Автоматизированная рисовая оросительная система Советский патент 1988 года по МПК G02B13/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для автоматизации управления процессами водораспределения и полива на рисовых оросительных системах.

Цель изобретения - упрощение конструкции и поБыиение равномерности заполнения рисовых чеков водой.

На фиг.1 представлена схема предлагаемой системы, гшан на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, а также регулятор водоподачи и источник питания; на фиг.З - функциональная схема сие- темы.

Система содержит сеть, ороситель ных каналов 1 и подключенные к ней через картовые оросители 2, с регуляторами 3 водоподачи в их начале рисовые чеки 4, сгруппированные в карты (по четыре чека 4 в одной карте, подвешенных к одному картовому оросителю 2 - система рисовых карт Краснодарского типа), На входах в карто- вьй ороситель 2 и в рисовые чеки установлены блоки 5 управления регуляторами водовыпусков. В картовых оросителях 2 и в рисовых чеках 4 установлены датчики 6 уровня, подключенные к устройствам 7 сравнения. Управление системой производится по радиорелейной связи посредством радиостанций 8 установленных на контролируемых пунктах 9 телемеханики. Блоки 5 управления регуляторами водовыпусков как в картовый ороситель 2, так и в рисовой чеке 4 подключены к выходам многомерного широтно-импульсного регулятора 10, снабженного вычислительным блоком на базе микропроцессора и подключенного входами к сравнивающим устройствам-7, установленные входы которых подключены к выходам контролируемого пункта 9 (КП 9). Питание КП 9 и блоков 11 осуществляется от источника 11 питания (ИП) по электролиниям 12. Провода источника питания подключены к батареям электродов одни группы которых 13 расположены в корнеобитаемом слое почвы, а другие группы 14 расположены в зоне поверхностного слоя воды рисовых чеков 4 (на фиг.2 показан только один химиче кий источник электроэнергии).

Клоки 5 управления регуляторами водовыпусков содержат исполнительные УЗЛЫ 15 и затворы 16. Общее управление системой осуществляет оператор

с диспетчерского пункта 17 посредством радиосвязи.

Автоматизированная рисовая оросительная система работает следующим образом.

В предлагаемой автоматической системе полива риса управления технологическими процессами в рисовой карте

Q рассматривается применительно к картам Краснодарского типа Кубанского варианта. Особенностью этих карт является то, что чеки имеют строго одинаковую, площадь, поэтому основными

5 фактами, определяющими величинами при заполнении рисовых чеков являются высота отметки чеков и интенсивность фильтрации через чековые валики. При этом одновременно осуществляется уп0 равление уровнями воды в картовом оросителе 2 и рисовых чеках согласно технологии возделывания риса. Так как при любом изменении уровней, в том числе при заполнении ри5 совых чеков, подвешенных к одной

карте, вода из чеков с более высокой отметкой перетекает в чеки, с более низкой отметкой вследствие интенсивной фильтрации воды через чековые ваQ лики, то в случае, если заданный уровень затопления в чеках с более низкой отметкой достигается быстрее, чем в чеках с более высокой отметкой, нижние чеки переполняются. Это приводит к нарушению- технологии возделывания, риса в нижних чеках и бесполезным затратам оросительной воды. В предлагаемой системе во избежание переполнения нижних чеков заданньй уровень затопления достигается быстрее в чеках с более высокой отметкой, чем в чеках с более низкой отметкой. При этом вода, которая перетекает за счет фильтрации из чеков с более высокой отметкой не переполняет,, а пополняет нижние чеки. Расход оросительной воды при таком управлении более экономичен.

Быстрота (очередность) заполнения рисовых чеков .определяется весовыми коэффициентами , которые характеризуют специфические особенности рисовых чеков (длина, ширина, высота отметки чеков, интенсивность фильтрации через чековые валики и т.д.).

5 Так как в рисовых картах Краснодарского типа Кубанского варианта имеют строго одинаковую площадь, основным фактором, определяющим значе5

0

45

0

ние весояых коэффициентов R,-R,является высота отметки чеков. Поэтому значение весовых коэффициентов определяется например, выражением

.

j 1,2,3,4,

(О

1п. 1

.. -- ипи Т: 57 J ТJ RJ

где h: - высота отметки j-ro чека, чеки с более высокой отметкой должны иметь более высокий коэффициент, чем чеки с более низкой отметкой. Чем больше величина весовых коэффициентов рисовых чеков, тем Г5ыстрее они заполняются.

В алгоритме управления системой посредством многомерного ииротно-им- пульсного регулятора 10 весовые коэффициенты Vучитываются в следующем виде

i Jj J 0,1,2,3,4}

К 0,l,2,...n,(2)

U- - управляюгщй сигнал на j-м выходе многомерного широтно импульсного регулятора; RJ - j-й весовой коэффициент; If: j-й сигнал рассогласования

с выхода j-ro устройства 7 сравнения;

- шаг дискретности на j-м выходе многомерного широтно- импульсного регулятора. При этом чем наэначается величина R:, тем меньше выбирается Т и тем самым быстрее заполняется чек, так как чем меньше Т:, тем быстрее идут управляю1тие импульсы, т.е.

