Development of crop water consumption calculation software for programmable logic controller (PLC) based climate station

Abstract

In this study; It is aimed to develop a climate station software in CODESYS-ST programming language which calculates daily Reference evapotranspiration (ET_o) amount according to FAO 56 Penman Monteith method by using some climate parameters, calculating crop water consumption of maize (Zea mays L.) using this software and comparing with the available data. The study was carried out with daily climate data of Kahramanmaras Province in 2018 obtained from the General Directorate of Meteorology. The software is composed of ET0_account (PRG), integral (PRG) and climate_data (PRG) subprograms in addition to the PLC_PRG (PRG) program. Daily ET_o values were calculated using climate station software. Maize daily water consumption (ET_c) was obtained by multiplying ET_o values with maize crop coefficients (k_c) and compared with values of "Water Consumption Guide of the Irrigated Crops in Turkey". The values of MAPE and RMSE between ET_c values calculated with the software and ET_c values given in Guide were calculated as 8.17% and 0.55. The relationship between ET_o and ET_c values was determined as ET_c= 2.1298ET_o-6.2876 (R²= 1). It was concluded that the results of software was compatible with values of Guide and could be used for daily ET_o and ET_c calculations.

Keywords

• CODESYS-ST,ETo,ETc,Climate station,Penman monteith

Programlanabilir lojik kontrolör (PLC) tabanlı iklim istasyonu için bitki su tüketimi hesap yazılımının geliştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada; bazı iklim parametrelerini kullanarak FAO 56 Penman Monteith yöntemine göre günlük Referans evapotranspirasyon (ET_o) miktarını hesaplayan, CODESYS-ST programlama dilinde bir iklim istasyonu yazılımının geliştirilmesi, bu yazılım kullanılarak mısır (Zea mays L.) bitkisinin bitki su tüketiminin hesaplanması ve mevcut verilerle karşılaştırılması amaçlanmıştır. Çalışma, Kahramanmaraş ilinde Meteoroloji Genel Müdürlüğünden temin edilen 2018 yılı günlük iklim verileri ile yürütülmüştür. Yazılım, PLC_PRG (PRG) programına ek olarak ET0_hesap (PRG), entegral (PRG) ve iklim_verileri (PRG) alt programlarından oluşturulmuştur. İklim istasyonu yazılımı kullanılarak günlük ET_o değerleri hesaplanmıştır. Bu ET_o değerleri, mısırın bitki büyüme katsayıları (k_c) ile çarpılarak mısırın günlük bitki su tüketimi (ET_c) belirlenmiş ve "Türkiye’de Sulanan Bitkilerin Su Tüketim Rehberi" ile karşılaştırılmıştır. Yazılımla hesaplanan ET_c değerlerinin Rehberde verilen ET_c değerlerinden olan sapma miktarının bir ifadesi olarak OMGH %8.17, KOKH 0.55 olarak hesaplanmıştır. ET_o ve ET_c değerleri arasındaki ilişki ET_c= 2.1298ET_o-6.2876 (R²= 1) fonksiyonu ile ortaya koyulmuştur. Yazılımın Rehberle uyumlu olduğu, günlük ET_o ve ET_c hesaplamalarında kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.

