時間；(6)選擇“間歇時間”，用“小時/分/秒”按鈕選擇時間對象，用“+”、“-”確定單次波涌灌溉停水時間；(7)選擇“波涌次數(shù)”，用“+”、“-”調(diào)整波涌次數(shù)，每按一次“+”在秒的數(shù)碼管上加1，*大到99，每按一次“-”在秒的數(shù)碼管上減1，*小到0。

   以上設(shè)置完畢后，控制器進入自動工作狀態(tài)。要說明的是，雙閥控制指“左開右關(guān)”或“右開左關(guān)”的交替工作狀態(tài)，當“間歇時間”大于等于“灌水時間”時，在一個循環(huán)周期末，兩閥將同時關(guān)閉，關(guān)閉時間為“間歇時間”減去“灌水時間”，之后進入**輪循環(huán)工作狀態(tài)；當“間歇時間”小于“灌水時間”時，雙閥無法同時工作，此情況下，只能單閥運行。無論什么時候，一旦按下“系統(tǒng)復(fù)位”鍵，波涌閥左右閥門將同時關(guān)閉，本次灌水至此終止。   

    1.3　控制閥與自控器的連接

   為使用方便，避免非法或誤操作，控制器和波涌閥的接口采用工業(yè)化標準，二者間的連接只需使用電纜線對插即可(惟一可插)，操作簡單**。   

    2　設(shè)備性能及特點

    開發(fā)研制的波涌灌設(shè)備具有如下工作性能和特點。

    雙閥工作狀態(tài)下，單臺波涌閥的*大過流量Q及相應(yīng)可控制的灌溉面積S用下式估算

其中式中A為輸水管道截面積；d為輸水管道直徑；ε為流量系數(shù)；h為農(nóng)渠分水口處的壓力水頭；λ為沿程水頭損失系數(shù)；ξ為局部水頭損失系數(shù)；L為輸水管道長度；T為輪灌周期；m為灌水定額；t為每日灌水時間；η為水的有效利用系數(shù)。附表給出假定作物輪灌周期為7d，每天灌水時間為12h，不同輸水管道長度和壓力水頭組合下計算得到的單臺波涌閥*大過流量Q及相應(yīng)可控制的灌溉面積數(shù)量。對渠灌區(qū)而言，當農(nóng)渠分水口處的水頭壓差為30～50cm時，波涌灌設(shè)備控制的面積是4～6 hm2，而在井灌區(qū)，控制面積則取決于機井泵的富余水頭。