CN107153411A - 一种农业灌溉混合网络的组成和布线及故障检测方法 - Google Patents

Abstract

一种农业灌溉混合网络的组成和布线及故障检测方法，包括无线装置、埋地干管和至少一个以上的有线灌溉单元共同构成了农业灌溉控制系统；系统采用有线网络与无线网络混合组网的方式，解决了田间机械耕作障碍的问题。充分利用了灌溉管道进行电缆铺设，研发了地埋电缆分体穿管、分段连接技术以及独特的线缆穿管技术，有效解决了有线网络埋缆施工高成本的问题。同时将有线网络模块化划分，研发了故障顺序排除技术，解决了售后远程故障排查的问题。

Description

一种农业灌溉混合网络的组成和布线及故障检测方法

技术领域

本发明涉及农业灌溉自动化控制技术领域，主要是一种农业灌溉自动化控制网络所需的田间线路的组成、布线与故障检测方法。

背景技术

我国节水灌溉是农业发展的必由之路，目前我国节水灌溉大多采用手动方式的节水灌溉系统。而自动化节水灌溉系统前期多引进国外技术与产品，近期才出现了适合我国国情的技术与产品，但依然存在许多问题。国外灌溉自动化以有线网络（为田间灌溉设备提供控制信号和供电）技术为基础，因为有线网络技术具有数据传输可靠、电源供给充沛和田间机械耕作无障碍的优点。而我国的农业灌溉自动化控制系统方案目前大多采无线网络技术（包括：无线射频通信或基于因特网的物联网）解决田间数据传输与控制。主要因为有线网络铺设需要开挖专门的电缆管沟工程成本高昂、线路维修维护困难（需要将种植地块掘开进行维修）、成本大。特别是已经采用手动方式的节水灌溉系统很难再次进行田间挖掘布线工作，只能采用无线网络方式进行自动化改造。但采用无线网络由于设备供电与天线等问题，会在田间增加设置太阳能板或天线等远高于地面的设施，不可避免的造成了不同程度的田间机械耕作障碍，致使中耕、喷药等机械化操作十分困难。并且灌季结束后必需及时回收设备（太阳能板或天线）以利于作物的机械化收割和土地整理（犁地、靶地）。致使相应的设备成本与运营费用大幅度的增加，极大的降低了农民的接受程度。

加之农业灌溉网络与设备在农田分布分散，出现问题时，排查地域范围极大，无法及时准确的判断故障位置。这样既拖延了灌溉时间造成作物损害又产生了高昂的售后费用，严重的影响了应用的普及。

这些问题都极大的制约了自动化灌溉技术的推广和应用。

发明内容

针对以上问题，本发明进行了多点创新，很好的解决了这些问题，具体创新如下：

创新了田间灌溉控制网络的组成方式，充分利用了灌溉管道的梳状分布特点（主管为梳子的梁，埋地干管为梳齿），埋地干管两端靠近非灌溉区域的特点。将每条埋地干管区域铺设一个独立的有线网络，有线网络连接到设立在干管尾端的非灌溉区域的一个无线转换装置。所有的无线转换装置组成无线网络，通过无线转换装置将有线传输转换成无线传输，这样通过无线网络就将所有独立的有线网络连接成一个完整的田间灌溉混合网络系统。通过在灌溉区域采用多个独立的有线网络和非灌溉区域采用无线网络进行混合组网的方式，有效的降低了有线通信网络的布线长度，相对的降低了施工成本，彻底的解决了灌溉设备导致的田间机械耕作障碍的问题。

