Автоматизированная оросительная система

А 1 СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 191 25( у 4 А 9 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ТЕЛЬСТВУ ТОРСНОМ(57) Изобретение относитсяорошения с/х культур и можеиспользовано при автоматизараспределения и полива из ооросителей широкозахватнойной техникой. Целью изобретляется экономия поливной вороэнергии путем сокращения(2 (2 (4 ИТЕЛ 39800 26.08 30.06 й институт г (72) В,Н.Щ М.В.Красов (53) 631. 3 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 64/30-15,87. Бюл, В 24Вкный научно-исследовательскидротехники и мелиорациедрин, В.И.Коржов,ский и А.А.Коренев47.1(088.8)орское свидетельство СССР1, кл. А 01 С 25/16, 1984 области быть ции водо- крытых ождеваль ния явыи элект бъемов131 повторно используемой воды. Система включает распределительный канал 4 со стабилизаторами уровня 5, ороси- тели 6 с дождевальными машинамй 8, снабженными датчиками 23 положения, а также водосброс 9 и насосную установку 11 в резервном бассейне 10 в конце распределительного канала 4. Система содержит, кроме того, сиг" нализаторы 17 работы дождевальных машин, подключенные к дешифратору 21 и сумматору 18, связанным со счетно- логическим устройствам 22 и далее через блок задержки 19 - с регулятором 2 водоподачи в распределительный канал 4. Управление насосной установкой осуществляется блоком управления 12, к которому подключены сигнализаторы 16 работы последних, оросителей, Информация об изменении режима работь 1 дождевальной машины 8 (включении-выключении) в оросителе 6 и о ее удаленности от входа в этот ороси- тель передается на дешифратор 21, сумматор 18 и счетно-логическое уст 9804райство 22 с помощью сигнализаторов работы машины 17, установленных на них, и датчиков 23 положения машины, что позволяет произвести кооректировку подачи воды в систему сразу же после этого события, без запаздываний. В целях уменьшения непроизводительных сбросов воды через стабилизаторы уровня 5 в случаях, когда время добегания возмущающего воздействия от створа машины 8 до входа в ороситель й больше времени добегания отисточника орошения 1 до входа в этот же ороситель С , увеличение подачи водыв систему регулятором водоподачи 2производится не мгновенно, а через время задержки Т = -й , обеспечиваемое устройством задержки 19, Вы" числениезначения Т з и управление устройством задержки 19 производится с помощью счетно-логического устройства 22 на основе информации, полученной от сигнализаторов 17 работымашин и датчиков 23 положения машин. 1 э.п. Ф-лы, 5 ил.1Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при автоматизации технологических процессов водораспределения и полива сельскохозяйственных культур иэ открытых оросителей, в частности, широкозахватными дождевальными машинами с забором воды в движении, например "Кубань".Целью изобретения является экономия поливной воды и электроэнергии путем сокращения объемов повторно используемой воды.На фиг. 1 приведена схема автоматизированной оросительной системы; на 15фиг, 2 - схема передачи информации по направляющему тросу от сигналиэаторов работы машины; на фиг. 3 - схема выполнения датчика положения машины; на фиг, 4 - структурная схема бло-Ока управления неполной установки; на фиг. 5 - структурная схема счетно-логического устройства.Автоматизированная оросительнаясистема содержит источник 1 орошения, 25 2регулятор 2 водоподачи, вход которого соединен с логическим блоком 3, распределительный канал. 4 со стабилиза- торами 5 уровня воды по длине канала в местах отвода в промежуточные 6 и последний 7 оросители с дождевальными машинами (ДИ) 8, водосброс 9, резервный бассейн 10, насосную установку 11, соединенную с блоком 12 управления, датчики верхнего 13 и нижнего 14 уровней в бассейне 10 (может быть установлен один датчик с двумя троса порогами срабатывания - верхним и нижним) и датчик 15 расхода воды в водосбросе, соединенные через блок 12 управления с логическим блоком 3. В систему включены сигнали-заторы 16, сигнализаторы 17 работы машины, связанные с сумматором. Система также содержит устройство 19 задержки с задатчиками 20 регулятора 2 водоподачи, дешифратором 21, подключенным своими входами параллельно входам сумматора 18. Система содержит также счетно-логическое устройство22, входы которого связаны с датчиками 23 положения машины, и сумматоры 18, а выход - с устройством 19задержки, причем сигнализаторы 16. соединены с сумматором 18 и дешифратором 21 через блок 12 управления,Регулятор 2 водоподачи выполненв виде стабилизатора расхода и состоит иэ затвора 24, привода 25, устройства 26 сравнения и датчики 27 расхода. В качестве регулятора Е водоподачи может быть использован любой иэизвестных регуляторов расхода с дистанционно изменяющейся установкойзадатчика 20. Стабилизаторы 5 уровня 15могут быть выполнены в виде водосливной стенки или в виде электро- и.