スマート灌水コントロールボックス

中国のインテリジェント灌漑機器の専門メーカーおよびサプライヤーとして、当社の工場はスマート灌漑コントロールボックスを提供しています。これは、リアルタイムの土壌水分、気象条件、および作物水の要件に基づいて、灌漑スケジュール、ポンプ制御、バルブシーケンス、および肥料注入を自動化する統合制御エンクロージャです。 IoT 接続、マルチセンサー入力処理、屋外対応の頑丈な構造を組み合わせることで、栽培者はデータ駆動型の精度管理を通じて水の消費量を削減し、人件費を削減し、作物の収量を向上させることができます。社内エンジニアリングと認定生産に裏付けられた当社は、単一の温室から大規模な農業展開までのプロジェクトに合わせてカスタマイズできる、柔軟なスマート灌漑ソリューションを提供します。

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製品説明

コントロールボックスは、PLC または専用の灌漑コントローラ、回路ブレーカー、ポンプコンタクタまたは VFD、バルブ出力端子、制御変圧器、およびサージ保護を単一の壁取り付けまたは床置き型エンクロージャに統合します。土壌水分センサー、雨量計、温度および湿度センサー、流量計、圧力送信機からの入力を受け取り、プログラムされた灌漑スケジュールを構成可能なゾーン (通常はモデルに応じて 4 ～ 120 個のソレノイドバルブ) 全体で順次または重複するグループで実行します。ポンプ起動ロジックにより、バルブが開く前にメインポンプまたはブースターポンプが作動し、すべてのバルブが閉じた後に停止するため、空運転や圧力サージが防止されます。統合された 4G/LoRa/Wi-Fi 通信モジュールは、リアルタイムの圃場データと運用ステータスをクラウドプラットフォームに送信し、栽培者はスマートフォンアプリや Web ダッシュボードを介して灌漑履歴を表示し、スケジュールを調整し、障害アラームを受け取ることができます。オプションとしてマルチチャネル施肥制御が利用可能で、ターゲット EC および pH 値に基づいて構成可能な注入ポンプを通じて液体肥料または酸を正確に投与できます。エンクロージャは亜鉛メッキまたは耐候性粉体塗装を施したステンレス鋼で製造されており、屋外設置用に IP55 以上の定格を備えています。太陽光発電とバッテリーバックアップの互換性はオフグリッドサイトでも利用でき、標準の AC モデルは 110 V ～ 415 V の単相または三相電源をカバーします。

理想的な用途

小規模な園芸用トンネルから広大な果樹園の運営まで、スマート灌漑コントロールボックスは手動の灌漑や当て推量を、作物が実際に必要とするものに対応する自動化されたセンサー駆動の水管理に置き換えます。

農業灌漑と広範囲の作付

大規模な畑作物、果樹園、ブドウ園は、敷地内にある数十の電磁弁を管理するマルチゾーン自動灌漑の恩恵を受けています。コントローラーはゾーンを一度に 1 つずつ順序付けして、安定したシステム圧力を維持しながら、土壌水分閾値、作物の成長段階、局所的な蒸発散量データに従って水を供給します。流量計の統合により、各灌漑サイクルが意図した量を供給したことをリアルタイムで確認でき、詰まりやパイプの破損を直ちに確認できます。

温室と保護作物

温室環境では、限られた栽培スペースで水分と栄養素を正確に制御する必要があります。コントロールボックスは、温度、湿度、光の強さ、基質の水分などの環境センサーと統合されており、固定タイマーではなく植物の需要に基づいて灌漑をトリガーします。マルチチャンネル施肥インジェクターは、閉ループ EC/pH 制御の下で液体肥料と pH 調整剤を投与し、各作物が適切な濃度で正確な栄養素レシピを確実に受け取ることができます。リモートアクセスにより、栽培者は 1 台のスマートフォンから複数の温室ベイを監視できます。

景観と都市緑地

地方自治体が運営する公園、スポーツ場、ゴルフコース、道路沿いの造園には、分散した敷地全体に信頼性の高いプログラム可能な灌漑が必要です。コントロールボックスは、時間ベースまたはセンサートリガーのスケジュールで複数のソレノイドバルブステーションを管理し、雨天時には雨センサーの入力によって自動的に灌漑を一時停止して水の無駄を防ぎます。 4G 接続により、市のオペレーションセンターからの集中管理が可能になり、メンテナンス担当者が各サイトを訪問する必要性が軽減されます。