通过研究发现连接灌溉设备完全依托灌溉管道的出地支管（简称：出地支管）安装，沿埋地干管成线性排布的特性。由此我们创新了一种灌溉管道内铺设线路、地埋电缆分段连接和模块化结构的网络组成方式。首先将地埋电缆分段铺设在灌溉管道的埋地干管内，从而解决了单独开挖电缆管沟的问题。其次设计了一个安装在出地支管上的密封接线装置，将独立的有线网络按照出地支管划分成若干个有线灌溉单元（等效于一个模块）。有线灌溉单元包括：出地支管、地埋电缆、密封接线装置、灌溉设备和外部电缆。每个有线灌溉单元的地埋电缆一端安装在本单元的密封接线装置上，另一端从出地支管穿过埋地干管内部到下一个有线灌溉单元的出地支管，并通过下一个有线灌溉单元的密封接线装置与此单元的地埋电缆连接上。从而将埋地干管上的有线灌溉单元串联起来，形成了独立的有线网络。由于采用模块化、分段式的结构设计，使后期维护维修时，可以以模块为判断点进行故障定位判断。线路故障时只需从密封接线装置处抽取故障段的地埋电缆进行更换，而不会影响整个灌溉管道和地埋电缆。这样在大幅度的节省了施工费用（不需另行挖掘电缆管沟）的同时解决了有线网络线路故障维修难的问题（无需开挖作物种植区）。

在以上前提下，本发明针对性的创造了分段布线的方法与装置。装置采用一个浮球连接一根引线，引线另一端连接到第一根地埋电缆的一端，地埋电缆另一端连接到第一根出地支管的密封接线装置上。将浮球从第一根出地支管放入埋地干管。采用埋地干管中通水，使用水流将浮球冲至干管尾端。此时引线已贯穿埋地干管，通过勾取装置从第二根出地支管口将引线从干管中勾取出来，通过牵拉引线将第一根出地支管的地埋电缆穿到第二根出地支管口，再将引线连接到第二根地埋电缆，依次穿到下一根出地支管口。由此完美的解决了有线网络施工难、造价高的问题。并可以在无需二次工程的情况下，对手动方式的节水灌溉系统进行低成本的自动化改造。

在上述有线网络组成结构的前提下，发明了基于这种有线网络的故障位置检测的装置和方法。首先在有线灌溉单元内连接在密封接线装置上的两段地埋电缆的连接处设计串入了连通开关，连通开关的通断可以将这两段电缆连接和断开。这时的有线灌溉单元包括了出地支管、地埋电缆、密封接线装置、连通开关、外部电缆和灌溉设备。当一个有线灌溉单元的连通开关断开时，其后部的有线灌溉单元（传输电缆和设备）就可以全部与有线网络断开。这样我们只要断开第一个有线灌溉单元的连通开关（可以通过远端控制这个开关），通过远端对有线网络的测试，就可以判断第一个有线灌溉单元位置的线路和设备是否出现故障。如果无故障就闭合第一个有线灌溉单元的连通开关，断开第二个有线灌溉单元的连通开关，将第二个有线灌溉单元接入正常的有线网络。再从远端判断有线网络是否正常，如出现故障则可以基本判断故障位置在第二个有线灌溉单元。以此类推，采用这种排除技术就可以远程准确的判断故障位置，避免了大范围的故障排查。降低了维护的技术难度，大幅度的缩短了故障排除时间，增加了农田灌溉的可靠性，极大的降低了维修维护成本。

通过以上的技术创新与研发，有力的解决了我国目前农业灌溉自动化所遇到的系统组成、施工和维修维护的问题。很好的为我国农业灌溉自动化的发展提供了一个有力的技术保障。

附图说明

图1为本发明的系统示意图。

图2为本发明的有线网络和有线灌溉单元的示意图。

图3为本发明的系统布线的示意图。

图中标号为：1有线网络；2无线网络；3埋地干管；4无线装置；5非灌溉区；6灌溉区；7灌溉管道；8出地支管；9地埋电缆；10密封接线装置；11连通开关；12外部电缆；13灌溉设备；14浮球；15勾取装置；16引线。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示的一种农业灌溉混合网络的组成和布线及故障检测方法包括：有线网络1、无线网络2、埋地干管3、无线装置4、非灌溉区5、灌溉区6、灌溉主管7、出地支管8、地埋电缆9、密封接线装置10、连通开关11、外部电缆12、灌溉设备13、浮球14、勾取装置15、引线16；