гидрорегуляторов уровня верхнего бьефа.Для передачи информации от сигнализаторов 17 работы машины и датчиков 23 положения машины в качествелинии связи используют направляющийтрос 28 системы стабилизации машины,изолированный от земли с помощью изоляторов 29 и соединенный с линией 25связи всей системы. Для обеспечениявозможности передачи информации понаправляющему тросу 28 стабилизациимашины сигнализаторы 17 работы машины соединены через преобразователь 30 30и шифратор 31 номера машины с направляющим тросом 28 пантографом 32.В качестве датчика положения машиныиспользованы датчики в виде многооборотного резистора 33, движок 34которого вращается с помощью тросика 35, натянутого от машины 8.Блок 12 управления (Фиг. 4) содержит задатчики минимального 36 и максимального 37 уровней воды в бассей- рне, компараторы минимального 38 имаксимального 39 уровней воды в бассейне, триггерное устройство 40, устройство 41 сопряжения с блоком 3 логики, схему совпадения ИЛИ 42 и блок 4543 управления насосной установкой.Блок 12 управления обеспечивает управление насосной установкой 11 (включение-отключение), передачу информации о наличии необходимых запасов во ды в бассейне 10 сумматору 18 и дешиФратору 21; передачу информации оналичии непроизводительных сбросовводы на водосбросе 9 логическому блоку 3. 55Счетно-логическое устройство 22(фиг. 5) может быть выполнено в видестандартного микроконтроллера и включает интерфейсный блок 44 ввода-выво 3 1319804 4да, процессор 45, оперативное запоминающее устройство 46 и постоянное запоминающее устройство 47,Интерфейсный блок 44 ввода-выводаобеспечивает аппаратное и программноесогласование внешних устройств с процессором 45. Процессор 45 обеспечи-вает выполнение счетно-логических операций и операций по организации ввода-вывода информации. Алгоритм работыпроцессора 45 записан в постоянномзапоминающем устройстве 47, а дляхранения текущей информации служитоперативное запоминающее устройство 46,Счетно-логическое устройство 22обеспечивает определение номера машины, изменившей рсжим работы (удаленность оросителя); определение характера переключения; расчет удаленности дождевальной машины от входа вороситель; определение необходимостизадержки изменения установки регулятора; расчет времени задержки; управ-ление устройством 19 задержки.Система работает следующим образом.Сигналиэаторы 17 работы машиныподают сигнал об изменении (началеили прекращении) водопотребления воросителе 6 на сумматор 18 немедленно после этого изменения, а не черезвремя добегания возмущения от створамашины 8 до входа в ороситель С пооросительному каналу 6, которое помере удаления машины 8 от распределительного канала 4 может достигать значительных величин. Одновременно этотже сигнал подается на дешифратор 21,с помощью которого определяется номер машины, изменившей свой режимработы.На выходе сумматора 18 формируетсясигнал, пропорциональный изменениюпотребления воды системой, однакона вход датчика 20 он поступает несразу, а после его анализа счетнологическим устройством 22, управляю-,щим устройством 19 задержки.Необходимость задержки подачи сигнала с сумматора 18 на задатчик 20вызвана тем, что при условии увеличения водоподачи в систему, и в случае когда время добегания от источника орошения до входа ороситель,на котором произошло включение машины С , меньше времени добегания отствора машины до входа в оросительнаблюдаются сбросы воды через04 5 13198 стабилизатор 5 уровня, так как возмущающее воздействие к этому времени еще не дошло от створа машины до вхоьда в ороситель. Очевидно, что для обеспечения минимальных сбросов воды при условии максимального быстродействия системы должно выполняться условие одновременного добегания возмущающих воздействий от источника 1 орошения и створа машины 8 до входа в ороситель 6.Условие одновременного добегания возмущающих воздействий от источника 1 и створа ДМ до входа в ороси- тель 6 достигается следующим образом. 15 Счетно-логическое устройство 22 на основе информации от датчика 23 положения, изменившей режим работы ДМ, рассчитывает время, в течение которого возмущающее воздействие доходит от створа этой ДМ до входа в ороси- тель. Далее на основе информации от дешифратора оно определяет номер этой ДМ (т.е, Фактически номер оросителя, а следовательно, его удаленность 25 от источника 1 орошения)и рассчитывает время, которое необходимо для добегания измененного расхода от источника 1 орошения до входа в ороси- тель. В тех случаях, когда это время 30 меньше, чем время добегания возмущающего воздействия от ДМ до входа в ороситель, производится задержка изменения расхода, равная разнице этих вре" мен. Очевидно, что в,тех случаях, когда оно больше, необходимо производить управление изменения подачи расхода из источника 1 орошения. В этих случаях изменение расхода производится просто без задержки. Задержка ан нулируется в тех случаях, когда происходит отключение машины, так как она в этом случае не имеет смысла.