Автоматизированная система импульсного полива по бороздам

(21) 3630 (22) 29.0 (46) 07. (71) Всес ский инст 879/3 5 7 1.85. Бюл, В 41оюзный научно-исследитут комплексной автиоративных системПронов, П.Б.Пак и П. ательатизации м (72) В. ер ко 98597 5. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 53) 631. 347. 1 (088. 8)56) Патент Великобритании Фл. А 01 С 25/00, 1981.Авторское свидетельство С1161019, кл. А 01 С 25/16,(54)(57) 1. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ИМПУЛЬСНОГО ПОЛИВА ПО БОРОЗДАМ,включающая подающий напорный и полив"ные трубопроводы с гидроуправляемыми микрогидрантами, имеющие на входеи выходе гидроуправляемые задвижки,программное устройство в начале системы и установленные в каждой зоне полива групповой коммутатор с гидравлическим шаговым искателем дляуправления микрогидрантами и задвижками и блок управления, подключенный электрическими линиями связик общему программному устройствуи к датчикам влажности и состояниясистемы, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью повышения надежности и гибкости управления системой,групповой коммутатор выполнен в видетрехходовых клапанов управления полиЯО 1189399 вом, штоки одних из которых кинематически связаны с кулачками оси гидравлического шагового искателя,гидропровод которого через электрогидравлический клапанный распреде-литель,приводимый в действие блокомуправления, связан гидравлическойлинией связи с программным устройством и с трехходовыми клапанами, причем шток гидравлического шаговогоискателя кинематически связан сдвумя другими трехходовыми клапанами, входы котовых подключены к трехходовым клапанам управления поливом,выходы соединены со сливом,а ось гидравлического шагового искателя снабжена двумя дополнительными кулачками,кинематически связанными с контактами датчиков влажности и состояниясистемы,2. Система по п.1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что каждыйдатчик состояния системы выполненв виде последовательно соединенныхрезистора с номиналом соответственно номеру зоны полива, замыкающегосяконтакта с приводом от датчика давления на входе поливного трубопровода и параллельно включенныхзамыкающихся контактов от датчиковдавлений в группах одновременновключаемых микрогидрантов и отдатчика давления на выходе поливного трубопровода.20 Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для управления импульснымрежимом полива по бороздам иззакрытой оросительной сети на местности с уклоном или на тяжелыхпочвах с необходимым количествомимпульсов полива от 7 до 200,Цель изобретения - повышениенадежности работы и гибкости управления системой.На фиг.1 приведены принципиальные схемы системы соединений группового коммутатора; на фиг.2 - пример выполнения схемы соединений 15группового коммутатора с гидравлическим шаговым искателем; на фиг.З -принципиальная схема соединенийустройства контроля исправностисистемы,Автоматизированная система импульсного полива по бороздам(фиг,1) содержит ряд (до 10 насевооборотный массив площадью150 га) участков,1 полива из напорных и поливных трубопроводов 2,групповой коммутатор 3 для управления гидравлическими задвижками 4на входе и сливе из поливныхтрубопроводов 2 через гидравлические линии 5 управления микрогидрантами 6 для подачи воды в борозды(не показаны).Соедийейие лийий 5 управленияс задвижками 4 и микрогидрантами6 с гидравлической линией 7 связиили со сливом 8 осуществляется черезтрехходовыес клапаны 9;14 управления поливом для автоматического(клапаны 9 и 10) или ручного (кла Опаны 11-14) задания программы налюбое количество импульсов поливагрупповым коммутатором 3. При этомгидравлические линии 5 управлениязадвижками 4 подключены к гидравлической линии 7 связи черезтрехходовые клапаны 11-14 группового коммутатора 3, а линии управления микрогидрантов подсоединенык линии 7 связи через клапаны 5012 и 13 и через дополнительныетрехходовые клапаны 9 и 10.Программа полива и порядок коммутации датчиков состояния системыи влажности почвы задается конфигу- урацией выступов с срезов на кулачках 15, установленных на общей оси16 гидравлического шагового искателя группового коммутатора 3, На оси 16 установлены также два дополнительных кулачка 15 переключения замыкающихся контактов 17 и 18 для коммутации датчиков влажности почвы (контакт 17) или датчиков контроля состояния системы (контакт 18) (фиг,З), Вращение оси 16 и переключение трехходовых клапанов 9-14 достигается движением храпового колеса 19 при передвижении собачки 20 плеча 21 гидравлического шагового искателя (ГШИ) под действием толкателя 22 мембранного гидравлического привода 23. Последний через поводок 24 соединен с плечом 21 ГШИ,на котором установлена собачка 20.