Лекція №3. Автоматизація поверхневого поливу

Швидкість руху машини і, як наслідок, норма поливу задаються зміною прохідного отвору крана-задавача швидкості руху останнього візка. Система синхронізації автоматично змінює швидкість інших візків.

В машині передбачені гідромеханічний і електричний захисти від недопустимого вигину трубопроводу. Гідромеханічна система складається з дротової тяги, що проходить по роликах уздовж усього трубопроводу, і кульового крана, який встановлено на магістралі подачі води в гідроциліндр привода останнього візка. Дротова тяга з однієї сторони закріплена на нерухомій опорі, а з іншої – зв'язана з тягою кульового крана. При недопустимому вигинанні трубопроводу дротяна тяга натягується і закриває кульовий кран. У результаті зупиняється останній візок, а через систему автоматичної синхронізації й інші візки машини.

Електричний захист призначений для аварійної зупинки машини при недопустимому вигинанні трубопроводу, яка може виникнути при відмові системи синхронізації швидкості або гідромеханічного захисту. Вона складається з ртутних перемикачів, закріплених на спеціальному маятнику, який повертається регулюючим стрижнем 3 при недопустимому вигинанні трубопроводу. Ртутні перемикачі встановлені на усіх візках і з'єднані послідовно. При повороті маятника розмикається ртутний перемикач і подається сигнал на закриття засувки на вході в трубопровід машини. В якості привода засувки використовується поршневий гідравлічний виконавчий механізм, керований за допомогою електрогідрореле ГР. Вода в гідроциліндр подається з трубопроводу машини. Живиться обмотка електромагніта електрогідрореле від акумулятора, який розміщують біля нерухомої опори.

Автоматична стабілізація тиску води. Для забезпечення роботи дощувальної машини з заданою нормою поливу тиск води на вході в трубопровід необхідно підтримувати сталим. Якщо машина працює від автономної насосної станції, то це досягається за рахунок керування її режимом. Однак дуже часто до одного напірного трубопроводу приєднують декілька дощувальних машин. У цьому випадку тиск на вході трубопроводу кожної з машин буде залежати від кількості працюючих машин, їх витрати і віддалі до помпової станції із-за гідравлічних втрат тиску в трубопроводах. Для забезпечення номінального тиску на входах дощувальних машин на вході напірного трубопроводу підтримують підвищений тиск, а на вході кожної дощувальної машини встановлюють автоматичний регулятор тиску.

На рис.6 показаний регулятор тиску РТ-1. Він складається з клапана А, який є регулюючим органом і гідравлічного регулятора Б з мембранним виконавчим механізмом, що регулює тиск «після себе». При подачі води у підвідний патрубок клапана, піднімається тарілчастий запірний орган 10 і через щілину, що утворилася, вода поступає у підвідний патрубок, і далі – у трубопровід дощувальної машини. Одночасно частина води через фільтр 12, сполучну трубку 11 і ніпель 8 попадає у порожнину над мембраною 9 і через кільцеву щілину клапана 4, імпульсну трубку 6 поступає у відвідний патрубок. 

 

Рис.6. Регулятор  тиску РТ-1.

 

Коли тиск у відвідному патрубку перевищує заданий, то через імпульсну трубку 6 зворотного зв'язку він передається в порожнину під мембрану 3. Мембрана, переборюючи зусилля пружини 2, стискується, переміщується вверх і кільцева щілина в клапані 4 зменшується. В результаті збільшується тиск у робочій камері 13 виконавчого механізму і під дією сили тиску і сили стисненої пружини 7 мембрана 9 опускається, прикриваючи запірний орган 10 клапана. Це призводить до зниження тиску у відвідному патрубку. Тиск задають переміщенням клапана 4 за допомогою регулюючого гвинта 1.

При зниженні тиску нижче заданого відбувається більше відкриття клапана 4 і тиск у робочій камері 13 зменшується. В результаті запірний орган 10 переміщується вверх, більше води надходить у підвідний патрубок і тиск після регулятора збільшується.

Регулятор РТ-1 використовують і для зупинки дощувальної машини. Для цього досить закрити кран 5. При заміні крана 5 електрокерованим запірним пристроєм, зв'язаним з давачем електричного захисту машини, регулятор можна використовувати для аварійного відключення.

 

При краплинному зрошенні вода під невеликим тиском (0,03...0,28 МПа) подається по розгалуженій мережі розташованих над поверхнею поля або в ґрунті пластмасових труб невеликого діаметра через приєднані до них крапельниці до коренів рослин малими дозами. У порівнянні з традиційними методами краплинне зрошення дозволяє ефективно використовувати поливну воду, знижуючи до мінімуму непродуктивні втрати на випаровування і глибинну фільтрацію, що особливо важливо для районів з обмеженими запасами водних ресурсів. Краплинне зрошення використовують на будь-якому рельєфі місцевості. Найчастіше його використовують для поливу садів і виноградників.

Керування системою краплинного зрошення зводиться, в основному, до забезпечення необхідної послідовності зволоження окремих ділянок, тривалості їх зрошення, що при сталому тиску у зволожувальних трубопроводах визначає норму поливу і забезпечує рівномірність зрошення всієї площі поля.

Розрізняють пасивне й активне керування. Пасивне полягає в регулюванні крапельниць для того, щоб забезпечити рівномірну витрату води через них незалежно від їх розташування по довжині трубопроводу, а також рельєфу місцевості. Активне керування здійснюється в процесі роботи системи. Воно забезпечує черговість і тривалість зрошення окремих ділянок з метою підтримки необхідної вологості ґрунту. Існують системи програмного керування і системи автоматичного керування зі зворотними зв'язками за вологістю ґрунту та збурюючими факторами – температурою і вологістю приземного повітря, випаровуванням тощо.

На рис.7 представлена схема системи програмного керування краплинним зрошенням. Зрошувана площа ділиться на окремі ділянки (модулі). Зволожувальна трубопровідна мережа ЗМ кожної ділянки з’єднується з магістральним трубопроводом МТ електромагнітними клапанами ЕК1–ЕК4. Вода в магістральний трубопровід подається через фільтр Ф і клапан ЕКМ від помпової станції ПС. Програма керування помповою станцією і клапанами задається мікроконтролером МК. Програму керування, що задає черговість і тривалість зрошення окремих модулів, складають на добу або більш тривалий час за даними біокліматичних спостережень. Система реалізується електричними засобами. Вода у зрошувальні трубопроводи модулів подасться через клапани з електромагнітним приводом, яким керує мікропроцесор по кабельним лініям. Недолік системи програмного керування – відсутність зворотного зв'язку з об'єктом зрошення(кореневмісним шаром ґрунту) і контроль його стану.

 

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.8 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.

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 грунт. 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.

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.

краплинним зрошенням на базі обчислювального комплексу.

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.