Однако даже в этих случаях система остается эффективнои за счет того, что сигнализаторы работы ДМ установлены не,на входах в оросители, а на самих ДМ, таккак реакция системы на изменение водопотребления в ней в этом случае выше на величину времени 50 добегания возмущения от створа ДМ до входа в ороситель.Работоспособность оросителей 7 в течение того небольшого времени, которое необходимо для подачи воды из бассейна О на их входы, может быть обеспечено за счет полного использования объемов воды, накопленных в оро".нтельном канале 4 перед этими нижележащими оросителями, поскольку они невлияют на работоспособность нижележащих бьефов (которых попросту нет). Таким образом, поскольку время добегания от створа машины 8 до входа в ороситель 6 является функцией ее удаленности от него, а время добегання отисточника 1 орошения до входа в ороситель 6 г. - функцией удаленностиданного оросителя от источника орошения (номера машины), то счетно-логическое устройство 22, получив от дешифратора 21 информацию о номере включившейся машины 8 (номере оросителя),а от датчиков 23 положения машины -о ее удаленности от входа в ороситель, вычисляет задержку 1, необходимую для обеспечения условия одновременного добегания возмущающих воздействий от источника 1 и створа машины 8 до входа в ороситель Т,=, -с.По истечении времени задержки Тэ счетно-логическое устройство 22 разрешает прохождение сигнала с сумматора 18 через устройство 19 задержки на вход задатчика 20, в результате чего регулятор 2 водоподачи перестраивается на подачу нужного системе количества воды. Время регулирования Т при этом определяется временем добегания возмущающего воздействия от створа машины до входа в ороситель, Для осуществления этих операций счетно-логическое устройство 22 осуществляет следующие действия.Процессор 45 запрашивает информацию с дешифратора 21 о номере машины, изменившей режим своей работы, определяет по нему номер оросителя, в котором это событие произошло. Одновременно с этим процессором 45 анализируется характер этого изменения (вклю" чение или отключение) по информации, поступающей с выхода сумматора 18, и считывается информация об удаленности машины от входа в ороситель с датчика 23 положения машины. После этого процессор 45 производит обработку этой информации с целью определения целесообразности изменения уставки регулятора с задержкой Т . или без нее. В тех случаях, когда задержка не нужна, процессор 45 выдает через интерфейсный блок 44 команду разрешения изменения уставки на блок 19 задержки немедленно, Когда задержка нужна, процессор 45 рассчитывает7 131980 Датчик 15 расхода на водосбросе 9 через блок 12 управления производит управление логическим блоком 3 и насосной установкой 11, Отклонение уровня воды в бассейне 10 фиксируется с помощью датчиков 13, 14 уровня .и через блок управления подается на сумматор 18 и дешифратор 21. Обработка полученной таким образом счетно- логическим устройством информации производится так же, как и для промежуточных оросителей 6. Изменение состояния работы машины (включение-отключение) фиксируется с помощью сигнализатора 17 работы машины, в простейшем случае выполненного в виде лопатки с замыкающимися контактами, установленной в водозаборном трубоее численное значение, выдерживает равную ей паузу, после чего выдает разрешение на прохождение сигнала изменения уставки регулятора через устройство 19 задержки. Аналогичным образом обрабатывается и информация, поступающая с блока 12 управления. Блок 12 управления в свою очередь, осуществляет следующие действия. Перед началом работы системы 36 и 37 10 задатчика задаются минимально и максимально допустимые уровни воды в бассейне 10. При достижении уровня воды в бассейне ниже (вьппе) заданного срабатывает компаратор 3 минимального 15 (максимального) уровня, Триггерное устройство 40 при этом перебрасываетсн в состояние логической единицы (нуля), которая поступает на вход сумматора 18 и означает необходимость 20 увеличения (уменьшения) подачи воды в систему.Одновременно с таким регулированием воды в бассейне регулируется и расход воды на водосбросе. Наличие не производительных сбросов на нем фиксируется датчиком 15 расхода воды и информация о необходимости увеличения (или уменьшения) задания регулятору 2 водоподачи через устройство сопряже ния подается на логический блок 3.Управление насосной установкой осуществляется так.Изменения водопотребления в последнем оросителе регистрируется сигнализатором 16 работы машины в последнем оросителе 6 и через схему ИЛИ 42 подается команда на блок 43 управления насосной установкои, Срабатывание хотя бы одного из сигнализа"40 торов 16 работы машины соответствует уровню логической единицы на выходе схемы ИЛИ 42, т.