Автоматизированная система орошения

.И Бодырева,альчик эиро ляе 8)етельство ССС 0 25/6, 198 ентСОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИСАНИЕ(71) Грозненское нвенное объединение(57) Изобретение относится к мнизации и автоматизации орошенскохозяйственных культур и можбыть использовано для автомативанного капельного полива в гоусловиях, Целью изобретения явся упрощение системы орошениявышение надежности ее работы вных условиях, Система включает1423068 ральное устройство управления 1, соединенное своими входами с датчиками 2 агрометеостанции. Другими своими входами центральное устройствоуправления 1 через аналоговые электропневмопреобразователи 3 и линиисвязи 4 соединена с входами местных устройств контроля н управления 5. Второй вход последних соеди"нен с полевым датчиком 6, а выходы -с исполнительними механизмами 8 подачи воды на поливной участок отподводящего трубопровода 9 и черезсоответствуюший аналоговый пневмоэлектропреобразователь 3 -. ц центральным устройством управления 1Изобретение относится к орошаемому земледелию и может бытьиспользовано для автоматическогокапельного полива сельскохозяйст-.венных культур в горвье условияхЦелью изобретения является упрощение системы и повышение надежности ее работы в горных условиях.На фиг. 1 показана схема автоматизированной системы орошения; на К Фиг. 2 - связь центрального устройства управления с исполнительными механизмами; на фиг. 3 - схема пневматического порогового устройства.Система включает центральное уст ройство 1 управления, соединенное своими входами с датчиками 2 агрометеостанции. Другими входами центральное устройств управления через аналоговые пневмоэлектропреоб разователи 3 и линии 4 связи соединено с местными устройствами 5 контроля и управдения,Вход каждого местного устройства 5 контроля и управления соединен с полевым датчиком 6 расхода воды на поливной участок 7. Один из выходов каждого местного устройства 5 контроля и управления соедийен с исполнительным механизмом 8, а дру гой - через соответствующий аналоговый пневмоэлектропреобразователь 3 с центральным устройством 1 управлеВода для полина передается по трубопроводу 9 через исполнительныемеханизмы 10 поливных блоков, выходы центрального устройства управления 1 соединены через электропневмопреобразователи дискретногодействия 11 с исполнительными механизмами, 10 блоков полива и местными устройствами контроля и управления 5, Иестное устройство контроляи управления 5 включает в себя пороговое устройство, подключенноесвоим входом к полевому датчику 6,а выходом - к исполнительному механизму 8 подачи воды на поливнойучасток. 1 "-.и. ф-лы, 3 ид. ния. Вода ддя полива подается по трубопроводу 9 через исполнительные механизм 10 группы поливных участков (блоков), Каждый поливной блок включает 3- поливных участков 7, поливная вода на которые подается исполнительными механизмами 8, Выходы центрального устройства 1 управления соединены через электропневмопреобразователи 11 дискретного действия с исподйительными механизмами 10 блоков полива и местными устройствами 5 контроля и управления.Местное устройство 5 контроля и управления (Фиг. 2) включает в себя пневматическое пороговое устройство 12, подключенное входом к полевому датчику 6 расхода воды на поливной участок 7. Выход порогового устройства 12 соединен с исполнительным механизмом 8 подачи воды на поливной участок 7. Пороговое устройство 12 включает два пневматических реле первое из которых (13) подсоединено к датчику 6 расхода поливной воды через обратный клапан 14. Выход пневматического реле 13 является входом пневматического реле 15. Выход реле 15 соединен с исподнительньв механизмом 8 подачи воды на поливной участок 7, Выход обратного клапана 14 соединен также с центральным устройством 1 управления через1423068 линию 4 связи и пневмоэлектропреобразователи 3 и 11, В третью, начиная сверху, (глухую) камеру реле 13 заводится сигнал от пневмокнопки 16,В качестве центрального устройства управления может быть использован микропроцессорный комплекс Климат- микро". В качестве датчиков 2 агро- метеостанции использованы осадкомер 1 О два датчика температуры (термометры сопротивления с преобразователями) и датчик испарения с водной поверхности, изготовленный на базе про.