Гидропривод 23 имеет конструкцию обеспечивающую короткий, до 20 мм. и длинный, более 50 ммход толкателя 22.Контакты 17 и 18 отдельными линиями через блок 25 управления и провод линии 26 связи соединены с программным устройством 27. К программному устройству 27 через другой провод линии 26 связи подключены электрогидравлические клапанные распределители 28 для управления мембранным приводом 23 каждого участка полива оросительной сети, Левое и правое плечо счетного искателя (ГШИ) соединено с переключателями на трехходовых клапанах 9 и 10, входы которых соединены с гидравлической линией 7 связи и со сливом 8, а выходы через клапаны 12 и 13 и через распределительные гидравлические линии 5 управления соединены с микрогидрантамн 6. Задвижки 4 через линии 5 управления и трехходовые клапаны 11-14 подключены к гидравлической линии 7 связи и сливу 8. Вход электрогидравлического клапанного распределителя 28 (элекрогидрореле) соединен с гидравлической линией связи и блоком 25 управления, его первый выход через гидравлическую линию 29 соединен с подмембранной полостью гидропривода 23,. а его второй выход соединенсо сливом 8 воды. Сечение гидравлической линии 29 выбирается такимобразом, чтобы за время более 50 столкатель 22 сделал длинный ходи за время до 20 с - короткий ход,25 Выступы 30 (фиг.2) ГШИ кинематически связаны с трехходовыми клапанами 9 и 10 и обеспечивают чередование включения клапанов при качании счетного переключателя 21 вокруг оси 16 под действием толкателя 22 с роликом на концеВыступ 31 через пружину 32 соединен с неподвижным корпусом 33 группового коммутатора 3 и обеспечивает фиксацию ГШИ в состоянии, соответствующем его положению при предыдущем нажиме толкателя 22. Выступ 34 обеспечивает на каждом коротком шаге толкателя 22 смену левого или правого15 направлений движения плеча 21 Г 1 йИ. Плоская пружина 35 обеспечивает постоянное зацепление собачки 20 с профилем зубцов храпового колеса 19. Пружина 36 предназначена для возврата толкателя 22 и мебраны гидравлического привода в исходное положение,Пружина 32 фиксирует плечо 21 ГШИ в состоянии, соответствующем предшествующему . шагу толкателя 22, Положение собачки 20 на произвольном месте зубца храпового колеса 19 и одинаковое состояние клана нов 9 и 10 показано в исходном30 нерабочем состоянии. Установкой пружины 32 достигают смещение положения переключателя 21 относительно оси толкателя 22, которое изменяется при каждом нажиме толкателя на плечо 21 переключателя. Включение клапанов 9 и 10 возможно также при нажиме толкателя 22 на плечо 21 переключателя ГШИ,Напорные и поливные трубопроводы 2 обеспечивают подачу 40 и распределение воды в борозды на поле площадью 150 га.,Гидравлические линии 5 и 7 управления и связи обеспечивают превышение давления воды до 0,1 мПа в управляющих органах задвижек 4 микрогидрантов 6 и выполняются из полиэтиленовой трубки диаметром до 16 мм.Подключение линии 7 связи к источнику давления воды осуществляется от отдельного резервуара емкостью до 3 м с чистой водой, установлен- ной над верхней точкой напорного трубопровода на высоте до 6 м. Зад- . вижки 4 на входе и сливе поливного трубопровода 2 выполнены на мембранных исполнительных механизмах и предназначены для выбора места полива на отдельных участках поля из напорного трубопровода 2 и слива воды иэ поливного трубопровода для его промывки от наносов.Иикрогидранты 6 предназначены для открытия или закрытия отверстий поливного трубопровода при соединненни линии 5 управления со сливом 8 или линией 7 связи по командам программного устройства 27 групповым коммутатором 3 через счетный переключатель 21. Трехходовые клапаны 9-14 изготав- ливаются литьем иэ полиэтилена и предназначены для ручного или дистанционного переключения задвижек 4 и микрогидрантов 6, Подключение верхних клапанов 11-14 левого крыла к задвижкам 4 и микрогидрантам 6 аналогично подключению нижних клапанов правого поливного трубопровода 2. Храповое колесо 19 имеет шесть выступов, обеспечивающих во взаимодействии с положением кулачков 15 следующие операции гидравлического шагового искателя:первому выступу храпового колеса 19 соответствует отключение всех трехходовых клапанов 9-14 и подача напорной воды из линии 7 связи в линии 5 управления задвижек 4 и микрогидрантов, а также замыкание контакта 17 на коммутаторе предыдущего участка полива для подключения датчиков влажности почвы на нем к программному устройству;второму выступу храпового колеса 19 соответствует включение клапанов 11-13 для полива правого участка иэ поливных трубопроводов 2 и включение контакта 18 в схеме контроля состояния системы (фиг.3);третьему выступу храпового колеса 19 соответствует включение клапанов 11-14 и контактов 18, что обеспечивает промывку водораспределительного трубопровода правого участка поливного трубопровода 2;четвертый, пятый и шестой выступы храпового колеса 19 работают аналогично на левом участке поливного трубопровода 2,а на шестом выступе обеспечивается отключение всех клапанов 9-14 от слива 8 и контактов 17 и 18. В качестве привода клапанов 9 и 10 может также использоваться спаренное реле 28.