Автоматизированная оросительная система Советский патент 1988 года по МПК A01G25/16 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть применено при поливе сельскохозяйственных культур, в частности широкозахватными машинами (ДМ) с забором воды в движении из открытых оросителей, например при поливе ДМ типа «Кубань при их групповом применении при повышенных уклонах как распределительного канала, так и оросителей.

Цель изобретения - повышение качества управления путем повышения быстродействия и уменьшения сбросов воды, а также повышение надежности работы системы.

На фиг. 1 и 2 показана предлагаемая система с основными элементами схемы автоматизированного управления водорас- пределением при повышенных уклонах как участков распределительного канала, так и оросителей, разрез; на фиг. 3 и 4 - схема водораспределительного узла с затворами для этого случая; на фиг. 5 и 6 - основные звенья оросительной системы при безуклонных оросителях соответственно при присоединении последних к распределительному каналу непосредственно и через .перепад уровней.

Оросительная система содержит источник 1 орошения, входной регулятор 2, состоя- ш,ий из затвора 3, его привода 4, блока 5 управления, задатчика 6 и датчика 7 расхода, участки 8 распределительного канала, линейные регуляторы 9, состояш,ие из затвора 10, его привода 11, датчика 12 положения затвора, блока 13 управления и блока 14 определения среднего уровня, а также оросители 15 с дождевальными машинами 16, сигнализаторы 17 работы этих машин, дополнительные затворы 18 с приводами (не показаны) и блоками 19 управления, сое- диняюш.ие участки 8 распределительного канала с оросителями 15 при повышенных уклонах оросителей, и датчики 20 уровня воды в установленных в концах участков распределительного канала 8 резервных емкостях системы. При повышенных уклонах оросителей участки распределительного канала снабжены объемами 21 регулирования путем увеличения сечения и уменьшения уклона их концевой части (фиг. 1). Сигнализаторы 17 работы машин связаны с блоками 19 управления затворами 18 и за- датчиком 6 (показан вариант связи с задат- чиком 6 через блок 19 управления путем использования контакта 19-1 последнего). Участки распределительного канала снабжены устройствами 22 задания расхода участков и сумматорами 23, а нижний участок распределительного канала оборудован защитным водосливом 24.

Источник 1 орошения представляет собой канал, реку или водохранилище, входной регулятор 2 может быть выполнен не только в виде затвора 3 (с управляющим элементами), но и в виде насосной станции, участки 8 распределительного канала прокладываются по уклону местности, однако их нижняя часть на относительно небольшой .длине может быть выполнена (фиг. 1) с уменьшенным уклоном дна, увеличенным значением ширины (и высоты) канала, что обеспечивает создание распределенных по каналу сосредоточенных резервных объектов необходимой величины (при минимуме затрат на создание требуемого системе

объема регулирования), без которых автоматизация водораспределения невозможна. Оросители 15 присоединяются к распределительному каналу посредством водораспределительных узлов, конструкция водораспределительных узлов (фиг. 3 и 4) обеспечивает не только простоту сопряжения и универсальность, но и защиту от переполнения посредством двух водосливных граней длиной до 5 м, что создает возможность работы системы при отказах некоторых элементов. Для оросительных систем с большим уклоном оросителей возможно применение в качестве сигнализаторов 17 работы машин радиосигнализаторов. Конструкция системы допускает подачу сигнала, эквивалентного сигналу сигнализатора 17, оператором, а также использование ультразвукового или сверхнизкорадиочастотного сигнала с передачей по воде, земле или тросу стабилизации курса, т.е. по каналам связи, которые представляются более перспективными. Блоки 14 определения среднего уровня обеспечивают определение среднего уровня воды во всех резервных емкостях, расположенных ниже управляемого выходным сигналом данного блока 14 регулятора, практически блок 14 определения среднего уровня в простейшем случае реализации представляет собой сумматор с регулируемыми по входам коэффициентами. Для обеспечения выполнения блоком 14 функции определения среднего уровня необходимо и достаточно, чтобы коэффициенты по первому Ki и второму К2 входам блока 14 выбирались по формулам

