АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПОЛИВА Российский патент 1995 года по МПК A01G25/16 A01G25/02 

Изобретение относится к автоматизации оросительных систем и может быть использовано при поливе сельскохозяй- ственных культур.

Известна автоматизированная система полива, содержащая сообщенные между собой подводящий и поливной трубопроводы, установленные на подводящем трубопроводе расходомер и электроуправляемый запорный клапан, датчик скорости ветра и контроллер, включающий источник электропитания, первый двоичный сумматор, разрядные входы которого соединены с выходами расходомера и блока выработки нормы полива, а вход перенос младшего разряда связан с выходом блока сигнала логической единицы, элемент ИЛИ, два элемента И, элемент НЕ, формирователь импульсов и узел выработки паузы между поливами, содержащий испарительную емкость, сообщенную через соединительный патрубок с поливным трубопроводом, реверсивный электродвигатель, магнитоуправляемый контакт и поплавковый регулятор уровня (1).

Недостаток этой системы заключен в низкой точности определения длительности паузы между поливами, обусловленной низкой чувствительностью к ветру узла выработки паузы, входящего в систему.

Цель изобретения повышение точности определения длительности паузы между поливами.

Указанная цель достигается тем, что контроллер снабжен третьим элементом И, таймером, двоичным счетчиком импульсов, вторым двоичным сумматором, преобразователем "код Грея двоичный код", преобразователем "угол код Грея" и реверсивным усилителем мощности, а узел выработки паузы между поливами снабжен промежуточной емкостью для размещения поплавкового регулятора уровня, установленной на соединительном патрубке между поливным трубопроводом и испарительной емкостью, выполненной в виде сильфона, в верхней, неподвижно закрепленной части которого расположена ирисная диафрагма, связанная посредством червячной передачи с валом реверсивного электродвигателя, а в нижней, подвижной части размещена система постоянных магнитов, ориентированных одноименными полюсами смежных магнитов встречно и установленных на вертикальных стержнях, закрепленных на внешней поверхности дна испарительной емкости и расположенных с возможностью перемещения в направляющих, причем магнитоуправляемый контакт размещен на нижнем торце одного из вертикальных стержней, при этом выход перенос старшего разряда первого двоичного сумматора соединен с пусковым входом таймера и первым входом управления электроуправляемого запорного клапана, второй вход управления которого через магнитоуправляемый контакт подключен к источнику электропитания, а через формирователь импульсов к входу остановки таймера, причем первый выход последнего и выход датчика скорости ветра связаны с входами первого элемента И, выход которого и второй выход таймера соединены, соответственно, с счетным и обнуляющим входами двоичного счетчика импульсов, причем выходы последнего связаны с первой группой входов второго двоичного сумматора, вторая группа входов которого соединена с выходами преобразователя "код Грея двоичный код", подключенного входами к выходам преобразователя "угол код Грея", вход которого кинематически связан с валом реверсивного электродвигателя, а управляющие входы последнего через реверсивный усилитель мощности соединены с выходами второго и третьего элементов И, первые входы которых связаны с третьим выходом таймера, а вторые входы с выходом элемента ИЛИ, входами подключенного к разрядным выходам второго двоичного сумматора, выход перенос старшего разряда которого соединен с третьим входом второго элемента И и через элемент НЕ с третьим входом третьего элемента И, а вход перенос младшего разряда второго двоичного сумматора подключен к блоку сигнала логической единицы.

Представленная блок-схема автоматизированной системы полива содержит сообщенные между собой подводящий 1 и поливной 2 трубопроводы, установленные на подводящем трубопроводе 1 расходомер 3 и электроуправляемый запорный клапан 4, датчик 5 скорости ветра и контроллер 6, включающий источник электропитания 7, первый двоичный сумматор 8, разрядные входы которого соединены с выходами расходомера 3 и блока 9 выработки нормы полива, а вход 10 перенос младшего разряда связан с выходом блока 11 сигнала логической единицы, элемент ИЛИ 12, два элемента И 13, 14, элемент НЕ 5, формирователь импульсов 16 и узел 17 выработки паузы между поливами, содержащий испарительную емкость 18, сообщенную через соединительный патрубок 19 с поливным трубопроводом 2, реверсивный электродвигатель 20, магнитоуправляемый контакт 21 и поплавковый регулятор уровня 22.

