Автоматизированная система управления охладительным дождеванием сельскохозяйственных культур

 

Использование: в сельском хозяйстве, в области мелиорации сельскохозяйственных культур, при функционировании которых осуществляется оперативный контроль параметров внешней среды. Сущность изобретения: в систему введены преобразователи 6 - 10, блоки определения длительности полива в зависимости от влажности воздуха 18 и почвы 19, датчик 1 интенсивности солнечного излучения, датчик 2 температуры приземного слоя воздуха, датчик 3 влажности почвы, датчик 4 влажности приземного слоя воздуха, датчик 5 интенсивности ветра, выход последнего из которых соединен с соответствующим преобразователем 10, блоки определения времени суток 11, определения длительности полива по температуре 13, по влажности почвы, по влажности воздуха 18, блок задержки 16, причем выход последнего соединен с первым входом блока определения времени суток 11, второй вход которого соединен с преобразователем 6 интенсивности солнечного излучения, первый выход с первым входом блока 14 определения отклонения фактического значения влажности почвы от заданного, второй выход с первым входом блока 12 определения оптимальной температуры. Изобретение позволяет повысить эффективность и надежность устройства. В результате использования изобретения снижаются расходы воды и энергии, ведется учет влияния ветра, что приводит к повышению урожайности сельскохозяйственных культур, уменьшению стоимости их производства. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к системам орошения сельскохозяйственных культур (стационарным и передвижным), при функционировании которых осуществляется оперативный контроль параметров внешней среды.

Известно устройство управления дождевальной системой с применением омического влагометра [патент США, кл. 307-116, N 3238392, 1966] Из известных устройств для управления поливом сельскохозяйственных культур наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому является автоматизированная установка, предназначенная для автоматического контроля и управления поливом сельскохозяйственных культур. [Автоматизированная установка комплексной оценки агроклиматических факторов "Электроника АГРО-85" ВДНХ СССР. Пущино, 1987] Наиболее существенными недостатками известного устройства являются следующие.

1. Значительные затраты воды и энергии.

2. Недостаточно высокая надежность.

3. Не учитывается влияние ветра.

Задачей изобретения является повышение эффективности и надежности устройства. В результате использования изобретения снижаются расходы воды и энергии, ведется учет влияния ветра, что приводит к повышению урожайности сельскохозяйственных культур, уменьшению стоимости их производства.

Вышеуказанные технологические результаты достигаются тем, что в нее введены четвертый и пятый преобразователи и датчик влажности приземного слоя воздуха и интенсивности ветра, которые через четвертый и пятый преобразователи подключены соответственно к четвертому и пятому, шестому и седьмому входам вычислительного блока, а последний включает блоки определения оптимального значения температуры приземного слоя воздуха и времени суток, первые входы которых являются соответственно первым и вторым блоком вычислительного блока, блоки сравнения фактических и заданных значений влажности почвы и приземного слоя воздуха, первые входы которых служат третьим и четвертым выходами вычислительного блока, блок временной задержки, блоки определения длительности полива в зависимости от значения температуры и влажности приземного слоя воздуха и влажности почвы, первые входы и выходы которых являются соответственно пятым, шестым и седьмым входами и выходами вычислительного блока, при этом второй вход и выход блока определения периода суток соединены соответственно с первым выходом блока временной задержки и вторыми входами блока сравнения фактического и заданного значения влажности почвы и блока определения оптимального значения приземного слоя воздуха, прямой и инверсный выходы которого связаны с вторыми входами блока определения длительности полива в зависимости от значения температуры приземного слоя воздуха и блока сравнения фактического и заданного значений влажности приземного слоя воздуха, а прямой и инверсный выходы последнего подключены к вторым входам блока определения длительности полива в зависимости от значения влажности приземного слоя воздуха и блока временной задержки, причем прямой и инверсный выходы блока сравнения фактического и заданного значений влажности почвы связаны соответственно с с вторым входом блока определения длительности полива в зависимости от значения влажности почвы и третьим входом блока временной задержки, четвертый вход которого является восьмым входом вычислительного блока и подключен к управляющему выходу исполнительного механизма.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1.

