Автоматизированная система регулирования водного режима почвы

 

Изобретение относится к гидромелиорации сельского хозяйства.. Цель изобретения - повышение качества регулирования водного режима почвы. Система содержит магистральный канал 1 и регулирующий канал 2с аванкамерой 3. В аванкамере установлена насосная станция 4 с напорным трубопроводом 5. Управление водоподачей осуществляется шлюзами-регуляторами 6 и 7 на входе и выходе аванкамеры и поворотными затворами 8 и 9 на напорном трубопроводе с помощью электроприводов. Система также содержит дрены 10, датчик 11 уровня воды в канале, датчик 12 уровня воды в аванкамере, датчик 13 уровня грунтовых вод, датчик 14 осадков, датчик 15 температуры воздуха, датчик 16 дефицита влажности воздуха. Управление электроприводами осуществляется управляющим устройством 17, а регулирование требуемых уровней воды - блоками 18 и 19 задания уровней в аванкамере и в регулирующем канале. Оптимальность регулирования достигается применением электронно-вычислительного комплекса в составе ана.тогоцифрового преобразователя 20, блока ввода данных и программ 21, микроконтроллера (М) 22 и блока согласования 23. М 22, подключенный через аналого-цифровой преобразователь 20 к датчикам 13, 14, 15, 16 и к блоку ввода данных- 21, рассчитывает на основе поступивщей информации усредненный влагозапас почвы. При его отклонениях от оптимального значения М- 22 вычисляет требуемый уровень грунтовых вод, формирует сигналы на изменение заданных значений уровней воды в аванкамере 3, регулирующем канале 2 и режима работы системы , поступающие через блок согласования 23 на блоки 18, 19 задания и управляющее устройство 17, к которому подключены датчики 11, 12 уровней, а также формирует время задержки, учитывающее динамику влагозапаса почвы и определяющее цикл работы .системы. 1 ил. 3с ел Ю 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111

Ai (58 4 А 01 G 25 06 т

ll

) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4155830/30-15 (22) 03.12.86 (46) 07.10.88. Бюл. № 37 (71) Украинский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации (72) О. В. Скрипник, С. Ю. Бочаров и И. С. Сорока (53) 631.347.1 (088.8) (56) Юшкаускас Ю. А., Малишкаускас А. П.

Новое в строительстве и эксплуатации польдерных систем; — Гидротехника и мелиорация, 1984, № 12. (54) АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОДНОГО РЕЖИМА ПОЧВЫ (57) Изобретение относится к гидромелиорации сельского хозяйства.. Цель изобретения — повышение качества регулирования водного режима почвы. Система содержит магистральный канал 1 и регулирующий канал 2 с аванкамерой 3. В аванкамере установлена насосная станция 4 с напорным трубопроводом 5. Управление водоподачей осуществляется шлюзами-регуляторами 6 и 7 на входе и выходе аванкамеры и поворотными затворами 8 и 9 на напорном трубопроводе с помощью электроприводов.

Система также содержит дрены 10, датчик 11 уровня воды в канале, датчик 12 уровня воды в аванкамере. датчик 13 уровня грунтовых вод, датчик 14 осадков, датчик 15 температуры воздуха, датчик 16 дефицита влажности воздуха. Управление электроприводами осуществляется управляющим устройством 17, а регулирование требуемых уровней воды — блоками 18 и !9 задания уровней в аванкамере и в регулирующем канале. Оптимальность регулирования достигается применением электронно-вычислительного комплекса в составе аналогоцифрового преобразователя 20, блока ввода данных и программ 21, микроконтроллера (М) 22 и блока согласования 23. М 22, подключенный через аналого-цифровой преобразователь 20 к датчикам 13, 14, 15, 16 и к блоку ввода данных 21, рассчитывает на основе поступившей информации усредненный влагозапас почвы. При его отклонениях 3 от оптимального значения М 22 вычисляет требуемый уровень груHTQBblx вод, формнрует сигналы на изменение заданных значений уровней воды в аванкамере 3, регулирующем канале 2 и режима работы системы, поступающие через блок согласования

23 на блоки 18, 19 задания и управляющее устройство 17, к которому подключены датчики 11, 12 уровней, а также формирует вре- ф(вЬ мя задержки, учитывающее динамику влаго- ф запаса почвы и определяющее цикл работы ,системы. 1 ил.