Keywords

• CODESYS-ST,ETo,ETc,İklim istasyonu,Penman monteith

References

1. Akpolat A (2011) Mikrometeorolojik ve lizimetre yöntemleriyle belirlenen buğday bitki su tüketimlerinin karşılaştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana.
2. Allen RG (2015) REF-ET: Reference Evapotranspıratıon Calculatıon Software for FAO and ASCE Standardized Equations. User Manuel, University of Idaho.
3. TAGEM (2016) Türkiye’de Sulanan Bitkilerin Bitki Su Tüketimi Rehberi. T.C. Gıda, Tarım ve Hayvancılık Bakanlığı Tarımsal Araştırmalar ve Politikalar Genel Müdürlüğü Yayınları, Ankara.
4. ASCE-EWRI (2004) The ASCE Standardized Reference Evapotranspiration Equation. Technical Committee Report to the Environmental and Water Resources Institute of the American Society of Civil Engineers from the Task Committee on Standardization of Reference Evapotranspiration, USA.
5. Bandyopadhyay A, Bhadra A, Swarnakar RK, Raghuwanshi NS, Singh R (2012) Estimation of reference ETo using a user-friendly decision support system: DSS_ET. Agricultural and Forest Meteorology 154-155: 19-29.
6. Burman RD, Pochop LO (1994) Evaporation, evapotranspiration and climatic data. Development in Atmospheric Science, Elsevier, The Netherlands 22: 278.
7. Çetin Ö, Köksal ES, Yıldırım YE, Özaydın KA (2014) Türkiye’de su tüketim rehberi çalışmaları kapsamında bitki su tüketimi ve bitki katsayılarının elde edilmesi. 12. Kültürteknik Sempozyumu Cilt 2, Tekirdağ, s. 40-45.
8. DMİ (2018) Kahramanmaraş İli 1930-2018 yılları arası aylık ortalama iklim verileri ve 2018 yılı günlük iklim verileri. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü.

9. Doorenbos J, Pruitt WO (1977) Crop Water Requirements, FAO Irrigation and Drainage Paper No. 24, Rome.
10. FAO (1992) CROPWAT-A Computer Program for Irrigation Planning and Management, FAO Irrigation and Drainage Paper No. 46, Rome.
11. Gençoğlan C, Yazar A (1996) Kısıntılı su uygulamalarının mısır verimine ve su kullanım randımanına etkileri. Turkish Journal of Agriculture and Forestry 23(1999): 233-241.
12. Gocic M, Trajkovic S (2010) Software for estimating reference evapotranspiration using limited weather Data. Computersand Electronics in Agriculture 71: 158-162.
13. Hess TM (1996) Potential Evapotranspiration [DAILY ET]. Silsoe College, UK.
14. Jensen ME, Burman RD, Allen RG (1990) Evapotranspiration and Irrigation Water Requirements. ASCE Manuals and Reports on Eng. Practice No: 70, ASCE, USA.
15. Kırnak H, Gençoğlan C, Değirmenci H (2003) Harran Ovası koşullarında kısıntılı sulamanın II. ürün mısır verimine ve bitki gelişimine etkisi. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi 34(2): 117-123.
16. Koç AC, Güner Ü (2005) Mevcut sulama projelerinin FAO kriterleriyle yeniden değerlendirilmesi: Tavas Ovası örneği. Dumlupınar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 9: 93-106.
17. Lewis Colin D (1982) Industrialand Business Forecasting Methods. Butterworths Publishing, London.
18. Pereira LS, Allen RG, Smith M, Raesda DR (2015) Crop evapotranspiration estimation with FAO 56: Past and future. Agricultural Water Management 147: 4-20.
19. Raes D (2012) Reference Manual-ETo Calculator. Food and Agriculture Organization of the United Nations Land and Water Division, Paper 37.
20. Steduto P, Snyder RL (1998) IAM_ETo software program and user's guide. Options Méditerranéennes: Série B Etudes et Recherches 20: 1-64.
21. Uçak AB, Değirmenci H, Gençoğlan C, Uçan K, Aykanat S, Karaca ÖF (2010) Mısır bitkisinde farklı gelişme dönemlerinde su stresinin verime etkisi. I. Ulusal Tarımsal Yapılar ve Sulama Sempozyumu Cilt 2, Kahramanmaraş, s. 777-789.
22. Ünver Ö, Gamgam H (1999) Uygulamalı İstatistik Yöntemler. Siyasal Kitabevi, Ankara.
23. Willmott CJ (1982) Some comments on the evaluation of model performance. Bulletion of the American Meteorological Society 63: 1309-1313.
24. Witt SF, Witt CA (1992) Modeling and Forecasting Demand in Tourism. Academic Press, London.