Автоматизированная оросительная система

(71) Физико-технический институт АН ТССРР 2) А.Т.Белоус и А.И.Мищенко(54) АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ОРОСИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА(57) Изобретение относится к технике мелкодисперсного орошения сельскохозяйственных культур, Цель изобретения - повышениекачества полива путем устранения депрессии фотосинтеза растений при высоких температурах воздуха, Оросительная системавключает напорный источник водоснабжения для подачи воды через электроуправляемый микропроцессором 6 клапан 4 еоросительную сеть с диспергаторами 8 ивнутрипочвенными оросителями 5. Подачавоздуха в диспергаторы 5 осуществляетсяот источника 19 сжатого воздуха через управляемый воэдухопропускной клапан 20 Изобретение относится к технике полива сельскохозяйственных культур и может быть использовано для орошения садовЦелью изобретения является повышение качества полива путем устранения депрессии фотосинтеза растений при высоких температурах воздуха.На фиг.1 представлена блок-схема автоматизированной оросительной системы; на фиг.2 - конструкция диспергатора,Автоматизированная оросительная система содержит последовательно соединенные напорный источник 1 водоснабжения,Ч 2, 1658921 А по командам электромагнитного исполнительного блока 59 электронного устройства управления. Последнее с помощью реверсивного усилителя мощности 58 управляет также водопропускным клапаном 15 для заполнения диспергаторов 18 водой и выполнено в виде логических блоков. построенных на четырех элементах И 49 - 52, схемы НЕ 53, элемента ИЛИ 57 и двух ВЯ-триггеров 54, 55, Работа электронного устройства управления осуществляется по командам первого 46 и второго 47 двоичных сумматоров, выходы которых определяются информацией, поступающей с запоминающего ус-ройства 10, е котором хранится информация о площади листового покрова, и с датчика 7 температуры воздуха. Эта же информация служит для назначения микропроцессором 6 нормы полива. Кроме того, микропроцессор б вырабатывает сигналы управления запорным клапаном 4 и на основании сигналов с датчика 9 скорости ветра и с блока 13 выработки пауз между поливами, 3 з,п.ф-лы, 2 ил,стабилизатор 2 давления воды, расходомер 3 и электроуправляемый запорный клапан 4, а также внутрипочвенные оросители 5, гидраелически связанные с выходом последнего. Входы микропроцессора б, с помощью которого осуществляется выработка норм полива, подключены к датчикам 7,8,9 температуры, влажности воздуха, скорости ветра соответственно, а выходы - к электроуправляемому запорному клапану 4 и к управляющему входу запоминающего устройства 10. Последнее подключено через аналого-цифровой преобразователь 11 к блоку 12 опре 1658921деления площади листового гокроьа. К ги;- ропроцессору 6 подключены также выход и дополнительный вход расходомера 3 и сиг- нальный выход блока 13 выработки пауз между поливами, гидравлически связанного 5 через гидроуправляемый поплавковый клапан 14 с выходом электроуправляемого запорного клапана 4. Электроуправляемый водопропускной клапан 15 с концевыми выключателями 16. 17 его открытого и закры того положений гидравлически связан с источником 1 напорного водоснабжения,Мелкодисперсное орошение растении производится диспергаторами 8, гидронходы которых подключены к выходу электоо управляемого водопропускного клапана 15.Источник 19 сжатого воздуха связан с пневмовходами диспергаторов 18 через управляемый воздухопропускной клапан 20,Диспергатор выполнен в виде проме жуточной камеры 21, связанной через подводящий трубопровод 22 с вертикальным изгибом 23 с электроуправляемым водо- пропускным клапаном 15. На промежуточной камере установлена рабочая камера 24 25 снабженная поплавком 25, закрепленным на перфорированном штоке 26 с эластичным клапаном 27 на его нижнем конце и установленным с воэможностью перекрытия водопропускных отверстий 28 в дне ра бочей каглеры 24. Диспергатор содержит также смесительный узел 