Способ автоматизированного водораспределения на открытых оросительных системах

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для автоматизации полива широкозахватными машинами типа "Кубань", а также другими поливными установками на базе трактора. Цель изобретения - повышение качества управления водораспределением и уменьшение капитальных затрат для систем с уклонами оросителей более 0,0001. Способ включает подачу в распределительный канал расхода соответственно номинальному водопотреблению включенных дождевальных машин (ДМ) по сигналам сигнализаторов их работы и забор воды в оросители. При включениях (отключениях) ДМ по сигналам сигнализаторов работы ДМ формируют сигнал изменения количества работающих машин, по которому в распределительный канал подают компенсирующий объем воды, величина которого определяется как сумма разностей между объемами наполнения участков распределительного канала при новом и предшествующем расходах номинального водопотребления всеми ДМ, между объемами заполнения резервных емкостей, а также между объемами требуемых запасов и объема, подача которого не была закончена в процессе подачи предшествующего компенсирующего объема. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

ÄÄSUÄÄ 1604264 (51) 5 А 01 С 25/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4428597/30-15 (22) 24.05.88 (46) 07. 11.90. Бюл. Р 41 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт комплексной автоматизации мелиоративных систем (72) А .Л.Ильмер (53) 631. 347. 1 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР й"- 1521397, кл. A 01 G 25/16, 1987. (54) СПОСОБ АВТОИАТИЗИРОВАННОГО ВОДОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ НА ОТКРЫТЫХ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕИАХ (57) Изобретение относится к сельско-му хозяйству и может быть использовано для автоматизации полива широкозахватными машинами типа "Кубань", а также другими поливными установками на базе трактора. Цель изобретения — повьпцение качества управления водораспределением и уменьшение капитальных затрат для систем с уклонами оросителей боИзобретение относится к сельскому хозяйству и может быть применено при поливе сельскохозяйственных культур, в частности, широкозахватными машинами с забором воды в движении из открытых оросителей, например, типа

"Кубань".

Цель изобретения — повьппение качества управления водораспределением и уменьшение капитальных затрат для систем с уклонами оросителей более

0,0001.

Техническая сущность способа автоматизированного водораспределения заключается в учете различия старого

2 лее О, 0001. Способ включает подачи в распределительный канал расхода соответственно номинальному водопотребле.нию включенных дождевальных машин (ДМ) по сигналам сигнализаторов их работы и забор воды в оросители. При включениях (отключениях) ДМ по сигналам сигнализаторов работы ДК формируют сигнал изменения количества работающих машин, по которому в распределительный канал подают компенсирующий объем воды, величина которого определяется как сумма разностей между объемами наполнения участков распределительного канала при новом и предшествующем расходах номинального водопотребления всеми ДМ, между объемами заполнения резервных емкостей, а также между объ- /ф емами требуемых запасов и объема, подача которого не была закончена в про- С цессе подачи предшествующего компенсирующего объема. 1 ил.

1 и нового установившихся режимов во доподачи и интегральной оценке перестройки,т.е.в учете,на какой расчетный запас нужно выйти по окончании процесса перестройки, а также в учете объема, который не, успели подать в процессе предшествующей перестройки, причем это производится в режиме подачи форсированного расхода, что ускоряет добегание и, соответственно, переход к новому состоянию системы, при этом главные уставки изменения режима водоподачи автоматически корректируются. тирования,можно рассматривать безуклонные участки 9 в качестве толь,ко резервной емкости. Это объясняется тем, что пропустить воду к нижним машинам через вьпперасположенные оросители, исключив каналы 10, часто нельзя, так как нет ни необходимой навесной перемычки, ни требуемого гидроавтомата. При этом в случае варианта с навесной перемычкой потребуется ввести в микроЭВМ сигнал о положении машины †.расстояние ее от начала, однако ни формирование величины сигнала, ни его передача, ни использование приведенных ниже расчетов принципиальных отличий не содержат.

Сигнализаторы 15 работы ДМ, как и сигнализатор минимального уровня, а : 20 также датчик расстояния от начала оросителя могут быть связаны с приемником 7 не только по радиоканалу, но и любой другой линией связи, в том числе смешанной, например ультразвуковая связь по воде или низкочастотная связь по направляющему тросу машины вдоль оросителя и т.д.

