Автоматизированная рисовая оросительная система Российский патент 2023 года по МПК A01G25/16 A01G22/22 E02B13/00 

Изобретение относится к ирригационным системам и может быть использовано для эффективного автоматизированного управления водораспределением на рисовых оросительных системах.

Известно изобретение Способ и система управления дифференциальным поливом сельскохозяйственных культур (RU 2744069 С1, опубликовано: 02.03.2021 Бюл. №7), решающее задачи по дистанционному контролю и управлению подачей воды с учетом поливных норм для выращиваемых сельскохозяйственных (с/х) культур при применении различных видов оросительных систем, с применением сетей Wi-Fi или GSM для передачи данных, и передачей данных с датчиков на центральный блок посредством беспроводной технологии.

Недостаток - ориентация на ОС нерисовых севооборотов и управление оросительной техникой, которая не характерна для орошения риса на РОС (несоответствие алгоритмов функционирования (управления) и структуры контрольно-измерительной аппаратуры, исполнительных механизмов и регулирующих органов), т.е. неприемлемость системы управления условиям эксплуатации.

Наиболее близкими по технической сущности является (авторское свидетельство SU 1434388 А1, кл. G02B 13/00, опубликовано: 30.10.1988 Бюл. №40 - прототип), автоматизированная рисовая оросительная система, включающая сеть оросительных каналов с регуляторами водоподачи, картовыми оросителями, рисовыми чеками, контролируемый пункт, регуляторами, датчиками уровня, регуляторы водоподачи из картовых оросителей в рисовые чеки, линии связи подключения регуляторов к системе управления.

Для увеличения точности, надежности и быстродействия регулирования в систему введены последовательно соединенные датчики уровня, сравнивающие элементы, многомерные широтно-импульсные регуляторы и блок управления регуляторами водовыпусков.

Недостатком известного устройства является то, что оно имеет сложную схему взаимосвязей между диспетчерским пунктом, широтно-импульсным регулятором, сравнивающими элементами чековых и канальных датчиков уровня и сложную систему подзарядки химических источников электроэнергии, функционирующую за счет разности потенциалов между корнеобитаемым слоем почвы и поверхностным слоем воды в чеке.

Техническим результатом является повышение эффективности водораспределения на рисовых оросительных системах и точности регулирования уровня воды в каналах и чеках рисовых оросительных систем.

Технический результат достигается тем, что автоматизированная рисовая оросительная система, включающая сеть оросительных каналов с регуляторами водоподачи, картовыми оросителями, водовыпусками, рисовыми чеками, контролируемым пунктом, регуляторами, датчиками уровня, регуляторы водоподачи из картовых оросителей в рисовые чеки, линии связи подключения регуляторов к системе управления, согласно изобретению имеет распределитель севооборотного участка, снабженный бесконтактными датчиками уровня, расположенными в головной части и по длине распределителя севооборотного участка у водовыпусков в оросительные каналы, головным регулятором распределительного канала со встроенным управляющим микроконтроллером, оросительные каналы, снабженные головными регуляторами прямого действия, выполненными в виде подвижных кольцевых водосливов, обеспечивающих постоянную разность уровней оросительного канала и распределителя севооборотного участка, а водовыпуски в рисовые чеки оснащены чековыми регуляторами уровня непрямого действия, при этом для управления головным регулятором распределителя севооборотного участка использована беспроводная линия связи для передачи данных в систему управления, состоящую из сообщенных между собой бесконтактных датчиков уровня, управляющего микроконтроллера, облачного хранилища данных и контрольного пункта удаленного операторского управления.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 представлена конструкция автоматизированной рисовой оросительной системы, на фигуре 2 показана схема головного регулятора распределительного канала, на фигуре 3 поясняется принцип работы головных регуляторов оросительных каналов.

Автоматизированная рисовая оросительная система содержит сеть оросительных каналов, состоящую из распределителя старшего порядка 1, по которому вода поступает на севооборотный участок - модуль рисовой оросительной системы Кубанская (возможна адаптация схемы к рисовой оросительной системе, соответствующей конструкции карт Краснодарского типа), распределителя севооборотного участка 2, оросительных каналов севооборотного участка 3 и рисовые чеки 4. Для точного поддержания уровня в распределителе севооборотного участка 2 на требуемой отметке на водовыпуске в распределителе севооборотного участка установлен головной регулятор распределительного канала 5 (фигура 2), который имеет линию беспроводной связи с бесконтактными датчиками уровня 6 в распределителе севооборотного участка 2. По сигналам датчиков уровня 6, расположенных в головной части и по длине распределителя севооборотного участка у водовыпусков в оросительные каналы, регулятор 5 пополняет канал 2 водой, поддерживая уровень воды на заданной (const) отметке, устанавливаемой специалистами службы эксплуатации рисовой системы.

