Устройство для автоматического управления поливом Советский патент 1992 года по МПК G05D11/02 A01G27/00 A01G9/24 A01G25/16 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, к области растениеводства в условиях защищенного грунта, может быть применено для управления процессом автоматизированного полива растений в теплице и является дополнительным к авт.св. № 1149899.

Целью изобретения является повышение точности регулирования нормы полива растений в теплице.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема блока полива.

Устройство для автоматического управления поливом содержит (фиг. 1) датчик 1 температуры воздуха в теплице, датчик 2 относительной влажности воздуха в тепли- це, датчик 3 температуры теплоносителя в системе обогрева теплицы, датчик 4 солнечной радиации, блок 5 управления производительностью насоса, регулятор 6 напряжения, магнитный пускатель 7, насос 8, расходомер 9, преобразователи 10 и 11 напряжения, фазочувствительную цепь 12 вычиичия частот, реверсивный счетчик 13, задатчйк 14 калибровочного значения, блок 15 сравнения, задатчйк 16 предполивного значения и элемент 17.временной задержки. При этом выходы датчика 1 температуры воздуха в теплице, датчика 2 относительной влажности воздуха втеплице,датчика 3 температуры теплоносителя в системе обогре-. ва теплицы и датчика 4 солнечной радиации подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам блока 5 управления производительностью насоса, который предназначен для формирования сигнала, управляющего производительностью насоса 8 путем уменьшения подаваемого на него напряжения электропитания Соответственно выход блока 5 управления производительностью насоса соединен с первым (управляющим) входом регулятора 6 напряжения, второй вход которого соединен с выходом источника электропитания, а его выход (показано стрелкой) через контакты магнитного пускателя 7 соединен с выводами обмотки электропривода насоса 8. С выходным трубопроводом насоса 8 сообщен вход расходомера 9. Выходы датчика 4 солнечной радиации и расходомера 9 связаны соответственно с входами первого 10 и второго 11 преобразователей напряжения в частоту, выходы которых подключены соответственно К первому и второму входу фазо- чувствительной цепи 12 вычитания частот. Два выхода фазочувствительной цепи .12 вычитания частот соединены с двумя входами реверсивного счетчика 13. третий вход которого соединен с выходом задатчика 14

калибровочного значения, предназначенного для ввода корфактирующего значения практической влажности почвы, периодически измеряемой лабораторными методами.

Выход реверсивного счетчика 13 соединен с первым входом блока 15 сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика 16 предполивного значения, предназначенного для задания минималь0 ного допустимого значения влажности почвы, при достижении которого должен начаться очередной сеанс полива.

Выход блока 15 сравнения соединен с входом элемента 17 временной задержки,

5 предназначенного для задания длительности сеанса полива путем временного запаз- дывания отключающего сигнала на магнитный пускатель 7 по отношению к включающему сигналу.

0 Кроме того, устоойство для автоматического управления поливом включает блок 18 полива (фиг. 2), в состав которого кроме элемента временной задержки, магнитного пускателя 7 и установленного на поливном

5 трубопроводе 19 вибрационного насоса 8 с переменной производительностью входят первое 20 и второе 21 реле и первичный преобразователь 22 расхода. Выход элемента 17 временной задержки и обмотка

0 первого реле 20 подключены к первому входу блока 18 полива, соединенному с выходом блока 15 сравнения. При этом обмотка электропривода вибрационного насоса 8 через замыкающие контакты магнитного пус5 кателя 7 подключена к второму входу блока 18 полива, который связан с выходом регулятора 6 напряжения. Обмотка второго реле 21 подключена к выходу элемента 17 временной задержки. Вводы обмотки магнит0 ного пускателя 7 подключены к второму входу блока 18. полива через параллельно соединенные замыкающий контакт первого реле 20 и замыкающий блокировочный контакт магнитного пускателя 7 и через после5 довательно соединенный размыкающий контакт второго реле 21. При этом выход первичного преобразователя 22 расхода подключен к выходу блока 18 полива, который связан с входом расходомера 9.

0Устройство для автоматического управления поливом может быть реализовано следующим образом.

В качестве датчиков 1,2 соответственно температуры воздуха в теплице и темпера5 туры теплоносителя в системе обогрева теплицы могут быть использованы датчики типа ТСМ-6097, гр.23, В качестве датчика 2 относительной влажности воздуха в теплице может быть использован датчик типа, например, ДОВП-1. В качестве датчика 4

солнечной радиации может быть использован, например, СР-4. Задатчик 14 калибровочного значения и задатчик 16 предполмвного значения могут быть реализованы, например, в виде переключаемых переменных резисторов. В качестве магнитных пускателей 7 могут быть использованы элементы типа ПМЕ. Преобразователи 10 и 11 напряжения в частоты могут быть реализованы в виде PC-генераторов на операционных усилйте лях, например, серии КУТ-401 (А, Б), В качестве насоса 8 может быть использован электронасос бытовой вибрационный БВ-0,15-40-У5, а в качестве расходомера 9 - ПРИ 50. Блок 15 сравнения может быть реализован на операционных усилителях КУТ-401 (А, Б), а фазочувстви- тельнэя цепь 12 вычитания частот - по схемам диодных фазовых дискриминаторов. Реверсивный счетчик 13 реализуется, например, на базе соответствующих микросхемсерии К155.