太陽光発電の遠隔農場

多くの農業現場には信頼性の高い送電網電力が不足しています。コントロールボックスは、ソーラーパネルアレイ、バッテリーバンク、低電力 DC ラッチソレノイドバルブ出力を使用して構成でき、完全に自律的なオフグリッド動作を実現します。コントローラーは、ポンプの起動 (太陽光発電のボアホールまたはタンクへの供給から)、ゾーン化されたバルブのシーケンス、およびデータ送信を管理します。これらはすべてオンサイトの太陽光発電システムによって電力供給されます。

園芸、苗床、特殊作物

コンテナ苗床、ベリー農場、切り花事業では、作物の種類が異なる小さなゾーンに頻繁に灌漑が行われ、それぞれに異なる散水体制が必要です。コントロールボックスは、独立した開始時間、実行期間、および肥料レシピを使用して、ゾーンごとにプログラムされたスケジュールをサポートします。土壌水分ベースのオーバーライドは、敏感な作物への過剰な水やりを防ぎ、霜防止スプリンクラーシーケンスは温度センサーの閾値によってトリガーできます。

灌漑地区と共同体計画

個々の栽培者に水が量または時間によって割り当てられる地域では、コントロールボックスは農業用水の計量のためにICカードまたはRFIDのユーザー認証をサポートします。各ユーザーの消費量は記録され、管理プラットフォームにアップロードされるため、有料の水の割り当て、年間取水制限、割り当て量を超過した場合のポンプの自動停止が可能になります。

3.技術的な詳細

スマート灌漑コントロールボックスは、PLC ベースのシーケンス、マルチセンサー入力処理、および産業グレードの電源管理を工場でテストされた単一の筐体に統合し、さまざまな圃場条件にわたって信頼性の高い無人灌漑自動化を実現します。

コントローラーコアとプログラミングロジック

コントロールボックスは、産業用 PLC または構成可能な I/O を備えた専用の灌水コントローラーを中心に構築されています。コントローラーは、どのゾーンをどの順序で、どのくらいの時間、どのような開始条件で起動するかを定義する灌漑プログラムを実行します。スケジュールオプションには、時間ベース (特定の日と時刻)、センサーベース (土壌水分閾値、降雨検出)、間隔ベース (N 時間または N 日ごと) が含まれます。コントローラーはポンプの起動ロジックも管理します。メインポンプリレーは、最初のバルブソレノイドが作動する前に閉じ、最後のバルブが閉じるまで閉じたままになります。さらに、メインラインをフラッシュするための構成可能なランオン期間も加えられます。このシーケンスにより、ドライポンプに対するバルブの開放が防止され、突然の始動と停止によるウォーターハンマーが排除され、ポンプがデッドヘッド動作から保護されます。マルチゾーン動作の場合、調整可能なゾーン間遅延により、バルブ移行間でシステム圧力を安定させることができます。

センサー入力と環境モニタリング

コントロールボックスは、土壌水分プローブ、圧力トランスミッター、流量計からのアナログ 4 ～ 20 mA または 0 ～ 10 V 信号など、さまざまなフィールドセンサー入力を受け入れます。流量計および雨量計からのデジタルパルス入力。フロートスイッチおよび圧力スイッチからのデジタルオン/オフ入力。水分、温度、電気伝導率を測定するマルチパラメータ土壌センサーからの RS485 Modbus RTU データ。コントローラーはすべての入力を継続的にスキャンし、読み取り値をユーザー定義のしきい値と比較します。土壌水分が目標値を下回ると、灌漑が開始されます。降雨が検出された場合、予定されていた灌漑は中止されます。流量が予想範囲から逸脱すると、パイプ破損またはエミッタ詰まりアラームが生成されます。すべてのセンサーデータにはタイムスタンプが付けられ、傾向分析のために記録されます。

