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选择田间电磁阀控制解码器需要注意的几个问题

发表时间:2019-09-23 07:59作者:宜昌溉帮来源:宜昌溉帮设备工程有限公司网址:http://www.yunzhaopa.com

一、目前许多农灌项目客户在选择灌溉专用解码器的时候总会在到底选择使用有线解码器还是无线解码器面前犹豫不决,实际中排除招投标因素,甲方指定要求必须使用某种技术的情况以外,现在单纯从技术、成本、维护等角度现简要分析有线解码器跟无线解码器各自的优缺点,供客户设计人员参考。

  • 二线制总线解码器:

优点是信号稳定可靠,故障率低,传输距离远,产品造价低。支持的电磁阀线圈种类广泛(直流,自锁脉冲,交流),施工布线非常少。由于传输电缆一般支持地下深埋处理,以及解码器可以深放阀门井,所以地面种植作业不妨碍。产品寿命长,完全防水泡设计,可以抵抗恶劣灌溉环境。有线解码器是目前国际大型灌溉技术公司都采用的主流田间电磁阀控制技术,其可靠性的技术原理和工程原理早已被充分验证。

缺点是布线需要规范(电缆材质,预埋深度,抗拉强度),要规避土壤冻层和老鼠咬啮,电缆一旦损坏,修复难度大,如果是直埋土壤电缆施工模式,则田间防雷也是严重问题,必须采用解码器厂家提供的防雷模块并做充分防雷技术处理,额外增加成本。双总线大都采用载波调制技术,远距离(超过2km)的传输,深度调制电路机制会让电缆产生辐射,系统EMC设计如果不理想,会对其他电子设备造成干扰。

另外二总线解码器技术含量比较高,国内解码器技术产品成熟稳定的其实并不多,大部分都仍是国外占据,不利于产品选型。

  • 无线网络解码器(主要讨论lora无线解码器和nb-iot网络解码器,基于gprs网控解码器其他文本里描述)

优点是没有田间布线施工部分,采用高功率模块可以实现比较长距离传输,有休眠工作模式,模块做到了低功耗,特别lorawan协议组织,让无线局域网技术的安全性和可扩展性发生了质的变化(但是也增加了开发难度和门槛)。可以实现太阳能供电,后期如果解码器损坏,更换方便。防雷问题不突出(加高后,感应雷的影响可以大大降低,这是它的优势)。

缺点是电磁无线环境日趋复杂,同频无线干扰很多,对lora网络的免费应用频段应用效果造成影响。工程实践表明,它的传输距离受天气,环境温度湿度,障碍物分布,风沙,距离地面高度,附近作物长势等影响,不稳定因素太多。当前无线解码器产品公司普遍存在产品不稳定,传输距离不稳定,开关阀门响应速度滞后,受外部环境影响较大等现象,另外无线解码器普遍造价高,nb-iot网络没有我们预期的组网建设速度,这让预期的低功耗广域网络应用受到一定的限制。         

太阳能电池方案里面的电池寿命不可预估,更换成本高,隐形维护成本更高。太阳能无线解码器的驱动电磁阀类型单一(大部分仅仅支持latching型),对应的阀门造价高。

田间电磁阀驱动和数据采集不同,电磁阀为了实施响应工作,需要工作在呼吸灯模式,功耗问题非常突出(是休眠模式功耗的10倍左右),如果为了响应更远的距离传输(超过1km),需要更大功率的收发模组,这让产品设计公司的电池管理技术受到挑战。田间复杂的温湿度环境,让电池管理问题雪上加霜。

再就是无线模块太阳能模块为了提高通讯效果和接受阳光和抗风等因素,需要立杆安装,成本很高,地面安装设施,会影响农业作业,容易被盗(太阳能版),这些客观上反而增加了施工成本和维护难度;

有的设计公司在无线解码器上放弃了太阳能板+充电管理的方案,这虽然暂时解决了阴天或者夜间工作的问题,但是因为充电技术导致的电池寿命管理问题似乎仍是个没有完美解决的方案。

有的公司利用一次性高能电池的无线解码器方案,规避掉了一部分重要问题(例如充电这个极为头疼的技术问题以及携带太阳能板的拖沓的结构等),可以放在阀门井,但是通讯距离会变短,依然需要采用加高安装提高通讯效果。其次电池用完需要更换,更换成本非常昂贵,更换电池的机构设计又让产品防水问题几乎不可能完美解决(电池对防水和温度要求很高,防水和散热设计在结构上是个矛盾)。

有的公司的设计人员更为激进,直接抛弃更换电池,把解码器做成准一次性产品(所谓旧的解码器回收后内部花很少的成本就变新),彻底解决掉防水问题,这似乎看来是个无线产品应用的新开端。但是不要忘记电池在复杂环境下的放电管理依然充满了挑战且具有不可预估性,即便是最顶级的专业电池制造公司也不会做出这样的技术描述。我们所谓用简单的算法推测出的电池寿命仅仅只是具有表面参考而已。

我们公司从技术角度,对电源管理问题作了颠覆性设计,参照世界顶级芯片供应商的功耗管理思路,做了很多设计改进,尽管有的公司从解码器外壳材料方面入手暂时解决一些基本的环境问题等,虽然这些工作部分的解决了电池管理的核心问题,但是成本居高不下,无线网络本身之前描述的缺陷依然存在。

我们大都非常迷恋无线网络技术,实际更多的只是出自一—种盲目直觉甚至是因袭的错误惯性思维--不用接触,就能完成控制,方便快捷——但是实际操作中产品高昂投入的成本和产品实际应用的不稳定性,让它的优势暂时没有完全展现出来从而与大家的预期甚远。这些都是让我们对这个无线解码器的选择上需要三思的几点注意事项——起码截至目前完全成熟的无线解码器应用,在国内还是鲜有成功案例,这的确是不争的事实。

