Способ автоматизированного водораспределения на открытых оросительных системах

На чертеже показана автоматизированная оросительная система, реалиэующая способ.Способ осуществляют следующим образом.5В распределительный канал подается расход, равный номинальному водо- потреблению включенных дождевальных машин по сигналам сигнализаторов ихФ работы. Забор воды в 7 оросители"начи. - нают или прекращают по сигналам включения (отключения) дождевальных машин, причем забираемый расход может корректироваться в зависимости от уровня воды под машиной, измеряемый, в частности, перед ее навесной перемычкой, При включениях (отключениях) дождевальных машин по сигна" лам сигналиэаторов их работы форач мируют сигнал изменения количества работающих машин, По сигналу изменения количества работающих машин вычисляют разность между объемами заполнения участков распределительно го канала, разность между объемами заполнения резервных емкостей вдоль распределительного канала, разность между требуемыми запасами воды соответственно при новом и предшествующем расходах номинального водопотребления, а также величину объема, подача которого не была закончена в процессе подачи предшествующего компенсирующего объема, после чего суммированием этих величин получают35 значение требуемого компенсирующего объема.Компенсирующий объем подают, например, путем заданного изменения расхода относительно номинальноговодопотребления включенных машин, причем величину компенсирующего объема устанавливают путем управления временем подачи измененного расхода, 45 Подаваемый в распределительный канал расход корректируют по сигналу датчика минимального уровня в оросителе с нижней иэ работающих в данный момент дождевальных машин. Регулирование уровней в резервных емкостях50 осуществляют, например, водосливными гранями, установленными на выходах изэтих емкостей в участки распределительного канала (гидро- или электростабилиэатор уровня верхнего бьефа может поддерживать уровень последнего точнее, чем водослив, однако значительно дороже и менее надежен). Автоматизированная оросительная система содержит источник 1 орошения,регулятор 2 водоподачи, состоящий из затвора 3 с приводом 4, микроЭВМ 5 с ограничителем 6 возможных режимов, приемника 7 и датчика 8. Оросительная сеть системы включает безуклонные участки (резервные емкости) 9, участки 10 с повышенным уклоном распределительного канала, причем последние имеют в начале устройство 11 регулирования, оросители 12 с устройствами 13 подачи воды к дождевальным машинам (ДМ) 14, каждая из которых оснащена сигнализатором 15 работы, связанным с приемником 7,МикроЭВМ 5 выполняет логические и вычислительные операции по заданнойпрограмме, в частности выделяет сигналы о работе машин соответственно их номерам, определяет по этим сигналам расчетные расходы через все элементы сети, управляет затвором 3 через привод 4 и другиеоперации.Устройство 13 подачи воды осуществляют водоподачу в ороситель 12 по сигналу включения в работу соответствующей ДМ 14. Возможен вариант ручного открытия устройств 13 оператором. В качестве сигналиэатора 15 работы может быть использован концевой выключатель задвижки. ДМ, приводной линией связанный с приемником 7.Излишки воды из оросителя 12 попадаютв нижерасположенную резервую емкость 9Автоматизация водораспределениявозможна только в том случае, еслисистема имеет достаточные резервыеобъемы регулирования. При этом частовстречаются случаи, когда строить систему с беэуклонными оросителями нельзя йли невыгодно, тогда рационально создавать резервные емкости навходах оросителей 12 в виде безуклонных участков 9 распределительного канала. Участки 10 распределительного канала имеют повышенньй уклон ивыполняют функцию транзитных участковдля перегона воды к нижним машинам.Безуклонные участки 9 распределительного канала обычно рациональны, так как в них совмещены функции и транспортирующего звена, и резервной емкости. В связи с тем, что такое совмещение функций преобладает и является более важным, а также учитывая,что резервная емкость может быть создана специально, без функции танспортирования,можно рассматривать безуклонные участки 9 в качестве толь,ко резервной емкости, Это объясняется тем, что пропустить водук нижним машинам через вьпперасположенные оросители, исключив каналы 10,часто нельзя, так как нет ни необходимой навесной перемычки, ни требуемого гидроавтомата. При этом в случаеварианта с навесной перемычкой потребуется ввести в микроЭВМ сигнал оположении машины в .