29 с воздухараснределительной камерой 30 и распыливающими соплами 31 на выпускных каналах 3, внутренние полости которых через капил- .5 ляры 33 сообщены с внутренней полостью перфорированного штока 26, Через автсглатический клапан воздухораспределительная камера 30 пневматически связана с воздухопропускным клапанам 20, Клапан 40 выполнен в виде плунжерной пары, неподвижный элемент 34 которой имеет в верхней заглушенной части, вспомогательное отверстие 35, а в нижней части снабжен муфтой 36, выполненной иэ пористого гидрофиль ногоматериала, Муфта содержит пружинный привод 37, выполненный из сплава с температурной памятью формы и связанный с подвижным элементом 38 плунжернай пары, в котором выполнено воздухапропуск ное отверстие 39. Последний на системе диспергатор снабжен датчиками крайних нижнего 40 и верхнего 41 положений поплавка 25, выпал ненных в виде герметизированных магнитоуправляемых контактов 42, установленных с возможностью их взаимодействия с укрепленным на поплавке 25 постоянным магнитом 43,Злек 1 ронное устройство управления водапрапускным 15 и воздухопропускным 20 клапанами выполнено в виде регистров памяти 44, 45 минимальной площади листового покрова и максимальной температуры воздуха, подключенных соответственно к первым входам первого 46 и второго 47 двоичных сумматоров, к вторым входагл которых подключены выходы запоминающего устройства 10 и датчика 7 температуры возДуха, а к третьим - выход источника 48 единицы переноса младших разрядов обоих сумматоров, Выходы сумматоров 46, 47 соединены с входами первого элемента И ч 9, выход которого соединен с первыми входами второго 50, третьего 51, че 1 вертого 52 элементов И и схемы НЕ 53, Второй л третий входы второго элемепа И 50 соединены с прямыми .выходами соответственно первого 54 и второго 55 РЗ-триггеров, а второй и третий вхадь третьего элемента И 51 - с инверсными выходами этих КЯ-триггеров. Кроме того, инверсный выход второго ЯЯ- триггера 55 соединен также и с вторым входом четвертого элемента И 52, а входы первого В 5-триггера 54 соединены с концевыми выключателями 16, 17 электроуправляемоо водопропускного клапана 15, При этом входы второго 85-триггера 55 соединены с дз-чиками верхнего 40 и нижнего 41 положений поплавкового клапана 56 последнего на системе диспергатора.Электронное устройство управления включает также элемент ИЛИ 57 и реверсивный усилитель 58 мощности, первыи вход которого соединен с выходом второго элемента И 50, а второй вход - через элемент ИЛИ 57 - с выходами элемента И 51 и схемы НЕ 53. Выход усилителя 58 соединен через электралагнитньй исполнительгый блок 59 с управляющим входом воздухопропускнага клапана 20,Источник 19 сжатого воздуха выполнен в виде ресиверз 60 с контактным манометрическим датчикогл давления блока 61 автоматического поддержания давления и компрессора 62,Работает автоматизированная оросительная системз следующим образом,Для орошения растений в соответствии с поступающей метеолнформацией и величиной площади листового покрова растений, система вьчисляет норму полива, выдерживает необходимую паузу и осуществляет внутрипочвеннае орошение растений в области их корневых систем через внутрипочвенные оросители 5, При этом и- форглация площади листового покрова, изглеряемая блоком 12, преобразуется в ифравую Форму агалого-цифроеьм преаб 165892 1р ежедн,нно переписывает- ноем датчика 40 нижчега пс 1 ажения поразователем 1 1 и .