R: ;- ипи Т; j (3)

где Т; - период квантования j-ro выхода многомерного широтно-импульсного регулятора 10.

При этом необходимо выполнение условия

si ,

(4)

где (О 5 - частота квантования, свя- 50 занная с периодом квантования Tj ..соотношением Wg.- 27/Т.;

CDj,- - наивысшая частота, содер- жащая в спектре сигнала 55

рассогласования J:. Указанные условия позволяют осу- ществить такой алгоритм .работы много

0

с

0

5

0

5

0

0

5

мерного широтно-импульсного регулятора П при заполнении или изменении уровней чек в рисовых чеках, так н в картоном отверстие 2, при котором чем больше высота отметки (h:) j-ro рисового чека 4 или картового оросителя 2, тем больше его весовой коэффи- (R; ) и тем меньше период квантования (Т-) j-ro выхода многомерного широтно-импульсного регулятора 10, и наоборот, чем меньше высота отметки (hj) j-ro рисового чека, тем меньше его весовой коэффициент (К:) и тем больше период квантования (Tij j-ro выхода многомерного широтно-импульсного регулятора 10. С другой стороны, чем меньше период квантования (Т-), тем быстрее идут управляющие импульсы и тем быстрее достигается заданный уровень в рисовых чеках.

Таким образом, весовые коэффициенты R: не зависят от микроклимата, технологии возделывания риса, стадий развития риса.

Кроме того, многомерньй широтно- импульсный регулятор 10 поддерживает уровень воды в каждом чеке в соответствии с технологией возделывания риса или погодными условиями независимо от коэффициентов R,-R4 так как указанные коэффициенты только определяют очередность заполнения или изменения уровня в рисовых чеках во избежание их переполнения.

Рассмотрим порядон работы системы. :В исходном состоянии врдоподача из картового оросителя 2 в рисовые чеки 4 соответствует фактичес кому водо- потреблению и система работает устойчиво с регулированием по нижнему бьефу. При этом уровни воды в карто- вом оросителе 2 и в рисовых чеках 4 поддерживаются постоянными.

Для изменения слоя затопления в рисовых чеках 4 в соответствии с технологией вхэзделывания риса или погодными условиями с диспетчерского пункта 17 передаются два радиосигнала комаиды, которые содержат адрес контролируемого пункта телемеханики 9 и информшщю о новых значениях уровней, воды в картовом оросителе 2 и в рисовых чеках 4. Радиостанция 8, работающая в режиме дежурного приема, воспринимает переданные с диспетчерского пункта 17 сигналы, и при совпадении адреса на выходе контролируемого пункта телемеханики 9 появляются два сигнала, содержащие информацию о новых значениях уро1зней воды в картоном оросителе 2 и в рисовых чеках 4. Указанные сигналы поступают одновременно на второй вход сравнивающего элемента 7 картового оросителя 2 и на вторые входы сравнивающих элементов 7 рисовых чеков 4, на первьй .вход которых соответственно поступа- ;ют сигналы с датчика 6 уровня картового оросителя 2 и с датчиков 6 уровня рисовых чеков, содержащие информацию о фактических значениях уровней воды в картовом оросителе 2 и рисовых чеках 4, На выходе сравнивающих элементов 7 появляются сигналы рассогласования, которые поступают на первый, второй, третий, четвертый и пятый входы соответственно многомерного ширптно-импульсного регулятора 10.

Многомерный шИротно-импульсный регулятор 10 обрабатьшает сигналы рассогла- совайиЕя |: и на его первом, втором, третьем, четвертом и пятом выходах одновременно подает соответствующие управляющие сигналы IIj , длительность управляющих импульсов которых зависит от величин, отклонений уровней воды в картовом оросителе 2 и в рисовых чеках 4 с учетом постоянных весовых коэффициентов R; картового оросителя 2 и рисовых чеков 4,

Выходные сигналы управления U: широт но-импульсно го регулятора 10 посту пают на блоки 5 управления регуляторов водоподачи в картовый ороситель 2 и в рисовые чеки 4. Исполнительные узлы 15 блоков 5 воздействуют на соответствующие затворы 16. Соответственно одновременно изменяется расход подачи воды.в картовнй ороситель 2 и рисовые чеки 4 до тех пор пока уровни в картовом оросителе 2 и рисовых чеках 4 не достигнут новых, заданных радиосигналами с диспетчерекого пункта 17 значений. При этом величины открытия затворов 16 зависят от отклонений уровней воды в картовом оросителе 2 и рисовых чеках 4 с уче- toM постоянных коэффициентов веса.

Таким образом, для изменения слоя затопления в рисовых чеках 4 одновременно изменяются уровни воды в картовом. оросителе 2 и рисовых чеках 4. Это позволяет увеличить быстродействие регулирования без создания резервных емкостей регулирования в

10

15

20

25

30

35

40

бьефах каналов и, таким образом, уменьшить затраты на автоматизацию водораспределения на 20-30%.