如图1所示，在灌溉区6内按照灌溉管道7的埋地干管3的分布，将独立的有线网络1区域划分出来。并在靠近每个有线网络1的非灌溉区5的区域内安装无线装置4。

如图3所示将密封接线装置10安装到出地支管8的管壁上。地埋电缆9的一端连接到密封接线装置10，另一端连接到引线16的一端。将引线16的另一端固定到浮球14上，将浮球14通过出地支管8的管口放入到埋地干管3内。从埋地干管3上端通入水流，通过水流将浮球14冲到埋地干管3的尾端。此时引线16已贯穿埋地干管3，使用勾取装置15从一端下一个出地支管8的管口将埋地干管3内的引线16勾出。牵拉引线16使连接的地埋电缆9穿过埋地干管3到达下一个出地支管8的管口。将地埋电缆9连接到穿出的出地支管8上的密封接线装置10。然后再将另一段地埋电缆9的一端连接到当前的出地支管8上的密封接线装置10，另一端连接到引线16的一端。重复以上过程，直到将所需的有线网络1的地埋电缆9铺设完成。

如图2所示，按照每个出地支管8的位置划分为一个有线灌溉单元，有线灌溉单元包括：出地支管8、安装在出地支管8上的密封接线装置10和地埋电缆9、连通开关11、外部电缆12和灌溉设备13。其中连通开关11串联接入到密封接线装置10上的两根地埋电缆9之间，使连通开关11可以完全断开两根地埋电缆9之间的连接。外部电缆12一端通过密封接线装置10与地埋电缆9连接，另一端连接到灌溉设备13。至此有线网络1的布设和安装完成。

将无线装置4与最近的有线灌溉单元通过地埋电缆9进行连接，从而使有线网络1与无线网络2建立连接。各个独立的有线网络1通过无线网络2可以进行数据交换。至此整个网络完成。

基于上面完成的网络使用如下步骤进行网络故障检测：

1）断开所有的有线灌溉单元的连通开关11；

2）检测系统是否正常，故障则故障点在无线装置4后面第一个有线灌溉单元。正常则连通第一个有线灌溉单元的连通开关11，下一个有线灌溉单元接入网络；

3）检测系统是否正常，故障则故障点在刚连通的有线灌溉单元。正常则连通此有线灌溉单元的连通开关11；

4）依次类推直到检测完成；

本发明整体有效的解决了农业灌溉自动化系统构成、实施及维修维护的问题。简化了自动化推广实施的技术难度，大幅度的降低了综合成本，有效的解决了售后维修维护问题。将为我国农业灌溉的节水增产做出更大的贡献。

Claims (9)

1.一种农业灌溉混合网络的组成和布线及故障检测方法，其特征在于:无线装置、埋地干管和至少一个以上的有线灌溉单元共同构成了农业灌溉控制系统；有线灌溉单元包括出地支管、密封接线装置、埋地电缆、连通开关、外部电缆和灌溉设备；灌溉区（系统控制范围内需要灌溉的区域）内依据埋地干管划分为若干独立的有线网络；有线灌溉单元通过铺设于埋地干管管道内的埋地电缆串联构成有线网络；无线装置安装在灌溉区外，与有线灌溉单元通过有线方式连接；无线装置之间采用无线传输，构成无线网络。

2.根据权利要求1所述的一种农业灌溉混合网络的组成和布线及故障检测方法，所述的有线灌溉单元内，地埋电缆分固定端与进线端，连接到密封接线装置上的一端称为固定端，另一端称为进线端；其特征在于：所述的有线灌溉单元内，密封接线装置安装在出地支管的管壁上，每个有线灌溉单元内地埋电缆的固定端连接到密封接线装置上，通过密封接线装置与下一个有线灌溉单元的地埋电缆进线端连接；灌溉设备与外部电缆的一端连接，外部电缆另一端通过密封接线装置连接到地埋电缆的固定端。