1428300

Изобретение относится к гидромелиорации в сельском хозяйстве и предназначено для автоматического регулирования водного режима почвы на осушительно-увлажнительных системах с машинным водоподъемом.

Цель изобретения — повышение качества регулировки.

На чертеже представлена предлагаемая система.

Система автоматизированного регулирования водного режима почвы содержит магистральный канал 1 и подключенный к нему регулирующий канал 2 с аванкамеро" 3 и установленной в последней насосной станцией 4, перекачивающей воду из аванкамеры 3 в накопительный трубопровод 5.

На регулирующем канале на входе и выходе аванкамеры установлены шлюзы-регуляторы 6 и 7. На напорном трубопроводе 5 установлены затворы с электроприводами 8 и 9 для откачки воды в магистральный 1 и регулирующий 2 каналы. К регулирующему каналу подсоединены осушительно-увлажнительные дрены 10, причем могут быть применены любые известные конструкции дрен, из любых материалов, в том числе и безуклонные, с обратным уклоном и т. д. Таким образом, регулирующая сеть дрен 10 выполняет, как и в большинстве известных конструкций осушительно-увлажнительных систем, двойную роль: при осушении — осушителей, а при увлажнении — увлажнителей.

В регулирующем канале установлен датчик 11 уровня воды, а в аванкамере — датчик 12 -уровня воды, на поле в междреньи установлен датчик 13 уровня. грунтовых вод, кроме того, в систему включены датчики осадков 14, температуры воздуха 15 и относительной влажности воздуха 16.

Управление электроприводом шлюзоврегуляторов 6 и 7, насосной станции 4 и поворотных затворов 8 осуществляется управляющим устройством 17. Кроме этого, система снабжена блоком 18 задания уровня воды в аванкамере, блоком 19 задания уровня воды в регулирующем канале и электронно-вычислительным комплексом (ЭВК) . Последний включает блок 19 задания уровня воды в регулирующем канале, аналого-цифрсвой преобразователь 20, блок 21 ввода данных и программ, микроконтроллер 22 и блок 23 согласования. Датчики уровня 11 и 12 имеют первый вход —. информация об уровне воды в канале (аванкамере), второй вход — сигнал об изменении заданий уровней и один выход — сигнал на управляющее устройство 17. При изменении задания датчиками 11 и 12 уровня с помощью блоков 18 и 19 изменяется порог их срабатывания, при этом на датчиках уровня всегда предусматривается зона неоднозначности (зона нечувствительности): в режиме осушения насос включается при уровне воды, соответствующем верхнему из задействованных электродов, и отключается при сработке

2 уровня ниже нижнего из задействованных электродов, а в режиме увлажнения — наоборот. При изменении задания синхронно изменяется как верхний, так и нижний пределы.

Система автоматизированного регулирования водного режима почвы работает следующим образом.

Алгоритм функционирования системы на использовании уравнения водного балан10 са с учетом динамики влагозапаса почвы, который может быть представлен в виде (Ф,+К,+Ег ) — (Т+Е,+Фг ) =Л%„ где Ф, — инфильтрация (впитывание) воды с поверхности почвы в зону аэрации (зону неполного насы l5 щения);

К, — конденсация влаги в зоне аэрации;

Ег — испарение с поверхности грунтовых вод УГВ (капиллярный отток влаги в зону аэрации с поверхности грунтовых вод);

Т вЂ” транспирация растений;

Е„ — испарение с поверхности почвы;

Ф вЂ” проинфильтрованная влага до уровня грунтовых вод;

AW, — изменение запасов влаги в зоне

25 аэрации.

Т и Ег в сумме составляют испарение Е, которое есть функция от температуры, дефицита влажности воздуха, фазы развития и вида растений, водно-физических свойств почв, определяется расчетным путем при помощи ряда эмпирических коэффициентов, полученных в натуральных условиях, кроме того, на осушительно-увлажнительных системах, где УГВ является основной регулирующей величиной, Е является функцией от Н вЂ” глубины УГВ и продолжительности их стояния (Л1).