В процессе работы системы химические источники электроэнергии разряжаются. Для их заряда используются естественные процессы, заключающиеся в том, что в период произрастания риса вследствие окислительно-восстановительных процессов в системе растение - почва и электрохимических процессов в самой воде создается разность потенциалов между корнеобитае- мым слоем почвы и поверхностным слоем воды в чеке. Энергия образовавшегося электрического поля снимается с помощью электродов 13 и 14 и линией 12 подводится к химическому источнику 11 электроэнергии и заряжает его.

Применение предлагаемой системы позволяет осуществить регулирование уровней воды в рисовых чеках 4) с учетом их постоянных коэффициентов веса , характеризующих их специфические особенности (длина, щири- на, высота отметки чеков, интенсивность фильтрации и т.д.).Это позволяет значительно повысить точность и таким образом уменыяить непроизводительные сбросы воды. Кроме того, в периоде первоначального затопления обеспечивается выполнение требований технологии возделывания риса, так как коэффициенты веса учитывают интенсивность фильтрации ВОДЬ через чековые валики с более высокой отметкой в нижние чеки. При этом рисовые чеки не переполняются, уменьшая непроизводительные сбросы воды.

Применение многомерного широтно- импульсного регулятора 10 для одновременного регулирования уровней воды в картовом оросителе 2 и четьфех рисовых чеках 4 позволяет значительно уменьшить затраты на автоматизацию, производя регулирование уровней воды не в каждом чеке в отдельности, а в совокупности картового оросителя и подвешенных к нему чеков, при этом в каждой карте имеется радиосташ ия и контролируемый пункт телемеханики, В системе применяется одна радиостан- ция и один контролируемый пункт телемеханики для регулирования уровней . воды в четырех рисовых чеках, чТо позволяет упростить управление системой

диспет тером и увеличить надежность функционирования системы.

Формула изобретения

Автоматизированная рисовая оросительная система, включающая сеть оросительных каналов с подключёнными к ней через регуляторы водоподачи картовыми оросителями с рисовыми чеками, диспетчерский пункт системы и контролируемые пункты, размещенные в местах, установки регуляторов водоподачи в картовые оросители, связанные с диспетчерским пунктом радиорелейной линией связи и оснащенные автономными источниками питания, выполненными в виде параллельно подключенных к химическим источникам тока батарей электродов, .одна группа которых расположена в корнеобитаемом слое почвы чеков, а другая - в зоне поверхностного слоя воды в чеках, и блоки управления регуляторами водовыпус- ков, выполненные в виде исполнительных узлов, связанных с затворами водо

5

5

0

выпусков и подгслюченных к выходам ши- ротно-импульсных регуляторов, выходы которых подсоединены к устройствам сравнения, подключенным к датчикам уровня в картовых оросителях и к контролируемым пунктам, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения равномерности заполнения рисовых чеков водой, система снабжена установленными в каждом чеке датчиками уровня, под- ключенныт Ш через устройства сравнения к гаиротно-импульсному регулятору, причем вторые входы устройств сравнения связаны с контрольным пунктом, а также регуляторами водоподачи из картовых оросителей в соединенные с ним рисовые чеки, эти регуляторы водоподачи подключены электролиниями связи к широтно-импульсному регулятору на каждом картовом оросителе, причем каждый щиротно-импульсный регулятор снабжен вычислительным блоком и выполнен многомерным с чи слом входных и выходных каналов n+l, где п - число чеков, соединенных с картовым оросителем.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть искользова- но для управления процессами водорасп- ределения и полива риса на рисовых оросительных системах, преимущественно для рисовых карт- Краснодарского типа Кубанского варианта. Цель изобретения - упрор;ение конструкции и повышение равномерности заполнения ри,совых чеков водой. Система состоит из стандартных рисовых карт, имеющих по четыре рисовых чека 4 одинаковой площади. Особенностями такой конструкции являются большая площадь чеKJMiff KcpaSHu a/ffofefi , tfe.2 ков и расположение их в конце картово го оросителя 2, что требует применения сложных средств автоматизации для увеличения точности, надежности и быстродействия регулирования. Для этого в систему введены последователь но соединенные датчики уровня и сравнивающие элементы, многомерные гаиротно-импульсные регуляторы 10 и блок управления регуляторами водо- - выпусков. Входы многомерного иирот- но-импульсного регулятора 10 соединены с выходом сравнивающего элемента картового оросителя и с выходами сравниваюп их элементов соответству- КЕцего рисового чека 4. Элементы сравнения получают уставку оси контролиру емого пункта 9, связанного с диспетчерским пунктом управления всей системой радиорелейной линией связи. Питание электронной аппаратуры, а также исполнительных узлов 15 приводов 16 осуществляется от автономных химических источников питания, электроды которых расположены в воде и в почве рисовых чеков 4. 3 ил. (Л 00 NU СО 00 00

хИ

/7

5o.7o-7v.8.9.10.1t

Чъ

Чч

Чг

41

9o..mff/

/ / /

/ /

/

Чг

J3IF 3

Ъ

X

.1

r

c« 31 ©.