КОНТРОЛЛЕР ПРОГРАММИРУЕМОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛИВОМ Российский патент 1998 года по МПК A01G25/16 G05D22/02 G05B11/26 G06F9/00 

Изобретение относится к области сельского хозяйства и предназначено для автоматизации полива.

Известна система программного управления многоопорной дождевальной машиной, содержащая технологические датчики, блок программного управления, блок управления клапаном (рабочим органом), запорный орган с гидроприводом.

Данная система работает по жесткой, неперестраиваемой программе. Она не учитывает особенности и фазы развития растений, меняющийся характер впитывания воды в почву при поливе. Это на практике приводит к разрушению почвы, ухудшению ее плодородия.

Известны способ управления и контроля работы, простоя поливной техники и устройство для его осуществления, содержащее технологический датчик, таймер, оперативную память, усилитель, выход которого соединен с входами адресного счетчика и второго усилителя. Выход второго усилителя соединен со счетным входом СЕ оперативной памяти, а выход адресного счетчика - с адресными входами А указанной памяти, а также резистор, подключенный к разрешающему входу Д1 оперативной памяти, и второй резистор, соединенный с входом "Запись - считывание" W/R той же памяти, а также программный блок управления.

Технологический датчик подключен к разрешающему входу Д1 оперативной памяти. Данное устройство только контролирует время работы и простоя поливной техники, работает по неизменной жесткой программе, лишь констатирует временной характер процесса полива и не вмешивается в сам процесс орошения. Поэтому не учитываются меняющиеся метеоусловия, фаза развития растений, характер впитывания воды в почву при поливе и другие условия. Однако в зависимости от стадии развития растений требуется различная норма полива. Характер впитывающей способности почвы при поливе меняется. Необходимо менять и поливную норму. Причем характер процесса полива может меняться как во времени, так и от величины поливной нормы, интенсивности дождя, подаваемого объема воды и т.д. Целесообразно расширить функциональные возможности устройства, ввести управление, причем гибкое, с легко перестраиваемой программой, чтобы не допускать переувлажнения почвы, ее смыва, ухудшения плодородия, без изменения конструктивной структуры аппаратуры системы управления и контроля.

Целью данного изобретения является расширение функциональных возможностей контроля и управления, меняющих во времени и величины контролируемого параметра (интенсивности дождя, объема подаваемой воды и т.д.).

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно введены программный пульт, включающий генератор единиц, тумблер, две кнопки и счетчик с цифровым индикатором, а в блок программируемого управления дополнительно введены три логические схемы И, кнопка, три переключателя и два триггера, счетный вход одного из них подключен к выходу Д0 оперативной памяти, а выход - к входу блока управления рабочим органом и к входу первой схемы И, а второй его выход - к входу второй схемы И, один вход второго триггера соединен с выходом адресного счетчика, а его выход - с входом третьей схемы И, вход первого переключателя соединен с выходом таймера, его второй вход - с технологическим датчиком, а его выход - с входом второго переключателя, второй вход второго переключателя подключен к выходу второй схемы И, его третий вход - к выходу первой схемы И, а его объединенный выход - к второму входу третьей схемы И, выход технологического датчика также подключен к второму входу первой схемы И, выход таймера - к второму входу второй схемы И, выход третьей схемы И подключен к входу третьего переключателя, выход третьего переключателя соединен с входом первого усилителя и входом счетчика с цифровой индикацией, а его второй вход - с генератором единиц пульта, второй вход второго триггера через кнопку блока программируемого управления соединен с шиной питания, к которой также подключены через нормальную замкнутую кнопку пульта - разрешающий вход Д1 оперативной памяти, через вторую кнопку пульта - сбросные входы триггеров счетчика с цифровой индикацией, адресного счетчика и через тумблер пульта - вход "Запись - считывание" W/R указанной памяти, вторая шина питания через один резистор подключена к разрешающему входу Д1 той же памяти, а через второй резистор - к входу "Запись - считывание" этой же памяти.

