Автоматизированная система орошения

 

Изобретение относится к механизации и автоматизации орошения сельскохозяйственных культур и может быть использовано для автоматизированного капельного полива в горных условиях. Целью изобретения является упрощение системы орошения и повьшение надежности ее работы в горных условиях. Система включает цент

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

{Я) 4 А Оl Л 25/16

ОПИОАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

®

3> о

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4117068/30-15 (22) 12.09.86 (46) 15.09. 88. Бюл ° % 34 (71) Грозненское научно-производственное объединение "Промавтоматика" (72) Н.Г. Чефонов, Н.И Бодырева, В.С. Глухов, К. Б. Пальчик и Б.П. Калинов (53) 631.347.1(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1329687, кл, А Ol G 25/16, 1986.

„„SU„„1423068 А 1 (54) АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА

ОРОШЕНИЯ (57) Изобретение относится к механизации и автоматизации орошения сельскохозяйственных культур и может быть использовано для автоматизированного капельного полива в горных условиях. Белью изобретения является упрощение системы орошения и повышение надежности ее работы в гор" ных условиях. Система включает цент1423068 ральное устройство управления 1, co— единенное своими входами с датчиками 2 агрометеостанции. Другими своими входами центральное устройство управления i через аналоговые злектропневмопреобразователи 3 и линии связи 4 соединена с входами местных устройств контроля и управления 5. Второй вход последних соеди" нен с полевым датчиком 6, а выходы— с исполнительними механизмами 8 подачи воды на поливной участок от. подводящего трубопровода 9 и через соответствуюший аналоговый пневмоэлектропреобразователь 3 - ц центральным устройством управления 1..Изобретение относится к ороша1 емому земледелию и может быть использовано для автоматического капельного полива сельскохозяйст-венных культур в горвьп; условиях.

Целью изобретения является упрощение системы и повышение надежности ее работы в горных условиях. н

На фиг. 1 показана схема автоматизированной системы орошения ; на К фиг. 2 — связь центрального устройства управления-с исполнительными механизмами; на фиг. 3 — схема пневматического порогового устройства.

Система включает центральное уст- >5 ройатво I управления, соединенное своими входами с датчиками 2 агрометеостанции. Другими входами центральное устройство управления через аналоговые пневмоэлектропреоб- 20 разователи 3 и линии 4 связи соединено с местными устройствами 5 контроля и управления.

Вход каждого местного устройства 5 контроля и управления соединен с полевым датчиком 6 расхода воды на поливной участок 7. Один из выходов каждого местного устройства 5 контроля и управления соедийен с исполнительным механизмом 8, а дру- 30 гой - через соответствующий аналоговый пневмоэлектропреобразователь 3 с центральным устройством 1 управлеВода для полина передается по трубопроводу 9 через исполнительные механизмы 10 поливных блоков, выходы центрального устройства управления 1 соединены через электропяевмопреобразователи дискретного действия II с исполнительными механизмами, 10 блоков полива и местными устройствами контроля и управления 5. Иестное устройство контроля и управления 5 включает в себя пороговое устройство, подключенное своим входом к полевому датчику 6, а выходом — к исполнительному механизму 8 подачи воды на поливной участок. 1 "-.и. ф-лы, 3 ил. няя. Вода для полива подается по трубопроводу 9 через исполнительные механизма 10 группы поливных участков (блоков). Каждый поливной блок включает 3-? поливных участков 7, поливная вода на которые подается исполнительными механизмами 8 Выходы центрального устройства 1 управления соединены через электропневмопреобразователи ll дискретного действия с исполнительными механизмами 10 блоков полива и местными устройствами 5 контроля и управления.

Местное устройство 5 контроля и управления (фиг. 2) включает в себя пневматическое пороговое устройство

l2, подключенное входом к полевому датчику 6 расхода воды на поливной участок 7. Выход порогового устройства 12 соединен с исполнительным механизмом 8 подачи воды на поливной участок 7. Пороговое устройство

I2 включает два пневматических реле... первое из которых (13) подсоединено к датчику 6 расхода поливной воды через обратный клапан 14. Выход пневматического реле 13 является szoдом пневматического реле 15. Выход реле 15 соединен с исполнительньв механизмом 8 подачи воды на поливной участок 7. Выход обратного клапана 14 соединен также с центральным устройством 1 управления через

1423068 линию 4 связи и пневмоэлектропреобразователи 3 и Il, В третью, начиная сверху, (глухую) камеру реле 13 заводится сигнал от пневмокнопки 16.