На конце толкателя 22 установлен ролик, обеспечивающий свободное перемещение толкателя 22 по выступу 34.Гидропривод 23 должен обеспечивать двух и трехкратное превышение силы на передвижение храпового колеса 19 и переключение счетного переключателя ГШИ. Рабочий ход толкателя 22 должен быть более 50 мм, что обеспечивает, например, при реверсивном перемещении гидропривода 23 на 20 мм изменение направления движения счетного переключателя 21, а при полном ходе на 50 мм при помощи поводка 24 обеспечивается пераыщение плеча 21 ГШИ до зацеп-, ления собачкой следующего зубца храпового колеса 19. Разделение хода толкателя 22 на две части, до 20 мм или 50 мм осуществляется программным устройством 27 по времени включения (20 или 50 с) распределителем 28 типа КЭГ-И. Запас хода толкателя 22 равный 30 мм, в пределах которого еще не осуществляется переключение храпового колеса 19, обеспечивает надежную работу устройства.Блок 25 управления содержит известное устройство для уплотнения сигналов контроля и управления в ограниченном количестве проводов илн клеммы для распайки многожильного кабеля 26 (не более 10 пар), а также схему контроля (фиг.З) и клем 35 мы распределителя 28 и контактов 17 и 18 для подключения датчиков добегания воды до конца борозды или датчиков влажности (не показаны).Программное устройство 27 со 40 держит источник питания на 27 В и выполняется по известным схемам например на микросхемах или на базе программируемого калькулятора с аналого-цифровым преобразователем45 и таймера на микроконтроллере, обеспечивающими следующий алгоритм функционирования системы:расчет порядка чередования и оптимального времени работы кажцой задвижки 4 и группы микрогидрантов 6 в каждой зоне полива по заданной временной программе или во взаимодействии с сигналами датчиков влажности почвы;55задатчика коротких импульсов до 20 с для включения электрогидрореле 28 при ходе привода 23 до 20 мм и длинных импульсов до 30 с нри ходемембранного привода 23 от 50 мм;цифрового программного компаратора сопротивления датчиков влажности почвы;цифрового компаратора соответствиясопротивлений в линии 26 связи номеругруппового коммутатора 3 и индикатора номера участка зоны полива.Устройство контроля состояния системы в зоне полива (фиг.З) содержитгрупповой коммутатор 3, поливныетрубопроводы 2 и линии 5 управлениязадвижками 4 и микрогидрантами б сподключением к ним датчиков 37 и 38давления последовательно соединенныеразмыкающиеся контакты 39 и 40и заземление. Контакты 39 и 40соединены по схеме И + и ИЛИ, гдеп - количество одновременно включаемых линий 5 управления микрогидрантами, Общие выходы контактов черезрезистор 41 с номиналом соответственно номеру зоны полива, замыкающиеся контакты 18, блок 25 управления и линии 26 связи соединеныс программным устройством 27,Автоматизированная система импульсного полива по бороздам работаетследующим образом,Программа полива, определяющаяначало и окончание включения задвижек 4 и микрогидрантов б, например,по командам датчика влажности навсех полях в хозяйстве, закладывается в алгоритм работы программногоустройства 27,Согласно технологии импульсногополива и конструкции микрогидрантов6 для выпуска воды в борозды необходимо контролировать влажность взоне полива и при достижении сопротив -ления датчика влажности почвы заданного значения открыть задвижку 4 вначале поливного трубопровода ,Затем по заданной программе с переменной по времени длительностью чередования импульсов до 100 раз соединять линии управления двух группмикрогидрантов б то с линией 7 связи, то со сливом 8, а после окончания полива, контролируемого датчиком влажности подачей давленияводы из линии связи через клапаны 12 и 13 закрыть микрогидранты6, промыть поливной трубопровод2 открытием концевой задвижки 4клапаном 14, затем отключить все10 30 клапаны 11-14 от слива 8 и контакты 16 и 18 и включить коммутатор 3 очередного участка полива.