Автоматизированная оросительная система Советский патент 1991 года по МПК A01G25/16 A01G25/02 

Изобретение относится к технике полива сельскохозяйственных культур и может быть использовано для орошения садов

Целью изобретения является повышение качества полива путем устранения депрессии фотосинтеза растений при высоких температурах воздуха.

На фиг.1 представлена блок-схема автоматизированной оросительной системы; на фиг.2 - конструкция диспергатора

Автоматизированная оросительная система содержит последовательно соединенные напорный источник 1 водоснабжения,

стабилизатор 2 давления воды, расходомер 3 и электроуправляемый запорный клапан 4, а также внутрипочвенные оросители 5, гидравлически связанные с выходом последнего Входы микропроцессора 6, с помощью которого осуществляется выработка норм полива подключены к датчикам 7,8,9 температуры, влажности воздуха, скорости ветра соответственно, а выходы - к электроуправ- ляемому запорному клапану 4 и к управляющему входу запоминающего устройства 10. Последнее подключено через аналого-цифровой преобразователь 11 к блоку 12 опреоел

00

ю

ND

деления площади листового гюкроьа. К микропроцессору 6 подключены также выход и дополнительный вход расходомера 3 и сигнальный выход блока 13 выработки пауз между поливами, гидравлически связанного через гидроуправляемый поплавковый клапан 14 с выходом электроуправляемою запорного клапана 4. Электроуправляемый водопропускной клапан 15с концевыми выключателями 16. 17 его открытого и закрытого положений гидравлически связан с источником 1 напорного водоснабжения.

Мелкодисперсное орошение растении производится диспергаторами 8, гидровходы которых подключены к выходу электсоуправляемого водопропускного клапана 15. Источник 19 сжатого воздуха связан с пнев- мовходами диспергаторов 18 через управляемый воздухопропускной клапан 20.

Диспергатор выполнен в виде промежуточной камеры 21, связанной через подводящий трубопровод 22 с вертикальным изгибом 23 с электроуправляемым водопропускным клапаном 15. На промежуточной камере установлена рабочая камера 24 снабженная поплавком 25, закрепленным на перфорированном штоке 26 с эластичным клапаном 27 на его нижнем конце и установленным с возможностью перекрытия водопропускных отверстий 28 в дне рабочей камеры 24. Диспергатор содержит также смесительный узел 29 с воздухораспределительной камерой 30 и распыливаю- щими соплами 31 на выпускных канзпэх 32. внутренние полости которых через капилляры 33 сообщены с внутренней полостью перфорированного штока 26. Через автоматический клапан воздухораспределительная камера 30 пневматически связана с воздухопропускным клапаном 0. Клапан выполнен в виде плунжерной пары, неподвижный элемент 34 которой имеет в верхней заглушенной части, вспомогательное отверстие 35, а в нижней части снабжен муфтой 36, выполненной из пористого гидрофильного материала. Муфта содержит пружинный привод 37, выполненный из сплава с температурной памятью формы и связанный с подвижным элементом 38 плунжерной пары, в котором выполнено во духопропуск- ное отверстие 39.

Последний на системе Диспергатор снабжен датчиками крайних нижнего 40 и верхнего 41 положений поплавка 25, выполненных в виде герметизированных магнито- управляемых контактов 42, установленных с возможностью их взаимодействия с укрепленным на поплавке 25 постоянным магнитом 43.

Электронное устройство управления водопропускным 15 и воздухопропускным 20 клапаигми выполнено в виде регистров памяти 44, 45 минимальной площади листового покрова и максимальной температуры воздуха, подключенных соответственно к первым входам первого 46 и второго 47 двоичных сумматоров, к вторым входам которых подключены выходы запоминающего

0 устройства 10 и датчика 7 температуры воздуха, а к третьим - выход источника 48 единицы переноса младших разрядов обоих сумматоров. Выходы сумматоров 46, 47 соединены с входами первого элемента И 49,

5 выход которого соединен с первыми входами второго 50, третьего 51, четвертого 52 элементов И и схемы НЕ 53 Второй и третий входы второго элемента И 50 соединены с прямыми выходами соответственно первого

0 54 и отороги 55 RS-триггеров, а второй и третий зходы третьего элемента И 51 - с инверсными выходами этих RS-триггеров. Кроме того, инверсный выход второго RS- триггера 55 соединен также и с вторым вхо5 дом четвертого элемента И 52, а входы первого RS-tpurrepa 54 соединены с концэ- выми выключателями 16, 17 электроуправляемою водопропускного клапана 15. При этом входы второго RS-триггера 55 соедине0 ны с дачиками верхнего 40 и нижнего 41 положений поплавкового клапана 56 последнего на системе диспергатора.