Контроллер 6 снабжен третьим элементом И 23, таймером 24, двоичным счетчиком импульсов 25, вторым двоичным сумматором 26, преобразователем 27 "код Грея двоичный код", преобразователем "угол код Грея" и реверсивным усилителем мощности 29.

Узел 17 выработки паузы между поливами снабжен промежуточной емкостью 30 для размещения поплавкового регулятора уровня 22, установленной на соединительном патрубке 19 между поливным трубопроводом 2 и испарительной емкостью 18, выполненной в виде сильфона, в верхней, неподвижно закрепленной части которого расположена ирисная диафрагма 31, связанная посредством червячной передачи 32 с валом реверсивного электродвигателя 20, а в нижней подвижной части размещена система постоянных магнитов 33, ориентированных одноименными полюсами смежных магнитов встречно и установленных на вертикальных стержнях 34, закрепленных на внешней поверхности дна испарительной емкости 18 и расположенных с возможностью перемещения в направляющих 35, причем магнитоуправляемый контакт 21 размещен на нижнем торце одного из вертикальных стержней.

Выход 36 перенос старшего разряда первого двоичного сумматора 8 соединен с пусковым входом таймера 24 и первым входом управления электроуправляемого запорного клапана 4, второй вход управления которого через магнитоуправляемый контакт 21 подключен к источнику электропитания 7, а через формирователь импульсов 16 к входу остановки таймера 24, причем первый выход последнего и выход датчика 5 скорости ветра связаны с входами первого элемента И 13, выход которого и второй выход таймера 24 соединены, соответственно, с счетным и обнуляющим входами двоичного счетчика импульсов 25, причем выходы последнего связаны с первой группой входов второго двоичного сумматора 26, вторая группа входов которого соединена с выходами преобразователя 27 "код Грея двоичный код", подключенного входами к выходам преобразователя "угол код Грея", вход которого кинематически связан с валом реверсивного электродвигателя 20, а управляющие входы последнего через реверсивный усилитель мощности 29 соединены с выходами второго 14 и третьего 23 элементов И, первые входы которых связаны с третьим выходом таймера 24, а вторые входы с выходом элемента ИЛИ 12, входами подключенного к разрядным выходам второго двоичного сумматора 26, выход перенос старшего разряда которого соединен с третьим входом второго элемента И 14 и через элемент НЕ 15 с третьим входом третьего элемента И 23, а вход перенос младшего разряда второго двоичного сумматора 26 подключен к блоку 11 сигнала логической единицы.

Автоматизированная система полива работает следующим образом.

В исходном состоянии системы при включенном электропитании электроуправляемый запорный клапан 4 закрыт, а емкость 18 узла 17 выработки паузы между поливами, выполненная в виде сильфона, водой не заполнена, а ее гибкие стенки находятся в сжатом состоянии. При этом емкость 18 поддерживается в этом положении системой взаимно отталкивающихся кольцевых постоянных магнитов 33. Стержни 34, жестко связанные с дном испарительной емкости 18, тоже находятся в поднятом состоянии, поэтому магнитоуправляемый контакт (геркон) 21, закрепленный на торце одного из этих стержней и располагающийся рядом с одним из постоянных магнитов 33, замкнут.

Напряжение от источника электропитания 7 через замкнутый геркон 21 обеспечивает открытие электроуправляемого запорного клапана 4 на подводящем трубопроводе 1 и приведение через формирователь импульсов 16 таймера 24 в исходное состояние. После открытия клапана 4 начинается полив, одновременно с которым идет заполнение водой емкости 18 узла 17 выработки паузы между поливами, осуществляемое через сообщающуюся с ней промежуточную емкость 30, снабженную поплавковым регулятором уровня 22 и установленную на соединительном патрубке 19. Под действием растущего веса втекающей в емкость 18 воды происходит растяжение ее гофрированных гибких стенок и дно емкости опускается вниз, преодолевая сопротивление взаимно отталкивающихся магнитов 33. При некотором, заранее заданном объеме заполнения испарительной емкости 18 поплавковый регулятор 22 прекращает поступление воды из поливного трубопровода 2, несмотря на то, что полив еще может продолжаться.