расстояние ее отначала, однако ни формирование величины сигнала, ни его передача, нииспользование приведенных ниже расчетов принципиальных отличий не содержат,Сигнализаторы 15 работы ДМ, как исигнализатор минимального уровня, а : 20также датчик расстояния от началаоросителя могут быть связаны с приемником 7 не только по радиоканалу,но и любой другой линией связи, втом числе смешанной, например ультразвуковая связь по воде или низкочастотная связь по направляющемутросу машины вдоль оросителя и т.д.В установившемся режиме на системе работает определенное количествоДМ. 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 режимерасход Я равенй, =Хоп+=+ Я, (1) где И - число работающих одинаковых 40машин;- дополнительньп расход, пер. воначально принимается равнымО, 01-0,05 м /с, подается для возмещения 70-903 потерь 45 распределительной сети на испарение, фильтрацию, протечки через концевые затворы и т.п.МикроЭВМ 5, используя сигнал датчи 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 состоя 1604264 6нии каждой иэ машин и параметры элементов технологической схемы, вычисляет объем 7 воды в транзитных участ(ках распределительного трубопровода,объем Ч воды в резервных емкостях 9.Объем Э воды, подача которого небыла закончена в процессе подачи предшествующего компейсирующего объемаК 0, определяется по формулеП =К -а =аТО0 Фт(2)где К - компенсирующий объем, подача которого начата послепредыдущего включения (отключения) машины путемфорсирования (увеличения)подаваемого в распределительный канал расхода навеличинуТ - расчетное время, небходимоедля подачи К 0 Ко = уТ1 - время от начала подачи предшествующего компенсирующегообъема.ПриТ принимается, что Э 1 =О.Для вычисления У , 7 , О, необходимыданные о параметрах и схеме сети,которые введены в память ЭВМ, и осостоянии .машин соответственно их номерам, которые ЭВМ получает черезприемник 7 от сигнализатора 15 работы.Четвертым параметром, являющимсяосновным для определения величиныкомпенсирующего объема - требуемый(расчетный) запас К, воды. Для нормальной работы системы необходимо,чтобы запас воды в резервной емкостиобеспечил 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, тембольший запас воды нужно создать всистеме. Если машины, получающие водуиз нижней резервной емкости, ужевключены или находятся в ремонте,или недавно закончили полив своихполей, т.е. нет возможности их включения в работу, тогда требуемый(расчетный) запас можно существенноуменьшить. Поэтому перед началом работы системы величина К должнаобеспечить воэможность включениярасчетного числа машин (включаянижние), и величина К максимальна.После включения наибольшего возможного числа машин (включение дополнительных исключено) Кл О,В промежутке от К = 0 до К = Кмакс 5для каждой системы можно определитьряд 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 рядимеет вид (примерно) 100, 600, 1200.Возможны несколько вариантов автоматического и автоматизированного выбора значений из этого ряда. Общим яв 4,ляется то, что выбор производится посовокупности заданных сочетаний сигналов от ограничителя 6 возможных режимов (или эквивалентного блока программы ЭВМ) и сигналов от сигнализаторов 15 работы,Таким образом, величину требуемогов данном режиме расчетного запаса Кводы устройство выбирает по совокупности заранее установленных условийпо состоянию машин системы, опреде-ленному сигнализаторами 15 их работы.,Выход на режим с указанной величинойК 1 обеспечивает работу системы с ра- З 0циональной величиной запаса: гарантируется и нормальное включение новыхмашин, и минимальность (отсутствие)сбросов после отключения машин. Величина К 1 пропорциональна временидобегания до нижней из неработающихмашин, которая подготовлена; т.е. может быть включена, поэтому К, нетрудно вычислить для каждой ситуации.Параметры Ч, Ч, П, К вычисляются 40один раз после каждого изменения количества работающих машин. Затем ЭВМсравнивает зафиксированное число Мработающих машин (для которого выполнен расчет) с числом Б сигналов 45от сигнализаторов 15 работы. До техпор, пока Я = М, описанные расчетыповторно не производятся.После включения (отключения) дополнительной машины И Ф М. Это яв-.ляется сигналом изменения количества работающих машин, по которомув ЭВМ запускается цикл вычислений,в процессе которого определяютсяновые значения Ч, Чг, Кг, П.г. За, 55тем определяются следующие параметры:Д И = И - Ю, - разность (изменение) объемов заполнения участковраспределительного канала, ЬЧ = Чг - 7 - разность (изменение) объемов заполнения резервных емкостей,ЬК =, К - К- разность (изменение) требуемых запасов,П - объем, подача которого не была закончена в процессе подачи предшествующего компенсирующего объема.