В качестве центрального устройства управления может быть использован . микропроцессорный комплекс Климатмикро". В качестве датчиков 2 агрометеостанции использованы осадкомер 10 два датчика температуры (термометры сопротивления с преобразователями) и датчик испарения с водной поверхности, изготовленный на базе про.мьпвленного датчика ГГИ-3000. Комплекс Климат-микро может управлять орошением, например, по критерию дефицита а влагозапасов, которые рассчитываются следующим образом. Каждый сорт растений имеет свои, 20 оптимальные только для него, условия произрастания, которые зависят от состава почвы, влажности, наличия удобрений и т.п. Влажность почвы можно характеризовать количеством влаги на 1 ra или на блоке. Расчет количества влаги производится термостатно-весовым методом, при котором „ берут пробы почвы до определенной глубины через каждый 15-20 см, потом рассчитывают количество воды (т) на 1 га, 1 блок. В данном случае такой расчет производят при запуске системы управления (определяют начальные условия).

40

Кроме элементов 16 (пневмокнопка) .13 и 15 (пневмореле П1РЗ) устройство включает в себя источник сжатого воз.духа с редуктором и фильтром, мало50

Цель управления состоит в поддержании оптимального количества влаги в течение всего вегетационного периода. Для этого производят расчет потребляемой за сутки влаги (растение, испарение с поверхности и т.д.) и внесенной (осадки) ° Дефицит влагозапасов блока — это количество воды, которое необходимо дополнить блоку до оптимального.

После подсчета баланса потребленного и внесенного количества разность прибавляется или отнимается от имеющегося (текущего), Если появился дефицит, необходимо исключить его с помощью полива. Длительность полива рассчитывается деле :нем дефицита на суммарный расход капельниц — водовыпусков. Если количество блоков более 1, то дополнительно проводится ранжировка дефицитов блоков и решается задача обеспечения оптимального полива при orраниченилх на производительностЬ насосной станции, ее простои, сорт насаждений и т.п. Все эти расчеты реализует центральное микропроцес сорное устройство 1, которое формирует управляющие воздействия на исполнительные механизмы 10 групп участков полива (блоков).

В качестве пневмоэлектропреобраэователей 3 аналогового действия могут быть использованы преобразователи типа ПЭ-55М, линии 4 связи— полиэтиленовые трубки (6-8) ° 1 мм.

В качестве местных устройств 5 контроля и управления использованы пнев-, матические устройства Склон".

В предлагаемой системе преобразователи 3 — пневмоэлектролреобразователи аналоговые типа давление ток (т.е. P(T) 0,2-1,0 кГс/см—

0-5 мА, ПЭ55М). Преобразователи ll— электропневмопреобразователи дискретного действия (П1ПР.5). На. фиг.1 и 2 преобразователи 3 и ll .обозначены одним и тем же символом, но характер преобразования обозначен входными и выходными стрелками.

Местные устройства 5 контроля и управления в автоматизированной системе выполняют следующие функции— контроль расхода поливной воды, выработка и запоминание управляющего воздействия на закрытие исполнительного механизма 8 полива, от сигнала полевого датчика 6 расхода воды, прием, обработка и выработка управляющего сигнала на закрытие исполнительного механизма 8 от центрального микропроцессорного устройства 1 управления, защита полевого датчика 6 расхода воды от управляющего сигнала центрального микропроцессорного. устройства 1. габаритные манометры на входе и выходе для контроля давлений и работоспособности, обратный клапан 14 монтажную плату для крепления элементов, коммутации входных и выходных линий и футляр, с помощью которого происходит защита конструкции от влияния внешних воздействий, а также крепление к исполнительному механизму.! ч23068

В качестве полевых датчикОН t .-всхода воды использованы комплекты диафрагма -дифманометр спневмати-. ческим выходом (ДКН с 13 дцПОТ2), В качестве поливных участков 7 использовано оборудование капельногс орошения виноградника. В качестве

1 исполнительных механизмов 8 и 1О использованы серийно выпускаемые 0 пневмоприводы дискретного действия.

Трубопровод 9 — магистральный трубопровод асбоцементный ж и полизтл -.-,еновый диаметром 200-300 мм, В качест-" ве электропневмопреобразователей 11 5 дискретного действия использовавь преобразователи П1fTF.5. В качестве пневмореле 13 и 15 использованы серийно выпускаемые П1РЗ, В качестве обратного клапана использован клал"".H

ПЗОК.1. В качестве пневмокнопки использована кнопка П1КН. 3.