В установившемся режиме на системе работает определенное количество

ДМ. Их сигнализаторы 15 работы через приемник 7 и микроЭВМ 5 определяют задание на подачу расхода Я, соответствующего номинальному водо-.. потреблению н работающих дождевальных машин. В установившемся режиме расход Q равен

Q, = XQ >+ .Q = Ы Q„° Q>, (1) где N — число работающих одинаковых 4р машин; — дополнительньп» расход, пер. воначально принимается равным

О, 01-0, 05 м Э/с, подается для возмещения 70-90Х потерь 45 распределительной сети на испарение, фильтрацию, протечки через концевые затворы и т.п.

МикроЭВМ 5, используя сигнал датчи- 50 ка 8, через привод 4 изменяет положение затвора 3 до тех пор, пока фактически подаваемый расход не станет равным заданному. По сигналу изменения количества работающих машин (когда сумма сигналов от сигналиэаторов 15 работы при очередном цикле опроса отличается от предыдущего значения) микроЭВМ, используя сигналы о состоя1604264 6 нии каждой иэ машин и параметры элементов технологической схемы, вычисляет объем V воды в транзитных участ( ках распределительного трубопровода, объем V воды в резервных емкостях 9.

Объем D воды, подача которого не была закончена в процессе подачи предшествующего компейсирующего объема

К, определяется по формуле

D =K — Q t =QT -Q о Ф (Т вЂ” t), (2) где К вЂ” компенсирующий объем, подача которого начата после предыдущего включения (отключения) машины путем форсирования (увеличения) подаваемого в распределительный канал расхода на величину, ;

Т вЂ” расчетное время, небходимое для подачи Ко, Ко = Q> Т

t — - время от начала подачи предшествующего компенсирующего . объема.

При t. Тф принимается, что D =О.

Для вычисления M„1,,V, D необходимы данные о параметрах и схеме сети, которые введены в память ЭВМ, и о состоянии .машин соответственно их номерам, которые ЭВМ получает через приемник 7 от сигнализатора 15 работы.

Четвертым параметром, являющимся основным для определения величины компенсирующего объема - требуемый (расчетный) запас R, воды. Для нормальной работы системы необходимо, чтобы запас воды в резервной емкости обеспечил питание оросителя водой после включения машины в работу в течение времени добегания увеличенного расхода от источника орошения.

Чем более удаленная от источника маши- на может быть включена в работу, тем больший запас воды нужно создать в системе. Если машины, получающие воду иэ нижней резервной емкости, уже включены или находятся в ремонте, или недавно закончили полив своих полей, т.е. нет возможности их включения в работу, тогда требуемый (расчетный) запас можно существенно уменьшить. Поэтому перед началом работы системы величина R» должна обеспечить воэможность включения расчетного числа машин. (включая нижние), и величина R» максимальна.

1604264

После включения наибольшего возможного числа машин (включение дополнительных исключено) R О.

В промежутке от К = 0 до К = К ааюс 5

-для каждой системы можно определить ряд дискретных значений. Например, если участки каналов системы, приведенной на чертеже, одинаковы. и необходимый для включения нижних машин требуемый резерв равен 1200 м (по условию добегания), тогда ряд имеет вид (примерно) 100, 600, 1200.

Возможны несколько вариантов автоматического и автоматизированного выбора значений из этого ряда. Общим яв, ляется то, что выбор производится по совокупности заданных сочетаний сигналов от ограничителя 6 возможных режимов (или эквивалентного блока программы 3BM) и сигналов от сигнализаторов 15 работы.

Таким образом, величину требуемого в данном режиме расчетного запаса R воды устройство выбирает по совокуп- 25 ности заранее установленных условий по состоянию машин системы, определенному сигнализаторами 15 их работы., Выход на режим с указанной величиной

R < обеспечивает работу системы с ра- ЗО циональной величиной запаса: гарантируется и нормальное включение новых машин, и минимальность (отсутствие) сбросов после отключения машин. Величина R пропорциональна времени добегания до нижней из неработающих машин, которая подготовлена; т.е. может быть включена, поэтому R. нетрудно вычислить для каждой ситуации.

