Автоматизированная система микрополива

ОЮЭ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 1 33267 1)4 А 01 С 25/1 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СТВ ВТСРСКОМУ ЕТ(21) 390957 (22) 03.06. (46) 30,08. (71) Всесою тельский ин 6/30-158587, Бюл.зный н аучно-исследовамеханизации и тех" т ники полина шанский и А.10.Штейнбер ,1 (088.8)ое свидетельство СССР л. А 01 С 25/16, 1984(57) Изобрму хозяйствышение эфство нключ ТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕ скоотносится к се ь изобретения тение у. Це ектин Устройели 1 и сти поли ые испар ет но но вне еличин ус танонле в зоне пол ные соотнетст ва.нодь ител з 3 ариншей жены узвведены атор 1. хнологи- ацион 4 снаистем В89осна лами до блоки с н с нени ена т Ирри Насосна ческим анния егулнт м ОСУДАРСТ 8 ЕННЫИ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ная сеть 15 имеет водоныпуски 6.Датчик эффективной суточной температуры7 с сумматором 18 совмещен с блокомнелинейности 19, Контроль расхода всистеме осуществляет датчик расхода14Пусковое устройство 10 связанос блоком программного управления(БПУ) 12. По разностному сигналу блока сравнения 8, просуммированному всумматоре 11 с постоянным уровнемЦ , задается уставка по давлению технологического регулятора 13, Интенсивность полива линейно зависит отдавления. Начало полива определяетсяпо разностному сигналу блока сравнения 7. Сигнал блока 7 вводит в работу пусковое устройство 10 и БПУ 12.Поливная норма задается блоком 19нелинейности, Останов полива производится по достижению сигнала на выходе датчика расхода 14 уставки блока19. Разностный сигнал на выходе блока 9 блокирует БПУ и подготавливаетсистему к новому циклу работы. 12 ил.1 133Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в качестве автоматизированной системы капельного орошения.Цель изобретения - повышение эффективности полина.На фиг 1 приведены соотношения глубины и радиуса эоны увлажнения для различных интенсивностей водоподачи на фиг. 2 - конфигурации зон увлажнения при различных интенсивностях и объемах водоподачи; на фиг,З соотношения радиуса эоны увлажнения и объема водоподачи для различных интенсивностей; на фиг. 4 - изменение относительного водопотребле- ния растения в течение вегетационного периода; на фиг. 5 - связь эвапотранспирации с относительным значением водопотребления; на фиг, 6 связь эвапотранспирации с радиусом зоны увлажнения; на фиг. 7 - связь радиуса зоны увлажнения с относительным водопотреблением; на фиг. 8 блок-схема системы микрополива; на фиг.9 - характеристика производительности водовыпусков (где ф - диа- метр сечения водовыпуска Ь - давление в метрах водного столба); на фиг, 10 - графики испарения с водного испарителя Е, поливных норм ш средней влажности И интенсивности испарения Р в зависимости от времени С; на фиг,11 - выходной сигнал сумматора 11; на фиг. 12 - схема измерителя испарившейся воды.Конфигурация зоны увлажнения при ммкрополиве может быть выражена глубиной фронта увлажнения Н и его радиусом Ь.Соотношения величин н и зависят как от почвенных характеристик, так и от интенсивности водоподачи (фиг.1), Это означает, что при одинаковых объемах водоподачи конфигурации зоны увлажнения будет существенно разной для разных величин интенсивности водоподачи (фиг.2) .Конфигурацию зоны увлажнения можно определить. Исходя из потребностей растения в воде в текущей фазе его вегетационного развития в соответствии с развитием его корневойсистемы и кроны. Водопотребление растения в течение вегетационного периода меняется, проходя через максимум (фиг,4), На фиг, 4 в качестве меры отсчета вегетационного периода принята сумма эф 32672фективных температур Т широко применяемая в агрономической практике,Базовой величиной для нахождения отЕр5 носительной величины= . явля 1.ется испаряемость Е, где Е - величина эвапотранспирации. Такой ходкривой водопотребления на 80-907. оп 1 О ределяется развитием кроны дерева,точнее размерами и состоянием листьеви корневой системы (фиг.5),Как следует из фиг.4 и 5, водопотребление рас.тения в разные фазы веге 15 тационного периода разное, изменяясьпримерно в 3-4 раза. На фиг.6 показана потребность в зоне увлажнениякорневой системы цля обеспечения заданного водопотребления. По кривым20 фиг. 4 и 5, исключив эвапотранспирацию Ег построим зависимость радиусазоны увлажнения.К от величины(фиг,7) . Поэтому очень важно передполивом предварительно изучить харак 25 теристнки почвы и орошаемой культурыи построить графические зависимости,С помощью графиков-зависимостей на:фиг. 1-7 можно определить радиус зоны полива, объем водоподачи и время30 полива,Определение данных величин производится в следующей последовательности: по текущей фазе вегетационного периода развития растения опредеЗ 5 ляют относительное значение водопотребления(фиг 1 ); по значениюопределяют радиус зоны увлажнения К(фиг.7); задают глубину увлажненияН, например, исходя из развития кор 40 невой системы дерева; по заданнойконфигурации зоны увлажнения Я иН)находят по кривой фиг. интенсивность водоподачи о обеспечивающуютакую конфигурацию; по определенным45 радиусу эоны увлажнения и интенсивности водоподачинаходят объем водоподачи С (фиг,З); время полинанаходят как частное фц = ТАвтоматизированная оросительная5 О система содержит первый 1 и второй 2водные испарители соответственно сизмерителями величины испарившейсяводы 3 и 4 и узлами дслива 5 и 6,первый 7, второй 8 и третий 9 блоки55 сравнения, пусковое устройство 1 О,сумматор 11, блок 12 программногоуправления, на.