Способ управления и контроля автоматизированной системой полива Советский патент 1987 года по МПК A01G25/16 A01G27/00 

1

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в орошаемом земледелии для автоматической проверки исправности датчиков влажности при управлении поливом.

Целью изобретения является повышение достоверности и оперативности КОНТРОЛЯ и управления поливом.

На фиг. 1 представлена схема автоматизированной системы полива с реализацией способа устройством контроля и управления, разделенным на местное и центральное) на фиг. 2 - то же, с реализацией способа только местным устройством контроля и уп- .равления.

Способ управления и контроля сиетемы полива заключается в том, что система управления поливом поддерживает влажность почвы от полевой вла- гоемкости до влажности торможения развития растений или (пределе) до влажности увядания, т.е. при окончании полива количество влаги в почве соответствует полевой влагоемкости, а в случае иссушения почвы до величины влажности торможения или влажности увядания датчик влажности формирует сигнал на начало полива. Способ позволяет также определить неисправность (отказ) датчика или нескольких датчиков не только при поливе, но и в случаг выпадения осадков или полива, а также в промежутках между ними следующим образом.

f

Дополнительно определяют наличие и интенсивность осадков или полива и формируют сигнал неисправности датчиков влажности в двух случаях: во-первых, при наличии осадков (или полива) после выдержки времени, достаточного для увлажнения почвы до величины полевой влагоемкости, рассчитанной по интенсивности выпадения осадков (или полива) при условии фиксации хоть одним датчиком влажности почвы ниже уровня полевой влагоемкости; во-вторых после выпадения осадков (или полива) при условии фиксации хоть одним датчиком влажности уровня полевой влагоемкости после промежутка времени на срабатьшание всех датчиков влажности, отсчитываемого с момента срабатьшания хотя бы одного датчика влажности при влажности почвы ниже полевой влагоемкости.

198032

Таким образом, данный способ позволяет определить неисправный датчик в двух состояниях. При первом состоянии во время дождя (полива) че5 рез заранее рассчитанный промежуток времени после их начала определяется, идет ли дождь или полив. Если идет, то определяется, истекло ли время для промачивания слоев почвы

fO до чувствительного элемента датчика. Если время истекло, то определяется сигнал о наличии полевой влагоемкости с каждого датчика. Если он есть, то все датчики исправны, если нет,

15 то произошел отказ какого-либо датчика. Такой результат одинаково приемлем при любом количестве датчиков, установленных на разных глубинах, причем время берется из условия до20 стижения влагой самого глубинного чувствительного элемента. Время для промачивания слоев почвы рассчитывается по интенсивности выпадения осадков (или поливов) по известным фор25 мулам.

Когда нет дождя (полива), определяется, нет ли дождя или полива. Если нет и все датчики хотя бы один раз фиксировали уровень ниже полевой

30 влагоемкости, тогда в случае фиксирования хотя бы одним датчиком уровня полевой влагоемкости формируется сигнал отказа.

35 Оперативность заключения о неисправности того или иного датчика определяется следующими обстоятельствами.

40 Отказ датчика (тензометра) можно определить по его текзтцим показаниям. Такое заключение можно сделать в случае, если при диапазоне измерения всасывающего давление О - минус

45 1 кгс/см он показьшает О кгс/см . Это может быть при поливе, когда влажность почвы больше порога срабатывания датчиков на полив (когда идет дождь), по той же причине и в слзгчае,

50 когда датчик отказал из-за разгерметизации измерительной системы в результате механических повреждений, неправильной эксплуатации датчика, , утечки жидкости из датчика или прос55 то вследствие отказа вакуумметра из- за поломки возвратной пружины или измерительного механизма. Таким образом, можно сформулировать отказ датчика, определив момент повьшения иссушения почвы от наименьшей влагоемкости при условии отсутствия полива и дождя.

Итак, если показатель влажности почвы определяется несколькими датчи ками, то отказ одного датчика влажности в известных устройствах мог бы привести к ложному срабатьшанию блок управления поливом. Для устранения этого недостатка в данном устройстве отказ определяется первым вышедшим из строя датчиком несмотря на задержку времени переключения остальньк.

Способ осуществляют следующим образом.

Вода на орошение подается по магистральному трубопроводу 1. Непо- . средственно на участок орошения поливная вода подается с помощью сети поливных трубопроводов 2 из смонти- рованных на них водовыпусков. Подача воды осуществляется с помощью исполнительных механизмов 3 водораспреде- ления. Управление исполнительным механизмом 3 (им) осуществляется от местного устройства А контроля и управления, которое формирует сигнал на управление им по времени. Длительность полива определяется набором на лицевой панели цифровой информа- ции о желаемой продолжительности полива.