Перед включением например первого участка 1 зоны полива в работу5 храповое колесо 19 следующего за ним участка находилось на первом выступе. При этом компаратор сопротивления датчиков влажности программного устройства 27 через контакт 17 подключен к датчику влажности почвы первого участка поля. После достижения заданной влажности почвы компаратор срабатывает и программное устройство 27 вырабатывает команду для включения группового коммутатора 3 первого участка на второй шаг храпового колеса 19.20После включения электрогидрореле.28 давление воды из линии 7 связи через линию 29 управления поступает на гидропривод 23. Последний передвигает толкатель 22 на полный 25 ход 50 мм. Толкатель левым выступом 30 переключает клапан 9. При этом зубец, зацепленный за выступ храпового колеса 19, перемещает его вместе с осью 16 и кулачками 15 на второй выступ, нижние клапаны 11-13 включаются (фиг,1), а также замыкается контакт 18. Соединение полости управления гидроэадвижки 4 со сливом 8 через клапан 11 обеспечивает35 ее открытие. Храповое колесо 19 устанавливается на второй выступ. Теперь соединение с давлением воды из линии 7 связи или со сливом 8 микрогидрантов 6 осуществля 40 ется не прямо через клапаны 12. или 13, а через коммутируемые счетным переключателем 21 клапаны 10 или 9 с регулируемой программным устройством 27 длительностью импуль 45 сов.Благодаря фиксации изгибающейся пружиной 32 (фиг.2) переключателя 21 на выступае 31 в одном из крайних положений и при соответствующем этому смещению положении выступа 30 толкатель 22 изменяет направление перемещения по профилю выступа 34 при следующем ходе. Во время полива мембранный привод 23 ГШИ заполнен водой и толкатель 22 через ролик упирается в левую или правую поверхность выступа 34, что обеспечивает соединение через, клапаны 9 или 1 О микрогидрантов 6 со сливом 8, Все это обеспечивает любые требования импульсной технологииполива беэ усложения конструкции каждого устройства управления задвижками 4 и микрогидрантами 6 и позволяет использовать трехходовые клапаны 11-14 не только для ручного управления, но и в режиме многократного повторения команд импульсного полива. Импульсный полив продолжается до получения программным устройством 27 сигнала от датчика влажности об окончании полива первого участка зоны полива.В соответствии с заданной программой полива, аналогично указанному выше, программатор 27 переключает гидравлический шаговый искатель коммутатора 3 на третий выступ храпового колеса 19. Кулачки 15 отключают клапаны 12 и 13 от управления через клапаны 9 и 10 и клапаны 12 и 13 соединяют линию 7 связи с линией 5 управления микрогидрантами 6. Микрогидранты 6 закрываются. Выход клапана 11 остается соединенным со сливом 8, а выход клапана 14 соединяется со сливом 8, что обеспечивает открытие концевой задвижки 4 на промывку правого участка поливного трубопровода 2. Послеокончания промывки программное устройство 27 аналогично указанному осуществляет контроль и управление левым крылом водораспределительного трубопровода из оросительной сети 2. Таким образом полив продолжается на всех участках 1 поля.При заполнении поливного трубопровода из оросительного трубопровода 2 под давлением воды в нем срабатывает сигнализатор 37 давления (фиг.З) и замыкает контакт 39 в цепи устройства контроля исправнос-. ти системы. При соединении одной из линии 5 управления со сливом 8 давление падает и срабатывает один из датчиков 38 давления. При этом. замыкается цепь между заземлением через замкнутый контакт 39, один из контактов 40, сопротивление 41, контакт 18, блок 25 управления и линию 26 связи на программное уст- ройство 27. Последнее через компаратор соответствия величины сопротив- ления номеру группового коммутато 1189399 10ра сигнализирует о правильной работе системы и разрешает полив,Если поливной трубопровод 2 1 имеет разрыв, то контакт 39 не замыкает цепь сопротивления 41 и при любом эамнутом контакте 40 компаратор программного устройства 27 не измеряет. в линии связи сопротив" дения. Это несоответствие сигнализирует о неисправности поливного трубопровода 2 и. задвижки 4. Аналогичным образом перед поливом очередного участка поля проверяется его готовность к нормальной работе.Дистанционный контроль состояниясистемы и влажности почвы, управления каждым электрогидрореле 28 упрощает конструкцию группового коммутатора 3, повышает надежность его работы и обеспечивает любую 10 программу полива всех участков поля. Таким образом, повышается надежность и гибкость управления системой.1189399 Фи Составитель Г.Параевдактор Н.Тупица Техред С.Мигунова Корректор В Ги ка илпал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 б 805/3 ВНИИПИ Государ по делам 113035, Москва, Тираж 742твенного комитета С зобретений и открыт -35, Раушская наб. ПодписноеССРийд. 4/5