Элемент 17 временной задержки может быть выполнен на цифровых интегральных элементах по схеме пересчетных декад.

Блок 5 управления производительностью насоса 8 может быть реализован на базб.многовхрдовых операционных усилителей типа КУТ 401 (АБ).

Устройство для автоматического управления поливом работает следующим образом. ;/ - :. ,. ;,.-. - - ч. .;.

Перед включением устройства в работу в реверсивный счетчик 13 с помощью задат - чйка 14 калибровочного значения вносят начальное значение влажности почвы, обычно измеряемое с помощью лабораторных методов. После включения устройства это начальное значение влажности почвы в реверсивном счетчике 13 меняется в зави- еимоетй от величин выходных сигналов датчика 4 солнечной радиации и расходомера

: .Т-;. . -; :,.; . .

Выходной еигнал датчика 4 солнечной радиации, пропорциональный уровню теповой радиации солнца, поступает на вход первого преобразователя 10 напряжения в частоту, который генерирует импульсы частотой А, пропорциональной входному напряжению. На вход второго преобразователя 11 напряжения в частоту поступает сигнал с расходомера 9, пропориональный мгновенному значению расхоа поливной воды в трубопроводе 19. оэтому до начала сеанса полива на выходе торого преобразователя 11 напряжения в астоту импульсный сигнал отсутствует (т.е. астота Б равна нулю). Поэтому с первого ыхода фазочувствительной цепи 12 вычиания частот, которая сравнивает частоты А

и Б и вырабатывает сигнал (А-Б) или (Б-А) в зависимости от того, какая частота оказывается больше, между сеансами полива, когда частота Б равна нулю, поступает импульс- 5 ный сигнал с частотой А. В результате вычитания этих импульсов от начального показания в реверсивном счетчике 13 исчисляется текущая оценка влажности почвы, в предположении, что скорость влагопотерь 10 почвы пропорциональна уровню тепловой радиации солнца.

Когда сигнал, установленный задатчи- ком 16 предполивного значения, совпадает с уменьшающимся сигналом, поступающим 15 с реверсивного счетчика 13, с блока 15 сравнения на первый вход блока 18 полива поступает сигнал, который вызывает срабатывание первого реле 20. При этом замыкание контакта первого реле 20 приво- 0 дит к подаче на обмотку магнитного пускателя 7 напряжения, которое с выхода регулятора 6 напряжения поступает на второй вход блока 18 полива. В результате срабатывания магнитного пускателя 7 и 5 замыкания его контактов это напряжение поступает на обмотку электропривода вибрационного насоса 8, вызвав его включение. При этом одновременно магнитный пускатель 7 становится на самоблокировку 0 в результате замыкания его блокировочного контакта.

При этом напряжение, поступающее на обмотку электропривода насоса 8 через контакты магнитного пускателя 7 с выхода 5 регулятора 6 напряжения, не обязательно равно максимальной величине напряжения, снимаемого с выхода источника электропитания. Оно при понижении температуры воздуха или при понижении температуры 0 теплоносителя в системе обогрева, или при пониженном уровне тепловой радиации от солнца, или при повышении относительной влажности воздуха в теплице, т.е. при появлении любого указанного фактора, вызыва- 5 ющегр снижение скорости испарения влаги из почвы и поглощения влаги растениями, уменьшается в соответствии с уменьшени- - ем командного сигнала на выходе блока 5 управления производительностью насоса 8, 0 в котором отклонение выходного сигнала от максимального значения может определяться, например, как взвешенная алгебраическая сумма величин выходных сигналов присоединенных к его входам датчиков. Од- 5 нако максимум и минимум величины выходного сигнала блока 5 ограничены диапазоном регулировочной характеристики насоса 8. т.е. его максимальной и мйнималь- . ной производительностью. Уменьшение выходного сигнала блока 5 управления

производительностью насоса 8, поступающего на первый управляющий вход регулятора 6 напряжения, вызывает соответствующее уменьшение величины напряжения на его выходе и, следовательно, соответствующее уменьшение производительности включенного насоса 8. В момент включения насоса 8 сигнал с выхода блока 15 сравнения через первый вход блока 18 полива одновременно поступает на вход элемента 17 временной задержки, который через интервал времени, определяемый настройкой этого блока, выдает выходной сигнал на обмотку второго реле 21. Срабатывание второго реле 21 и размыкание его контакта приводит к отключению обмотки магнитного пускателя 7 от напряжения, поступающего на второй вход блока 18 полива с выхода регулятора б напряжения. Это приводит к размыканию контактов магнитного пускателя 7 и остановке вибрационного насоса 8.