バルブおよびポンプ制御出力

バルブ出力は通常 24 VAC または 12 VDC で、標準的な灌水ソレノイドバルブと互換性があります。出力構成は、低電力オフグリッドアプリケーション向けに、AC ラッチソレノイド (開閉する瞬間パルス) と DC ラッチソレノイドの両方をサポートします。ポンプ出力は、ポンプモーターコンタクターコイルまたは VFD 開始コマンド用に定格されたリレー接点です。可変速ポンプを使用する現場では、4 ～ 20 mA または 0 ～ 10 V のアナログ出力が、システム圧力または流量需要に基づいて VFD に速度基準を提供します。各出力は個別に融着され、コントローラから光学的に絶縁されており、フィールド配線の障害によるプロセッサの損傷を防ぎます。

通信とリモート管理

コントロールボックスには、サイトのインフラストラクチャに応じて、4G セルラーモデム、LoRa モジュール、Wi-Fi インターフェイス、またはイーサネットポートが含まれています。データは、MQTT または HTTP プロトコルを使用してクラウドプラットフォームに送信されます。このプラットフォームは、接続されているすべてのセンサーと出力のリアルタイム監視、リモートスケジュール調整、個々のバルブまたはポンプの手動オーバーライド、プッシュメッセージまたは SMS によるアラーム通知、土壌水分、流量、圧力、灌漑イベントの履歴データグラフ作成のための Web ダッシュボードとスマートフォンアプリ (iOS および Android) を提供します。既存の SCADA システムを備えたサイトの場合、コントローラーは RS485 または Modbus TCP 上の Modbus RTU をサポートし、すべての I/O ポイントと構成パラメーターを公開して、クラウド層を使用せずに直接統合できます。

施肥の統合

オプションの発酵モジュールが含まれている場合、コントロールボックスは、それぞれに専用の投与ポンプまたはベンチュリインジェクターを備えた 1 ～ 4 つの注入チャネルを管理します。コントローラーは灌漑幹線流量計を監視して、目標肥料比に基づいて必要な注入量を計算し、設定値を維持するために投与ポンプを調整します。 EC/pH 制御構成では、灌漑メインラインまたは戻りラインのセンサーがフィードバックを提供し、コントローラーが PID ループを介して注入量を調整して、栄養素濃度と pH を定義された範囲内に維持します。撹拌機の制御出力により、肥料ストックタンクの混合が維持されます。

電源とオフグリッド構成

標準のコントロールボックスは、単相 110 ～ 240 VAC または三相 380 ～ 415 VAC の主電源で動作します。制御変圧器は、コントローラーとバルブ出力に 24 VAC/VDC を供給します。オフグリッド構成には、MPPT ソーラー充電コントローラー、PV アレイ (通常 300 W ～ 1,000 W)、およびディープサイクルバッテリーバンク (12 V または 24 V) が統合されています。コントローラーはバッテリーの充電状態を監視し、バッテリー電圧がユーザー定義の低電力しきい値に低下した場合、重要ではない負荷を軽減したり、スケジュールされた洗浄を延期したりできます。瞬間的な開閉パルス中にのみ電力を消費する DC ラッチングソレノイドバルブは、バッテリー容量要件を最小限に抑えるために太陽光発電所向けに仕様化されています。

筐体と環境保護

エンクロージャは、1.5 ～ 2.0 mm の亜鉛メッキ鋼板または耐紫外線粉体塗装を施したグレード 304 ステンレス鋼で製造されています。標準の IP55 定格は、屋外の壁への取り付けまたは灌漑地域の端へのポールへの取り付けに適しています。洪水が起こりやすい環境や高湿度の環境では、IP65 が利用可能です。熱帯気候で直射日光が当たる場所に設置する場合は、サンシェードキャノピーの使用をお勧めします。ケーブルの入り口は、エンクロージャのベースにある IP 定格の圧縮グランドを介して行われます。内部換気は受動的なもので、ブリーザードレインにより圧力を均一にし、湿気や昆虫を排除します。すべての内部回路基板は、湿気や農薬の蒸気による腐食を防ぐためにコンフォーマルコーティングが施されています。受電線および通信線のサージ保護装置は、雷による過渡現象から保護します。ドア連動メインアイソレーターにより、安全なメンテナンスアクセスが可能です。コントローラーはすべてのプログラム、スケジュール、ログデータを不揮発性メモリに保存し、停電時のデータ損失を確実に防ぎます。

4.よくある質問

Q1: コントロールボックスにはどのような種類のセンサーが接続できますか?