После выдачи растениям их поливной нормы будет ликвидировано рассогласование между показаниями расходомера 3 и блока 9 выработки нормы полива. При этом на выходе 36 перенос старшего разряда первого двоичного сумматора 8 появится сигнал логической единицы, осуществляющий запуск таймера 24.

Включившись в работу, таймер 24 импульсом со своего первого выхода обнуляет счетчик импульсов 25, в который при включении электропитания могло записаться произвольное число. Затем импульсом со своего второго выхода (переход из состояния логического нуля в состояние логической единицы) таймер 24 открывает первый элемент И 13, на второй вход которого поступают импульсы в виде последовательности сигналов логической единицы с датчика 5 скорости ветра.

Положение лепестков ирисной диафрагмы 31 зависит от показаний счетчика 25 и преобразователя 27 "код Грея двоичный код", связанного через преобразователь 28 "угол код Грея" с валом электродвигателя 20. При наличии рассогласования на входах второго двоичного сумматора 26 на его разрядных выходах и входах элемента ИЛИ 12 будет находиться двоичное число, содержащее единицу хотя бы в одном из разрядов. Поэтому сигнал логической единицы будет и на выходе элемента ИЛИ 12, откуда он поступает на вторые входы второго 14 и третьего 23 элементов И. В зависимости от знака рассогласования на выходе 37 перенос старшего разряда второго двоичного сумматора 26, сигнал логической единицы поступает, благодаря наличию элемента НЕ 15, на третий вход либо второго 14, либо третьего 23 элементов И. После же появления на третьем выходе таймера 24 сигнала логической единицы на всех трех входах одного из двух элементов И 14, 23 будут присутствовать сигналы логической единицы. Так, если на выходе 37 второго двоичного сумматора 26 будет сигнал логической единицы, то этот же сигнал будет на всех входах второго элемента И 14, а при наличии сигнала логического нуля на выходе 37 сигналы логической единицы будут присутствовать на всех входах третьего элемента И 23. Соответственно сигнал логической единицы появится на выходе либо второго 14, либо третьего 23 элементов И, а реверсивный усилитель мощности 29 включит электродвигатель 20 на вращение в том или ином направлении.

Пусть, например, в двоичный счетчик 25 от датчика 5 скорости ветра записалось 300 импульсов (в двоичном виде 100101100), а положение вала электродвигателя 20 (на выходах преобразователя 27 "код Грея двоичный код") характеризуется числом 312 (в двоичном виде 100111000 и в инверсном 011000111). С учетом сигнала логической единицы на входе 38 "перенос" младшего разряда второго двоичного сумматора 26, на его выходах получим:
100101100 + 011000111 + 10.111110100
Знак "0" слева от точки соответствует сигналу логического нуля на выходе 37 второго двоичного сумматора 26 и вращению электродвигателя 20 в отрицательном направлении (на уменьшение отверстия диафрагмы 31).

Если же картина будет иметь противоположный характер, а именно: в счетчике будет записано число 312 (в двоичном виде 100111000), а положение вала электродвигателя будет характеризоваться числом 300 (в двоичном виде 100101100 и в инверсном 011010011), то при сложении мы получим:
100111000 + 011010011 + 11.000001100
Знак "1" слева от точки (на выходе 37 второго двоичного сумматора 26) будет означать включение электродвигателя 20 на вращение в положительном направлении (на увеличение отверстия диафрагмы 31).

Изменение положения лепестков ирисной диафрагмы 31 осуществляется посредством червячной передачи 32 следящим образом, причем условия испарения воды из емкости 18 поддерживаются близкими к реальным.

При полной ликвидации рассогласования на всех разрядных выходах второго двоичного сумматора 26 и на всех входах элемента ИЛИ 12 появятся сигналы логического нуля, что ведет к появлению аналогичного сигнала и на выходе элемента ИЛИ 12. Отсюда сигнал логического нуля поступает на вторые входы второго 14 и третьего 23 элементов И, а с их выходов на входы реверсивного усилителя мощности 29. Электродвигатель 20 при этом останавливается.

Если вновь возникнет ветер, то снова появится рассогласование в показаниях двоичного счетчика импульсов 25 и преобразователя 27, характеризующего положение вала электродвигателя 20, который вновь включится и изменит положение лепестков диафрагмы 31. Чем больше скорость ветра, тем шире раскрывается диафрагма и растет скорость испарения воды из емкости 18, сокращая длительность паузы между поливами.