Ki l-K2,

где j - общее число датчиков уровня, связанных с входами данного блока определения среднего уровня (число

участков под затвором, управляемым сигналом с выхода блока 14). Устройства 22 задания расхода участков настраиваются так, что сигнал на их выходе пропорционален расходу дождеваль- ной мащины в данном оросителе, поэтому сумматор первого участка подает на вход задатчика 6 расхода сигнал, пропорциональный сумме номинальных расходов включенных в работу машин Q. Задатчик 6 расхода определяет подаваемый в систему расход по формуле

(V-N), где К - коэффициент; V - опорный сигнал;

N -средний уровень во всех резервных объемах.

Блок 5 управления обеспечивает подачу именно этой величины расхода S путем перемещения затвора 3 при несовпадении сигнала с блока 5 с сигналом от датчика 7 расхода.

Блок 13 управления перемещает затвор 10 линейного регулятора 9 в соответствии, например, с формулой

Z L-K3- N+K4F/K5W, (1) где Кз, К4, Кб - настроечные коэффициенты; L - сигнал с датчика 12 положения затвора 10;

N - сигнал с выхода блока 14 определения среднего уровня; F - сигнал с датчика 20 уровня; Д - опорный сигнал встроенного источника данного блока 13; Z - сигнал на перемещение затвора 10.

Затвор с блоком 13 управления образуют стабилизатор подаваемого в ороситель 15 расхода.

Система построена по принципу наращивания потребности конкретного объекта. В простейшем случае (безуклонные оросители, небольшой подводящий канал, неболь- щое число одновременно включенных и отключенных мащин) система может не включать сигнализаторы 17,. дополнительные объемы 21 регулирования и связи датчиков 20 уровня с блоками 13 управления (фиг. 5 и 6), однако необходимо инвертировать выход блока 13 или использовать формулу Z L+K3- N-К4-. Z-К5- W.

Коэффициенты К, Кз, К4, Кь назначаются по результатам вспомогательного расчета. Их оптимальные значения принимаются по результатам исследования математической модели конкретного объекта, для труднейшего графика работы машин, причем для конкретных случаев выполнения системы формулы, реализуемые блоками управления регуляторов, могут быть модифицированы, однако основные сигналы L, N, F сохраняются.

Система содержит также известные вспомогательные элементы (формирователи зоны нечувствительности, демпферы, формирователи запрета операций на установленный интервал времени и т.п.), которые в боль- щинстве входят в состав изготавливаемых промыщленностью средств автоматизации (не показаны).

Автоматизированная оросительная система работает следующим образом.

Первичное заполнение начинается после подачи питающего напряжения .на систему управления и проводы затворов. Резервлые объемы опорожнены, поэтому и входной регулятор 2 начинает подавать расход V, а на линейных регуляторах 9 появляется сигнал с датчика

20, который через блок 13 управления и привод 11 открывает свой затвор до тех пор, пока не обеспечивается соотношение (1). По мере заполнения нижних резервных

емкостей появляются и возрастают сигналы, что ведет к прикрыванию затворов линейных регуляторов 9 и уменьшению подаваемого входным регулятором 2 расхода, процесс заканчивается полным закрыванием затво ра 3 входного регулятора 2 и затворов 10 всех линейных регуляторов 9 при заполнении объемов 21 регулирования до установленного значения .

При включении в работу какой-то Очеред- ной дождевальной машины одновременно

5 протекает ряд процессов.

Сигнализатор 17 через блок 19 управления открывает затвор 18, поэтому в ороситель 15 этой машины начинает подаваться расчетный расход, необходимый для нормальной работы этой машины.

0 При открывании затвора 18 замыкается контакт 19-1, подавая сигнал Q от устройства 22 задания расхода через сумматоры 23 на вход задатчика 6 входного регулятора 2, что имеет следствием увели5 чение подаваемого этим регулятором расхода на величину, равную расчетному расходу включенной дождевальной машины.