コントロールボックスは以下のものを受け入れます: 土壌水分センサー (4 ～ 20 mA、0 ～ 10 V、または Modbus RS485 出力の張力測定式、静電容量式、または TDR タイプ)、雨量計 (パルス入力)、流量計 (パルスまたは 4 ～ 20 mA)、圧力伝送器 (4 ～ 20 mA)、温度および湿度センサー (4 ～ 20 mA または Modbus)、タンク用フロートスイッチおよびレベル伝送器貯水池、および気象観測所のデータ (外部気象観測所またはクラウド API からの Modbus 経由)。当社のエンジニアは、プロジェクトの仕様作成中にセンサーの互換性を確認します。

Q2: 1 つのコントロールボックスで管理できる灌漑ゾーンの数はいくつですか?

標準構成では、4 ～ 24 の有線ゾーンがサポートされます。拡張モジュールを使用すると、48、72、またはそれ以上のゾーンに拡張できます。非常に大規模な導入の場合、LoRa 経由で通信するワイヤレスリモートターミナルユニットにより、メインコントロールボックスから最大数キロメートル離れた追加のバルブクラスターを制御でき、敷地全体の数百のゾーンを集中管理できます。

Q3: コントロールボックスはグリッド電源なしでも動作できますか?

はい。統合された MPPT ソーラー充電コントローラー、PV パネル、ディープサイクルバッテリーストレージを備えたオフグリッド構成が利用可能です。消費電力を最小限に抑えるために、DC ラッチングソレノイドバルブが使用されています。コントローラーはバッテリーの状態を監視し、電圧が低電力しきい値まで低下した場合、重要ではない操作を延期します。この構成は、グリッド電力の稼働が不経済である遠隔地の農場や牧草地で広く使用されています。

Q4: スマートフォンから灌漑システムを制御できますか?

はい。コントロールボックスは、4G、Wi-Fi、またはイーサネット経由でデータをクラウドプラットフォームに送信します。リアルタイムの土壌水分、流量データ、バルブの状態を表示できます。灌漑を遠隔で開始または停止します。スケジュールとしきい値を調整します。プッシュメッセージまたは SMS 経由でアラーム通知を受け取ります。すべてコンパニオンスマートフォンアプリまたは Web ダッシュボードから行います。

Q5: コントローラはポンプ保護をどのように処理しますか?

コントローラは、いずれかのバルブが開く前にポンプを開始し、すべてのバルブが閉じた後にポンプを停止するようにシーケンスし、デッドヘッド動作を防ぎます。ポンプが動作しているにもかかわらず流量計が流量を検出しない場合、空運転アラームが生成され、ポンプが停止します。圧力センサー入力により、高圧および低圧のトリップ保護が可能になります。ポンプ出力は、大型モーターのソフトスターターまたは VFD と接続できます。

Q6: 通信が失われた場合、灌漑はどうなりますか?

コントローラは、すべてのプログラムとスケジュールをローカルの不揮発性メモリに保存します。クラウドプラットフォームへの通信が失われた場合でも、コントローラーは内部リアルタイムクロックを使用して、プログラムされたスケジュールを自律的に実行し続けます。センサーベースの開始条件 (土壌水分、雨量計) も引き続き動作します。通信が回復すると、バッファリングされたデータがクラウドに同期されます。

Q7: 1 つのコントロールボックスで灌漑と施肥の両方を管理できますか?

はい。オプションの発酵モジュールは、専用のポンプまたはベンチュリ制御で 1 ～ 4 つの注入チャネルを管理します。投与は、時間、流量比例注入、または灌漑幹線のセンサーからのフィードバックを使用した閉ループ EC/pH 制御に基づいて行うことができます。撹拌機の出力により、肥料ストックタンクが停止状態に保たれます。

Q8: コントロールボックスにはどのようなメンテナンスが必要ですか?