3.根据权利要求2所述，其特征在于：每个有线灌溉单元至少有一根地埋电缆是通过连通开关与下一个有线灌溉单元的电缆进线端形成连接；通过控制连通开关的通断，可以控制后端连接的有线灌溉单元连通或断开与有线网络的连接。

4.根据权利要求2所述，其特征在于：密封接线装置具有密封出地支管管壁的作用，防止出地支管内部的液体通过密封接线装置泄漏；同时密封接线装置具有将电缆连接部分与出地支管内液体隔离与绝缘的作用。

5.根据权利要求1所述的一种农业灌溉混合网络的组成和布线及故障检测方法，其特征在于：无线转发装置能够提供与之连接的有线网络及设备所需的工作电能；无线转发装置能够同时进行有线通信和无线通信；系统内独立的有线网络通过无线装置接入无线网络，并通过无线网络进行数据交互。

6.根据权利要求2所述，其特征在于：干管内的地埋电缆为自由状态，不固定在管道内壁；地埋电缆在地埋干管内部不存在任何电缆间的相互连接；两个相邻的直接通过地埋电缆连通的有线灌溉单元之间的地埋电缆可以从任何一端的密封接线装置处完全抽取出来。

7.根据权利要求1所述的一种农业灌溉混合网络的组成和布线及故障检测方法，其特征在于：包括浮球、引线、勾取装置；浮球连接到引线的一端，引线的另一端连接到地埋电缆的一端；浮球可以从出地支管管口放置到地埋干管内部；地埋干管通水时浮球可在水流作用下将引线的一端带到地埋干管的下游端；勾取装置通过出地支管管口伸入到地埋干管中，将引线从地埋干管中勾取到出地支管管口；引线可将地埋电缆一端从一个出地支管管口牵引到下另一个出地支管管口。

8.根据权利要求7所述的一种农业灌溉混合网络的组成和布线及故障检测方法，其特征在于：通过在地埋干管内通以液体（水），利用液体的流动带动浮球，浮球牵引着引线的方式将电缆铺设在地埋干管内部；具体包括如下几个步骤：

1）将引线的一端固定到浮球上，引线的另一端连需要铺设的电缆；

2）从地埋干管的高海拔端的出地支管管口将浮球放入地埋干管内部，在地埋干管的高海拔端通入液体；

3）浮球顺液体流到地埋干管的低海拔端；

4）从地埋干管的低海拔端的出地支管管口将引线取出，通过引线将电缆牵引到地埋干管的低海拔端的出地支管管口，完成电缆铺设;

另一种形式：

1）将需要铺设的电缆的一端固定到浮球上；

2）从地埋干管的高海拔端的出地支管管口将浮球放入地埋干管内部，在地埋干管的高海拔端通入液体；

3）浮球顺液体流到地埋干管的低海拔端；

4）从地埋干管的低海拔端的出地支管管口将电缆取出，完成电缆铺设。

9.根据权利要求1所述的一种农业灌溉混合网络的组成和布线及故障检测方法，其特征在于：通过控制断开一个有线灌溉单元内的连通开关，可以断开后端的有线灌溉单元和灌溉设备，从而单独检测此有线灌溉单元前的有线灌溉单元与灌溉设备的故障与问题,具体包括如下几个步骤：

1）有线网络出现故障时断开所有有线灌溉单元的连通开关（最后只剩有线网络最前端的有线灌溉单元和与其连接的灌溉设备依然连在网络中）；

2）检测有线网络及连接的灌溉线路单元和灌溉设备是否正常；

3）如出现故障，则定位当前的灌溉线路单元到进行排除；如正常则连通此灌溉线路单元的连通开关；

4）检测有线网络连接的灌溉线路单元和灌溉设备是否正常；

5）如出现故障，则定位到刚接入的灌溉线路单元和灌溉设备出现故障，到进行排除；如正常连通此灌溉线路单元的连通开关；

6）重复步骤4和步骤5，直到查询结束。