Обратный клапан 14 рассчитан на срабатывание при перепаде давлений

1 ,35 в 0,05 кгс/см.. При этом максы альный сигнал управления от центрально:-.а микропроцессорного устройства составляет 1,4-0,14 кгс/см, а максимальный сигнал от полевого датчика эп

6 расхода поливнои воды не болеa

1,1 кгс/см L

Автоматизированная система орошения работает следующия. сбразом.

В нормальном режиме функционирования полив осуществляется поблочно 35 выработкой управляющих сигналов центральным устрОЙствОм 1 управле ния, ИсхОднОЙ информацией для Опре деления сроков и длительности поливов является информация,. Снимаемая @ ,от датчиков агрометеостанции„ Набор датчиков агрометеостанции зави. сит от выбранного метода определения сроков и длительности поливов. В данном случае использован известньй 45 метод измерения иснаряемости с воднбй поверхности. При этом методе используются. датчики температуры .воздуха, испаряемости с вод,ной поверхности, датчики влажности почвы, осадкомер, Эта информация вводится через элементы связи с объектом в центральное устройство управления, которое обрабатывает информацию с,елью онределения сроков и продолжительности поливов по дефицитам влагозапасов на каждом блоке. При;необходимости поддержания Оптимальных влагозапасов каждогО блока, выбирается номер блока. наиболее нуждающегося в поливе, и вырабатывается управляющее воздействие на исполнительный механизм 10 конкретного блока. Так как исполнительные механизмы 10 блоков пневматического действия, а центральное устройство управления вырабатывает уг;.равляющий сигнал электрическик, то для согласования видов энергии использОван электропневмопреобразователь 11 дискретного действия.

В нормальном режиме функционирования исполнительные механизмы 8

YYOgB Ri воды HB 1 i 0 JiHB Hole +«i BC TEN 7 OT .«рыты, что пОзвОляет пОливать ОДКОвременно все поливные участки 7 од ного блока.

Если 8 качестве водовыпусков испол зованы капельницы (для горных условий наиболее приемлемый вид орошения капельнае), а конструкция капельницы обладает свойством поддержания постоянного расхода при изI менении давления (естественно, если

Они годные), то расход воды на блок величина постояннач (2-3%). При включении полива расход достигает 100% своего паспортного и несколько превышает его за счет неодновременности срабатывания капельниц.

Такие переходные режимы учтены подсоединением к полевому датчику 6. расхода поливной воды линий связи большой емкости с центральным микропроцессорным устройством, которые сглаживают пики давления воздуха.

Если давление воздуха 1,0 кгс/см превышает 30-35 с, срабатывает пороговое устройство 12 и выключает полив. Если это не происходит, центральное микропроцессорное устройство, анализируя ситуацию, cBJo подает в линию связи командный сигнал 1,4-0,14 кгс/см . Если после снятия этого командного сигнала расход воды на участок 7 не упадет до

"О", формируется управляющий сигнал на закрытие исполнительного механизма 10 соответствующего блока для аварийного окончания полива. Вода для полива доставляется на орошаемые участки по магистральному трубопроводу 9. Контроль за поступлением (расходом) воды на каждый из орошаемых .участков блока осуществляется датчиками 6 расхода воды, смон1423068 тированными на трубопроводах подачи воды на участки 7 блока. Сигналы, снимаемые с датчиков 6 расхода воды, подаются через обратные клапаны 14

5 соответствующие линии 4 связи и аналоговые пневмоэлектропреобразователи

3 н центральное устройство 1 управления. Датчики 6 расхода воды на поливные участки 7 выбраны пневматического дейстния (т. е. вырабатываемый ими выходной сигнал пропорционален расходу воду и равен 0,2-1,0"

«10 кПа). Дальше сигналы передаются по пневмотрубкам диаметром 6-8 мм.

При вводе в центральное устройстно

1 управления пневматические сигналы преобразуются пневмоэлектропреобразователями 3 -аналогового, действия, преобразующими пневматические сигналы 20

0,2-1 0 10 кПа в электрические токо L вые 0-5 мА, которые и заводятся в центральное устройство l управления.

