Система автоматического управления уровнем грунтовых вод

 

Изобретение относится к гидромелиорации и может быть использовано для двухстороннего регулирования уровней грунтовых вод (УГВ). Цель изобретения - повышение точности управления при значительных площадях мелиорируемого участка. Система автоматического управления (САУ) состоит из объекта управления - участка земли 1, обслуживаемого регулирующим каналом 4, выполненного в виде перфорированного трубопровода. Последний соединен с подающим 5 и сбросным 6 каналами, имеющими стабилизированную высокую и соответственно низкую отметки воды. Управление УГВ осуществляется двухкаскадным программным устройством 2. В основной каскад 7 последнего входят датчик 9 уровня в регулирующем канале 4, задающее устройство 10, сравнивающее 11, управляющее 12 и исполнительное 13 устройства. Последнее через два привода 14 и 15, имеющих люфты 16 и 17, связано с двумя регулирующими органами 18 и 19 запорных клапанов, установленных на входе и выходе перфорированного трубопровода 4. В дополнительный каскад 8 входят датчик УГВ 30, задающее устройство 35, сравнивающее 36 и управляющее 38 устройства. При этом выход дополнительного каскада через суммирующее устройство 39 включен между задающим 10 и сравнивающим 11 устройствами основного каскада 7, причем сравнивающие, управляющие и исполнительное устройства обоих каскадов выполнены устройствами двухстороннего действия. При отклонении, например, в случае дождя УГВ от заданного сигналы с датчика УГВ поступают на сравнивающее устройство 36, а далее сигнал рассогласования с последнего через устройство управления 38 поступает на суммирующее устройство 39, где суммируется с сигналом задающего устройства 10. Если при этом уровень на входе перфорированного трубопровода изменяется, то сигнал с датчика 9 поступает на сравнивающее устройство 11, выдающее сигнал рассогласования в устройство 12 основного каскада 7. Последнее осуществляет управление приводами 14 и 15 регулирующих органов 18 и 19, открывая клапаны на входе или на выходе перфорированного трубопровода, т.е. осуществляя подачу или сброс воды из последнего. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Е 02 В 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4622658/31-15 (22) 20.12.88 (46) 15,11.90. Бюл, N 42 (71) Белорусская сел ьскохозяйствен ная а кадемия (72) В.И.Кумачев (53) 626,86 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1055820, кл. Е 02 В 11/00, 1980. (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ УРОВНЕМ ГРУНТОВЫХ ВОД (57) Изобретение относится к гидромелиорации и может быть использовано для двухстороннего регулирования уровней грунтовых вод (УГВ). Цель изобретения— повышение точности управления при значительных площадях мелиорируемого участка.

Система автоматического управления (САУ) состоит иэ объекта управления — участка земли 1, обслуживаемого регулирующим каналом 4, выполненного в виде перфорированного трубопровода. Последний соединен с подающим 5 и сбросным 6 каналами, имеющими стабилизированную высо„„Б Ы „„1606603 А1 кую и соответственно низкую отметки воды.

Управление УГВ осуществляется двухкаскадным программным устройством 2. В основной каскад 7 последнего входят датчик 9 уровня в регулирующем канале 4, задающее устройство 10, сравнивающее 11, управляющее 12 и исполнительное 13 устройства, Последнее через два привода

14 и 15, имеющих люфты 16 и 17, связано с двумя регулирующими органами 18 и 19 запорных клапанов, установленных на входе и выходе перфорированного трубопровода 4.

В дополнительный каскад 8 входят датчик

УГВ 30, задающее устройство 35, сравнивающее 36 и управляющее 38 устройства. При этом выход дополнительного каскада через суммирующее устройство 39 включен между задающим 10 и сравнивающим 11 устройствами основного каскада 7, причем сравнивающие, управляющие и исполнительное устройства обоих каскадов выполнены устройствами двухстороннего действия. При отключении, например, в случае дождя УГВ от заданного сигналы с датчика УГВ постуГ 1

1606603

15

30

40 пают на сравнивающее устройство 36, а далее сигнал рассогласования с последнего через устройство управления 38 поступает на суммирующее устройство 39, где суммируется с сигналом задающего устройства 10.