Электронное устройство управления включает также элемент ИЛ И 57 и риверсив5 ныи усилитель 58 мощности, первый вход которого соединен с выходом второго элемента И 50. а второй вход - через элемент ИЛИ 57 - с выходами элемента И 51 и схемы НЕ 53. Выход усилителя 58 соединен через

0 электромагнитный исполнительный блок 59 с управляющим входом воздухопропуск- ного клапана 20.

Источник 19 сжатого воздуха выполнен в виде ресивера 60 с контактным маномет5 рическим датчиком давления блока 61 автоматического поддержания давления и компрессора 62.

Работает автоматизированная оросительная система следующим образом.

0 Дня орошения растений в соответствии с поступающей метеоинформацией и величиной ппощади листового покрова растений, система вычисляет норму полива, выдерживает необходимую паузу и осуще5 столяет внутрипочвенное орошение растений в области их корневых систем через внутрипочвенные оросители 5 При этом ип формация площади листового покрова, измеряемая блоком 12, преобразуется в цифров/ю форму аналого-цифровым преобразователем 11 и ежедневно переписывается в запоминающее устройство 10, Когда эти данные достигнут величины, установленной в регистре памяти 44, при которой внутрикроновое дождевание становится целесообразным, при условии, что при этом температура окружающей среды, определяемая посредством цифрового датчика 7 температуры, достигнет значения, установленного в регистре памяти 45, при кото- ром для данного вида растений возникает депрессия фотосинтеза, в работу вступает система внутрикронового мелкодисперсного дождевания. При этом на выходах Перенос старших разрядов двоичных сумматоров 46, 47 образуются сигналы логической единицы.

Происходит JTO следующим образом. Пусть, например, в регистре памяти 44 хранится двоичное число 10100000100, соот- ветствующее десятичному числу 1284. На инверсных выходах регистра памяти 44 будет соответственно число 01011111011. Когда величина площади листвы контрольного растения достигнет величины 1284, то при сложении в двоичном сумматоре 46 (с учетом поступающего на вход младшего разряда сигнала логической единицы с выхода блока 48) мы получим 1,00000000000. Единица слева от запятой означает появле- ние сигнала логической е диницы на выходе Перенос старшего разряда двоичного сумматора 46. Это свидетельствует о том, что площадь листового покрова достигла такой величины, при которой янутрикроновое дождевание становится целесообразным.

Аналогичным образом сигнал логической единицы появляется на выходе Перенос старшего разряда двоичного сумматора 47 при достижении или ппевы- шении показаний датчика температуры значения, установленного в регистре памяти 45. Наличие сигнала логической единицы на выходе Перенос старшего разряд.. ;цпоич- ного сумматора 47 свидетельствует о гом, что температура воздуха достигла той величины, при которой может возникнуть или уже возникла депрессия фотосинтеза. При этом на выходе первого элемента И 49 возникает сигнал логической единицы посту- лающий на первые входы второго 50 и третьего 51 элементов И. На второй вход второго элемента И 50 поступает сигнал логической единицы с прямого выхода первого RS-триггера 54, изменяющего свое состояние при срабатывании концевого выключателя 16, а на третьем входе элемента И 50 присутствует сигнал логической единицы, поступающий с прямого выхода второго RS-триггера 55, обусловленный срабатыванием датчика 40 нижнего пспоженич по- пл jBKoecro клапана 56 диспергатора 13. Образующийся в результате этого сигнал логической единицы на выходе второго элемента И 50, воздействуя на реверсивный усилитель 58 мощности, приведет к открытию электроупрэвляемого водопропускного клапана 15, который подключит источник 1 напорного водоснабжения на заполнение диспир- зторов 18 водой. Одновременно при открытии клапана 15 срабатывает концевой аыключатель 17, в результате чего первый RS-триггер 54 перебросится в противоположное состояние и на его прямом выходе образуется С .тнал логического нуля, а на ПНР :г,сном - логической единицы.