На фиг. 1 представлена блок-схема контроллера программируемого управления поливом; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы.

Контроллер содержит программный пульт 1 (фиг. 1), с помощью которого заносится программа работы поливной машины (объекта управления), блок программируемого управления 2. Пульт содержит кнопку 3 для разрешения записи единиц (команд) в оперативную память блока программируемого управления, счетчик с цифровой индикацией 4, генератор единиц 5 и тумблер 6 для записи программы в оперативную память контроллера. Кнопка 7 служит для запуска в работу блока программируемого управления. Режим, алгоритм работы блока программируемого управления, а следовательно, поливной машины, процесса полива задается логическими схемами И 8, 9, технологическим датчиком 10 (например, счетчиком воды, расходомером с частотными выходами), таймером 11 (генератором импульсов) и переключателем 12 и 13. Кроме того, блок программируемого управления содержит третью логическую схему И 14, третий переключатель 15, триггер управления 16, два усилителя (инвертора) 17, 18, адресный счетчик 19, два резистора 20 (R1) и 21 (R2), оперативную память 22, например КР537РУЗА, имеющую счетный вход CE, разрешающий вход Д1, вход "Запись - считывание" W/R и адресные входы A_i.

С выхода оперативной памяти сигналы поступают на счетный вход триггера 23 и далее блок управления рабочим органом 24 поливной машины, логические схемы И 8, 9.

Для приведения контроллера в исходное состояние и возврата к началу программы служит кнопка 25 на пульте.

Технологический процесс полива, работа контроллера осуществляются следующим образом.

Блок программируемого управления 2 монтируется на объекте поливной машине, а программный пульт 1 - переносной и временно подключается к блоку 2 для задания программы полива или его изменения. Режим полива (программа, которую надо внести в память), составляется заранее.

При подключении пульта 1 с помощью разъема к блоку 2 оперативная память 22 автоматически переводится на запись программы, если тумблер 6 замкнут (минусовая шина - тумблер 6 - вход W/R памяти 22). Нажимается кнопка 25. Счетчик и триггеры становятся в исходное (начальное) положение. С помощью переключателя 15 блока программируемого управления выход генератора единиц 5 подключается к усилителю 17, и далее сигналы поступают на вход адресного счетчика 19 и через второй усилитель 18 - на счетный вход CE оперативной памяти 22. В качестве генератора единиц можно использовать кнопку с RC-цепями или любой генератор прямоугольных импульсов с периодом их следования, достаточным для слежения набора программы. Визуальное наблюдение за набором программы осуществляется по счетчику с цифровым индикатором 5, который подключен к входу усилителя 17, а сам набор - кнопкой 3, которая соединена с разрешающим входом Д1 памяти 22 для записи команд (единиц) в ячейки данной памяти. При наборе той ячейки (ячейка 2, фиг. 2 поз. 5, 22), в которую мы хотим записать первую команду (единицу), кратковременно нажимается кнопка 3 (фиг. 2, поз. 3, плюс → Д1 памяти 22). В данной ячейке запишется команда (единица). Последовательное подключение ячеек памяти 22 для записи (считывания) осуществляется адресным счетчиком 19, выходы которого подключены к адресным входам A_i памяти 22. Продолжая наблюдать по индикатору 4 за подключением (с помощью генератора 5 и счетчика 19) последующих ячеек памяти и набором ячейки (ячейка 5, фиг. 2 поз 5, 22), в которую хотим записать вторую команду (единицу), вновь нажимается кнопка 3. Этот процесс записи будет продолжаться до тех пор, пока не будет записана вся программа управления поливом (ячейки 9, 11, фиг. 2, поз 22). В остальных ячейках памяти будут записаны нули (отсутствие команд).