мьпвленного датчика ГГИ. КомплексКлимат-микро может управлять орошением, например, по критерию дефицита а влагозапасов, которые рассчитываются следующим образом. Каждый сорт растений имеет свои, 2 О оптимальные только для него, условия произрастания, которые зависят от состава почвы, влажности, наличия удобрений и т,п. Влажность почвы можно характеризовать количеством влаги на 1 га или на блоке. Расчет количества влаги производится термостатно-весовым методом, при которомберут пробы почвы до определенной глубины через каждый 15-20 см, по- ЗО том рассчитывают количество воды (т) на 1 га, 1 блок. В данном случае такой расчет производят при запуске системы управления (определяют начальные условия), 35 40 45 Кроме элементов 16 (пневмокнопка) .13 и 15 (пневмореле ПР 3) устройство включает в себя источник сжатого воздуха с редуктором и фильтром, мало 50 55 Цель управления состоит в поддержании оптимального количества влаги в течение всего вегетационного периода, Для этого производят расчет потребляемой за сутки влаги (растение, испарение с поверхности и т.д.) и внесенной (осадки)Дефицит влагозапасов блока - это количество воды, которое необходимо дополнить блоку до оптимального. После подсчета баланса потребленного и внесенного количества разность прибавляется или отнимается от имеющегося (текущего), Если появился дефицит, необходимо исключить его с помощью полива, Длительность полива рассчитывается деле.нем дефицита на суммарный расход капельниц - водовыпусков. Если количество блоков более 1, то дополнительно проводится ранжировка дефицитов блоков и решается задача обеспечения оптимального полива при ограниченилх на производительностЬ насосной станции. ее простои, сорт насаждений и т.п. Все эти расчеты реализует центральное микропроцессорное устройство 1, которое формирует управляющиевоздействия на исполнительные механизмы 10 групп участков полива (блоков).В качестве пневмоэлектропреобраэователей 3 аналогового действия могут быть использованы преобразователи типа ПЭМ, линии 4 связи - полиэтиленовые трубки (6-8) 1 мм. В качестве местных устройств 5 контроля и управления использованы пнев-, матические устройства Склон".В предлагаемой системе преобразователи 3 - пневмоэлектролреобразователи аналоговые типа давление ток (т.е. Р(Т) 0,2-1,0 кГс/см 0-5 мА, ПЭ 55 М). Преобразователи 11 - электропневмопреобразователи дискретного действия (П 1 ПР.5). На. Фиг.1 и 2 преобразователи 3 и 11 обозначены одним и тем же символом, но характер преобразования обозначен входными и выходными стрелками.Местные устройства 5 контроля и управления в автоматизированной системе выполняют следующие Функции - контроль расходаполивной воды, выработка и запоминание управляющего воздействия на закрытие исполнительного механизма 8 полива, от сигнала полевого датчика 6 расхода воды, прием, обработка и выработка управляющего сигнала на закрытие исполнительного механизма 8 от центрального микропроцессорного устройства 1 управления, защита полевого датчика 6 расхода воды от управляющего сигнала центрального микропроцессорного.устройства 1. габаритные манометры на входе и выходе для контроля давлений и работоспособности, обратный клапан 14 монтажную плату для крепления элементов, коммутации входных и выходных линий и Футляр, с помощью которого происходит защита конструкцииот влияния внешних воздействий,а также крепление к исполнительномумеханизму.В качестВ 8 полевых Датчиков 6 ".Всхода воды использованы комплекты дия 4 рагма -дифманометр спневматическим выходом (ДКН с 13 ДЦПСТ 2). В качестве поливных участков 7 использовано оборудование капельного орошения виноградника. В качестве исполнительных механизмов 8 и 1 О использованы серийно Выпускаемые 0 пнеВмоприВОды дискретнОго действия Трубопровод 9 - магистральный трубопровод асбоцементный :ги полиэтиленовый диаметром 200-300 мм, В качест-" ве электропневмопреобразавателей 11 5 дискретного действия использованы преобразователи П 1 ПР,5, В качествпневмореле 13 и 15 использованы серийно выпускаемые П 1 РЗ, В качестве обратного клапана использован клапан ПЗОК,1, В качестве пневмокнопки использована кнопка П 1 КН,З.Обратнья клапан 14 рассчитан на срабатывание при перепаде давлений;35 в 0,05 кгс/см. При этом максюальный сигнал управления от центрального микропроцессорного устройства составляет 1,4-0,14 кгс/см, а максимальный сигнал от полевого датчика 6 расхода поливнои воды не более 1,1 кгс/смаАвтоматизированная система орошения работает следуюгби сбразом.