Если при этом уровень на входе перфорированного трубопровода изменяется, то сигнал с датчика 9 поступает на сравнивающее

Изобретение относится к гидромелиорации и может быть использовано для двухстороннего регулирования уровней грунтовых вод (УГВ), Целью изобретения является повышение точности управления при значительных площадях мелиорируемого участка.

На фиг,1 представлена блочная схема системы автоматического управления УГВ; на фиг.2 — схематический разрез мелиорируемого участка; на фиг.3 — расположение, основных элементов системы в плане; на фиг.4 — схема привода регулирующих органов системы.

Система автоматического управления (САУ) уровнем грунтовых вод состоит из объ.екта управления (мелиорируемого участка) 1 и программного устройства 2. Объект управления представляет собой участок земли 3, "навешенный" на закрытый регулирующий канал, выполненный в виде перфорированного трубопровода 4, Последний соединен одним концом с подающим каналом 5, имеющим стабилизированную высокую отметку поверхности. воды, а другим — со сбросовым каналом 6, имеющим стабилизированную низкую отметку поверхности воды. Программное устройство 2 состоит из двух каскадов регулирования: основного 7и дополнительного 8.

В основной каскад 7 входят следующие звенья: датчик 9 уровней воды на входе в регулирующем мелиоративном канале (перфорированном трубопроводе) 4 поплавкового типа с электрическим выходом, а также 35 задающее (уровень воды в регулирующем канале) устройство 10 с электрическим выходом и сравнивающее устройство 11 в виде электронного компаратора. Кроме того, основной каскад 7 содержит устройство 12 управления, выполненное в виде трехпозиционного поляризованного реле, и исполни. тельное устройство 13, в качестве которого используется реверсивный маломощный электродвигатель с понижающим обороты 45 редуктором. Два параллельных привода 14 и 15 основного каскада 7 выполнены с люфустройство 11, выдающее сигнал рассогласования в устройство 12 основного каскада

7, Последнее осуществляет управление приводами 14 и.15 регулирующих органов 18 и

19, открывая клапаны на входе или на выходе перфорированного трубопровода, т.е, осуществляя подачу или сброс воды из последнего. 4 ил. тами 16, 17 и относятся соответственно к подающему 18 и сбросному 19 регулирующим органам. При этом привод 14 снабжен трособлочным механизмом 20, связанным с грузом 21, пригруженной грузом 21 пружиной 22, заполненной водой эластичной емкостью 23, внутри которой установлена пружина 22, и заполненной водой трубкой

24, Люфт 16 в приводе осуществлен за счет зазора в сочленении троса трособлочного механизма 20 с грузом 21, так что при отсутствии сигнала управления люфт полностью выбран. Привод 15 устроен таким же образом, как и привод 14, и содержит аналогично ему трособлочный механизм 25, груз 26, пружину 27, эластичную емкость 28 и трубку

29. Каждый из регулирующих органов 18, 19 представляет собой пустотелый заполненный водой эластичный клапан, который при. отсутствии сигнала управления перекрывает путь воде.

В дополнительный каскад 8 входят следующие звенья: датчик 30 УГВ, выполненный в виде перфорированной обсадной трубы 31, заполненной твердым. капиллярным материалом 32 и установленной в скважине 33, и рефлектометрического измерителя 34 шероховатости, установленного над верхним концом трубы и выдающего на выходе электрический сигнал, задающее УГВ устройство 35 с электриче-, ским выходом и сравнивающее устройство

36, выполненное в виде электронного компаратора. При этом датчик 30 соединен с компаратором 36 кабелем 37. Устройство 38 управления выполнено в виде пропорционального операционного усилителя, коэффициент усиления которого определяется известными методами теории автоматического управления. Основной каскад 7 и дополнительный каскад 8 программного устройства соединены, между собой через электронное суммирующее устройство 39.

Питание системы автоматического управления (САУ) осуществляется от блока 40 питания.