Перед началом работы через блок 21 ввода данных в память микроконтроллера 22 вводятся значения эмпирических коэффициентов биологических коэффициентов воз40 делываемых культур, коэффициентов использования осадков и пористости почвогрунтов для расчета суммарного испарения и капиллярного подпитывания, данные о наименьшей влагоемкости почвы, начальном влагозапасе и допустимом диапазоне изменения влагозапаса, а также подпрограммы расчетов суммарного испарения, капиллярного подпитывания и временных задержек, после чего система переводится в автоматический режим работы.

Микроконтроллер 22, используя информацию, поступающую через аналого-цифровой преобразователь 20 от датчиков уровня грунтовых вод 13, осадков 14, температуры 5 и относительной влажности воздуха 16, а также данные и подпрограммы, введенные в его память, рассчитывает величину усредненного запаса влаги и ее отклонение от оптимального значения. Если расчетный влагозапас больше нормы и величина его откло1428300 нения выходит за пределы допустимого диапазона, то микроконтроллер 22 производит расчет, требуемого уровня грунтовых вод и формирует сигнал на уменьшение уровня в аванкамере 3, поступающий через блок 23 согласования на блок 18 задания. Если при этом система работает в режиме увлажнения, то микроконтроллер 22 формирует дополнительный сигнал о переводе системы в режим осушения, поступающий через блок 23 согласования на управляющее устройство 17.

В результате изменяется задание на датчике 12 уровня, а водорегулирующий узел переходит в режим осушения, При этом открывается шлюз-регулятор 7 и поворотный затвор 8, закрываются шлюз-регулятор 6 и поворотный затвор 9, после чего включается насосная станция 4 и дальнейшая работа системы контролируется датчиком 12 уровня.

Избыточная вода из дрен 10 поступает по регулирующему каналу 2 в аванкамеру 3 и оттуда откачивается насосной станцией 4 через напорный трубопровод 5 в магистральный канал 1. При снижении уровня грунтовых вод до значения, близкого к расчетному, микроконтроллер 22 формирует время задержки, учитывающее динамику влагозапаса, по истечении которого с выхода микроконтроллера 22 на вход блока 21 ввода данных поступает сигнал о завершении цикла, после чего процесс повторяется. Таким образом, в конце цикла формируется временная задержка, после чего микроконтроллер производит расчет влагозапаса с учетом изменения метеопараметров и УГВ. Если его величина выходит за пределы допустимого диапазона, то рассчитываемая новая величина УГВ и сигнал выдается на изменение задания, что приводит к изменению положения затворов и включению насосных агрегатов. Если же нет, то формируется повторная временная задержка, в течение которой имеет место предупредительное шлюзование, т. е. насосные агрегаты отключены, затворы находятся в положениях, соответствующих предыдущему режиму.

Если величина расчетного влагозапаса меньше нормы и ее отклонение от заданного значения выходит за пределы допустимого диапазона, то микроконтроллер 22 производит расчет требуемого уровня грунтовых вод и формирует сигналы на увеличение уровня в регулирующем канале 2 и об изменениях уровня в аванкамере 3 до отметки, исключающей «сухой ход» насосов, которые поступают соответственно на блоки 19 и 18 задания («сухой ход» вЂ” критическая отметка уровня, при которой может быть кавитация насосов), Если при этом система работает в режиме осушения, то микроконтроллер 22 формирует дополнительный сигнал о переводе системы в -режим увлажнения, поступающий через блок 23 согласования на управляющее устройство 17.

В результате изменяется задание на датчиках 11 и 12 управления, а водорегулирующий узел переходит в режим увлажнения.

При этом закрываются шлюз-регулятор 7 и поворотный затвор 8, открываются шлюзрегулятор 6 и поворотный затвор 9, после чего включается насосная станция 4 и дальнейшая работа системы контролируется датчиками 11 и 12 уровня. Вода из магистрального канала 1 самотеком поступает в аванf 0 камеру 3, откуда перекачивается насосной станцией 4 через напорный трубопровод 5 в регулирующий канал 2 и подается в дрены 10. При подъеме уровня грунтовых вод до значения, близкого к расчетному, микроконтроллер 22 формирует время задержки, учитывающее динамику влагозапаса, по истечении которого с выхода микроконтроллера 22 на вход блока 21 ввода данных поступает сигнал о завершении цикла, после чего процесс повторяется.