ся в запоминающее устройство 10, Когда зти плзвковсго клапана 56 диспергатора 18. Обданные достигнут величины, установлен- рнзующийся в результате этого сигналной в ре р амяти 41, при которой логической единицы на выходе второго эленой в регистре памяти 41,внутрикроновое дождевание становится 5 мента И 50, воздействуя на реверсивныйцелесооб азным, и ир, р условии, что при этом усилитель 58 мощности, приведет к открытемпература окружающей среды, определя- тию электроупранляемога водопропускногоемая посредством цифрового датчика 7 клапана 15, который подключит источник 1температуры, достигнет значения, уста- напорного водоснабжения на заполнениеновленного в регистре памяти 45, при кото диспнр атаров 18 водой. Одновременно прирам для данного вида растений возникнет открытии клза а ",5 бн, ра атывает концевойдепрессия фотосинтеза, в работу встугает ныключатель 17, н результате, н езльтате чего первыйсистема внутрикроновога мелкодисперсно- ББ-тоиггер 54 перебросится в противопого дождевания. При этом нн выходах "Пере- ложное состояниенос" ста ших ана его прямом выходер р зрядзв двоичных 15 образуется с. нал логического нуля, а насуммато ов 46 47 обр,образуются сигналы ло- инн.роном - логической единицы.гической единицы, После заполнения водой всех дисПроисходит это следующим образом, пергнторов, из которых последним заполсистемеПусть, например, в регистре памяти 44 хрн- нится самый дальний нанится двоичное число 10100000100, соот дисператор, сработаетдатчик 40у щ. десятичному числу 1284, На положения его поплавкового клапана 56.отает датчик верхнегоинверсных выходах регистра памяти 44 бу- Это приведет к переброске второго ВЯ-тригдетсоответственночисла 01011111011. Каг- гер 55 н противн н противоположное состояние, вда величина площади листвы контрольного результате че оезультате чего на ега инверсном выходерастения достигнет величины 1284, т.84, то при 25 образуется сигнал логической единицы, а насложении в двоичном сумматоре 46 (с уче- прямом - логического нуля. Образующийсятом поступающего на вхо мла нд ад него разря- при этом сигнал логической единицы на выда сигнала логической единицы с выхода ходе третьего элемента И 51, воздействуяблока 48) мы получим 1,00000000000. Еда- через элемент ИЛИ 57 на реверсинный усиница слева от запятой означает поянле. 30 литель мощности 58, обеспечит зак ытиение сигнала логиче кической единицыа выходе электроупранляемого водопроп:кного кла"Перенос" старшего аз я а нр р р д д оичнага пана 15, в результате чего прекратится посумматора 46. Это свидетельствует о том, дача воды в диспергаторы 18. Зак ытиечто площадь листового покрона достигла та- клапана 15 приведет к срабатыванию концекой величины, при которой ннутрикронавое 35 ного нь:ключателя 16 и к переброске первогодождевание становится целесообразным, ЯЯ-триггера 54 в исходное состояние, В тоАналогичным об азам сигналр , ннл логиче- же время на инверсном выходе второго ЯЯской единицы появляется на выходе "Пере- триггера 55 присутствует сигнал логическойнос" старшего раз я а н чр р д д ои ного единицы воздействующий на второй входсумматора 47 при достижении или поены че 1 нертого э е И 52,л мента, на первый входшении показании датчика температуры зна- которого погтупае. уп ет сигнал логической едичения, установленного н е ир,.истре амяти ницы с выхода первого элемента И 49. Это45, Наличие сигнала логической едини,ы на ведет к возникновению сигнала логическойвыходе "Перенос" старшего аз я,;:., нр зряд,. чноич- единицы на выходе четвертого элемента Инога сумматора 47 снидетельсгнуег о гом, 45 52, воздействующего на элект о и авр ур духа достигла тай нели- ляемое исполнительное устройство 59чины, при которой может возникнуть или релейного действия, которое отк ываетуже возникла депрессия фотосинтеза, При ноздухопропускной клапан 20, соединяяэтом на выходе первого элемента И 49 воз- пненматическ 60 р ресивер д с диспергатораникает сигнал логической е ини ь,д ц: посту ми 18, Все готова к ннутрикрананому мелкодающий на первые входы второго 50 и дисперсному дожденанию. Если при этомтретьего 51 элементов И, На нто ой нхарой вход температура воздуха внутри кроны будетсовторого элемента И 50 поступает сигнал ло- ответгтрова ьвто " - . н вать температуре срабатываниягической единицы с прямого выхода перво- приводных пружин 31 диспергатора, облаго -триггера 54, изменяющего свое 55 дающих температурной памятью формы,ключателя 16, а на т етьем вха е элементасостояние при срабатывании концевого вы- начнется