Устройство содержит датчик 1 интенсивности солнечного излучения, датчик 2 температуры приземного слоя воздуха, датчик 3 влажности почвы, датчик 4 влажности приземного слоя воздуха, датчик 5 интенсивности ветра, преобразователи 6 10, блок 11 определения периода суток, блок 12 определения оптимальной температуры, блок 13 определения длительности полива в зависимости от величины температуры, блок 14 сравнения фактического и заданного значений влажности почвы, исполнительный механизм 15, блок времени задержки 16, блок 17 сравнения фактического и заданного значений влажности воздуха, блок 18 определения длительности полива в зависимости от величины влажности воздуха, блок 19 определения длительности полива в зависимости от величины влажности почвы.

Причем выходы датчиков интенсивности солнечного излучения 1, температуры приземного слоя воздуха 2, влажности почвы 3 и влажности приземного слоя воздуха 4, интенсивности ветра 5 соединены со входами соответствующих преобразователей 6 10, вход блока времени задержки 16 соединен с первым входом блока определения периода суток 11, второй вход которого соединен с преобразователем интенсивности солнечного излучения 6, первый вход с первым входом блока 14 сравнения фактического и заданного значений влажности почвы, второй выход с первым входом блока 12 определения оптимальной температуры, второй вход которого соединен с выходом преобразователя 7 температуры приземного слоя воздуха, выход НЕТ с первым входом блока 17 сравнения фактического и заданного значений влажности воздуха, а выход ДА с первым входом блока определения длительности полива 13 в зависимости от величины температуры, второй вход которого связан с первым выходом преобразователя 10 интенсивности ветра, а выход с первым входом исполнительного механизма 15, второй вход которого соединен с выходом блока 18 определения длительности полива в зависимости от величины влажности почвы, третий вход с выходом блока 19 определения длительности полива в зависимости от величины влажности воздуха, а выход с первым входом блока времени задержки 16, второй вход которого соединен с выходом НЕТ блока 17 сравнения фактического и заданного значений влажности воздуха, второй вход которого соединен с преобразователем 9 влажности приземного слоя воздуха, а выход ДА с первым входом блока 18 определения длительномти полива в зависимости от величины влажности почвы, второй вход которого соединен с вторым выходом преобразователя 10 интенсивности ветра, третий выход которого связан с первым входом блока 19 определения длительности полива в зависимости от величины влажности воздуха, второй вход которого соединен с выходом ДА блока 14 сравнения фактического и заданного значений влажности почвы, выход НЕТ которого соединен с третьим входом блока времени задержки 16.

Устройство работает следующим образом. После включения сигнал от датчика 1 интенсивности солнечного излучения через преобразователь 6 поступает в блок 11 определения периода суток. Блок 11 определения периода суток по освещенности определяет время суток (дневное или ночное).

В ночное время по сигналу блока 11 определения периода суток начинает работать блок 14 сравнения фактического (Q) и заданного (Q1) значений влажности почвы. Если Q < Q1, где допустимое отклонение Q1, то блок 18 определения длительности полива в зависимости от величины влажности почвы включает исполнительный механизм 15 на рассчитанное этим блоком время.

После окончания работы исполнительного механизма 15 включается блок времени задержки 16. В течение времени задержки "опрос" датчиков 1 5 система не осуществляет. По окончании времени задержки вновь работает блок 11 определения периода суток. Длительность полива в ночное время блок 19 определяет по формуле где n_p количество распылителей, q расход воды распылителя, л/с, t_ср и ϕ_ср среднее значение температуры, ^oC, и влажности воздуха, за контролируемый период, v скорость ветра, м/с.

Если влажность почвы соответствует заданной (полив не нужен), по сигналу блока 14 сравнения фактического и заданного значений влажности почвы включают блок времени задержки 16.