20 В случае выпадения осадков микроконтроллер 22 формирует сигнал на прекращение водоподачи, поступающей через блок 23 согласования на управляющее устройство 17, в результате чего происходит отключение насосной станции 4 и система переходит в режим предупредительного шлюзования.

Если количество выпавших осадков превышает норму, микроконтроллер 22 формирует сигнал на перевод водорегулирующего узла в режим осушения независимо от величины расчетного влагозапаса и уровня грунтовых вод, причем заданное значение уровня в аванкамере 3 снижается до минимального значения, тем самым предотвращая излишний подъем уровня грунтовых вод за счет осадков и переувлажнения почвы.

В случае необходимости поднятия уровня грунтовых вод при увлажнении или его дальнейшего понижения при осушении режим работы аванкамеры и канала не изменяется, и происходит только изменение задания уровней в регулирующем канале 2 и аван40 камере 3.

Таким образом, в предлагаемой системе микроконтроллер, входы которого подключены к аналого-цифровому преобразователю и блоку ввода данных, рассчитывает усредненный влагозапас, его отклонения от оптимального значения и требуемый уровень грунтовых вод, используя информацию, поступающую через аналого-цифровой преобразователь, а также данные и подпрограммы, находящиеся в фиксированной памяти. На основе этих данных им вырабатываются сигналы на изменение уровней воды в канале и аванкамере и сигналы на изменение режима работы системы, поступающие через блок согласования соответственно на блоки изменения задания датчиков уровня, подклю55 ченных к управляющему устройству, и на управляющее устроиство, кроме этого, микроконтроллер формирует время задержки, учитывающее динамику влагозапаса. по ис1428300

Формула изобретения

Составитель Г. Параев

Редактор М. Бланар Текред И. Верес Корректор Г. Решетник

Заказ 4888/5 Тираж 661 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 течении которого с выхода микроконтроллера на вход ввода данных поступает сигнал о завершении очередного цикла. Благодаря этому система обеспечивает поддержание влагозапаса почвы на площадях в заданном диапазоне в условиях влияния стохастических возмущающих воздействий (суммарного испарения и осадков). Внедрение автоматизированной системы позволяет за счет повышения качества регулирования водного режима почвы увеличить урожайность возделываемых культур на 20 — ЗОЯ, снизить расход воды на увлажнение и расход электроэнергии, а также капитальные вложения в строительство новых осушительно-увлажнительных систем за счет уменьшения pery лирующей емкости водохранилища.

Автоматизированная система регулиро- 20 вания водного режима почвы, включающая магистральный канал осуществительно-увлажнительной дрены, подключенные к регулирующему каналу, аванкамеру между маГистральным и регулирующим каналам, снабженную установленными на ее входе и выходе шлюзами-регуляторами и насосной станцией, напорный трубопровод, который гидравлически связан с магистральным и регулирующим каналами через поворотные затворы, а также датчики уровня в аванкамере и в регулирующем канале, подключенные к управляющему устройству, выходы которого соединены с электропроводами шлюзов-регуляторов, насосной станции и поворотных затворов, и датчик уровня грунтовых вод, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества регулирования, система снабжена электронно-вычислительным комплексом и подключенными к его входам датчиками осадков, температуры и относительной влажности воздуха, а также блоками задания уровней воды в аванкамере и в регулирующем канале, подключенными между выходами электронно-вычислительного комплекса и входами датчиков уровня в аванкамере и в регулирующем канале, причем электронно-вычислительный комплекс выполнен в виде последовательно включенных аналогоцифрового преобразователя, микроконтроллера с блоком ввода данных и блока согласования, выходы которого подключены к управляющему устройству, а с дополнительным входом аналого-цифрового преобразователя соединен датчик уровня грунтовых вод.