внутрикроновоевое дождевание пуключателя, а на третьем входе элемента тем включения в работу диспергаторов. ПоИ 50 присутствует сигнал логической едини- следние работают следующим образом,цы, поступающий с прямого ньхода второго При открытом электроуправляемом заРЯ-триггера 55, обусловленный срнбатыва- парном клапане 4пане вода поступает в диспер 1658921гатор через изогнутый в верхней части отрезок 23 водоподводящей трубы 22. Этим изгибом предотвращается вытекание воды из диспергатора обратно в рубу 22 при прекращении водоподачи при наполнении диспергаторов. Наполнение их происходит так: через промежуточную камеру 21 и отверстия 28 вода попадает в рабочую камеру 24, наполняет ее, поднимая поплавок 25, который тянет за собой трубчаый перфорированный шток 26, через отверстия в котором благодаря зазору между штоком и внутренними стенками центральчого отверстия вода поступает в капилляры ЗЗ. Поднявшись в верхнее положение, поплавок 25 эластичным клапаном 27, закрепл нным на нижнем конце штока 26, закрывает отверстия 28 и доступ воды в диспергатор прекращается, Центральное отверстие рабочей камеры 24 и пучок капилляров 33 служат направляющими при движении поплавка 25 со штоком 26.После наполнения всех диспергаторов водой от крь 1 ва ется воздухоп ропус к ной клапан 20 и сжатый воздух от ресивера 60 начинает поступать к диспергаторам 18, Но он попадает в воздухораспределительные камеры 30 лишь тех диспергаторов, гемпература воздуха внутри крон которых равна или превышает температуру нача 1 а депрессии фотосинтеза, т.е, только в те диспергаторы, в которых приводная пружи э 37 с температурной памятью формы буде находитлсч в сжатом состоянии,Проходя по выпускным каналам 32, сжатый воздух вытягивает воду из капилляров ЗЗ и выбрыэгивает ее наружу через распыляющие сопла 31 в виде мелкодисперсных (аэрозольных) водяных облаков Размер капель не превышает 500 мкм, При этом влажность воздуха внутри крон растений возрастает, а его температура, как и температура листьев, постепенно снижается до величины, при которой процесс фотосинтеза восстанавливаегся,При распь лении водяных облаков постепенно увлажняется пористая муфта 36, температура приводной пружины 37, облаЧающей температурной памятью формы, снижается до величины ее срабатывания.При срабатывании ее происходит резкое 1 аспрямление витков пружины и перемещение подвижного элемента 38 вверх внутри неподвижного элемента 34 плунжерной пары и путь прохождения жатого аоздуха перекрывается, диспергация прекращается, Для обеспечения надежного перемещения подвижного элемента 38 в неподвижном 34 ьыполнено вспомогательное отверс-ле 35, через которое выдавливается воздух при10 функции датчиков верхнего 40 и нижнего 41 положения поплавкового клапана 56 этого диспергатора.Такая периодическая работа диспергаторов при высоких температурах воздуха продо жается до тех пор, пока вода в них не будет израсходована,При понижении температуры воздуха мелкодисперсное дождевание нецелесообразно. При этом на выходе первого элемента И 49 образуется сигнал логического нуля. исчезнет сигнал логической единицы на выходе четвертого элемента И 52, выключится электроуправляемый исполнительный механизм 59 релейного действия и под воздейс; вием возвратной пружины этого механизма закроегся воздухопропускной клапан 20, что приведет к прекращению подачи воздуха к диспергаторам 18 и прекращению внутрикронового дождевания. если ранее путь воздушному потоку не был перекрыт подвижными элементами 38, приводимыми в движение пружинами 37 с температурной памятью формы, отреагировавшими на понизившуюся темг ературу воздуха внутри крон растений, де и установлены диспергаторы.