е. означает включение насосной установки. Работа насосной установки 11 разрешается только при отсутствии расхода, поступающего в бассейн 10 и фиксируемого, датчиком 15 расхода. Это означает, что через время добегания измененного расхода от головного водозабора до входов в оросители 7, насосная установка отключается (так как появляется излишний расход в бассейн 10) и подача воды в них осуществляется не иэ бассейна 10, а из распределительного канала 4.В тех случаях когда еерьсо, аор У также при условии уменьшения водоподачи в систему счетно-логическое уст 4 8ройство 22 выдает немедленное разрешение на прохождение сигнала с выхода сумматора 18 через устройство 19 задержки на эадатчик 20 регулятора 2 водоподачи. Время задержки Т при этом фактически равно нулю, а время регулирования Тр определяется только временем добегания измененного расхода от источника орошения до входа в ороситель, Поскольку время добегания от источника 1 орошения до последних оросителей 7, как правило, больше максимального времени добегания от створа машины до входа в ороситель и значительно больше времени, затрачи" ваемого на перекачивание воды насосной гстановкой 11 из резервного бассейна 10 в оросители 7, то сигнализаторы 16 работы машины установлены на входах этих оросителей.Изменение состояния машины на оросителях 7 через время добегания возмущающего воздействия С, фиксируется сигналиэаторами 7, и через блок 12 управления передается команда насосной установке (включение и отключение) на отработку этого возмущения. Время регулирования при этом определяется временем добегания возмущающего воздействия от створа машины до входа в ороситель Т, . Установка сигнализаторов расхода на машине в данном случае является нецелесообразной, так как включение насосной установ- ки 11 непосредственно после включения дождевальной машины 8 приводит к бесполезному перекачиванию объемов воды до момента возмущающего воздействия от створа машины к входу в ороситель, т.е. в течение времени9 13198проводе машины, и преобразуетс,я преобразователем 30 в электрический сигнал, Для определения машины, на которой произопио изменение состояния,этот. сигнал шифруется шифратором 31и через патограф 32 и направляющийтрос системы стабилизации машины пе-.редается на сумматор 18 и дешифратор 21, Положение машины относительновхода в ороситель определяется как 10величина. сопротивления переменногорезистора 33, Перемещение машины через тросик 35 приводит к поворотурезистора 33, т.е, изменению его сопРотивления, пропорциональному величине этого перемещения.Таким образом, изобретение обеспечивает значительное повышение быстродействия системы, решая одновременнозадачи снижения объемов транзитной и 20повторно используемой воды, уменьшенияобъемов регулирования в распределитель-.ных каналах, оросителях и резервных бас.сейнах,Экономия воды при использовании 25предлагаемой оросительной системысоставляет 15"20% от общего поступления, что позволяет оросить дополнительную площадь при использовании10 машин в размере 250-300 га. ЗО Формула изобретения 1. Автоматизированная оросительная система, включающая Распределительный 35 канал со стабилизаторами уровня в местах отвода в оросители с дождевальными машинами, источник орошения с регулятором водоподачи, снабженный 04 1 Ологическим блоком, водосброс в конце распределительного канала в резервный бассейн с насосной установкой, снабженной блоком управления, подключенным входами к датчику уровня в бассейне и датчику расхода водосброса, а выходом - к логическому блоку регулятора водоподачи, сумматор и сигнализаторы работы последних оросителей, связанных с сумматором через блок управления насосной установкой, выход которой связан с последними оросителями, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью экономии поливной воды и электроэнергии путем сокращения объемов повторно используемой воды, система снабжена датчиками положения машин и сигнализагорами их работы, дешифратором, счетно-логическим устройством и устройством задержки, причем блок управления насосной установкой и сигнализаторы работы машин линиями связи подключены к дешифратору и сумыатору, датчики положения машин, дешифратор и сумматор - к счетно-логическому устройству, а устройство задержки подсоединено входом к сумматору и счетно-логическому устройству, а выходом - к регулятору водоподачи.2. Система по и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что линии связи вы" полнены в виде тросов систем стабилизации машин, изолированных от земли, сигнализаторы работы машин - в виде датчиков технологического процесса попива, преобразователя и шифратора, связанного через пантограф с направляющим тросом, а датчики положения машин - в виде переменного резистора.. 1319804Составитель Г.Параев Редактор Н,Швыдкая ТехредН,Глущенко Корректор А.Обручар Заказ 2538/1 Тираж 629 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий1 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4