1606603 сигнал на выходе сравнивающего устройст- -25

35

55

Система работает следующим образом.

При уровне грунтовых вод, равном заданному, и равном ему уровне воды в мелиоративном регулирующем канале 4, САУ находится в равновесии, а регулирующие органы 18, 19 полностью перекрывают регулирующий канал с обоих концов. При повышении УГВ, например, в связи с выпадением дождевых осадков датчик 30

УГВ преобразует УГВ в соответствующий ему электрический сигнал и подает сигнал по кабелю 37 на вход сравнивающего устройства 36, Сравнивающее устройство ввиду встречного включения сигналов с задающего устройства 35 и датчика 30, чем осуществляется отрицательная связь выхода САУ с ее входом, вычитает из сигнала, соответствующего заданному УГВ, сигнал, соответствующий текущему УГВ, В резуль-. тате на выходе сравнивающего устройства

36 выдается сигнал, равный разности указанных входных сигналов, соответствующий направлению и величине отклонения

УГВ от заданного. Так, при повышении УГВ ва 36 отрицательный, Устройство 38 управления усиливает полученный отрицательный сигнал и дает на выходе значение (также в виде отрицательного сигнала) управляющего сигнала об отключении уровня воды в регулирующем канале, необходимого для компенсации отклонения УГВ от заданного. Полученный отрицательный сигнал складывается сумматором 39 с сигналом, выдаваемым задающим устройством

10 и соответствующим заданному(в данном случае равному УГВ) уровню воды в регулирующем канале 4. В результате с выхода сумматора 39 выдается сигнал, соответствующий значению требуемого уровня в регулирующем канале 4, причем в данном случае из-за отрицательности выходного сигнала управляющего устройства 38 на выходе сумматора 39 появляется сигнал, соответствующий меньшему уровню воды в регулирующем канале, чем заданный на выходе задающего устройства 10, Полученный сигнал, соответствующий требуемому для компенсации отклонения

УГВ от заданного уровня на выходе в регулирующий канал 4, подается на вход сравнивающего устройства 11. в котором происходит вычитание из сигнала требуемого уровня в канале 4 значения сигнала действительного уровня в регулирующем канале 4, поступающего с выхода датчика 9.

В итоге сигнал на выходе сравнивающего устройства 11 представляет собой сигнал суммарного отклонения текущего уровня в регулирующем канале 4 от требуемого для

20 компенсации отклонения УГВ от заданного.

Управляющее устройство 12, на вход которого поступил полученный сигнал, вырабатывает сигнал суммарного управления, представляющий собой переключение на определенное, зависящее от величины входного сигнала, врема якоря трехпозицион ного реле управляющего устройства 12 из нейтральной позиции в одну из двух крайних, в зависимости от знака входного сигнала.

Управляющее устройство (реле) 12 включает реверсивный микродвигатель 13, приводящий в движение связанные с его валом трособлочные механизмы 20 и 25.

Трособлочные механизмы 20 и 25 начинают поднимать один из грузов 21 или 26, в зависимости от направления вращения вала микродвигателя 13, Так, при отрицательном сигнале на входе устройства 12 оно включает двигатель 13 на вращение в ту сторону, s которую вызывается подьем груза 26. При этом груз 21 остается неподвижным из-за свободного опускания 2-го конца троса в зазоре (люфте) 16 (в месте сочленения троса с грузом 21). В результате вес груза на пружину 27 в эластичной емкости 28 уменьшается и пружина разжимается, увеличивая объем емкости 28 и вызывая переток жидкости через трубку 29 из полости клапана регулирующего органа 19. Это приводит к тому, что эластичная оболочка этого клапана начинает перемещаться, открывая путь воде из регулирующего канала 4 в сбросный канал 6, что вызывает понижение уровня в регулирующем канале до тех пор, пока этот уровень не станет равным требуемому уровню. В этом случае на выходе сравнивающего устройства 11 исчезнет рассогласование, т.е. исчезнет сигнал отклонения уровня от требуемого и якорь реле управляющего устройства возвратится в нейтральную позицию. П ри этом вал обесточенного сервомотора поворачивается поднятым грузом 26 в начальное положение. В результате из эоны грунтовых вод участка 3 в регулирующий канал (перфорированный трубопровод) 4 поступает расход, компенсирующий приток к поверхности грунтовых вод от дождевых осадков, В случае повторного возникновения отклонения уровня воды в регулирующем канале от требуемого сравнивающее устройство 11 повторно включает основной каскад 7 программного устройства 2 для работы на сброс, и процесс повторяется. B результате компенсируется возникшее отклонение УГВ от заданного, что увеличивает точность поддержания УГВ и позволяет уве1606603