После набора программы (последовательности выполнения команд) нажимается кнопка 25 для перевода программы на начало, приведения счетчиков 4, 19 и триггеров 16, 23 в исходное положение. Переключатель 15 переводится в положение, когда выход схемы И 14 подключается к входу усилителя 17. С помощью переключателей 12, 13 выбирается режим управления (переключатели 12 и 13 вправо: подключается таймер 11 - выполнение команд на полив в реальном календарном масштабе времени; переключатели 12 вправо, 13 - влево: подключается технологический датчик - выполнения команд по контролируемому параметру, например по заданному объему воды, если в качестве датчика выбирается расходомер с частотным выходом; переключатель 12 влево: подключается таймер и технологический датчик - поочередное выполнение команд по регулируемому параметру и времени, например поливы по заданным объемам, а периоды по времени). Отключается программный пульт управления 1. Память 22 автоматически переводится на считывание (готовность выполнения программы), так как положительный потенциал через резистор 21 поступает на ее вход "Запись - считывание" W/R, и дается разрешение на выполнение команд управления, так как тот же потенциал через резистор 20 поступает на ее разрешающий вход Д1. Блок программируемого управления готов к выполнению функций управления. Нажимается кнопка 7, триггер 16 открывает схему И 14, и контроллер начинает автоматически управлять процессом полива. Импульсы от датчика 10 (переключатель 13 влево) или таймера 11 (переключатель 13 вправо) через переключатель 12 (правое положение), открытую схему 14, переключатель 15, усилитель 17 поступает на вход счетчика 19 и через усилитель 18 на счетный вход CE оперативной памяти 22. Счетчик 19 будет последовательно подключать ячейки памяти 22. При выборе ячейки, в которой была записана первая команда (единица во 2 ячейке, фиг. 2, поз. 22), на выходе Д0 памяти 22 появится сигнал (импульс, единица), который поступит на счетный вход триггера 23. Триггер сработает, на вход блока управления рабочим органом 24 поступит сигнал на открытие рабочего органа поливной машины (установки). Начинается процесс полива.

При дальнейшем поступлении импульсов от датчика 10 или таймера 11 счетчик 19 будет подключать следующие ячейки памяти. При подключении следующей ячейки, в которой была записана вторая команда (единица в 5-й ячейке блока 22), на выходе памяти вновь появится импульс (единица), который возвратит триггер 23 в начальное состояние. Блок 24 закроет рабочий орган, и процесс полива прекратится. Данный процесс управления будет продолжаться до тех пор, пока не будет отработана вся программа (при выборе 9-й ячейки вновь сработает триггер 23, а 11-й он отключится, и т.д. фиг. 2). Сигнал с заданного выхода счетчика 19 поступит на триггер управления 16. Он возвратится в начальное положение. Схема И 14 закроется. Сигналы от датчика 10 или таймера 11 не будут поступать на счетчик 19 и память 22. Процесс управления прекратится. Записанная программа будет выполнена. Период следования импульсов от таймера 11 характеризует определенный реальный отрезок времени и последовательное подключение каждой ячейки определяет выполнение команд в реальном масштабе времени. Например, период следования импульсов таймера составляет 20 мин. Полив по бороздам дискретный с добеганием воды. Согласно временной диаграмме, вариант 1, выходы 11, 22, 23 (фиг. 2) через 20 мин после запуска контроллера начнется полив в борозды, через 60 мин он прекратится, и вода будет добегать 80 мин, а затем вновь начнется подача воды в борозды в течение 40 мин, а затем процесс полива прекратится. Частота следования импульсов от датчика 10 характеризует расход, в частности, воды, скорость изменения, перемещения контролируемого параметра. Если в качестве датчика выбран расходомер с частотным выходом, то количество фиксируемых импульсов, выбираемых ячеек к памяти от выполнения одной команды до другой характеризует выдачу заданного объема воды. Например, каждый импульс датчика 10 характеризует расход 1000 л воды. Полив по закрытым трубопроводам с делением подачи воды на 2 участка (можно на любое количество), только блок управления 24 будет иметь несколько выходов. Согласно временной диаграмме (фиг. 2 выход 10, 22, 23, вариант 2) на 2 участок будет вылито 1000 л воды, первый - 3000 л, затем вновь на второй 4000 л, первый 2000 л и т.д.