Параметры Ч Ч, D, R вычисляются 40 один раз после каждого изменения количества работающих машин. Затем ЭВМ сравнивает зафиксированное число М работающих машин (для которого выполнен расчет) с числом N сигналов от сигнализаторов 15 работы. До тех пор, пока N = М, описанные расчеты повторно не производятся.

После включения (отключения) дополнительной машины N Ф N. Это яв-. ляется сигналом изменения количества работающих машин, по которому в ЭВМ запускается цикл вычислений, в процессе которого определяются новые значения М, Ч, К, D . За. 55 тем определяются следующие параметры:

$ W = И вЂ” W — разность (измене ние) объемов заполнения участков распределительного канала, ЬЧ = V< — V< — разность (изменение) объемов заполнения резервных емкостей, 6R = Кг — R < — разность (изменение) требуемых запасов, П вЂ” объем, подача которого не была закончена в процессе подачи предшествующего компенсирующего объема.

Величина нужного компенсирующего объема рассчитывается по формуле

° 6W Ч (4

Ф 2Qи

В течение времени Т после включения (отключения) новой N-й машины регулятор 2 водоподачи подает в оросительную систему расход

Q< = N(,+(+ Q, (5) а по истечении этого времени уменьшает подачу до (6) =NQg+Q).

После определения Т символами

W1, V >, R i, Tq), D ЭВИ присваивает исло машин М получает новое значение (И сравнивается с числом N работающих машин), и далее процесс повторяется.

Подача компенсирующего объема воды указанной величины имеет .высокую эффективность по двум причинам. Вопервых, реализуется прогнозирование, или "опережающее" управление (не ожидая сигналов от датчиков уровня, заранее подается объем воды, обеспечивающий выход системы на лучший, из возможных, режим), а, во-вторых, подача повышенного расхода существенно уменьшает время добегания (для принятой величины форсировки расхода

2Q>. в критические моменты работы системы — при включении первой машины — время добегания уменьшается почти в 2 раза) .

Подача воды в оросители в установившемся режиме осуществляется аналогично. Если ороситель имеет повы1

К = $W+ $V+hR+ D . (3) г

Величина расхода форсировки 0 при-. нимается по совокупности дополнительных условий, например принимается равной Q > = 20ц, и тогда время подачи компенсирующего объема будет:

9 1604264 шенный уклон, тогда устройство 11 регулирования выполнено в виде стабилизатора расхода — подает постоЪ янный (или корректирующий .по уровню воды под машиной) расход. Если ороситель безуклонный, тогда устройство.

11 регулирования выполнено в виде стабилизатора уровня нижнего бьефа, например в виде гидроавтомата релейно-гистерезисного типа, и поддерживает в оросителе установленный уровень.

Все оросители, кроме оросителя с нижней из работающих машин, забирают воду по потребности, поэтому небольшое рассогласование подачи расхода в распределительный канал относительно водопотребления машин и потерь будет проявляться в оросителе с нижней из работающих в данный момент машин,— уровень в нем будет плавно снижаться.

Когда уровень снизится: до установленного, по,сигналу датчика минимального уровня в этом оросителе микро3ВМ посредством затвора 3 подает. в систему установленный корректирующий

V„ o6úåì воды в виде увеличения подаваемого расхода на установленную величину, например q в течение заданного времени Т .

10 (7) к = О Тк

= " н+ + н =

q>, . (8) 50

55 мое согласно предлагаемому способу

)качество управления водораспределением можно обеспечить путем значительных увеличений резервных емкостей, т.е. сечений каналов ° В этом случае

Таким образом, в течение времени

Т формула (6) используется в виде причем величина V < принимается равной

10-20Х от рабочего объема нижней резервной емкости. Такой способ корректировки является упрощенным. Более эффективен способ корректировки водоподачи с автоматической подстройкой. При этом к описанным операциям корректировки лобавляются следующие:

Э фиксируется интервал t времени между корректировками; если в течение этого интервала имели место изменения количества .работающих машин, то вновь фиксируется интервал t > времени между корректировками", если t больше установленной величины (например, L

7 ч), то Т уменьшается, например, на 20Х, т.е. Тк = T 0,8, если меньше второй установленной величины (пусть 4 ч), то Т увеличивается, например, на 10Х, т.е. Т = T 1,1.