После того, как заданное количество воды испарится, стенки емкости 18 сожмутся, будучи подталкиваемыми снизу системой постоянных магнитов 33 при этом геркон 21 приблизится к одному из них и замкнется. Сигнал от блока электропитания 7 через замкнутый геркон 21 и формирователь импульсов 16 обеспечивает остановку таймера 24 и открытие электроуправляемого запорного клапана 4 пауза закончена, начинается новый цикл полива.

После выдачи новой нормы полива растениям на выходе 36 первого двоичного сумматора 8 вновь появится сигнал логической единицы, что приводит к открытию электроуправляемого запорного клапана 4 и запуску таймера 24 вновь начинается пауза и т.д.

Таким образом, узел 17 определяет длительность паузы между поливами с высокой точностью, что позволяет приблизить поливной режим растений к оптимальному, исключив перерасход поливной воды и увеличив урожай орошаемых культур на 20-30%

Использование: в сельском хозяйстве, в частности в автоматизированных системах полива с/х культур как поверхностными, так и внутрипочвенными способами. Сущность изобретения: для повышения точности определения длительности паузы между последовательными поливами предусматривается учет влияния скорости ветра на испарение влаги с поверхности почвы и транспирации за счет соответствующего следящего измерения площади поверхности испарения воды из испарительной емкости узла выработки паузы между поливами. 1 ил.

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПОЛИВА, содержащая сообщенные между собой подводящий и поливной трубопроводы, установленные на подводящем трубопроводе расходомер и электроуправляемый запорный клапан, датчик скорости ветра и контроллер, включающий источник электропитания, первый двоичный сумматор, разрядные входы которого соединены с выходами расходомера и блока выработки нормы полива, а вход "Перенос" младшего разряда связан с выходом блока сигнала логической единицы, элемент ИЛИ, два элемента И, элемент НЕ, формирователь импульсов и узел выработки паузы между поливами, содержащий испарительную емкость, сообщенную через соединительный патрубок с поливным трубопроводом, реверсивный электродвигатель, магнитоуправляемый контакт и поплавковый регулятор уровня, отличающаяся тем, что контроллер снабжен третьим элементом И, таймером, двоичным счетчиком импульсов, вторым двоичным сумматором, преобразователем код Грея двоичный код, преобразователем угол код Грея и реверсивным усилителем мощности, а узел выработки пауз между поливами снабжен промежуточной емкостью для размещения поплавкового регулятора уровня, установленной на соединительном патрубке между поливным трубопроводом и испарительной емкостью, выполненной в виде сильфона, в верхней неподвижно закрепленной части которого расположена ирисная диафрагма, связанная посредством червячной передачи с валом реверсивного электродвигателя, а в нижней подвижной части размещена система постоянных магнитов, ориентированных одноименными полюсами любых соседних магнитов в сторону друг друга, установленных на вертикальных стержнях, закрепленных на внешней поверхности дна испарительной емкости и расположенных с возможностью перемещения в направляющих, причем магнитоуправляемый контакт размещен на нижнем торце одного из вертикальных стержней, при этом выход "Перенос" старшего разряда первого двоичного сумматора соединен с пусковым входом таймера и первым входом управления электроуправляемого запорного клапана, второй вход управления которого через магнитоуправляющий контакт подключен к источнику электропитания, а через формирователь импульсов к входу остановки таймера, причем первый выход последнего и выход датчика скорости ветра связаны с входами первого элемента И, выход которого и второй выход таймера соединены соответственно со счетным и обнуляющим входами двоичного счетчика импульсов, причем выходы последнего связаны с первой группой входов второго двоичного сумматора, вторая группа входов которого соединена с выходами преобразователя код Грея двоичный код, подключенного входами к выходам преобразователя угол код Грея, вход которого кинематически связан с валом реверсивного электродвигателя, а управляющие входы последнего через реверсивный усилитель мощности соединены с выходами второго и третьего элементов И, первые входы которых связаны с третьим выходом таймера, а вторые входы с выходом элемента ИЛИ, входами подключенного к разрядным выходам второго двоичного сумматора, выход "Перенос" старшего разряда которого соединен с третьим входом третьего элемента И, а вход "Перенос" младшего разряда второго двоичного сумматора подключен к блоку сигнала логической единицы.