Центральное устройство 1 управле ния сравнивает текущее значение рас- 25 хода поливной воды на каждом из участков 7 блока с нормами технологического регламента. Если отклонений нет, полив продолжается до окончания расчетного времени полива блока, 30 после чего центральное устройство 1 управления вырабатывает сигнал окончания полива, т.е. снимается командный сигнал с исполнительного механизма 10 полива, блока. Полив выбранного блока прекращается. При необходимо35 сти полива следующего блока центральное устройство 1 управления вырабатывает командный сигнал íà î.iкрытие исполнительного механизма 10 следующего блока. Если такой необходимости нет, полив блоков не происходит.

При поливе орошаемых участков, расположенных на горных склонах, ва-.. жен строгий контроль параметров, характеризующих режим полива. B предлагаемой системе таким параметром . выбран расход воды на полив участка

7. Контроль этого параметра ведется ,одновременно двумя устройствами (эту функцию реализует центральное устройство 1 управления в режиме централизованного контроля всех орошаемых участков 7). Функции локаль;;го контроля реализуют местные устройства 5 койтроля и управления. Реакция этих устройств на отклонение расхода поливной воды на орошаемый участок 7 различная. При уменьшении расхода поливной водь1 центральное устройство управлечия идентифицирует это событие с забитием (засорением) капельниц-нодоныпускон, или прекращение полива по инициативе персонала, что сразу же документируется на устройстве печати, но никаких управляющих воздействий при этом центральчое устройстнб управления не вырабатывает. Прп увеличении расхода поливной воды на орошаемый участок 7 центральное устройстйо управления вырабатывает командный сигнал на закрытие исполнительного механизма 10, т.е. прекращение полива блока.

Реакция центрального устройства 1 управления поступает через 3-4 мин после появления события (изменения расхода поливной воды на участок 7).

Такая задержка происходит эа счет инерционности пневматических линий связи, Для повышения скорости реакции на изменение события (расхода поливной воды на участок 7) использонаны местные устройства 5 контроля и управления. Свои функции местное устройство 5 контроля и управления реализует следующим образом. В нормальном состоянии исполнительный механизм 8 открыт, что позволяет производить полив участка. В случае отклонений расхода поливной годы н большую сторону, что может произойти при аварии поливной сети (срыв капельницы нодоспуска, обрыв поливного трубопровода), датчик 6 расхода поливной воды сразу отмечает = тэ.

Если при нормальном расходе на выходе датчика расхода поливной воды был сигнал (0,7-0,8) 10 кПа, то при увеличении расхода выходной сигнал унелжится дс (0,9-0,96) 10 кПа, или станет максимальным 1 10 кПа.

Это изменение (0,2-1,0 кгс/см ) подается через обратный клапан 14 в нижнюю камеру пненмореле 13 (там, где расположена пружина подпора) . За счет пружины мембранный блок в это время находится в поднятом состоянии и закрывает верхнее сопло (куда снерху подается давление питания).

При повышении давления н нижней (четвертой) камере воздух поступает во вторую и первую камеры. Площадь мембраны второй камеры такова, что позволяет передвинуть мембранный

I 423068 блок вниз, преодолевая сдерживающее усилие пружины четвертой камеры.

При таком передвижении мембранного блока вниз освобождается (открывает-, ! ся) сопло верхней камеры и закрывается сопло четвертой камеры. Давление питания через сопла первой

1 камеры подается во вторую камеру и дополняет усилие по передвижже мем- 1О бранного блока вниз. В этом положении реле 13 "запоминает" свое состояние, т.е. при последующих изменениях давления полевого датчика 6 пневмореле не изменит своего состояния, 15 так как перекрыто сопла четвертой камеры °

В исходном состоянии мембранный блок реле 15 находится также в поднятом состоянии.При повьппении давления от пневмореле 13 повыпается давление во второй камере пневмореле

15. Мембранный блок пневмореле перемещается вниз, закрывая сброс воздуха в атмосферу через сопло четвертой 25 камеры и открывая сопло подачи сжатого воздуха на исполнительный механизм 8 о

Полин аварийного участка 7 прекращается. Пневмореле 15 необходимо для 3О развязки цепей контроля и управления, а также для улучшения релейной характеристики устройства.

Расход воды на участок 7 становит. ся равным нулю, что вызывает уменьшение выходного сигнала датчика расхода

6 поливной воды до 0,2 10 кПа, но пороговое устройство 12 запоминает пре. . дыдущее (аварийное ) состояние участка и не открывает иеполнительный механизм 8 подачи поливной воды на участок 7.