Местные устройства А контроля и управления формируют или снимают сигналы управления поливом по данным датчиков 5 влажности почвы с пороговыми устройствами 6. Пороговые устройства 6 по верхней границе сраба- тьгоания (минус 1 кгс/см ) соединены с местными устройствами 4 контроля и управления. По нижней границе (О кгс/см ) пороговые устройства 6 соединены с логическим элементом И 7 и элементом ИЛИ 8. Выходы логических элементов 7 и 8 соединены с входами логического элемента И 9. Выпадающие осадки регистрируются осадкомером 10.

Сигнал отказа датчиков влажности.

сформированный логическим элементом И 9, подается в линию 11 связи. Сигнал от местного устройства контроля и управления через линию 12 связи подается в центральное устройство 13 контроля и управления (фиг. 1). Устройство содержит также элемент 14 для ввода дискретных сигналов, микропроцессор 15, оперативное запоминаО

5

0 0

5 0 5

0

,

ющее устройство 16 и элемент 17 связи с устройством 18 печати. Элементы объединены интерфейсной магистралью (типа ИК-1) 19.

Б устройстве предусмотрен элемент 20 сглаживания (фиг. 2) выполняющий функции отсечки случайных сигналов и продолжения последействия импульсов, приходящих от осадкомера 10, необходимого для более четкой работы логической схемы И 9 в качестве устройства запрета.

Устройство для реализации предлагаемого способа работает следующим образом.

Определение влажности орошаемого участка .осуществляют с помощью датчиков 5 влажности (тензометров) с пороговыми устройствами 6. При достижении значения влажности почвы минус 0,8-0,85 кгс/см. (80-85 кПа) по показаниям электроконтактных вакуумметров включается местное устройство 4 контроля и управления. При срабатывании трех из четырех или двух из че- тырех пороговых устройств местное устройство 4 контроля и управления формирует управляющий сигнал на исполнительный орган 3. Последний открывает поступление воды по магистральному трубопроводу 1 к поливным трубопроводам 2 со смонтированными на них ИМ (водовыпусками). Идет полив высаженных растений.

При поливе влажность верхних слоев почвы повьшается до значения полной влагоемкости. Вода под действием сил гравитации перемещается в более глубокие слои почвы. Таким образом влага достигает чувствительных элементов датчиков влажности. Величина влажности в этих слоях повышается до О кгс/см (О кПа) по показаниям электроконтактного вакуумметра. Этот момент воспринимают пороговые устройства 6. На входах логических эле- ента ИЛИ 8 и элемента И-НЕ 7 напряжение понижается до 0. При этом на выходе логического элемента ИЛИ 8 присутствует сигнал О, на выходе Логического элемента И-НЕ 7 - сигнал 1 за счет того, что он совмещен с логическим элементом НЕ. Оба выходных сигнала приложены к входам логического элемента И 9. Логический элемент И 9 формирует в линии 11 связи сигнал О, т.е. сигнал об отсутствии разгерметизации (отказа) датчиков 5 влажности с пороговыми устройствами 6,

Сигнал, сформированный логическим .элементом И 9, по линии 11 связи поступает в центральное устройство 13 контроля и управления. Сигнал от логического элемента И 9 поступает. также в элемент 14 ввода дискретньк сигналов. Одновременно на этот элемент заведен сигнал от местного уст- ройства контроля и управления через линию 12 связи (сигнал о наличии полива), а также сигнал от датчика жидких осадков от осадкомера 10 (импульсы наличия дождя). Элемент 14 ввода дискретных сигналов передает имеющуюся у него информацию (наличие сигналов на входе) nporpSMf-ie обработки ее в микропроцессоре 15, которьй обрабатьшает ршформацию с помощь оперативного запоминающего устройства 1 6 и вьшодит выходную информацию по интерфейсной магистрали 19 через элемент связи с устройством 17 печати и самого печатающего устройства 18 на печать. Программа реализует логику: при наличии сигнала на полив или сигнала наличия дождя запрещается выдача сигнала (печать) неисправности датчиков влажности,

Датчик жидких рсадков-осадкомер 10 - при наличии дождя формирует импульсы, частота следования которь х зависит от интенсивности выпадения осадков. Для того,чтобы отметить факт наличия дождя во времени, про- грамма не снимает условие Идет дождь в течение некоторого времени после получения очередного импульса. Если это время превьшено, условие Идет дождь снимается.

По окончании полива или дождя почва начинает терять полученную воду, Влажность почвы постепенно снижается и наступает момент, когда порого- вые элементы 6 всех датчиков 5 влаж- ности отмечают повьшение иссушения почвы выше наименьшей влагоемкости, т.е. отход стрелок валсуумметров от

О кгс/см (О кПа) ,

Происходит это не сразу со всеми датчиками из-за неравных условий, при которых расходуется вода.. При срабатывании какого-либо порогового устройства 6 на выходе у него формируется сигнал высокого напряжения (1), которое прикладывается одновременно к логическим элементу ИЛИ 8

5 0 0

5 0

5

0

и элементу 7, На выходе логического элемента ИЛИ 8 формируется

сигнал 1, на вьгкоде логического элемента И-НЕ сохраняется 1. На вьгкоде логического элемента И 9 формируется сигнал 1, которьш по линии 11 связи заводится в элемент 14 ввода дискретных сигналов.