После заполнения водой всех дис- пергаторов, из которых последним заполнится самый дальний на системе диспергатор, сработает датчик 40 верхнего положения его поплавкового клапана 56. Это приведет к переброске второго RS-триг- гера 55 в противоположное состояние, в результате чего на его инверсном выходе образуется сигнал логической единицы, а на прямом - логического нуля. Образующийся при этом сигнал логической единицы на выходе третьего элемента И 51, воздействуя через элемент ИЛИ 57 на реверсивный усилитель мощности 58, обеспечит закрытие электроуправляемого водопропускного кла- плна 15, в результате чего прекратится подача соды в диспергаторы 18. Закрытие клапана 15 приведет к срабатыванию концевого выключателя 16 и к переброске первого RS-триггера 54 в исходное состояние. В то же время на инверсном выходе второго RS- триггера 55 присутствует сигнал логической единицы воздействующий на второй вход четвертого элемента И 52, на первый вход которого поступает сигнал логической единицы с выхода первого элемента И 49. Это ведет к возникновению сигнала логической единицы на выходе четвертого элемента И 52, воздействующего на электроуправ- ляемое исполнительное устройство 59 релейного действия, которое открывает воздухопропускной клапан 20, соединяя пневматически ресивер 60 с диспергатора- ми 18. Все готово к внутрикроновому мелкодисперсному дождеванию. Если при этом температура воздуха внутри кроны будет соответствовать температуре срабатывания приводных пружин 31 диспергатора, обладающих температурной памятью формы, начнется внутрикроновое дождевание путем включения в работу диспергаторов. Последние работают следующим образом.

При открытом электроупраеляемом запорном клапане 4 вода поступает в диспергатор через изогнутый в верхней части отрезок 23 водоподводящей трубы 22 Эгим изгибом предотвращается вытекание воды из диспергатора обратно в трубу 22 при прекращении водоподачи при наполнении диспергаторов. Наполнение их происходит так: через промежуточную камеру 21 и отверстия 28 вода попадает в рабочую камеру 24, наполняет ее, поднимая поплавок 25, который тянет за собой трубчашй перфорированный шток 26, через отверстия в котором благодаря зазору между штоком и: внутренними стенками центрального отверстия вода поступает в капилляры 33 Поднявшись в верхнее положение, поплавок 25 эластичным клапаном 27, закрепленным на нижнем конце штока 26, закрывает отверстия 28 и доступ воды в диспергатор прекращается. Центральное отверстие рабочей камеры 24 и пучок капилляров 33 служат направляющими при движении поплавка 25 со штоком 26.

После наполнения всех диспергаторов водой открывается воздухопропускной клапан 20 и сжатый воздух от ресивера 60 начинает поступать к диспергаторам 18. Но он попадает в воздухораспределительные камеры 30 лишь тех диспергаторов, температура воздуха внутри крон которых равна или превышает температуру начгча депрессии фотосинтеза, т.е. топько в те дисперга- торы, в которых приводная пружина 37 с температурной памятью формы будаг нахо- дитксч в сжатом состоянии.

Проходя по выпускным каналам32, сжатый воздух вытягивает воду из капилляров 33 и выбрызгивает ее наружу через распыляющие сопла 31 в виде мелкодисперсных (аэрозольных) водяных облаков Размер капель не превышоОт 500 мкм. При этом влажность воздуха внутри крон растений возрастает, а его температура, как и температура листьев, постепенно снижается до величины, при которой процесс фотосинтеза восстанавливается.

При распылении водяных облаков постепенно увлажняется пористая муфта 35, температура приводной пружины 37, облагающей температурной памятью формы. снижается до величины ее срабатывания. При срабатывании ее происходит резкое аспрямление витков пружины и перемещение подвижного элемента 38 вверх внутри неподвижного элемента 34 плунжерной пары и путь прохождения сжатого воздуха перекрывается, диспергация прекращается. Для обеспечения надежного перемещения подвижного элемента 38 в неподвижном 34 выполнено вспомогательное отверстие 35, через сторое выдавливается воздух при

движении элемента 38 вверх и впускается при перемещении его вниз.

После постепенного высыхания пористой муфгы 36 и нагревания пружины 37

процесс мелкодисперсного дождевания может быть продолжен если температура пружины достигнет величины начала депрессии фотосинтеза.

На наружной поверхности самого даль0 него на системе диспергатора, позже и дольше всех заполняемого водой, установлены два магнитоуправляемых контакта 42, ко; орые вместе с кольцевым магнитом 43, установленным на поплавке 25, выполняют

5 функции датчиков верхнего 40 и нижнего 41 положения поплавкового клапана 56 этого диспергьтора.

Такая периодическая работа диспергаторов при высоких температурах воздуха

0 продолжается до тех пор, пока вода в них не будет израсходована.