сосную станцию с технологическим регулятором 13, датчик14 расхода, ирригационную сеть 15 из 133 водовыпуска 16, датчик 17 эффективной суточной температуры с сумматором 18, блок 19 нелинейности (фиг.8)Водные испарители 1 и 2 выполнены с ограничителями уровней в виде слив. ных щелей, а в качестве измерителей величины испарившейся воды 3 и 4 применены тензодатчики с усилителями, преобразующими уровни воды в вес, а затем в аналоговый электрический сигнал . Измерители испарившейся воды 3 и 4 выполнены по одинаковой схеме.Измеритель состоит из бака-испарителя 20 со сливным отверстием 21, установленного на двух пассивных опорах 22 и активной 23, оказывающей давление на тензодатчик 24. Возбуждение тензодатчика осуществляется от блока 25 питания, а измерение его сопротивления - схемой 26 и усилителем 27. Выходной сигнал усилителя подается на блок 28, где хранится первоначально значение уровня и происходит получение. разностного сигнала, пропорционального измерению уровней (испарению), Долив осуществляется по трубопроводу 29.Измерители 3 и 4 дают разные показатели, из-за, того, что один из них затенен. Степень затененности зависит от размера кроны, следовательно, она меняется в течение вегетационного периода: практически отсутствует в начале сезона, становится максимальной в середине и уменьшается в конце, У другого испарителя, установленного вне эоны полива, испарение будет определяться только климатическими параметрами, Поэтому разность показаний измерителей 3 и 4 принята пропорциональной требуемому водопотреблению растения, а следовательно, и радиусу зоны увлажнения.Постоянный сигнал Б добавляется к разностному для того, чтобы в начале и конце сезона, когда разностный сигнал равен О, мог осуществляться полив с определенной интенсивностью, соответствующей первоначальной величине влагозапасов или требуемой величине влагозарядки. 326755 Входы первого блока 7 сравнения связаны с выходами измерителя 3 и уставки П , а выход его соединен с01 фвходом пускового устройства 10, подключенного к входу блока 12 програм много управления. Датчик температуры устанавливается на открытой площадке. Это может быть либо терморезистор, либо - термометр электрический транзисторный332 б 7 где 20 дня.Коэффициенты Я определены для регионов страны в зависимости от календаря. Эти зависимости в виде таблицы занесены в память микропроцессо ра, Таким образом датчик эффективных температур выполнен на базе датчика температуры и Микропроцессорного устройства,Ежедневно данные об эффективной 30 температуре заносятся в специально выделенный регистр памяти микропроцессорного устройства, суммируясь (накапливаясь там) на протяжении вегетационного сезона. Сам процесс 35 суммирования выполняется программными средствами. Таким образом сумматоры являются. специфическими средствами вычислительной техники и взаимодействуют с датчиком эффективных температур посредством соответствующих интерфейсов. 5 13 ГЭТ"2В микропроцессорном устройстве имеется программа опроса датчика через определенные интервалы времени (приняты 30 мин). По этим измерениям определяется средняя суточная температура к-оЛгде . - температура текущего изме 1рения;п - количество измерений засутки(процедура отбраковки погрешностейизмерения здесь не рассматривается) .Далее, в этом же микропроцессорномустройстве определяется эффективнаятемпература Т = С ББ - является функцией светового С регистра памяти, в котором хранится сумма эффективных температур, данные поступают в процессор, а затем устройство вывода, В процессоре происходит преобразование величины суммы эффективных температур путем умножения этой величины на специально рассчитанные коэффициенты, заложенные в память процессора (с этой целью кривая фиг,4 предварительно представляется кусочно аппроксимирующей) .Блок 19 нелинейности представляет собой совокупность ячейки памяти, процессора и устройства вывода, связанных между собой соответствующими техническими и программными интерфейсами,Система содержит микропроцессорное устроиство с функциями программатора. Устройства имеют элементы ввода и вывода .цифровых и аналоговыхсигналов и перепрограммируемый процессор, .Блок программного управления 12 выполнен на таком программаторе, Он имеет два входа и три выхода, Программа блока 12 (программатора) запускается по первому входудискретным сигналов пускового уст ройства 1 О. При этом дискретнымисигналами с выхода 12 включаетсянасосная станция 13, обнуляются показания датчика 14 и блокируетсяработа блока 1 О. Далее блок 12 переходит в режим ожидания. При появлении нулевого сигнала на втором входе 12 программа обрабатывает егоследующим образом: снимается разрешающий сигнал с включения оборудования насосной станции и деблокируется блок 1 О.