赵子龙

(沃圃生(北京)农业科技有限公司，北京 100130)

随着互联网、大数据、人工智能与农业产业的深度融合，智慧林业、数字农业的应用越来越多。由于智能化、精准化水肥灌溉可以大大提高水肥利用率[1]，水肥一体化施肥机在缺水地区和规模化苗圃、果园、农业园区得到大规模普及[2]。本文介绍了在实践中常见的水肥一体施肥机的故障诊断与排除方法，供读者参考。

1目前我国应用较多的水肥一体化施肥机的类型

水肥一体化施肥机的功能就是把两种或者多种肥液，按照植物品种和生长阶段所需营养百分比与用量精准控制与水混合，然后泵向每个施肥区域。地域不同、种植户不同，种植作物的种类也可能不同，因此，所施的肥料元素(氮、磷、钾及其他微量元素)含量是各有侧重的，用量在农作物的不同生长阶段也是不同的。这就要求施肥机具备可方便地调整肥液百分比、施肥量与施肥区域的能力。智能化、数字化的水肥一体化施肥机，大大减轻了种植户的劳动量，提高了劳动效率。

目前我国应用较为普遍的水肥一体化施肥机按照混合肥料方式可分为两大类型，即开放混液型和管道直注型。

开放混液型施肥机的结构如图1。

图1 开放混液型施肥机的结构

直注型施肥机的结构如图2。

图2 直注型施肥机的结构

2水肥一体化施肥机的工作原理

上述两种水肥一体化施肥机主要由肥料罐、肥料搅拌机、肥料泵、主水泵、流量计、压力传感器、水肥控制单元、环境采集控制器、环境监测传感器、电磁阀、主管路和滴液管路、网关等组成。两种施肥机的主要区别是混料方式不同。

上述施肥机的控制方式有开环控制和智能闭环控制两种方式。开环控制是由种植户根据经验手动控制施肥量和浇灌水量，这种方式比较粗放；智能闭环控制系统是靠传感器和控制器根据事先编制的程序进行精准智能控制，其控制精度高，时间响应好。

智能闭环控制系统的工作方式是：

环境采集控制器接收土壤温湿度传感器、空气温湿度传感器、光照传感器、植物叶片形态传感器、果实膨大率传感器等信号，将信号发送给水肥控制单元。

水肥控制单元根据环境采集控制器的数据，通过程序计算出植物当下需要的施肥量和用水量。启动肥料搅拌机、肥料泵、主水泵向滴灌管路输液。

压力传感器、流量传感器、EC传感器、pH传感器感知系统的压力、流量、液体的导电率、液体的酸碱度，将这些物理量转变成电信号，适时反馈给水肥控制单元。水肥控制单元根据传感器信号控制肥料输液泵电机、主水泵电机的启停电磁阀，控制肥料管路流量阀的开度大小，从而精准控制肥料元素百分比、水肥百分比、施肥时间、施肥量等。

3常见故障类型

水肥一体化施肥机常见的故障，从结构上看，可分为水路部分、电气部分及网络通信部分。

水路部分故障：最常见的故障，就是肥料沉淀导致的管道堵塞。由于市面上的化肥质量参差不齐，有些肥料溶水性不够好，进而导致主管道、肥料管道以及滴灌带堵塞。

电路部分故障：主要是控制电器元件的损坏和传感器的损坏。容易损坏的控制电器元件有空气开关、接触器、中间继电器等有机械运动的电气元件。在使用过程中也常出现传感器故障，所表现的现象为显示的压力、电导率、pH不准确或者无数据。

网络故障：一般就是通信故障。随着物联网设备的增多，服务器的压力也随之增大，所表现的现象为远程操作不灵、远程采集信息滞后等。

4常见故障及排除方法

故障案例1：

地点：天津武清区下伍旗镇(沃圃生农业科技展示园)日光温室。

种植作物：韭菜、西红柿。

种植面积：1.33×105m2。

出现故障：表现为设备正常运转，滴灌带滴水正常，但设备显示电导率值与设定电导率值差距很大，设定的传感器数值为1.8 ms·cm-1，实际显示值为1.3 ms·cm-1。

故障原因分析：影响导电率变化的因素一般有水质发生变化，肥料百分比变化，肥料管路堵塞、进气等。

诊断排除方法：通过对肥料桶、管道、电磁阀、施肥泵的逐一排查，发现是因为施肥泵管路接头密封不严、进气，导致施肥泵气阻。排气过后解决故障。

故障案例2：

地点：新疆农七师129建设兵团(克拉玛依市五五新镇农工商联合公司)连栋温室。

种植作物：多萝西(黄瓤西瓜)。

种植面积：4 000 m2。

出现故障：表现为水泵运行正常，设备显示压力为0.5 kg，但设定压力为1.5 kg，压力不够。

故障原因：一是电机电压不够，二是水源不足或供水阻力过大，三是管路出口出现阻塞。

诊断排除方法：通过现场电气人员排查，为水泵反转。通过改变水泵线序，解决此问题。

故障案例3：

地点：河南南乐县沃圃生农业开发有限公司。

故障现象：表现为所有设备正常运行，滴灌带没水。

故障原因：一是滴灌带管路阻塞，二是总泵压力不足，三是管路有气阻，四是电磁阀阻塞。

诊断排除方法：现场人员一一排查，发现电磁阀不出水。通过万用表测量，电磁阀有电。拆卸电磁阀后主阀体没有问题，控制阀体中的控制水口堵塞。控制水口非常小，用针疏通安装后正常运行。出现这个问题后发现当地水质偏硬，需要通过加酸来调节水质，此后故障解决。

故障案例4：

地点：北京市大兴区长子营镇窦营村(沃圃生农业发展有限公司)。

故障现象：设备正常，但远程通信延迟5个多小时。

故障原因：一是各式各样的数据在网络介质中通过网络协议(如TCP/IP)进行传输，如果信息量过大，超额的网络流量会导致设备反应缓慢，造成网络延迟；二是网关工作负荷过大；三是远程服务器负荷过大。

诊断排除方法：设备断电2 min后合闸，问题没有解决。通过联系网络工程师后，远程重启服务器，解决此问题。