Лекція 10. Автоматизація зрошення

Ділянка краплинного зрошення як об'єкт керування характеризується порівняно малою ємністю і незначним транспортним запізненням, тому що вода подається безпосередньо до коренів рослин. Це створює сприятливі умови для створення систем автоматичного керування зі зворотним зв'язком за вологістю кореневмісного шару.

На рис. 10.6 представлена функціональна схема автоматичного керування краплинним зрошенням саду на базі комп’ютерно-інтегрованої системи. Сад розташований на схилі гір і розділений на шість модулів площею в кілька гектарів. Зрошувальна трубопровідна мережа кожного модуля через електромагнітний клапан з’єднана з магістральним трубопроводом МТ. Вода в магістральний трубопровід подається самопливом із двосекційного резервуара через фільтр очищення Ф і магістральний клапан ЕКМ. У резервуарі відбувається природний підігрів води, а двосекційне виконання сприяє випаданню осадів. Керування зрошенням здійснюється комп’ютерно-інтегрованою системою КІС, яка виконує функції збору, обробки інформації і формування команд керування. Послідовним опитуванням в КІС через пристрій вводу подається інформація від випарника-опадоміра ВО, який вимірює сумарні втрати води на випаровування і поповнення за рахунок опадів, давача рівня ДР води в резервуарі, від витратоміра В, який контролює витрату води на зрошення, а також від станцій вимірювання параметрів мікроклімату СВПМ, встановлених на кожному модулі. У комплект СВПМ входять прилади для вимірювання температури, відносної вологості приземного повітря і вологості ґрунту. В Якості вимірювача вологості ґрунту використовують ємнісні високочастотні вологоміри.

 

Рис. 10.5. Схема системи програмного керування краплинним зрошенням.

На підставі цієї інформації комп’ютер виконує за заданими оператором вхідними даними і програмним забезпеченням розрахунок норм зволоження кожної ділянки і посилає команди керування на відповідні електромагнітні клапани через пристрій виводу команд ПВК.

В подальшому система безперервно коригує норму поливу за даними станції вимірювання параметрів мікроклімату і випарника-опадоміра. При цьому фактична витрата води на зрошення контролюється витратоміром, але вона не вся попадає у ґрунт. Тому кінець зрошення визначається за даними вологоміра.

Одночасно зрошується одна ділянка. Черговість зрошення може задавати оператор, або визначати у залежності від вологості ґрунту на ділянках: зволоження починається з ділянки, вологість ґрунту на якій найнижче, але вища за мінімально допустиму.

 

Рис. 10.6. Схема системи автоматичного керування краплинним зрошенням на базі обчислювального комплексу.

Коли вологість ґрунту на будь-якій ділянці вища допустимої норми (наприклад при випаданні опадів), то зрошення не проводиться. Оскільки зволоження кожної ділянки досить тривале, то з метою економії енергії і ліній зв’язку станції мікроклімату живляться централізовано тільки на час зрошення ділянки. Тому в системі передбачено адресне включення живлення станцій комп’ютером через блок живлення БЖ і відповідні комутуючі пристрої станцій.

В системі передбачене автоматичне керування промиванням фільтра за заданою періодичністю. При промиванні вода через клапан ЕКП йде на злив.

Розглянута система керування має зв'язок з АСУ верхнього рівня, яка поєднує окремі зрошувальні системи господарства, оптимізуючи їх роботу. Зокрема, розподіляє воду заповнення між системами краплинного зрошення, у посушливі періоди при дефіциті зрошувальної води коригує норми поливу, виходячи із наявного об’єму зрошувальної води та можливостей її поповнення.

 

Дощування – це найбільш прогресивний і розповсюджений спосіб зрошення. Його застосовують на всіх типах ґрунтів і при будь-якому рельєфі місцевості, воно підвищує вологість і знижує температуру в приземному шарі повітря, добре піддається автоматизації. Розрізняють пересувні, напівстаціонарні і стаціонарні дощувальні системи.

У пересувних всі елементи, включаючи насосну станцію, трубопроводи і дощувальні апарати, розташовані на мобільному агрегаті, як правило, із приводом від двигуна внутрішнього згоряння. Їх використовують на порівняно рівному рельєфі місцевості з водозабором з відкритих каналів. Прикладом пересувної системи зрошення є система агрегатів типу ДДА-100М. Оператор (він же водій) виконує функції керування рухом агрегату, водозабором і зрошенням.

У напівстаціонарних системах насосна станція і мережа водоподачі нерухомі, а дощувальні агрегати поливають у русі або позиційно. Сюди відносять системи, у яких зрошення здійснюється широкозахватними дощувальними машинами «Волжанка», «Фрегат», «Дніпро» та «Кубань».

В стаціонарних системах всі елементи нерухомі. Для них характерна широко розгалужена мережа трубопроводів, велика кількість дощувальних апаратів на одиницю площі, що вимагає значних витрат. Ці системи застосовують для зрошення площ на сильно пересіченій місцевості, включаючи гірські схили, а також для зрошення садів, виноградників, чайних плантаций тощо. Стаціонарні системи в найбільшій мірі піддаються автоматизації, яка зводиться, в основному, до керування водовипускними механізмами.

Розрізняють автоматизовані й автоматичні системи керування зрошенням. В автоматизованих системах зрошення здійснюється за заданою програмою, яку складають на базі даних біокліматичних спостережень і прогнозів з урахуванням особливостей зрошуваного масиву і фази розвитку рослин. Контроль за роботою системи здійснює оператор.

Відмінною рисою автоматичних систем є наявність зворотного зв'язку зі зрошуваним полем. Вимірювальні давачі контролюють один або кілька параметрів ґрунту і оточуючого середовища, наприклад, вологість ґрунту, вологість і температуру приземного повітря, інтенсивність сонячної радіації, випаровування, кількість опадів тощо. Після обробки за заданим алгоритмом інформації, що надходить, формуються команди керування без участі людини.

На рис. 10.7 наведена схема програмного керування стаціонарними дощувальними апаратами з електромагнітними клапанами. Таку систему використовують для зрошення садів, виноградників та ягідних плантацій. Від помпової станції магістральним трубопроводом