10 личить ширину участка 3 "навешенного" на регулирующий канал 4.

При понижении УГВ по сравнению с заданным САУ работает аналогично. При этом клапан регулиру>ощего органа 19 закрыт, а клапан регулирующего органа 18 открывается, осуществляя подачу воды и, тем самым, создавая управляющее повышение уровня воды в регулирующем канале 4.

При отклонениях УГВ от заданного работают оба каскада 7,8 программного устройства 2; При отклонениях и УГВ, и уровня на входе в регулирующий канал 4 работают также оба каскада. При отклонениях от заданного уровня только уровня воды арегулирующем канале работает основной каскад, при этом его работа не отличается от работы в совокупности с дополнительным каскадом регулятора.

При необходимости перехода с увлажнением на осушение и наоборот САУ позволяет без запаздывания начать управляющее изменение уровня в регулирующем канале

4, что обеспечивается разделением функций транспортирующего канала прототипа на функции подающего и сбросного с соответствующими высоким и низкими уровнями в них и наличием двух регулирующих органов.

Таким образом, описанная система автоматического управления уровнем грунтовых вод позволяет получать большую точность управляемого УГВ и увеличить ширину, а значит, площадь участка, обслуживаемого регулирующим каналом системы, Увеличение точности поддержания УГВ увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур, а увеличение площади, обслуживаемой одним регулирующим каналом, позволяет уменьшить количество регулирующих каналов и регуляторов на единице сельскохозяйственной площади.

Кроме того, САУ является более оперативной, Формула изобретения

1. Система автоматического управления уровнем грунтовых вод, включающая про20

45 граммное устройство, вход которого соединен с выходом датчика уровня воды на входе перфорированного трубопровода для размещения в почве мелиорируемого участка и гидравлически связанного со сбросным каналом со стабилизированной нижней отметкой и через регулирующий орган с подающим каналом со стабилизированной верхней отметкой, а выход программного устройства связан с исполнительным устройством регулирующего органа, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности управления при значительных площадях мелиорируемого участка, система снабжена датчиком уровня грунтовых вод для установки в скважине, подключенным к программному устройству, и дополнительным регулирующим органом, установленным на выходе перфорированного трубопровода и связанным через исполнительное устройство с программным устройством, выполненным в виде основного и дополнительного каскадов регулирования, подключенных соответственно к выходам датчика уровня на входе перфорированного трубопровода и датчика уровня грунтовых вод, при этом каждый каскад регулирования содержит задающее и сравнивающее устройства и устройство управления, подключенное к исполнительным устройствам, причем регулиру>ощие органы выполнены в виде герметичных эластичных клапанов,. гидравлически связанных заполненными водой подпружиненными герметичными полостями, верхняя часть которых имеет трособлочный привод, выполненный в виде микродвигателей с редуктором, причем трособлочные передачи привода выполнены с люфтами.

2. Система поп.1, отл и ча ющая с я тем, что датчик уровня воды на входе в перфорированный трубопровод выполнен поплавковым, а датчик уровня грунтовых водв виде перфорированной обсадной трубы, заполненной твердым капиллярным материалом, и установленного в ее верхней части рефлектометрического измерителя шероховатости.

1606603

1606603

Составитель Г.Параев

Редактор M.Áàíäóðà Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Э,Лончакова

Заказ 3532 Тираж 533 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при.ГКНТ СССР

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

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