В нормальном режиме. (оункционирования полив осуществляется поблочно 35 выработкой управляющих сигналов центральчым устрОЙством 1 управления, Исходной инфоомяцией для Определения сроков и длительн;,стн поливов является информация,. снимаемая От датчиков ягрометеостянции Ня бор ДЯтчиков агромет 8 остЯнции заВИ- сит От ВыбраннОго метода Определения срокв и Длиелности поливов, В данном случае использован известньй 45 метод измерения иснаряемости с воднбй поверхности. При этом методе используются .датчики температуры;воздуха, испаряемости с водной поверхности, датчики Влажности пОчВы ОсадкОмер Эта информация вводигся через элементы связи с объектом в центральное устроиство управления которое обрабатывает информацию с целью определения сроков и продолжительности поливов по дефицитам влагозапасов на каждом блоке, При;необходимости поддержания оптимальных влагозапасовкаждого блока, выбирается номер блока.наиболее нуждающегося в поливе, ивырабатывается управляющее воздействие на исполнительный механизм 10конкретного блока. Так как исполнительные механизмы 10 блоков пневматического действия, а центральное.устройство управления Вырабатываетуг;.равляющий сигнал электрическик,то для согласования видов энергиииспользван электропневмопреобразователь 11 дискретного действия.В нормальном режиме функционирования исполнительные механизмы 8подачи воды на полив участки 7 Открыты 9 то позволя т поливать ОДБОвременно все поливные участки 7 одного блока.Если 8 качестве водовыпусков использованы капельницы (для горныхусловий наиболее приемлемый вид орошения кяпельнае, а конструкциякапельницы обладает свойством поддержания постоянного расхода при изменении давления (естественно, еслиони годные), то расход воды на блокВеличина постоянная (2-3%). При включении полива расход достигает 100%своего паспортного и несколько превышает его за счет неодновременностисрабатывания капельниц,Такие переходные режимы учтеныподсоединением к полевому датчику 6.расхода поливной воды линий связибольшой емкости с центральным микропроцессорным устройством, которыесглаживают пики давления воздуха.Если давление воздуха 1,0 кгс/см2превышает 30-35 с, срабатывает пороговое устройство 12 и выключает полив. Если это не происходит,ценгральное микропроцессорное устройство, анализируя ситуацию, самоподает в линию связи командный сигнал 1,4-0,14 кгс/см . Если послеснятия этого командного сигнала расход воды на участок 7 не упадет до"О", формируется управляющий сигнална закрытие исполнительного механизма 10 соответствующего блока дляаварийного окончания полива. Водадля полива доставляется на орошаемые участки по магистральному трубопроводу 9, Контроль за поступлением (расходом) Воды на каждый изорошаемых .участков блока осуществляется датчиками 6 расхода воды, смон 1423068тированными на трубопроводах подачиводы на участки 7 блока, Сигналы,снимаемые с датчиков 6 расхода воды,подаются через обратные клапаны 14соответствующие линии 4 связи и аналоговые пневмоэлектропреобразователи3 н центральное устройство 1 управления. Датчики 6 расхода воды наполивные участки 7 выбраны пневматического дейстния (т.е, вырабатываемый ими выходной сигнал пропорционален расходу воду и равен 0,2-1,0"10 кПа), Дальше сигналы передаютсяпо пневмотрубкам диаметром 6-8 мм.При вводе в центральное устройстно1 управления пневматические сигналыпреобразуются пневмоэлектропреобразователями 3 аналогового, действия, преобразующими пневматические сигналы 200,2-1,010 кПа в электрические токовые 0-5 мА, которые и заводятся вцентральное устройство 1 управления.Центральное устройство 1 управления сравнивает текущее значение расхода поливной воды на каждом изучастков 7 блока с нормами технологического регламента. Если отклоненийнет, полив продолжается до окончания расчетного времени полива блока, 30после чего центральное устройство 1управления вырабатывает сигнал окончания полива, т.е. снимается командный сигнал с исполнительного механизма 10 полива, блока. Полив выбранногоблока прекращается. При необходимо 35сти полива следующего блока центральное устройство 1 управления вырабатывает командный сигнал на открытиеисполнительного механизма 10 следующего блока. Если такой необходимостинет, полив блоков не происходит.