1 引言
    目前我國(guó)水土流失、土地沙漠化，生態(tài)環(huán)境等方面問(wèn)題相當(dāng)嚴(yán)重，土壤及水資源利用及研究還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到應(yīng)有的發(fā)展。因此，大力發(fā)展水資源的理論研究與高效利用，是我國(guó)迫切需要解決的問(wèn)題。在每一年的不同時(shí)期或不同年的同一時(shí)期，對(duì)土壤的水份狀況進(jìn)行田間實(shí)際監(jiān)測(cè)，研究不同耕作措施的水保效果，所需研究周期長(zhǎng)，受環(huán)境氣候影響大，要獲得理想的效果至少需要好幾年的時(shí)間，甚至是幾十年的時(shí)間。用人工模擬降雨的方法，可以在短短幾天的時(shí)間，研究出不同耕作措施的保水效果，通過(guò)控制試驗(yàn)條件，可以模擬不同環(huán)境。用這種方法可以彌補(bǔ)在自然降雨條件下，因環(huán)境變化，而無(wú)法得到的試驗(yàn)期內(nèi)計(jì)劃的研究結(jié)果，或者進(jìn)一步補(bǔ)充論證在自然降雨環(huán)境下得到的研究結(jié)果?？梢姡斯そ涤暄b置可以給水土保持、雨水集蓄工程及田間試驗(yàn)提供科學(xué)依據(jù)，定量的評(píng)價(jià)降雨條件下土壤水分狀況以及入滲產(chǎn)流關(guān)系，克服野外徑流小區(qū)進(jìn)行定位觀測(cè)的耗時(shí)費(fèi)力的缺點(diǎn)，縮短試驗(yàn)周期，加速雨水入滲規(guī)律、土壤侵蝕規(guī)律的研究進(jìn)程，對(duì)于水土流失和生態(tài)環(huán)境的改善具有相當(dāng)重要的意義[1]。
    文獻(xiàn)[2]研制的一種新型人工模擬降雨實(shí)驗(yàn)裝置，是一種多噴頭、槽式間歇降雨裝置，該裝置通過(guò)控制離合器裝置的離合來(lái)控制噴頭的擺動(dòng)頻率，實(shí)現(xiàn)了不同強(qiáng)度的模擬降雨，在人工模擬降雨試驗(yàn)中得到了應(yīng)用。本文將針對(duì)同時(shí)應(yīng)用多臺(tái)這樣的人工模擬降雨裝置的模擬降雨試驗(yàn)時(shí)，手工調(diào)節(jié)噴頭水壓的不方便，及現(xiàn)有控制器不能同步控制多臺(tái)人工模擬降雨裝置的狀況，在結(jié)合降雨試驗(yàn)要求實(shí)際工作情況的基礎(chǔ)上，提出采用工控組態(tài)監(jiān)控軟件對(duì)人工模擬降雨實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)改進(jìn)[3-4]。在對(duì)模擬降雨實(shí)驗(yàn)裝置采用工控組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上，給出了所設(shè)計(jì)的新控制系統(tǒng)在人工模擬降雨試驗(yàn)中的實(shí)際應(yīng)用。
2 人工模擬降雨試驗(yàn)及其監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介
    采用新型人工模擬降雨實(shí)驗(yàn)裝置[2]進(jìn)行人工模擬降雨試驗(yàn)時(shí)，降雨裝置在試驗(yàn)地點(diǎn)支撐高度要求降雨噴頭與觀測(cè)的土壤距離為2.4m。為了提高模擬降雨的均勻性，降雨裝置要求至少兩個(gè)以上并排使用，并要求噴頭噴水的壓力基本穩(wěn)定在0.06MP。圖1為某實(shí)驗(yàn)場(chǎng)10臺(tái)人工模擬降雨裝置試驗(yàn)的部件連接示意圖。在實(shí)際試驗(yàn)中，由于模擬降雨裝置距離地面較高，采用手工調(diào)節(jié)水壓給實(shí)際的試驗(yàn)帶來(lái)了不便，降雨噴頭0.06MP的壓力不易保證。圖1的控制器每臺(tái)僅能控制兩臺(tái)降雨實(shí)驗(yàn)裝置，不能同步控制圖中10臺(tái)人工模擬降雨裝置的運(yùn)行，也不能實(shí)時(shí)監(jiān)控人工模擬降雨裝置的運(yùn)行。因此有必要增加相應(yīng)的檢測(cè)方法，建立相應(yīng)監(jiān)控系統(tǒng)，更方便可靠地控制和調(diào)節(jié)模擬降雨裝置，實(shí)現(xiàn)人工模擬降雨試驗(yàn)的自動(dòng)化。

3 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及其組成
    監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)針對(duì)手工調(diào)節(jié)水壓的不方便及原有的控制器無(wú)法同步控制10臺(tái)人工模擬降雨裝置的問(wèn)題，主要考慮兩個(gè)方面：一是實(shí)時(shí)測(cè)量并調(diào)節(jié)水壓，二是建立上位機(jī)的組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)同步控制多臺(tái)人工模擬降雨裝置并實(shí)時(shí)監(jiān)控人工模擬降雨裝置運(yùn)行狀況的功能。
    為了兼容原降雨裝置，對(duì)控制器進(jìn)行了改進(jìn)，使其具有手動(dòng)控制與上位機(jī)控制的切換功能。改進(jìn)后的控制器能夠接收上位機(jī)產(chǎn)生的PWM控制信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)后輸出控制模擬降雨的強(qiáng)度。這樣既保留了控制器手動(dòng)控制模擬降雨裝置的功能，又能夠使用組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的控制。水壓的實(shí)時(shí)測(cè)量與調(diào)節(jié)通過(guò)在上水母管增加壓力傳感器，并直接連接工控機(jī)（上位機(jī)）板卡，并由上位機(jī)產(chǎn)生信號(hào)控制變頻器實(shí)現(xiàn)。由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)降雨裝置壓力與流量調(diào)節(jié)。系統(tǒng)框圖如圖2所示。

4 結(jié)語(yǔ)
    本文在鄭宏偉等研制的一種新型人工模擬降雨實(shí)驗(yàn)裝置基礎(chǔ)上，針對(duì)人工模擬降雨試驗(yàn)中的實(shí)際問(wèn)題，結(jié)合現(xiàn)有的試驗(yàn)裝置，對(duì)其進(jìn)行了技術(shù)改造，將試驗(yàn)過(guò)程的常用設(shè)備和工具軟件結(jié)合在一起，研究開發(fā)了一套應(yīng)用于人工模擬降雨實(shí)驗(yàn)的監(jiān)控系統(tǒng)，在試驗(yàn)中得到了運(yùn)用，并取得了較好的效果。