При понижении температуры воздуха мелкодисперсное дождевание нецелесообразно. При этом на выходе первого элемен5 та И 49 образуется сигнал логического нуля, исчезнет сигнал логической единицы на выходе четвертого элемента И 52, выключится электроуправляемый исполнительный механизм 59 релейного действия и под воздей0 сгвием возвратной пружины этого механизма закроется воздухопропускной клапан 20, что приведет к прекращению подачи воздуха к диспергаторам 18 и прекращению внутри- кронового дождевания, если ранее путь

5 воздушному потоку не был перекрыт подвижными элементами 38, приводимыми в движение пружинами 37 с температурной памятью формы, отреагировавшими на понизившуюся температуру воздуха внутри крон рас0 гений, где и установлены диспергаторы.

Давление воздуха в ресивере 60 автоматически поддерживается постоянным блоком 61 автоматического поддержания давления, включающим манометрический

5 контактный датчик давления и управляющий работой компрессор 62. При повышении температуры воздуха его подача возобновится и внутрикроновое дождевание будет продолжаться до тех пор, пока

0 поплагзкозыи клапан 56 самого дальнего на системе диспергатора 18 не опустится в нижнее положение, что приведет к срабатыванию датчика 41 нижнего положении поплавкового клапана. При этом начнется

5 заполнение диспергаторов водой. Цикл повторяется, причем подача воды и воздуха з диспергатор еще не является достаточным условием для осуществления внутрикроно- вого дождевания. Оно выполняется каждым диспергатором автономно при достижении

температуры воздуха внутри кроны растения такой величины, при котории пружинным приводом 37, выполненным из сплава с температурной памятью формы, обеспечивается перемещение подвижного элемента 38 и открытие пути сжатого воздуху внутрь воздухораспределительной камеры 30 через отверстие 39 в подвижном элементе 38. Таким образом, условием работы дисперга- тора является достижение внутрикроновой температурой воздуха заданной величины и заполнение водой самого дальнего на системе диспергатора, обеспечивающее срабатывание датчика верхнего положения 40 его поплавкового клапана и, следовательно, открытие воздухопропускного клапана 20 на подачу воздуха в заправленные водой диспергаторы.

На различных участках сада внешние условия различны (в глубине сада, например, скорость ветра меньше, влажность выше и т.д.). Различна также форма и величина крон деревьев. Все диспергагоры, в зависимости от этих условий, работают автономно.

Замкнутое состояние нижнего магнито- управляемого контакта 42 информирует о том, что вся вода, набранная в диспергатор, израсходована. Замкнутое же состояние верхнего магнитоуправляемого контакта 42 говорит о том, что асе дисперыторы заполнены водой и система орошения готова начать мелкодисперсное дождевание.

За счет снятия депрессии с процесса фотосинтеза ускоряется созревание урожая (до 10 дней), прибавка урожая составляет не менее 25-30%. Транспирация снижается в 3-5 раз, норма внутрипочвенных поливов сокращается на 25-30%.

Срок окупаемости описанной комбини рованной системы орошения составляет 1 сезон, а ожидаемый годовой экономический эффект после первого года эксгпуатацнл составляет более 19 тыс.руб. на 1 га яб.г нево- го сала.

Формула изобретения

1. Автоматизированная оросительная, система, включающая последовательно соединенные напорный источник водоснабжения, стабилизатор давления воды, рЪсхсдомер, электроуправляемый запорный клапан и внутрипочвенные оросители, а также микропроцессор, входы которого подключены к выходам датчиков температуры, влажности воздуха и скорости ветра, а выходы - к входу управления электроуправ- ляемого запорного клапана и к управляющему входу запоминающего устройства, другой вход которого подключен через аналого-цифровой преобразователь к выходу блока определения площади лигтпвого покрова, причем выход и допотнительный вход расходомера подключены к соответст- ь..ющим входам микропроцессора, дополнительный вход которого связан с С сигнальным выходом блока выработки пауз между поливами, гидравлически связанного исрез гидроуправляемый поплавковый кла- ган с выходом электроуправляемого запорного клапана, отличающаяся тем, что,

0 с иелью повышения качества полива путем устранения депрессии фотосинтеза растений при высоких температурах воздуха, система снабжена электроуправляемым воздухопропускным клапаном, электроуп5 рот.пяемым водопропускным клапаном с концевыми выключателями его открытого и закрытого положений, гидравлически связанным с источником напорного водоснабжения, электронным устройством

0 управления водопропускным и воздухопропускным клапанами, диспергаторами, гидровходы которых подключены к выходу электроуправляемого водопропускного клапана, источником сжатого воздуха, связан5 ним с пневмовходами диспергаторов через управляемый воздухопропускной клапан.