Величина нужного компенсирующего объема рассчитывается по формуле(4)20 В течение времени Т после включения (отключения) новой М-й машины регулятор 2 водоподачи подает в оросительную систему расход й = Б 0+ й + С 3 э, (5) а по истечении этого времени уменьшает подачу до= н+ Я1После определения Тт символамиУ 1, 7 , К, Тр, В, ЭВМ присваиваетзначения Иг, 7, К, Т, 0 . Числомашин М получает новое значение (Исравнивается с числом Б работающихмашин), и далее процесс повторяется.Подача компенсирующего объема воды указанной величины имеет .высокуюэффективность по двум причинам. Вопервых, реализуется прогнозирование,или "опережающее" управление (неожидая сигналов от датчиков уровня,заранее подается объем воды, обеспечивающий выход системы на лучший, извозможных, режим), а, во-вторых, подача повышенного расхода существенноуменьшает время добегания (для принятой величины форсировки расхода2 Я. в критические моменты работысистемы - при включении первой машины - время добегания уменьшается почти в 2 раза),1Подача воды в оросители в установившемся режиме осуществляется аналогично. Если ороситель имеет повыК = ДЮ+ ДЧ+ДК+ О, (3)гВеличина расхода форсировки От принимается по совокупности дополнительных условий, например принимается равной Я, = 20 н, и тогда время подачи компенсирующего объема будет;9 1604264 шенный уклон, тогда устройство 11 регулирования выполнено в виде стабилизатора расхода - подает постоянный (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 проявлятьсяв 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 микро- ЭВМ посредством затвора 3 подает. в систему установленный корректирующий Ч объем воды в виде увеличения подаваемого расхода на установленную величину, напримерв течение заданного времени Т. 10, (8) Таким образом, в течение времениТ формула (6) используется в виде причем величина Чпринимается равной 10-203 от рабочего объема нижней резервной емкости. Такой способ корректировки являетсяупрощенным. Более эффективен способ корректировки водоподачи с автоматической подстройкой. При этом к описанным операциям корректировки добавляются следующие:Э фиксируется интервал е времени между корректировками, если в течение этого интервала имели место изменения количества .работающих машин, то вновь фиксируется интервал 1времени между корректировками", если Сбольше установленной величины (например, 7 ч), то Туменьшается, например, на 203, т.е. Т = Т0,8, если меньше второй установленной величины (пусть 4 ч), то Т увеличивается, например, на 103, т.е, Т = Т 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 между 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= о + кПрисвоение этого значения символу К 1 обеспечивает уточнение и авто матическую подстройку величины фактического запаса, что обеспечивает более точное поддержание уровней снаименьшим количеством срабатыванийзатвора регулятора водоподчи. З 0 Обеспечивая повьппение качествауправления, применение предлагаемо-го способа улучшает поддержание диапазона требуемых уровней воды приснижении числа срабатываний затворов, расширяет область применениясистем без линейных затворов и ре-шает основную задачу автоматизацииводораспределения для систем, оросители которых имеют повьппенный уклон 40(больше О, 0001),Величина экономического эффекта вбольшой степени зависит от вариантабазового 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 принятьсистему без затворов по длине распределительного канала, тогда достигаемое согласно предлагаемому способукачество управления водораспределением можно обеспечить путем значительных увеличений резервных емкостей,т.е. сечений каналовВ этом случае160 экономический эффект увеличится в1,5-4 раза. Составитель Г.Параев Техред М,Ходанич Корректор Н,Ревская Редактор Н.Тупица Заказ 3405 Тираж 461 ПодписноеВНИИПЙ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Иосква, Ж, Раушская иаб д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, уп, Гагарина,101 Формула изобретенияСпособ автоматизированного водо- распределения 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 распределительного канала путем изменения расхода распределительного канала в течение расчетного интервала 4264 12времени подачи измененного расхода, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения качества управления водораспределением и уменьшения капитальных 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 водослив 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 по" следнем расчетном интервале времени с учетом удаленности их от источника орошения.