Такая автоподстройка корректирующего импульса производится путем незначительного усложения программы

ЭВМ, т.е. практически без затрат, но эффект дает заметный: величину Т можно установить один раз и очень приблизительно, ее не придется подстраивать вручную в процессе эксплуатации при изменении водопотребления машины, при существенных вариациях, потерь на фильтрацию, испарение и рр, В памяти ЭВИ заложены уставки датчиков минимального уровня и соответствующий аварийньп запас Чд межпу уровнем этой уставки и предельным допускаемым уровнем. Корректирующий объем определяется по формуле (7), поэтому резервный запас воды, которьп будет иметь. система после добегания корректирующего объема, составит = a + к °

Присвоение этого значения символу R 1 обеспечивает уточнение и автоматическую подстройку величины фактического запаса, что обеспечивает более точное поддержание уровней с наименьшим количеством срабатываний затвора регулятора водоподчи.

Обеспечивая повьппение качества управления, применение предлагаемо- го способа улучшает поддержание диапазона требуемых уровней воды при снижении числа срабатываний затворов, расширяет область применения систем без линейных затворов и ре- шает основную задачу автоматизации водораспределения для систем, оросители которых имеют повьппенный уклон (больше 0,0001) .

Величина экономического эффекта в большой степени зависит от варианта базового решения.

Если принять, что базовым является вариант с управляемыми электроприводными затворами по длине распределительного канала, тогда экономия капитальных затрат составит более 40 тыс,руб. для системы из четырех ярусов оросителей.

Если в качестве базового принять систему без затворов по длине распределительного канала, тогда достигае160 экономический эффект увеличится в

1 5-4 раза.

Составитель Г.Параев

Техред H.Õîäàíè÷ Корректор Н.Ревская

Редактор Н.Тупица

Заказ 3405 Тираж 461 Подписное

ВНИИПЙ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская иаб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, уп. Гагарина,101

Формула из обретения

Способ автоматизированного водораспределения на открытых оросительных системах, включающий подачу из источника орошения в распределительный канал расхода соответствующего суммарному номинальному расходу работающих дождевальных машин, подачу из распределительного канала в оросители расхода в соответствии с водопотреблением работающих на них дождевальных машин по сигналам сигнализаторов работы последних, формирование в расчетные интервалы времени по сигналам сигнализаторов работы машин в случае изменения числа включенных в работу дождевальных машин величины компенсирующего объема в виде алгебраической суммы разностей между величиной суммарного объема заполнения резервных емкостей распределительного канала при новом и предшествующем числе включенных в работу дождевальных машин и величиной разности между заполнением участков распределительного канала при новом и предшествующем числе включенных в работу дождевальных машин, и подачу компенсирующего объема в начало рас- пределительного канала путем изменения расхода распределительного канала в течение расчетного интервала

4264 12 времени попачи измененного расхода, отличающийся тем, что, с целью повышения качества управления водораспределением и уменьшения ка5 питальных затрат для систем с уклонами оросителей,-". более 0,0001, к компенсирующему объему добавляют величину части компенсирующего объема, подача которого не закончена в течение предыдущего расчетного интервала времени, и величины прогнозируемой разности запасов воды при новом и предшествующем числе работающих дождевальных машин, причем величину расчетного интервала времени подачи компенсирующего объема изменяют путем умножения на постоянные коэффициенты в случае изменения количества

20 включенных в работу дожденальных машин за предыдущий расчетный интервал времени подачи компенсирующего объема, регулирование уровня в резервных емкостях осуществляют водослив75 ными гранями на выходах из этих емкостей, а величину прогнозируемой разности запасов воды при новом и предшествующем числе работающих машин определяют пропорционально изменению запаса воды на предыдущем расчетном интервале времени соответственно при ожидаемом изменении числа включенных дождевальных машин на последнем расчетном интервале времени с учетом удаленности их от источника орошения.