При положении переключателя 12 влево (как изображено на фиг. 1) выходы схем И 8 и 9 будут подключены к схеме И 15. Схемы 8 и 9 открываются в противофазе от триггера 23. Схема 8 пропускает импульсы от технологического датчика, а схема 9 - от таймера. Период от начала пуска до подачи команды (фиг. 2, поз. 9, вариант 3) характеризует реальное время до начала пуска поливной машины, начала технологического процесса полива, от первой до второй команды (фиг. 2, поз. 8, 22 вар. 3) - включение поливной машины (полив с заданным количеством осадков, объемом воды), если в качестве технологического датчика используется расходомер с частотным выходом, от 2-й до 3-й команды - межполивной период (время межполивного периода), от 3-й до 4-й команды второй полив с подачей заданного объема воды, от 4-й до 5-й команды - второй межполивной период и т.д. Таким образом, с помощью данного контроллера можно управлять режимом полива с выдачей всей оросительной нормы.

Использование данного контроллера с гибкой программой управления позволяет оптимизировать процесс полива, не допускать стока воды, переувлажнения почвы, возникновения дождевой эрозии, экономить воду до 10 - 12%, повысить в десятки раз производительность труда оператора - поливальщика, который будет осуществлять лишь корректировку программы управления.

Устройство предназначено для автоматизации полива. Контроллер содержит переносной программный пульт с блоком программируемого управления, который монтируется на объекте, и в памяти которого набирается программа управления, при этом блоки включают счетчики, элементы И и оперативную память. В оперативной памяти набирается программа управления. При этом сигналы с технологического датчика поступают на счетчик и далее - на входы оперативной памяти. Входные параметры используются для запуска программ полива, которые могут быть реализованы в виде временных импульсов, соответствующих объемным или временным показателям полива. Посредством соответствующих тумблеров осуществляется переключение программы записи информации о необходимости полива на программу реализации полива. Это позволяет оптимизировать процесс полива и существенно реализовать экономию воды. 2 ил.

Контроллер программируемого управления поливом, содержащий блок программируемого управления, включающий оперативную память, усилитель, выход которого соединен с входами адресного счетчика и второго усилителя, выход второго усилителя соединен со счетным входом оперативной памяти, а выходы счетчика - с адресными входами той же памяти, а также содержащий два резистора, блок управления рабочим органом, таймер, технологический датчик, отличающийся тем, что в него дополнительно введен программный пульт, включающий генератор единиц, счетчик с цифровой индикацией, тумблер и две кнопки, а в блок программируемого управления дополнительно введены кнопка, три логические схемы И, три переключателя и два триггера, счетный вход одного из них подключен к выходу оперативной памяти, а выход - к входу блока управления рабочим органом и к входу первой схемы И, а второй его выход - к входу второй схемы И, один вход второго триггера соединен с заданным выходом адресного счетчика, а его выход - с входом третьей схемы И, вход первого переключателя соединен с выходом таймера, его второй выход - с технологическим датчиком, а его выход - с входом второго переключателя, второй вход второго переключателя подключен к выходу второй схемы И, его третий вход - к выходу первой схемы И, а его объединенный выход - к второму входу третьей схемы И, выход технологического датчика подключен к второму входу первой схемы И, выход таймера - к второму входу второй схемы И, выход третьей схемы И подключен к входу третьего переключателя, выход третьего переключателя соединен с входом первого усилителя и входом счетчика с цифровой индикацией, а его второй вход - с генератором единиц, второй вход второго триггера через кнопку блока программируемого управления соединен с шиной питания, к которой также подключен через нормально замкнутую кнопку пульта разрешающий вход оперативной памяти, через вторую кнопку пульта - входы "Сброс" триггеров, адресного счетчика, счетчика с цифровой индикацией и через тумблер пульта - вход "Запись-считывание" указанной памяти, вторая шина питания через один резистор подключена к разрешающему входу той же памяти, а через второй резистор - к входу "Запись-считывание" этой же памяти.