Давление воздуха в ресивере 60 автоматически поддерживается постоянным блоком 61 автоматического поддержания давления, включающим манометрический контактный датчик давления и управляющий работой компрессор 62, При повышении температуры воздуха его подача возобновится и внутрикроновое дождевание будет продолжаться до тех пор, пока поплавкозыи клапан 56 самого дальнего на системе диспергатора 18 не опустится в нижнее положение, что приведет к срабатыванию датчика 41 нижнего положения поплавкового клапана. При этом начнется заполнение диспергаторов водой. Цикл повторяется, причем подача воды и воздуха в диспергатор еще не является достаточным условием для осуществления внутрикронового дождевания. Оно выполняется каждым диспергдтором автономно при достижении 15 20 25 30 35 40 45 50 55 дяижении элемента 38 вверх и впускаетсяпри перемещении его вниз,После постег 1 енного высыхания пористой муфты 36 и нагревания пружины 37процесс мелкодисперсного дождевания может быть продолжен если температурапружины достигнет величины начала депрессии фотосинтеза.На наружной поверхности самого дальнего на системе диспергатора, позже и дольше всех заполняемого водой, установлены два магнитоуправляемых контакта 42, ко;орые вместе с кольцевым магнитом 43, установленным на поплавке 25, выполняюттемпературы воздуха внутри кроны растения такой величины, при которои пружинным приводом 37, выполненным из сг лава С температурной памятью фо,эмы, обеспечивается перемещение подвижного элемента 38 и открытие пути сжатого воздуху внутрь воздухораспределительной камеры 30 через отверстие 39 в подвижном элементе 38. Таким образом, условием работы диспергатора является достижение внутоикроновой температурой воздуха заданной величины и заполнение водой самого дальнего на системе диспергатора, обеспечивающее срабатывание датчика верхнего положения 40 его поплавкового клапана и, следовательно, открытие воздухопропускного клапана 20 на подачу воздуха в "заправлен, ые" водой диспергаторы.На различных участках сада внешние условия различны (в глубине сада, например, скорость ветоа меньше, влажнс-ть выше и т,д.), Различна также форма и ье; и инэ крон деревьев. Все диспергаторы, в зависимости от этих условий, работают автономноЗамкнутое состояние нижнего магнитоуправляемого контакта 42 информируе о том, что вся вода, набранная в диспергатор, израсходована, Замкнутое же состояние верхнего мэгнитоуправляемога контакта 42 говорит о том, что все дйспертаторы заполнены водой и система орошения готова начать мелкодисперсное дождевание.За счет снятия депресгии с процесса фотосинтеза ускоряется созревание урожая (до 10 дней), прибавка урожая ссставл яе г е менее 25 - 30;ь. Транспирация снижается о 3-5 раэ, норма внутрипочвенных поливов сокра цается на 25-30 ,Срок окупаемости описанной комбини рованной системы орошения составляет 1 сезон, а ожидаемый годовой экономический эффект после первого года эксплуатацли составляет более 19 тыс,руб. на 1 га ябт,левого саад.формула изобретения 1. Автоматизированная оросительная, система, включающая последовательно соединенные напорный источник водогнабжения, стабилизатор давления воды, рвсхгдомер, электроуправляемый запорный клапан и внутрипочвенные оросители, а также микропроцессор, входы которого подключены к выходам датчиков температуры, влажности воздуха и скорости ветра, г выходы - к входу управления электроуправляемого запорного клапана и к управляющему входу запоминающего устройства, другой вход которого подключен через аналого-цифровой преобразоватегь к выходу блока определения площади листового покрова, причем выход и дополнительный вход рэсходомераподключены к соответст- , мщим входам микропроцессора, дополнительный вход которого связан с 5 сигнальным выходом блока выработки паузмежду поливами, гидравлически связанного срез гидроуправляемый поплавковый клапан с выходом электроуправляемого запорногоклапана,отличающаяся тем,что, 10 с целью повышения качества полива путемус ранения депрессии фотосинтеза растений при высоких температурах воздуха, система снабжена электроуправляемым воздухопропускным клапаном, электроуп р: т,ляемым водопропускным клапаном сконцевыми выключателями его открытого и закоытого положений, гидравлически связанным с источником напорного водоснабжения, электронным устройством 20 управления водопропускным и воздухопропускным клапанами, диспергаторами, гидровходы которых подключены к выходу электроуправляемого водопропускного клапана, источником сжатого воздуха. свяэан ным с пневмовходами диспергаторов черезуправляемый воздухопропускной клапан.2. Система по п.1, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью повышения надежности в р: боте, каждый диспергатор выполнен в ви д ромежуточной камеры, связанной через;.