Срабатывание всех датчиков 5 с пороговыми элементами 6 происходит за некоторое время (например, 1 ч), в течение которого программа, реализованная центральным устройством 13 контроля и управления, запрещает печать сообщения о неисправности датчиков 5 влажности. Если это время превышено и не сработали один или несколько датчиков 5 влажности, то микропроцессор 15 формирует на устройстве 18 печати печать сообщения о неисправности датчиков влажности. Если же все пороговые устройства 6 датчиков 5 влажности сработали за нормируемое время, то печать такого сообщен1-1я запрещается.

При этом на выходе всех пороговых элементов 6 формируются сигналы 1, На выходе логического элемента ИЛИ 8 остается сигнал 1, а на выходе логического элемента И-НЕ формируется сигнал О. При этом на выходе логического элемента И 9 появляется сигнал ., который воспринимается центральны - устройством упра;зления как момент начала иссзтпеняя почвы по величине ниже О кгс/см по показаниям электроконтактного вaк. метра

Если после этого происходит разгерметизация любого из датчиков 5 влажности или их отказ, это сразу же отмечает соответствзтощее пороговое устройство 6 (на нем появляется сигнал 0), На выходе логического элемента И 7 появляется сигнал 1 с выхода элемента И 9 тоже сигнал i, который воспринимается центральным устройством 13 управления как отказ одного или нескольких датчиков влажности. Об этом печатается сообщение. При поливе или наличии дождя цикл повторяется.

Реализация предлагаемого способа с помощью одного местного устройства по фиг, 2 аналогична реализации способа по фиг. 1„ Отличие только в TOMs что запрет выхода сигнала о .неисправности датчиков влажйости формируётся на логическом элементе И 9, имеющем на два входа больше, чем по фиг. 1. В случае, если есть сигналы управления на полив или сигнал о наличии дождя, сигнал неисправности датчиков 5 влажности не проходит. Если этих сигналов нет, а какой-либо из датчиков влажности дает показания О кгс/см, то это говорит о неисправности датчиков и логический элемент И 9 (|юрмирует сигнйл 1 наличия неисправности.

Блок 20 формирует сигнал последействия импульсов датчика жидких осадков, т.е. элемент задержки.

Данный способ обладает большей оперативностью определения неисправных датчиков влажности, что исключает возможность ложных включений-выключений устройством ИМ полива сель- скохозяйственных культур.

Формула изобретения

ности последней ниже полевой влагоСпособ управления и контроля авто- -25 емкости, при условии фиксации хоть матизированной системой полива, вклю- одним датчиком влажности почвы уров- чающий измерение влажности почвы, ня влажности ниже влагоем- напичия и интенсивности осадков кости.

15 }В 17

с помощью датчиков влажности почвы, осадкомера и таймера, и назначение полива при достижении почвой влажности увядания растений, а окончание - при влажности почвы не менее ее полевой влагоемкости, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности и оперативности контроля и управления, сигнал о неисправности хотя бы одного датчика влажности формируют в случае наличия осадков после вьщержки времени, достаточной для увлажнения почвы до величины полевой влагоемкости, рассчитанной по интенсивности осадков, при условии фиксации хоть одним датчиком влажности почвы уровня влажности ниже полевой влагоемкости или в случае отсутствия осадков после выдержки времени на срабатывание всех датчиков влажности, отсчитываемой с момента фиксации хотя бы одним датчиком влажности почвы состояния влаж

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в автоматизированных системах полива по показаниям датчиков влажности. Цель изобретения - повьппение достоверности и оперативности контроля и управления поливом. Способ включает измерение влажности почвы. Производится формирование сигнала на полив при достижении почвой влажности увядания растений, т.е. по предельно допустимым значениям иссушения почвы, полученным экспериментальным путем. При этом дополнительно определяют наличие дождя, наличие полива, и момент изменения влажности почвы от величины полевой влагоемкос- ти в сторону увеличения иссушения почвы. На основе этих данных формируют сигнал неисправности какого-либо из датчиков влажности при отсутствии полива или дождя и наличии момента изменения влажности почвы. Сигнал формируется независимо от того, каким количеством датчиков влажности зафиксировано иссушение, полив, дождь. Сигнал воспроизводится с заранее определенной задеряжой по времени на срабатывание остальных датчиков. 2 ил. (/) 00 оо

X

fput. J

Фие,2

Редактор Н.Швыдкая

Составитель Г.Параев Техред Н.Глущенко

Заказ 2538/1 . Тираж 629Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д; 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор Л.Патай