Головной регулятор распределительного канала 5 является электропневматическим регулятором непрямого действия, содержащий водовыпускную трубу 7 (фигура 2), выполненную виде изогнутой под углом 90° металлической трубы, закрепленный на глубинном плоском скользящем затворе 8. Водовыпускная труба 7 содержит в верхней части затвор в виде кольцевого водослива, выполненного в виде подвижного оголовка 9 (выполненного из пеноматериала в жестком корпусе), соединенного эластичной сильфонной трубой 10 и направляющей трубой 11 с управляющей камерой 12. Управляющая камера 12 является жестким металлическими коробом цилиндрический формы, в нижней части которого выполнена прорезь круглой формы для входа направляющей трубы 11. Управляющая камера 12 жестко присоединена к трубе водовыпуска 7. Внутри управляющей камеры 12 к направляющей трубе 11 с жестко прикреплена площадка 13. Над площадкой 13 размещена воздухонаполняемая эластичная емкость 14, соединенная воздуховодом 15 с компрессором 16. Регулятор распределительного канала 5 оборудован управляющим микроконтроллером 17, управляющий запуском компрессора 16. Датчики уровня 6 оборудованы микроконтроллерами 18. Компрессор 16, микроконтроллеры 17, 18 оборудованы автономными источниками питания (аккумуляторы+солнечные батареи). Линия связи для передачи управляющего потока данных между микроконтроллерами является беспроводной, организована по принципу IoT-технологии (internet of things). Микроконтроллеры 18 датчиков уровня 6 транслируют данные значения уровня в распределительном канале 2 напрямую на микроконтроллер 17 регулятора 5 и в облачное хранилище данных 19 (фигура 1), связанное с контрольным пунктом удаленного операторского управления 20, обладающего функциям эксплуатационной настройки системы и аварийного управления.

На водовыпусках в оросительные каналы 3 установлены головные регуляторы прямого действия оросительных каналов 21, закрепляемые на трубе водовыпусков 22 (фигура 3), состоящие из вставки 23, кольцевого водослива 24, устанавливаемого на поплавке 25, соединенном с вставкой 23 гофрированной трубой 26. Гофрированная труба 26 имеет возможность растяжения-сжатия, поэтому, при снижении уровня в оросительных каналах поплавок 25 опускается и за счет перелива через верхнюю грань кольцевого водослива 24 уровень воды в оросительных каналах 3 пополняется и восстанавливается до требуемой отметки, при этом сохраняется постоянное значения перепада уровней Z с распределителем севооборотного участка 2.

На водовыпусках в чеки устанавливаются чековые регуляторы непрямого действия уровня 27, обеспечивающие высокую точность поддержания уровня в чеках 4 (с отклонением от заданной отметки не более ±2 см, оптимальное значение отклонения уровня от заданной отметки составляет ±1 см).

Автоматизированная рисовая оросительная система работает следующим образом.

Верхним регулируемым звеном автоматизированной оросительной системы является распределитель севооборотного участка 2. Заданное положение уровня воды в нем (УНБ заданный, фигура 2) контролируется установленными в канале бесконтактными датчиками уровня 6. Датчиков уровня 6 в распределителе севооборотного участка 2 может быть размещено 4 и более штук (в головной части и по длине распределителя севооборотного участка у водовыпусков в оросительные каналы), они настраиваются на единую отметку заданного к поддержанию уровня. Датчики уровня 6 измеряют, а совмещенные с ними микроконтроллеры 18 передают сигнал о положении уровня в распределителе 2 на микроконтроллер 17 головного регулятора распределительного канала 5. Показания о плоскости уровня усредняются и при понижении уровня относительно заданного более чем на два сантиметра микроконтроллер 17 включает компрессор 16, который по воздуховоду 15 нагнетает воздух в воздухонаполняемую эластичную емкость 14. За счет увеличения емкости 14 опускаются вниз площадка 13, направляющая труба 11 и соединенный с ней оголовок 9 кольцевого водослива. В результате вода из канала 1, попадая в отверстие оголовка 9 затопленного кольцевого водослива движется через водовыпускную трубу 7 в нижний бьеф и наполняет распределитель севооборотного участка 2. При достижении уровнем в процессе наполнения в распределителе севооборотного участка 2 заданной отметки (УНБ заданный) датчики уровня 6 фиксируют достижение, а микроконтроллеры 18 передают сигнал о достаточном наполнении на микроконтроллер 17. При достаточном наполнении распределителя севооборотного участка 2 микроконтроллер 17 обеспечивает остановку компрессора 16 и сброс воздуха из емкости 14 в атмосферу, при этом подвижный оголовок 9 кольцевого водослива всплывает выше УВБ в распределителе старшего порядка 1 и вода перестает поступать в распределитель севооборотного участка 2. По мере разбора воды из распределителя севооборотного участка 2 при последующем понижении УНБ циклы наполнения из распределителя старшего порядка 1 через регулятор распределительного канала 5 повторяются, таким образом, в распределителе севооборотного участка 22 поддерживается постоянный уровень.