При поливе орошаемых участков,расположенных на горных склонах, ва-жен строгий контроль параметров, характеризующих режим полива. В предлагаемой системе таким параметром .выбран расход воды на полив участка7. Контроль этого параметра ведется,одновременно двумя устройствами (этуфункцию реализует центральное устройство 1 управления в режиме централизованного контроля всех орошаемых участков 7). Функции локальгоконтроля реализуют местные устройства 5 койтроля и управления. Реакция 55этих устройств на отклонение расходаполивной воды на орошаемый участок 7различная. При уменьшении расхода поливной водь 1 центральное устройство управлечия идентифицирует это событие с забитием (засорением) капельниц-нодоныпускон, или прекращение полива по инициативе персонала, что сразу же документируется на устройстве печати, но никаких управляющих воздействий при этом центральчое у тройстнб управления не вырабатывает. Прп увеличении расхода поливной воды на орошаемый участок 7 центральное устройстйо управления вырабатывает командный сигнал на закрытие исполнительного механизма 10, т.е. прекращение полива блока. Реакция центрального устройства 1 управления поступает через 3-4 мин после появления события (изменения расхода поливной воды на участок 7). Такая задержка происходит эа счет инерционности пневматических линийсвязи. Для повышения скорости реакции на изменение события (расхода поливной воды на участок 7) использонаны местные устройства 5 контроля и управления. Свои функции местное устройство 5 контроля и управления реализует следующим образом, В нормальном состоянии исполнительный механизм 8 открыт, что позволяет производить полив участка. В случае отклонений расхода поливной годы н большую сторону, что может произойти при аварии поливной сети ,срыв капельницы нодоспуска, обрыв поливного трубопровода), датчик 6 расхода поливной воды сразу отмечает эта, Если при нормальном расходе на выходе датчика расхода поливной воды был сигнал (0,7-0,8)10 кПа, то при увеличении расхода выходной сигнал унелжится дс (0,9-0,96) 10 кПа, или станет максимальным 1 1 О кПа.2 Это изменение (0,2-1,0 кгс/см ) подается через обратный клапан 14 в нижнюю камеру пненмореле 13 (там, где расположена пружина подпора). За счет пружины мембранный блок в это время находится в поднятом состоянии и закрывает верхнее сопло (куда сверху подается давление питания). При повышении давления н нижней (четвертой) камере воздух поступает во вторую и первую камеры. Площадь мембраны второй камеры такова, что позволяет передвинуть мембранныйблок вниз, преодолевая сдерживающееусилие пружины четвертой камеры.При таком передвижении мембранногоблока вниз освобождается (открывается) сопло верхней камеры и закрывается сопло четвертой камеры. Давление питания через сопла первойкамеры подается во вторую камеру идополняет усилие по передвижже мембранного блока вниз. В этом положении реле 13 "запоминает" свое состояние, т.е. прн последующих измененияхдавления полевого датчика 6 пневмореле не изменит своего состояния, 5так как перекрыто сопла четвертой камеры,В исходном состоянии мембранвьпблок реле 15 находится также в поднятом состоянии,При повьппении давления от пневмореле 13 повьппается давление во второй камере пневмореле15. Мембранный блок пневмореле перемещается вниз, закрывая сброс воздуха в атмосферу через сопло четвертой 25камеры и открывая сопло подачи сжатого воздуха на исполнительный механизм 8 фПолин аварийного участка 7 прекращается, Пневмореле 15 необходимо для 3 Оразвязки цепей контроля и управления, а также для улучшения релейнойхарактеристики устройства.Расход воды на участок 7 становит.ся равным кулю, что вызывает уменьшение выходного сигнала датчика расхода6 поливной воды до О,2110 кПа, нопороговое устройство 12 запоминает пре, дыдущее (аварийное ) состояние участкаи не открывает иеполнительный механизм 8 подачи поливной воды на участок 7,Время выработки управляющего сигнала местным устройстьом контроля и45 управления составляет 2 О-ЗО с, что сделано дпя исключения ложных срабатываний датчика 6 расхода воды на участок 7. Такая задержка реализо" вана подключением ликии 4 связи с5 О центральным устройством 1 управления к выходу обратного клапана 14, Подключение сглаживает резкие изменения давления от датчика 6 расхода воды в пускоостановочных режимах полива всего блока в целом. 