Уровень в резервной емкости, связанной с оросителем включенной машины, уменьша0 ется, поэтому уменьшается сигнал, что приводит с одной стороны к прикрыванию затвора 10, передающего воду нижерасположенным емкостям, а с другой - дополнительному открыванию вышерасположенных затворов 10, подающих воду в данную

5 резервную емкость. Это обеспечивает при включении машины быструю нормализацию уровня в соседней резервной емкости за счет использования запасов воды во всех резервных емкостях системы до оросителя с нижней из работающих мащин. По мере добегания повышенного расхода от источника орошения уровни в резервных емкостях повышаются, возр.астают сигналы Г от датчика 20 уровня, что приводит к дополнительному последовательному приоткрыва5 НИК) транзитных затворов 10, т.е. происходит плавное пополнение всех резервных емкостей.

При отключении дождевальной машины процесс протекает аналогичным образом:

0 сигнализатор 17 закрывает затвор 18, подача ВОДЬ в ороситель 15 прекращается, размыкание контакта 19-1 уменьшает сигнал на выходе сумматоров 23, поэтому подаваемый в систему расход уменьшается, уровень в резервной емкости 21 повышается, что приво5 дит с одной стороны к увеличению передаваемого вниз расхода и с другой стороны к уменьшению расхода, подаваемого в данную резервную емкость.

При отключении последней работающей машины процессы протекают аналогично, все затворы полностью закрываются после заполнения всех резервных емкостей до установленного значения, система готова к новому включению дождевальных машин.

Предлагаемую систему можно использовать для автоматизации оросительных систем с безуклонными оросителями (фиг. 5 и 6). В этом случае необходимость строительства дополнительных резервных объемов исключается, используются резервные объемы оросителей, в которых устанавливаются датчики 20 уровня. При непосредственном присоединении оросителей 15 к участку 7 распределительного канала (фиг. 5) необ- ходимость в затворах исключается, а выходы сигнализаторов 17 работы машин могут быть связаны непосредственно с задатчиком 6. При присоединении оросителей 15 через перепады (фиг. 6) как правило нет необходимости в затворах 10, выход сигнали- заторов 17 соединяется с задатчиком 6, а выход блоков 13 управления инвертируется и подается на приводы затворов 18. В связи с тем, что резервные объемы безуклонных оросителей при качественном их строительстве достаточно велики, в зависимости от конкретных условий можно получать дополнительный эффект в виде улавливания излишков воды из питающего канала, для чего достаточно диспетчеру системы от дополнительного датчика подать сигнал на вспо- могательный вход задатчика 6 расхода.

Таким образом, предлагаемая система является универсальной, позволяющей автоматизировать водораспределениелри большом числе возможных сочетаний условий работы открытой распределительной сети

Q

0

5

машин с забором воды в движении из открытых оросителей.

Применение предлагаемой автоматизированной системы позволит получить экономический эффект за счет использования блоков определения среднего уровня, обеспечивающих перераспределение, выравнивание запасов воды независимо от подаваемого источником орошения расхода. Это перераспределение начинается сразу после возникновения заметной разницы уровней в участках распределительного канала. В связи с тем, что резервные емкости расположены недалеко одна от другой, а участки имеют повышенный уклон, время добе- гания оказывается малым, что повышает качество управления и позволяет снизить величину требуемого резервного объема. Управление по интегральной величине (среднему уровню во всех питаемых резервных емкостях) и связь с датчиком положения затвора обеспечивают исключение качаний и минимизацию числа корректировок положения затвора для самого трудного графика включений-отключений машин. Связь датчика 20 уровня воды с блоком 13 управления обеспечивает ускорение перестройки системы; в частности при изменении подаваемого источником орошения расхода, эта связь исключает как переполнение, так и чрезмерное опорожнение резервной емкости. Связь сигнализаторов работы машин с задатчиком входного регулятора через блоки управления приводами затворов на входах оросителей позволяет предельно минимизировать сбросы через оросители, что позволяет эффективно работать и без сигнализаторов, когда шс функцию выполняет оператор, открывая затвор дистанционным сигналом.

Фг/2./

15

Фиг.2

водослибные грани

10АФиг.З

73-Г

2U

75

Прибодь/ зашёороб

70

16