В дневное время по сигналу блока 11 определения периода суток блок 12 определения оптимальной температуры рассчитывает значение оптимальной температуры (Т_опт), сравнивает его с фактическим (поступает от датчика 2 температуры воздуха через преобразователь 7). Если температура воздуха выше (Т_опт δ), где d допустимое отклонение Т_опт, блок 13 определения длительности полива в зависимости от величины температуры включает на рассчитанное время исполнительный механизм 15 где Q общий расход воды, л,
S площадь листьев, кв.м/га,
t₀ омическая температура, ^oC в ночное время,
t_в фактическое значение температуры, ^oC,
Е_ф и Е_фн фактическое и насыщенное значения фитооблученности, Вт/кв.м,
m, n коэффициенты, определяющие число градусов, на которое следует увеличить температуру воздуха для обеспечения наиболее полного использования энергии излучения на фотосинтез, ^oC·кв.м/Вт,
ϕ_в, ϕ_опт фактическая и оптимальная влажности воздуха,
σ_в.нас·σ_p.нас плотность насыщенных паров воды при температурах воздуха и растений, г/куб.см,
b ширина листа, см.

После окончания работы исполнительного механизма 15 включается блок задержки 16, а затем после окончания времени задержки система определяет время суток. Если t_в ≅ t_опт + δ, включается в работу блок 17 определения отклонения фактической влажности воздуха от заданного значения (v_з). Если ϕ_в ≅ ϕ_з + δ, где δ допустимое значение отклонения влажности воздуха, работает блок 18 определения длительности полива по влажности воздуха.

где σ_{опт.нас} плотность насыщенных паров воды при оптимальной температуре воздуха, т/куб.см,
h высота от земли распылителя,
С площадь орошения, кв.м.

Затем время t_з отрабатывает исполнительный механизм 15, включается блок задержки 16 и т.д.

Формула изобретения

Автоматизированная система управления охладительным дождеванием сельскохозяйственных культур, содержащая датчики температуры приземного слоя воздуха, интенсивности солнечного излучения и влажности почвы, которые через первый, второй и третий преобразователи связаны с первыми тремя входами вычислительного блока, подключенного выходами к управляющим входам исполнительного механизма, отличающаяся тем, что в нее введены четвертый и пятый преобразователи и датчики влажности приземного слоя воздуха и интенсивности ветра, которые через четвертый и пятый преобразователи подключены соответственно к четвертому и пятому, шестому и седьмому входам вычислительного блока, а последний включает блоки определения оптимального значения температуры приземного слоя воздуха и периода суток, первые входы которых являются соответственно первым и вторым входами вычислительного блока, блоки сравнения фактических и заданных значений влажности почвы и приземного слоя воздуха, первые входы которых служат третьим и четвертым входами вычислительного блока, блок временной задержки, блоки определения длительности полива в зависимости от значения температуры и влажности приземного слоя воздуха и влажности почвы, выходы которых являются соответственно пятым, шестым и седьмым входами и выходами вычислительного блока, при этом второй вход и выходы блока определения периода суток соединены соответственно с первым выходом блока временной задержки и вторыми входами блока сравнения фактического и заданного значений влажности почвы и блока определения оптимального значения приземного слоя воздуха, прямой и инверсный выходы которого связаны с вторыми входами блока определения длительности полива в зависимости от значения температуры приземного слоя воздуха и блока сравнения фактического и заданного значений влажности приземного слоя воздуха, а прямой и инверсный выходы последнего подключены к вторым входам блока определения длительности полива в зависимости от значения влажности приземного слоя воздуха и блока временной задержки, причем прямой и инверсный выходы блока сравнения фактического и заданного значений влажности почвы связаны соответственно с вторым входом блока определения длительности полива в зависимости от значения влажности почвы и третьим входом блока временной задержки, четвертый вход которого является восьмым входом вычислительного блока и подключен к управляющему выходу исполнительного механизма.

РИСУНКИ

Рисунок 1