5Так как идентиФицировать аварийную ситуацию на отключенном участке 7 практически невозможно, а тем более устранить аварию дистанционно, то включение полива участка 7 от центрального устройства 1 не предусмотрено. Для проведения этих операций необходимо присутствие оперативного персонала, который по месту идентифицирует сложившуюся аварийную ситуацию и дает указания об устранении ее ремонтным персоналом. По окончании ремонта необходимо деблокировать полив на участке, для использования пневмокнопки 16, при нажатии на которую давление в третьей камере пневмореле 13 повьппается до давления питания, равного давлению во второй камере. А это значит, что усилие пружины нижней камеры уже достаточно для передвижения мембранного блока пневмореле 13 в верхнее положение, что вызывает закрытие сопла первой камеры и открытие сопла четвертой. Устройство сбрасывается в исходное состояние, Исполнительный механизм 8 открывает-ся. Линия 4 соединяет местное устройство 5 контроля и управления с центральным микропроцессорным устройством 1. Расстояние это разное для разных участков.Имеетсявоэможность выключения полива участка 7 от центрального устройства 1 управления подачей командного сигнала от него через электропневмопреобраэователь 11 дискретного действия, линии 4 связи, пороговые устройства 12. Такая подача давления на пороговое устройство 12 равносильна подаче давления от датчика 6 расхода воды на поливной участок 7, В этом случае обратный клапан 14 не позволяет пройти воздуху из. линии связи 4 к датчику 6 расхода поливной воды.Выключение полива орошаемых участков 7 от центрального устройства 1 управления необходимо для нормальных (неаварийных) ситуаций отключения еПри использовании предлагаемой системы понижается первоначальная стоимость и эксплуатационные расходы за счет упрощения устройств приема-передачи, снижается стоимость линий связи при замене электрокабельной продукции на пневмотрубки и повьппается урожайность высаженных культур за счет обеспечения оперативной локализации аварий и др.Формула изобретения1. Автоматизированная система орошения, включающая центральное устройство управленйя с подключенными к нему датчиками агрометеонараметров, подводяющий трубопровод с подключенными к нему через исполнительные механизмы водоводами для капельного орошения участков с полевыми датчи.ками технологического процесса, а : также связанные с центральным устройством управления местные устройства контроля и управления, выходы кото-,.рых подключены к исполнительным ме 15 ханизмам, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью упрощения системы и повьипения надежности ее работы в горных условиях, она онабжена источником сжатого воздуха, злектропневмопреобразователями дискретного действия, подключенными электролиниями к выходам центрального устройства управления, а пневмолиииями связи - к входам местных устройств контроля и управления, а также пневмозлектропреобразователями аналогового действия, подключенными пневмолиниями связи к выходам местных устройств"ЗО контроля и управления, а выходами к центральному устройству управления, при этом источник сжатого воздуха подключен к электропневмо- и пневмоэлектропреобразователям, н исполнительными механизмами подачи воды в группы участков, которые связаны через дополнительные электропневмопреобразователи с центральным устройством управления, причем датчики технологического процесса выполнены в виде датчиков расхода с пневматическим выходом, подключенным через обратный клапан к местным устройствам; контроля и управления, каждое иэ ко. -лторых выполнено в виДе пневматического порогового устройства, подключенного к источнику сжатого воздуха.2. Система по п, 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что пневматическое пороговое устройство выполнено в виде пневмокнонки и последовательно включенных между выходом обратного клапана, объединенным выходом электропневмопреобразователя, и пневмоприводом исполнительного механиз" ма водовода для капельного орошения, двух подпружиненных сопловых пневмореле с мембранным приводом, первое иэ которых выполнено с самоблокировкой по выходу, а второе включено между выходом первого пневмореле и пневмоприводом исполнительного механизма, причем второй вход первого пневмореле связан с пневмокнопкой.ВБИИПИ Госу по делам 13035, Москвакомитета СССРи открытий кая наб., д, 4/5