Средним регулируемым звеном автоматизированной рисовой оросительной системы являются оросительные каналы 3 с установленными головными регуляторами прямого действия в оросительных каналах 21 (по принципу действия - это гидравлические регуляторы с подвижным кольцевым водосливом), закрепляемыми на трубе водовыпусков 22 (фигура 3). Высота кольцевого водослива 24, размещаемого на поплавках 25 регуляторов 21 побирается для каждого оросительного канала 3 таким образом, чтобы при наполнении канала 3 до отметки УНБ заданный переток воды через верхнюю грань водослива 24 прекращался и между уровнями распределителя севооборотного участка 2 и каналом 3 поддерживался установленный перепад Z. В ходе полива риса поплавок 25 следует за уровнем воды в оросительном канале 3 и при понижении уровня за счет разбора в рисовые чеки 4 вместе с поплавком понижается верхняя грань кольцевого водослива 24, что приводит к переливу воды через нее из распределителя севооборотного участка 2 в канал 3 и автоматическому поддержанию уровня в канале 3 на отметке, которая соответствует отметке УНБ заданный.

Нижним регулируемым звеном автоматизированной рисовой оросительной системы являются водовыпуски в рисовые чеки 4, оборудованные регуляторами непрямого действия уровня 27 (по принципу действия - это гидравлические регуляторы). Регуляторы уровня 27 поддерживают положение уровня воды в чеках с высокой точностью с оптимальным значением отклонения уровня от заданной отметки, составляющим ±1 см.

Изобретение относится к области оросительных систем. Система включает сеть оросительных каналов с регуляторами водоподачи, картовыми оросителями, водовыпусками, рисовыми чеками, контролируемым пунктом, регуляторами, датчиками уровня, регуляторы водоподачи из картовых оросителей в рисовые чеки, линии связи подключения регуляторов к системе управления. Система имеет распределитель севооборотного участка, снабженный бесконтактными датчиками уровня, расположенными в головной части и по длине распределителя севооборотного участка у водовыпусков в оросительные каналы, головным регулятором распределительного канала со встроенным управляющим микроконтроллером, оросительные каналы, снабженные головными регуляторами прямого действия, выполненными в виде подвижных кольцевых водосливов, обеспечивающих постоянную разность уровней оросительного канала и распределителя севооборотного участка. Водовыпуски в рисовые чеки оснащены чековыми регуляторами уровня непрямого действия. Для управления головным регулятором распределителя севооборотного участка использована беспроводная линия связи для передачи данных в систему управления, состоящую из сообщенных между собой бесконтактных датчиков уровня, управляющего микроконтроллера, облачного хранилища данных и контрольного пункта удаленного операторского управления. Обеспечивается повышение эффективности водораспределения на рисовых оросительных системах и точности регулирования уровня воды в каналах и чеках рисовых оросительных систем. 3 ил.

Автоматизированная рисовая оросительная система, включающая сеть оросительных каналов с регуляторами водоподачи, картовыми оросителями, водовыпусками, рисовыми чеками, контролируемым пунктом, регуляторами, датчиками уровня, регуляторы водоподачи из картовых оросителей в рисовые чеки, линии связи подключения регуляторов к системе управления, отличающаяся тем, что имеет распределитель севооборотного участка, снабженный бесконтактными датчиками уровня, расположенными в головной части и по длине распределителя севооборотного участка у водовыпусков в оросительные каналы, головным регулятором распределительного канала со встроенным управляющим микроконтроллером, оросительные каналы, снабженные головными регуляторами прямого действия, выполненными в виде подвижных кольцевых водосливов, обеспечивающих постоянную разность уровней оросительного канала и распределителя севооборотного участка, а водовыпуски в рисовые чеки оснащены чековыми регуляторами уровня непрямого действия, при этом для управления головным регулятором распределителя севооборотного участка использована беспроводная линия связи для передачи данных в систему управления, состоящую из сообщенных между собой бесконтактных датчиков уровня, управляющего микроконтроллера, облачного хранилища данных и контрольного пункта удаленного операторского управления.