定期的なメンテナンスは最小限で済みます。エンクロージャとドアシールの毎月の目視検査、四半期に一度の電源終端の気密性チェック、および年に一度のすべてのバルブ出力とセンサー入力の機能テストです。太陽光発電システムが設置されている場合は、バッテリー端子と電解液レベル (浸水バッテリーの場合) を四半期ごとに検査する必要があります。コントローラー自体には可動部品がないため、定期的な交換は必要ありません。

5.大規模果樹園運営 — マルチゾーンの自動灌漑展開

背景

南ヨーロッパの果物栽培企業は、起伏のある地形にまたがる 180 ヘクタールの核果樹と柑橘類の果樹園を管理していました。灌漑はいくつかのボーリング孔と共有貯水池から引き込まれ、幹線のネットワークを通じて個々の果樹園ブロックにサービスを提供する約 90 個の電磁弁クラスターに分配されました。作業では、現場作業員が手動で管理する固定時間スケジュールに従って灌漑を行っており、作業員は昼夜を問わずブロック間を車で移動し、バルブの開閉を行っていた。

挑戦

手動のバルブ操作は多大な労力を要し、精度も不正確でした。灌漑業者は、ブロック間の土壌水分の変動に関係なく同じ実行時間を適用したため、粘土が優勢なゾーンでは過剰灌漑が発生し、砂質の尾根では灌漑不足が生じました。夏のピーク時には、チームは予定されていたセットを 24 時間以内にすべて完了するのに苦労しました。ポンプの始動はバルブの位置と調整されていないことが多く、ポンプが作動する前にバルブが開いてしまい、エアロックやウォーターハンマーが発生して幹線継手を損傷することがありました。農場のボアホールポンプもシフトの終わりに閉じたバルブに逆らって作動し、過負荷が発生した。肥料の注入は別の手動ベンチュリシステムによって処理され、ブロックごとの施用量は記録されませんでした。

栽培者は、すべてのバルブ、ポンプ、および施肥を管理し、遠隔監視でき、監視の役割を果たす灌漑労働を軽減できる単一の統合制御システムを望んでいました。

なぜスマート灌漑コントロールボックスなのか?

農場のブロックレイアウトは、集中型アーキテクチャを示唆しています。つまり、ポンプ小屋にある 1 つのメインコントロールボックスがすべてのポンプの始動とメインラインの圧力を管理し、各サテライトバルブクラスターにある LoRa ワイヤレスリモートターミナルユニットがメインコントローラーと通信します。これにより、果樹園全体に制御ケーブルの溝を掘る必要がなくなりました。

コントロールボックスは、6 つのポンプ出力チャネル (4 つのボアホール、2 つのブースターポンプ)、メインラインの圧力トランスミッタ入力、空運転保護と総合流量追跡のための各ポンプ吐出口の流量計入力、およびサテライト RTU 全体にわたる 90 個のワイヤレスバルブ出力で構成されました。土壌水分監視ネットワークが導入され、代表的な土壌ゾーンに 6 つの多深さ静電容量プローブが設置され、Modbus RS485 経由でコントローラーに接続されました。

施肥は、流量比例ロジックによって制御される可変速注入ポンプを備えた 3 つの投与チャネルを通じて統合されました。コントローラーはメインライン流量計を監視し、どのブロックが灌漑されているかに関係なく、目標の肥料濃度を維持するために注入量を調整しました。

プログラムは果樹園のブロックごとに構成され、土壌水分の閾値によって予定された灌漑サイクルがブロックごとに実行されるかどうかが決まりました。雨量計の入力により、降雨量が 5 mm になると、予定されていたすべての灌漑が 24 時間自動的に停止されました。すべてのデータは 4G 経由でクラウドプラットフォームに送信され、ファーム管理者は操作全体を単一のダッシュボードで把握できるようになりました。

導入

2 つの主要なスマート灌漑コントロールボックスが 2 つのメインポンプ小屋に設置され、16 台の LoRa 無線 RTU が果樹園全体に分散されました。このシステムは、6 台のポンプ、90 個の灌水バルブ、および 3 つの灌水チャネルを制御しました。電力はポンプ小屋で系統供給されていました。 RTU は内部バッテリーを備えた太陽光発電で駆動されました。設置と試運転は、農場の既存の電磁弁とポンプ接触器を維持したまま、収穫期間外の 4 週間かけて完了しました。