但是无线电磁阀解码器的提供厂商却有很多(国内),作为客户可以选择的余地还是多一些。主要原因是无线网络芯片商提供的完整成熟的应用技术方案,大大降低了开发应用门槛。

但是在有些场合,例如旧项目改造,或者的确无法供电的场景下,是可以施用无线解码器。总之现在让无线解码器轻易替代总线制解码器似乎为时过早。

总结:从可靠性,成本,施工难易度等综合来看,能用有线解码控制器的尽量用有线解码方案,如果供电无法满足或者走线难度的确太大或者老项目改造(已经都做好阀门和管道了)可以考虑用无线解码器。每一个产品不是无懈可击或者完美,作为灌溉应用工程师或设计人员需要了解更多的技术细节,以便做出更恰当的选择。

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二、解码器选型需要考察那几个问题?

首先根据阀门型号来选型,阀门参数是交流电压还是直流电压,还是脉冲(latching),驱动电压是多少。一般来说对应的阀门价格也就逐次升高。我们公司有对应的解码器进行对接。我们的总线制式可以同时接直流电压和脉冲型解码器。

脉冲型的电磁阀,一般厂家会提供不同电容条件下的放电时间,这个需要与解码器匹配。

电压型要认真查阅电磁阀需要的启动电流和保持电流。直流电压电磁阀带有滞后时间常数,需要与对应的解码器开关做调整。电压型的电磁阀对欠电压普遍不敏感,而电压过载会很敏感,这个基本常识需要知晓。

膜片机构脉冲电磁阀线圈对解码器的输出电压范围要求很宽泛,但是普遍对水压敏感一些,电机机构脉冲电磁阀则对解码器电压敏感,对水压适应范围相对宽泛。这些所谓基本缺陷会存在不同公司的电磁阀产品中,需要注意。

对于无线解码器,似乎可选的电磁阀种类少一些,大部分都是latching脉冲型。选用无线解码器时要把无线解码器的充放电时间限制告知控制器应用商,便于他们在编程的时候随时优化并照顾一些约束原则。

三、解码器控制网络是否需要防雷模块?需要多少?

一般来说,从工程推荐的角度来说,有线解码器部署在田间很容易招感应雷的袭击,特别南方雷区更为严重,需要配备我公司的总线防雷模块。(具体防雷技术问题描述我们有专门的文档),如果是温室内,如果周边有严谨的工程防雷措施,考虑到降低成本,可以不用。

需要的数量要根据雷区和地理分布。按工程规则上来说,200米左右需要一个防雷模块比较恰当。防雷模块需要配合正确的防雷接地棒才能完成防护工作。

无线解码器如果加高安装后,对感应雷的防护有天然的优势。仅仅在园区按照建筑工程规范做好直接雷的防护即可。

四、关于同时打开解码器电磁阀个数

这个实际上与总线负载有关,还跟不同公司的灌溉控制器以及农艺管理的需求有关。一般来说,电压输出解码器,最多的打开个数会有明确的限制,这要根据实际线缆与所做项目现场做一些评估。

对脉冲类型或者无线解码器来说,没有总线上的限制。我们的灌溉控制系统可以允许同时打开16个阀门的解码器(16个阀编为一个站组),但是考虑到水流动的延时和阀门依次打开过程之间间隔1秒左右,建议你们的首部供水系统采用变频恒压处理。并且不同片区的阀门个数不同,这样可以保证灌溉效果均匀。

从工程角度来说,设计轮灌组的时候,是尽量避免同时打开的阀门个数变化太多,这会对节能方面非常不利,即使你的供水采用了稳妥的变频供水方案或者减压稳压措施,灌溉负载变化过大会导致系统效率极低并且故障率猛增。但是有时候园区规划农艺的特殊要求,我们也会根据客户实际情况满足需要。这里只是需要客户知晓这个基本原则。

五、解码器控制电磁阀可能出现的问题

1.解码器出现失联:解码器发生故障或者解码器的接头接触不良(特别用了不正确的施工方式或者没有采用防水专用接头)会导致解码器无法和主机联机。

2.系统电缆设计不合理,导致末端电压太低,或者采用的总线电源不合格,建议采用大牌厂家的开关直流电源。

3.就是电磁阀开启关闭不正常,一般与系统管路压力不稳定或者末端水压太低有关,或者与过滤系统不合格导致杂质堵塞阀门,或者施工过程不规范对阀门造成隐形伤害(例如暴力施工,对产品摔,砸,撞击)。这些问题都影响阀门开启,而这些问题,都会反馈导致解码器工作不正常。因此正确的科学的水路设计是个工程基础问题,一定要专业的设计公司参与水路设计和轮灌组的编制。

  • 例如要是预埋的水管有渗漏或者泄露甚至爆管发生,则调试过程会非常麻烦。

  • 水路系统不合理(水压分配不均衡,水流不匹配)导致开关机时候产生水锤效应而导致阀门损害,管道莫名爆管,水泵烧掉等,也非常头疼。

  • 还有一个常见问题就是管道内有气体,排气阀安排不合理或者质量不好,导致产生憋压,水锤效应,不能过水,爆管等现象,也非常可怕。

总结:选用好的阀门,合理的水路系统设计,有经验的管道给排水工程师等技术指导是非常必要的。解码器与电磁阀一起才能完成灌溉的控制作用,二者的匹配非常关键,需要认真与产品提供商做更细致的交流,才能最大限度的发挥产品的最大价值。


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