Таким образом, длительность каждого сеанса полива постоянна и определяется настройкой элемента 17 временной задержки. Однако, поскольку производительность насоса 8 меняется указанным выше образом, .то доза, вносимая в каждом сеансе полива, будет разной, причем соответствующей факторам внешней и внутренней среды теплицы, влияющим на скорость влагопотерь из почвы.

В течение сеанса полива при включенном насосе 8 показания расходомера 9 отличаются от нуля и соответствуют фактической регулируемой производительности насоса 8. Поэтому в этот период с выхода второго преобразователя 11 напряжения в частоту поступает импульсный сигнал с частотой Б, которая больше частоты А. Следовательно, на соответствующем выходе фазочувствительной цепи 12 вычитания частот появляется импульсный сигнал с частотой (Б-А), который поступает на счетный вход реверсивного счетчика 13. Поэтому показания реверсивного счетчика 13 в период сеанса полива возрастают в соответствии с определяемым увеличением влажности почвы.

По окончании сеанса полива, когда поступает сигнал от элемента 17 временной задержки, отключающий магнитный пускатель 7 и напряжение питания от насоса 8, работа устройства будет циклически повторяться в соответствии с алгоритмом, описанным выше.

Периодически для устранения накапливающейся ошибки, возникающей из-за неидеальности модели, которая используется в алгоритме вычисления оценки влажности

почвы, может производиться коррекция показаний реверсивного счетчика 13 путем измерения влажности почвы точными лабораторными методами и внесения этого

показания с помощью задатчика 14 калибровочного значения.

Таким образом, устройство обеспечивает не только включение насоса 8 в нужный момент, когда влажность почвы снижается

0 до минимально допустимого предполивного значения, но и позволяет регулировать производительностью насоса 8 в зависимости от факторов внешней и внутренней среды теплицы, влияющих на скорость влагопо5 терь из почвы. Это позволяет уменьшить до минимально необходимого уровня дозу, вносимую в очередном сеансе полива. Как .следствие уменьшаются максимальные значения почвы в моменты окончания сеансов

0 полива, т.е. уменьшаются колебания значений влажности почвы. А повышение точно- сти регулирования влажности почвы благоприятно сказывается на жизнедеятельности выращиваемых в теплице растё5 ний, повышает их урожайность.

Таким образом, при поддержании на постоянном оптимальном уровне влажности почвы, повышается урожайность и улучшается качество продукции. Слишком

0 низкая и высокая влажность почвы, а также колебания водного режима приводят к уменьшению урожая, особенно во время цветения ив начале плодообразованмя, когда растения наиболее чувствительны к коле5 баниям параметров водного режима,

Формула изобретения

1.Устройство для автоматического управления поливом по авт.св. № 1149899. о т- личающеес я тем, что, с целью повыше-.

0 ния точности регулирования нормы полива растений в теплице, оно снабжено датчиком температуры воздуха в теплице, датчиком относительной влажности воздуха в теплице, датчиком температуры теплоносителя в

5 системе обогрева теплицы, блоком управления и регулятором напряжения, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно блока управления и источника электропитания, а выход - к

0 второму входу блока полива, причем выходы датчика температуры воздуха в теплице, датчика относительной влажности воздуха в теплице, датчика температуры теплоносителя в системе обогрева теплицы и датчика

5 уровня солнечной радиации соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока управления.

2.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что блок полива включает насос с электроприводом, элемент временной задержки, два реле, магнитный пускатель и первичный преобразователь расхода, выход которого является выходом блока полива, а первый вход последнего соединен с входом элемента временной задержки и выводами обмотки первого реле, при этом второй вход блока полива подключен к выводам обмотки электропривода насоса через нормально разомкнутые контакты

магнитного пускателя, а к выводам обмотки последнего - через параллельно соединенные нормально разомкнутый контакт первого реле и нормально разомкнутый блокирующий контакт магнитного пускателя и последовательно включенный нормально замкнутый контакт второго реле, выводы обмотки которого связаны с выхо-. дом элемента временной задержки.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, к области растениеводства в условиях защищенного грунта. Может быть применено для управления процессом автоматического полива растений в теплице и является усовершенствованием устройства по авт.св. СССР № 1149899. Цель изобретения - повышение точности регулирования нормы полива растений в теплице. Устройство для автоматического управления поливом дополнительно снабжено датчиком 1 температуры воздуха в теплице, датчиком 2 влажности воздуха в теплице, датчиком температуры теплоносителей в системе обогрева теплицы, подключенными к соответствующим входам блока 5 управления производительностью насоса 8. Устройство обеспечивает включение насоса 8, когда влажность почвы в теплице снижается до минимально допустимого предполивоч- ного значениями регулирование производительности насоса 8 .в зависимости от факторов внутренней и внешней среды в теплице. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. От источника питания (Л С ю о о о ы to

Фиг. 2