Система работает следующим образом.При настройке системы задаютпредполивной порог влажности и определяют максимальный объем водоподачи (максимальную поливную норму) втечение вегетационного периодатпользуясь уравнением водногомакс фбаланса и кривой 4 дляУмакс1 Н(11 и ) П где- объемный вес почвогрунта;Ун - уровень влажности, равный40 НВ;И, - предполивной уровень влажности, доли НВ;р - влажность почвогрунта, соответствуюшая его НВ, 7. веса45 почвы;2 - относительное значение радиуса зоны увлажнения,определенное как К(7 =смаке )К50где К - радиус зоны площади питаниядерева,По величине гп, выставляют уровень испарения в первом испарителе55 Н. Настраивают нелинейный блок 19в. соответствии с кривой фиг.4 так,чтобы в точке Т, при : 1 , на еговыходе был сигнал, пропорциональныйштогда при любых других 1. нели33267 8.мы зависит от интенсивности испарения р и произойдет в момент 1, когда уровень воды в испарителе 1 вновьопустится до граничного значения,.а 5влагозапасы в почве достигнут предполивного значения У . Цикл работысистемы повторится, но уже с новымизначениями параметров конфигурациизоны увлажнения, поливной нормы ши интенсивности водоподачи,Система позволяет с помощью регулятора гидромелиоративной системы выработать в ходе самого процесса по лина воздействия по двум каналамобъему и интенсивности водоподачи.Это приводит к повышению эффективности орошения, выражающейся в болеерациональном использовании ороситель О ной воды в соответствии с потребнос -тями растения и ее экономии (за счетисключения излишнего испарения и глубиной инФильтрации), а также в создании более благоприятных условий для 25 развития корневой системы дерева. 13 нейный блок 19 будет задавать уставку поливной нормы К=тп в соответствии с потребностями растения и конфигурации зоны увлажнения, последняя также определяется текущими значениямис помощью двух испарителей 1 и 2, первый из которых устанавливается вне зоны полива, а второй непосредственно под деревом, так, чтобы развивающаяся крона дерева затеняла поверхность испарения и уменьшила интенсивность испарения, Таким образом разностный сигнал блока 8 с добавлением постоянного сигнала Н, будет пропорционален радиусу эоны увлажнения К. Коэффициент усиления регулятора 13 и характеристики водовыпусков 16 подбираются так, чтобы в реФзультате реализовалась необходимая интенсивность водоподачи в зависимости от задания конфигурации зоны увлажнения.В момент С, (фиг,10) снижения уровня воды в испарителе 1 до уровня, определенного уставкой Н,на выходе блока 1 появляется сигнал, запускающий пусковое устройство 10, которое включает в работу блок 12 управления, который блокирует дальнейшую работу блока 10 до окончания полива (фиг.8 пунктирная линия).Блок 12 включает насосную станцию 13 и сеть 15 на полив. Интенсивность полива задается установкой Н, пропорциональной разности уровней в испарителях 1 и 2. Поскольку во время полива идет долив обеих испарителей,сигнал на выходе 8 будет иметь вид, по-казанный на фиг,1, обеспечивая не только средние значения интенсивности полива (Н Н , Н), но и изменение его во времейи (Н 1, Н, Н) в соответствии с впитывающей способностью почвы.Объем водоподачи, а следовательно, и длительность полива, задается сигналом блока 19, как только расходомером 14 будет отмерен этот объем (фиг.10 ) через блок 9 следует команда на блокировку блока 12, который сбрасывает показания расходомера 14 и деблокирует устройство 10.Интенсивность долива воды в испарителии 2 выбрана такой, чтобы к этому моменту их уровни были предельными (что ограничивается сливными щелями). Система готова к новому циклу работы. Очередной запуск систеФорм улаАвтоматизированная система микрополива, содержащая установленный вне зоны полива первый водный испаритель ЗО с измерителем величины испарившейсяводы и узлом долива, первый блок сравнения, пусковое устройство, блок программного управления, датчик суммарной эффективности температуры с З 5 нелинейным блоком, насосную станциюс технологическим регулятором и датчиком расхода, ирригационную сеть и водовыпуски, о т л и ч а ю щ а я ,с я тем, что, с целью повьппения эф Фективности полива, система дополнительно .включает второй, установленный в зоне полива водный испаритель :с измерителем величины испарившейся воды и узлом долива, второй и третий 45 блоки сравнения и сумматор, причемвходы второго блока сравнения соединены с выходами измерителей величины испарившейся воды первого и второ го водных испарителей, а выход второ О го блока сравнения связан с входомсумматора, подключенного к управляющему входу технологического регулятора, входы третьего блока сравнения связаны с выходами датчика расхода 55 и нелинейного блока датчика суммарной эффективной температуры, а выход третьего блока сравнения подсоединен к блокировочному входу блока программного управления. изобретения. Техред Л.Сердюкова ректор А.Тяско едактор М.То Подписно аказ 3854 1 тии 5Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,Тираж 627 НИИПИ Государственного комите по делам изобретений и отк 3035, Москва, Ж, Раушская