-аодящий трубопровод с вертикальным и.йбом с электроуправляемым водопропугкн.,м клапаном, рабочей камеры, неподвижно установленной над промежуточной 35 камерой и снаоженной поплавком, закрепленным нэ верхнем конце перфорированного штока, оснащенного эластичным клапаном на его нижнем конце и установленного с возможностью перекрытия водо пропускных отверстий, выполненных в днерабочей камеры и гидравлически соединяющих последнюю промежуточной камерой, а также смесительного узла с воэдухораспределительной камерой и распыливающими 45 слами на выпускных каналах, внутренние полости которых через капилляры сообщены с внутренней полостью перфорированного штока, причем воэдухорэспределительная камера пневматически 50 сообщена с воздухопропускным клапаномчерез автоматический клапан, выполненный н виде плунжерной пары, в верхней заглушенной части неподвижного элемента которого выполнено вспомогательное от верстие, а в нижней части установленамуфта, выполненная из пористого гидрофильного материала и снабженная пружинным приводом, выполненным из сплава с температурной памятью формы и кинематически связанного с подвижным элементом, 1650921 12содержащим воздухопропускное отверстие, а последний диспергатор относительно напорного источника водоснабжения снабжен датчиками крайних нижнего и верхнего положений поплавка, выполненных в 5 виде герметизированных магнитоуправляемых контактов, установленных с возможностью их взаимодействия с укрепленным на поплавке постоянным магнитом,3, Система по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что электронное устройство управления водопропускным и воздухопропускным клапанами выполнено в виде регистров памяти минимальной площади листового покрова и максимальной темпе ратуры воздуха, подключенных соответственно к первым входам первого и второго двоичных сумматоров, к вторым входам которых подключены выходы запоминающего устройства и датчика температуры воздуха, 20 а к третьим - выход источника единицы переноса младших разрядов обоих сумматоров, при этом выходы последних соединены с входами первого элемента И, второго, третьего и четвертого элементов И и схемы 25 НЕ, первые входы которых соединены с выходом первого элемента И, первого ЯБ-триггера, входы которого соединены с концевыми выключателями электроуправляемого водопропускного клапана, а выходы - с вторыми входами второго и третьего элементов И. второго ВБ-триггера, выходы последнего связаны с выходами датчиков верхнего и нижнего положений поплавка последнего диспергатора относительно напорного источника водоснабжения, а выходы - с третьими входами второго и третьего элементов И с вторым входом четвертого элемента И, выход которого через электромагнитный исполнительн ы й бл о к и одкл ючен к управляющему входу воздухопропускного клапана, а также реверсивный усилитель мощности, выход которого подключен к управляющему входу водопропускного клапана, первый вход соединен с выходом второго элемента И, а второй вход через элемент ИЛИ соединен с выхсдами третьего элемента И и схемы НЕ.4. Система по п,1, отл и ч а ю ща я с я тем, что источник сжатого воздуха выполнен в виде последовательно включенных компрессора и ресивера с контактным манометром, подключенным через блок автоматического поддержания давления к компрессору.Составитель . ПараевРедактор Т. Пилипенко Техред М.Уоргентал Корректор Т, Пали при ГКНТ СС Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина,Заказ 1793 Т ВНИИПИ Государственно 11303