Время выработки управляющего сиг нала местным устройстьом контроля и

45 управления составляет 20-30 с, что сделано дпя исключения ложных срабатываний датчика 6 расхода воды на участок 7. Такая задержка реализована подключением линии 4 связи с

5О центральным устройством l управления к выходу обратного клапана 14. Подключение сглаживает резкие изменения давления от датчика 6 расхода воды в пускоостановочных режимах полива всего блока в целом. 5ф

Так как идентифицировать аварийную ситуацию на отключенном участке 7 практически невозможно, а тем более устранить аварию дистанционно, то включение полива участка 7 от центрального устройства 1 не предусмотрено. Для проведения этих операций необходимо присутствие оперативного персонала, который по месту идентифицирует сложившуюся аварийную ситуацию и дает указания об устранении ее ремонтным персоналом. По окончании ремонта необходимо деблокировать полив на участке, для использования пневмокнопки 16, при нажатии на которую давление в третьей камере пневмореле 13 повьппается до давления питания, равного давлению во второй камере. А это значит, что усилие пружины нижней камеры уже достаточно для передвижения мембранного блока пневмореле

13 в верхнее положение, что вызывает закрытие сопла первой камеры и открытие сопла четвертой. Устройство сбрасывается в исходное состояние, Исполнительный механизм 8 открывает- ся. Линия 4 соединяет местное устройство 5 контроля и управления с центральным микропроцессорным устройством l. Расстояние это разное для разных участков.

Имеется возможность выключения полива участка 7 от центрального устройства 1 управления подачей командного сигнала от него через электропневмопреобраэователь ll дискретного действия, линии 4 связи, пороговые устройства 12. Такая подача давления на пороговое устройство 12 равносильна подаче давления от датчика 6 расхода воды на поливной участок 7. В этом случае обратный клапан 14 не позволяет пройти воздуху из.линии связи 4 к датчику 6 расхода поливной воды.

Выключение полива орошаемых участков 7 от центрального устройства 1 управления необходимо для нормальных (неаварийных) ситуаций отключения.

При использовании предлагаемой системы понижается первоначальная стоимость и эксплуатационные расходы за счет упрощения устройств приема-передачи, снижается стоимость линий связи при замене электрокабельной продукции на пневмотрубки и повьппается урожайность высаженных культур за счет обеспечения оперативной локализации аварий и др.

1 423068

Формула изобретения

I. Автоматизированная система орошения, включающая центральное устройство управленйя с подключенными к нему датчиками агрометеонараметров, подводяющий трубопровод с подключенными к нему через исполнительные механизмы водоводами для капельного орошения участков с полевыми датчи.ками технологического процесса, а

: также связанные с центральным устройством управления местные устройства контроля и управления, выходы кото-,. рых подключены к исполнительным ме15 ханизмам, отличающаяся тем, что, с целью упрощения системы и повьипения надежности ее работы в горных условиях, она онабжена источником сжатого воздуха, электропневмопреобразователями дискретного действия, подключенными электролиниями к выходам центрального устройства управления, а пневмолиииями связи— к входам местных устройств контроля и управления, а также пневмоэлектропреобразователями аналогового действия, подключенными пневмолиниями связи к выходам местных устройств

ЗО контроля и управления, а выходами к центральному устройству управления, при этом источник сжатого воздуха подключен к злектропневмо- и пневмозлектропреобразователям, н исполнительными механизмами подачи воды в группы участков, которые связаны через дополнительные электропневмопреобразователи с центральным устройством управления, причем датчики технологического процесса выполнены в виде датчиков расхода с пневматическим выходом, подключенным через обратный клапан к местным устройствам; контроля и управления, каждое из ко.— л торых выполнено в виДе пневматического порогового устройства, подключенного к источнику сжатого воздуха.

2. Система по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что пневматическое пороговое устройство выполнено в виде пневмокнонки и последовательно включенных между выходом обратного клапана, объединенным выходом электропневмопреобразователя, и пневмоприводом исполнительного механизма водовода для капельного орошения, двух подпружиненных сопловых пневмореле с мембранным приводом, первое из которых выполнено с самоблокировкой по выходу, а второе включено между выходом первого пневмореле и пневмоприводом исполнительного механизма, причем второй вход первого пневмореле связан с пневмокнопкой.

1 4 23068

Составитель Г. Параев

Техред И.Дидык

КорректоР В. Романенко

Редактор Т. Лазоренко

Тираж 661 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4455/4

Производственно-полиграфическое предприятие, F. Ужгород, ул. Проектная, 4