Лекція №3. Автоматизація поверхневого поливу

 

 

Поверхневий спосіб зрошення відомий із стародавніх часів і був першим штучним способом зволоження ґрунту. Він  порівняно простій, не вимагає застосування складних технічних засобів, у зв'язку з чим і в даний час знаходить широке застосування. Найбільш розповсюдженим є полив по борознах. Його використовують при закритій і відкритій зрошувальній мережі для зрошення просапних культур, садів і виноградників. На рис.1. представлена схема поливу по борознах із закритих трубопроводів. Вода з магістрального каналу 1 помповою станцією ПС подається в транспортуючий трубопровід 2, до якого через водовипускні механізми 4 приєднані трубопроводи 3. З поливних трубопроводів вода через водовипуски 5 подається в борозни, прокладені в міжряддях. Полив здійснюється по черзі з одночасною подачею води в один або два поливні трубопроводи у залежності від продуктивності помпової станції та конкретних умов. При цьому одночасно змочується 400...500 борозен, забезпечуючи зрошення на площі до 15 га.

Керування такою системою повинно забезпечити рівномірний і оптимальний за часом процес зволоження ґрунту, а також необхідні черговість і тривалість підключення поливних трубопроводів.

 

Рис. 1. Схема поливу по борознах із закритих трубопроводів.

 

Рівномірність подачі води в усі борозни забезпечують, відповідним розрахунком пропускної здатності водовипусків вздовж поливного трубопроводу з врахуванням втрат напору між ними. Так, при водовипусках у вигляді отворів витрата і-того водовипуску

 , /1/

де   – коефіцієнт витрати, який залежить від форми отвору;   – площа отвору;   – напір в центрі отвору. З рівняння /1/ слідує, що для забезпечення  , добуток   також повинен бути сталим. Цього досягають відповідною зміною   вздовж поливного водопроводу.

Оптимальний за часом процес зволоження забезпечується тим, що подача води в борозни здійснюється у два етапи. На першому етапі, коли відбувається замочування борозен, у поливному трубопроводі підтримується підвищений напір. За рахунок цього збільшується витрата з водовипусків, що призводить до зменшення часу добігання води до кінців борозен. На другому етапі, щоб уникнути розмиву борозен, напір зменшують, що призводить до зниження витрати і швидкості руху води. Цей режим продовжується доти, доки не буде забезпечена розрахункова норма зволоження, яку можна проконтролювати за вологістю у нижньому шарі ґрунту або за часом з врахуванням інтенсивності випаровування води з борозен. Отже, описаний процес зволоження зв’язаний з необхідністю визначення початку зволоження, моменту визначення добігання води до кінців борзен, зниження напору в поливному трубопроводі і кінця зволоження.

Всі ці операції може виконувати оператор або технічні засоби в автоматизованій системі.

На рис.2 наведена схема поливу і функціональна схема автоматизації на базі мікроконтролера, який здійснює наступний процес поливу: при зниженні вологості грунту до мінімально допустимого значення від давача вологості 6, який виробляє дискретні сигнали при мінімальному та оптимальному значеннях вологості, поступає сигнал в мікроконтролер МК, який формує команду на включення помпової станції ПС. Через заданий проміжок часу, який визначається часом пуску помпових агрегатів, МП подає сигнали на відкриття водовипускних механізмів, кількість і черговість яких наперед вводиться в пам’ять МП програмними засобами ПЗ. Вода поступає в поливні водопроводи, а із них – в борозни. Коли вода добіжить до кінця контрольної борозни, давач добігання 7 посилає сигнал і мікроконтролер передає на помпову станцію команду зменшити напір. На ПС це може бути здійснене відключенням одного з працюючих помпових агрегатів або зменшенням швидкості обертання помпи шляхом зміни числа пар полюсів асинхронного двигуна чи частоти живлення. При зниженому напорі зволоження буде продовжуватись доти, доки вологість ґрунту не досягне оптимального значення, про що „повідомить” мікроконтролеру давач вологості. Після цього починається полив наступних ділянок.

Щоби запобігти перезволоження ґрунту у випадку несправності давача вологості, мікроконтролер фіксує час поливу, і коли він досягне максимально допустимого значення, уже сам МП видає команди на закриття відкритих водовипусків і відкриття наступних згідно з режимом поливу всього поля, який записується в пам’ять МП програмними засобами ПЗ. При цьому полив наступних ділянок може здійснюватись за описаним алгоритмом, який фіксується в пам’яті МП, або з корекцією часу поливу шляхом введення відповідних перерахункових коефіцієнтів, які вводяться в МП завчасно.

Якщо є труднощі у використанні давачів вологості і добігання, то крім режимів зволоження в пам’ять мікроконтролера вводять час добігання і усереднений час зволоження ділянок, або окремо кожної ділянки. Але при такій автоматизації початок поливу повинен визначати оператор і ввести відповідну команду в МП.

В якості водовипускних механізмів часто використовують електромагнітні і гідравлічні клапани, а також гідравлічні засувки з дистанційним керуванням.

З метою економії електричної енергії слід застосовувати електромагнітні клапани з зачіпкою. У цьому випадку від мікропроцесора повинні поступати сигнали у виді імпульсів напруги на котушку тягового електромагніта і на котушки електромагніта зачіпки. Якщо використати різнополярні імпульси, то до кожного електромагнітного клапана буде достатньо прикласти двопровідну лінію зв’язку.

При великих витратах в якості водовипускних механізмів використовують гідравлічні засувки з дистанційним керуванням. У цьому випадку також можна обійтись двопровідною лінією зв’язку і різнополярною напругою живлення котушок електромагнітів.

У тих