Programlanabilir lojik kontrolör (PLC) tarafından yönetilen bir iklim istasyonu - sulama - tartılı lizimetre otomasyonu sisteminin geliştirilmesi ve cevizin su tüketiminin belirlenmesi
Development of a climate station - irrigation - weighting lysimeter automation system operated by a programmable logic controller (PLC) and determining the water consumption of walnut
Yazar: SELÇUK USTA
Danışman: PROF. DR. CAFER GENÇOĞLAN
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyosistem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Ziraat = Agriculture
Dizin: Damla sulama = Drip irrigation ; Tarımsal sulama = Agricultural watering ; Tarımsal yapılar ve sulama = Agricultural structures and irrigation

Özet:
Bu çalışmada, Programlanabilir Lojik Kontrolör (PLC) tarafından yönetilen bir iklim istasyonu – sulama – tartılı lizimetre otomasyonu sisteminin (ISLO) geliştirilmesi ve Maraş 18 çeşidi cevizin (Juglans regia L.) su tüketimi ve bitki katsayılarının belirlenmesi amaçlamıştır. Kahramanmaraş koşullarında 2019 ve 2020 yıllarının Haziran - Ekim dönemlerinde yürütülen bu çalışma kapsamında öncelikle pano, iklim istasyonu, lizimetre ve damla sulama sisteminden meydana gelen bir donanım oluşturulmuştur. Daha sonra CODESYS-ST dili kullanılarak bir yazılım hazırlanmış ve PLC'ye yüklenmiştir. İklim istasyonunda; sıcaklık, nem, solar radyasyon, rüzgâr hızı, rüzgâr yönü ve yağış sensörleri bulunmaktadır. Lizimetre ise, 5 ton kapasiteli elektronik kantarın üzerine yerleştirilen 113 cm çapında ve 130 cm derinliğindeki lizimetre tankından oluşmaktadır. Lizimetreden drene olan su tahliye tankında toplanarak, basınç sensörüyle ölçülmüştür.
ISLO, öncelikle bir günlük sürenin başında tarihi ve kantardan okuduğu ilk lizimetre ağırlığını kaydetmiştir. İklim istasyonundan her saat başı sıcaklık ve nem, yarım saatte bir solar radyasyon ve rüzgâr hızı verilerini okuyarak kaydetmiştir. Gün sonunda bu verilerin ortalamalarını alarak, günlük referans evapotranspirasyonu (g_ETo) hesaplamıştır. Her günün sonunda "g_ETo" miktarlarını toplayarak, "Topl_ETo" miktarını belirlemiştir. "Topl_ETo" 20 mm'ye eşit veya büyük olduğunda bu miktarı 1.20 katsayısıyla çarparak, sulama suyu miktarını belirlemiş ve cevize uygulamıştır. Bir günlük sürenin başında ve sonunda kaydettiği lizimetre ağırlıkları ile günlük yağış, drenaj ve sulama miktarlarını bir boyutlu su dengesi eşitliğinde yerine yazarak, günlük su tüketimini (g_ET) hesaplamıştır. Verileri kaydederek, son lizimetre ağırlığını sonraki günün ilk lizimetre ağırlığına atamıştır. Sonraki günlerde aynı işlemleri tekrarlamıştır. Cevizin su tüketimi birinci yıl 1.88-12.87 mm gün-1, ikinci yıl ise 2.41-11.03 mm gün-1 aralığında değişmiştir. Birinci yıl 0.86-1.73, ikinci yıl ise 1.04-1.53 aralığında değişen bitki katsayıları elde edilmiştir. Mevsimlik toplam su tüketimi birinci yıl 1095.20 mm, ikinci yıl ise 1097.60 mm olarak gerçekleşmiştir. "g_ET" miktarlarındaki değişimin FAO 56 Penman Monteith yöntemiyle tahmin edilen "g_ETo" miktarlarıyla açıklanabilme oranı birinci ve ikinci yıl için sırasıyla %84.00 ve %90.00 olarak belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, it was aimed to develop a climate station - irrigation - weighting lysimeter automation system (ISLO) operated by a Programmable Logic Controller (PLC), and to determine the water consumption and crop coefficients of Maraş 18 type walnut (Juglans regia L.). Within the scope of this study carried out in Kahramanmaraş conditions June - October periods of 2019 and 2020, firstly a hardware consisting of a panel, climate station, lysimeter and drip irrigation system was created. Later, a software was prepared using CODESYS-ST language and uploaded to the PLC. Climate station consists of temperature, humidity, solar radiation, wind speed, wind direction and precipitation sensors. Lysimeter consists of a lysimeter tank with a 113 cm diameter and 130 cm depth, placed on an electronic weighbridge with a capacity of 5 tons. The water drained from the lysimeter tank was collected in the discharge tank and measured with a pressure sensor.
ISLO, firstly recorded the date and the first lysimeter weight receive from the weighbridge at the beginning of the one-day period. It recorded temperature and humidity every hour on the hour, solar radiation and wind speed every half hour by receiving from the climate station. ISLO determined the averages of these data at the end of the day, and calculated the daily reference evapotranspiration (g_ETo). It determined the amount of "Topl_ETo" by summing up the "g_ETo" amounts at the end of each day. When the amount of "Topl_ETo" is greater than or equal to 20 mm, ISLO multiplied this amount by the coefficient of 1.20, determined the amount of irrigation water and applied walnut. It calculated the daily water consumption of the walnut (g_ET) by substituting the lysimeter weights recorded at the beginning and end of the one-day period and daily precipitation, drainage, irrigation amounts in one-dimensional water balance equation. ISLO recorded the daily data and assigned the last lysimeter weight to the first lysimeter weight of the next day. It repeated the same process in the following days. Daily water consumption of walnut varied between 1.88-12.87 mm day-1 in the first year and 2.41-11.03 mm day-1 in the second year. Crop coefficients varied between 0.86-1.73 in the first year and 1.04-1.53 in the second year. Seasonal total water consumption was determined as 1095.20 mm in the first year and 1097.60 mm in the second year. The rate of explanation of the change in "g_ET" quantities with the "g_ETo" quantities estimated by the FAO 56 Penman Monteith method was determined as 84.00% and 90.00% for the first and second year, respectively.