2. Система по п.1,отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности в р:-5оте, каждый диспергатор выполнен в ви0 де промежуточной камеры, связанной через . родящий трубопровод с вертикальным ч.мибом с электроуправляемым водопропускным клапаном, рабочей камеры, неподвижно установленной над промежуточной

5 камерой и снабженной поплавком, закрепленным на верхнем конце перфорированного штока, оснащенного эластичным ктапаном на его нижнем конце и установленного с возможностью перекрытия водо0 пропускных отверстий, выполненных в дне рабочей камеры и гидравлически соединяющих последнюю промежуточной камерой, а тлкже смесительного узла с воздухораспределительной камерой и распыливающими

5 соплами на выпускных каналах, внутренние полости которых через капилляры сообщены с внутренней полостью перфорированного штока, причем воздухораспределительная камера пневматически

0 сообщена с воздухопропускным клапаном через автоматический клапан, выполненный в виде плунжерной пары, в верхней заглушенной части неподвижного элемента которого выполнено вспомогательное от5 верстие, а в нижней части установлена муфта, выполненная из пористого гидрофильного материала и снабженная пружинным приводом, выполненным из сплава с температурной памятью формы и кинематически связанного с подвижным элементом.

содержащим воздухопропускное отверстие, а последний диспергатор относительно напорного источника водоснабжения снабжен датчиками крайних нижнего и верхнего положений поплавка, выполненных в виде герметизированных магнитоуправля- емых контактов, установленных с возможностью их взаимодействия с укрепленным на поплавке постоянным магнитом.

3. Система по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ а- я с я тем, что электронное устройство управления водопропускным и воздухопропу- скным клапанами выполнено в виде регистров памяти минимальной площади листового покрова и максимальной темпе- ратуры воздуха, подключенных соответственно к первым входам первого и второго двоичных сумматоров, к вторым входам которых подключены выходы запоминающего устройства и датчика температуры воздуха, а к третьим - выход источника единицы переноса младших разрядов обоих сумматоров, при этом выходы последних соединены с входами первого элемента И, второго, третьего и четвертого элементов И и схемы НЕ, первые входы которых соединены с выходом первого элемента И, первого RS-триг- гера, входы которого соединены с

концевыми выключателями электроуправ- лчемого водопропускного клапана, а выходы - с вторыми входами второго и третьего элементов И, второго RS-триггера, выходы последнего связаны с выходами датчиков верхнего и нижнего положений поплавка последнего диспергатора относительно напорного источника водоснабжения, а выходы - с третьими входами второго и третьего элементов И с вторым входом четвертого элемента И, выход которого через электромагнитный исполнительный блок подключен к управляющему входу воздухопропускного клапана, а также реверсивный усилитель мощности, выход которого подключен к управляющему входу водопропускного клапана, первый вход соединен с выходом второго элемента И. а второй вход через элемент ИЛИ соединен с выходами третьего элемента И и схемы НЕ.

4. Система по п.1,отличающаяся тем, что источник сжатого воздуха выполнен в виде последовательно включенных компрессора и ресивера с контактным манометром, подключенным через блок автоматического поддержания давления к компрессору

Изобретение относится к технике мелкодисперсного орошения сельскохозяйственных культур. Цель изобретения - повышение качества полива путем устранения депрессии фотосинтеза растений при высоких температурах воздуха. Оросительная система включает напорный источник водоснабжения для подачи воды через электроуправ- ляемый микропроцессором 6 клапан 4 в оросительную сеть с диспергаторами 8 и внутрипочвенными оросителями 5. Подача воздуха в диспергаторы 5 осуществляется от источника 19 сжатого воздуха через управляемый воздухопропускной клапан 20 по командам электромагнитного исполнительного блока 59 электронного устройства управления. Последнее с помощью реверсивного усилителя мощности 58 управляет также водопропускным клапаном 15 для заполнения диспергаторов 18 водой и выполнено в виде логических блоков, построенных на четырех элементах И 49-52, схемы НЕ 53. элемента ИЛИ 57 и двух RS-тригге- ров 54, 55 Работа электронного устройства управления осуществляется по командам первого 46 и второго 47 двоичных сумматоров, выходы которых определяются информацией, поступающей с запоминающего устгюйства 10, в котором хранится информация о площади листового покрова, и с датчика 7 температуры воздуха Эта же информация служит для назначения микропроцессором 6 нормы полива. Кроме того, микропроцессор 6 вырабатывает сигналы управления запорным клапаном 4 и на основании сигналов с датчика 9 скорости ветра и с блока 13 выработки пауз между поливами 3 з п ф-лы, 2 ил СО С

ЗгЧЛр

Г 7

L8 3

W//////Y//7 777 7 2(

х - О

(риг. 2

Составитель i. Параев Техред М.Моргентал

36 -37

23

Вода

Корректор Т. Палий