Автоматизированная система микрополива

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Цель изобретения - повышение эффективности полива. Устройство включает водные испарители 1 и 2, установленные соответственно вне и в зоне полива. Измерители величины испарившейся воды 3 и 4 снабжены узлами долина 5 и 6. В систему введены блоки сравнения 7,8,9 и сумматор II. Насосная станция оснащена технологическим рег улятором 13. Ирригационная сеть 15 имеет водовыпуски 16.Датчик эффективной суточной температуры 17 с сумматором I8 совмещен с блоком нелинейности I9. Контроль расхода в системе осуществляет датчик расхода 14. Пусковое устройство 10 связано с блоком программного управления (БПУ) 12. По разностному сигналу блока сравнения 8, просуммированному в сумматоре I1 с постоянным уровнем и , задается уставка по давлению технологического регулятора 13. Интенсивность полива линейно зависит от давления. Начало полива определяется по разностному сигналу блока сравнения 7. Сигнал блока 7 вводит в работу пусковое устройство 10 и БПУ 12. Поливная норма задается блоком 19 нелинейности Останов полива производится по достижению сигнала на выходе датчика расхода 14 уставки блока 19. Разностный сигнал на выходе блока 9 блокирует БПУ и подготавл ивает систему к новому циклу работы. 12 ил. f (/ Uc - fS

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5)) 4 А 01 6 25/)6

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

М

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3909576/30-) 5 (22) 03.06.85 (46) 30.08.87.Бюл. № 32 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт механизации и тех" ники полина (72) О.) .Варшавский и А.10.Штейнберг (53) 63).347.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1085570, кл. А Ol G 25/)6, 1984.

l (54) АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА MHI<—

РОПОЛИВА (57) Изобретение относится к сельскому хозяйству. Цель изобретения — по вышение эффективности полива. Устройство включает водные испарители 1 и

2, установленные соответственно вне и в зоне полива. Измерители величины испариншейся воды 3 и 4 снабжены узлами долина 5 и 6. В систему введены блоки сравнения 7,8,9 и сумматор 11.

Насосная станция оснащена технологи— ческим регулятором 13, Ирригацион„„SU„„1 33267 А1 ная сеть 15 имеет водоныпуски )6.Äàòчик эффективной суточной температуры !

7 с сумматором )8 совмещен с блоком нелинейности 19. Контроль расхода в системе осуществляет датчик расхода

14 ° Пусковое устройство 10 связано с блоком программного управления (БПУ) 12. По разностному сигналу блока сравнения 8, просуммированному в сумматоре ll с постоянным уровнем

U задается уставка по давлению технологического регулятора 13, Интенсивность полива линейно зависит от давления. Начало полива определяется по разностному сигналу блока сравнения 7. Сигнал блока 7 вводит в работу пусковое устройство 10 и БПУ 12.

Поливная норма задается блоком 19 нелинейности, Останов полива производится по достижению сигнала на выходе датчика расхода 14 уставки блока

19. Разностный сигнал на выходе блока 9 блокирует БПУ и подготавливает систему к новому циклу работы. 12 ил.

1 !33

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в качестве автоматизированной системы капельного орошения °

Цель изобретения — повышение эффективности полива.

На фиг..l приведены соотношения глубины и радиуса эоны увлажнения для различных интенсивностей водоподачи; на фиг. 2 — конфигурации зон увлажнения при различных интенсивнос- тях и объемах водоподачи; на фиг.3 соотношения радиуса эоны увлажнения и объема водоподачи для различных интенсивностей; на фиг. 4 — изменение относительного водопотребле- ния растения в течение вегетационного периода; на фиг. 5 - связь эвапотранспирации с относительным значением водопотребления; на фиг, 6 связь эвапотранспирации с радиусом зоны увлажнения; на фиг. 7 — связь радиуса зоны увлажнения с относительным водопотреблением; на фиг. 8 блок-схема системы микрополива; на фиг.9 — характеристика производительности водовыпусков (где ф - диаметр сечения водовыпуска, h — давление в метрах водного столба); на фиг. 10 — графики испарения с водного испарителя Е, поливных норм m> средней влажности W, интенсивности испарения е в зависимости от времени t на фиг,ll — выходной сигнал сумматора 11; на фиг. 12 — схема измерителя испарившейся воды.

Конфигурация зоны увлажнения при м крополиве может быть выражена глубиной фронта увлажнения Н и его радиусом Ь.Соотношения величин H u зависят как от почвенных характеристик, так и от интенсивности водоподачи (фиг.l), Это означает, что при одинаковых объемах водоподачи конфигурации зоны увлажнения будет существенно разной для разных величин интенсивности водоподачи (фиг.2) .

Конфигурацию зоны увлажнения можно определить. Исходя из потребностей растения в воде в текущей фазе его вегетационного развития в соответствии с развитием его корневой системы и кроны.

Водопотребление растения в течение вегетационного периода меняется, проходя через максимум (фиг,4), На фиг. 4 в качестве меры отсчета вегетационного периода принята сумма эф3267

2 фективных температур Т,, широко применяемая в агрономической практике, Базовой величиной для нахождения отF. p

5 носительной величины . = — -- явля1; ется испаряемость Е, где Š— вели— чина эвапотранспирации. Такой ход кривой водопотребления на 80-907. оп1п ределяется развитием кроны дерева, точнее размерами и состоянием листьев и корневой системы (фиг.5) .

Как следует из фиг.4 и 5, водопотребление рас.тения в разные фазы веге)5 тационного периода разное, изменяясь примерно в 3-4 раза. На фиг.6 показана потребность в зоне увлажнения корневой системы цля обеспечения заданного водопотребления. По кривым

20 фиг. 4 и 5, исключив эвапотранспирацию Е, построим зависимость радиуса зоны увлажнения R от величины (фиг,7) . Поэтому очень важно перед поливом предварительно изучить харак-.

25 теристнки почвы и орошаемой культуры и построить графические зависимости °

С помощью графиков-зависимостей на

:фиг. 1-7 можно определить радиус зоны полива, объем водоподачи и время

30 полива.

Определение данных величин производится в следующей последовательности: по текущей фазе вегетационного периода развития растения опредеЗ5 ляют относительное значение водопотребления т (фиг. 1); по значению определяют радиус зоны увлажнения R (фиг. 7); задают глубину увлажнения

Н, например, исходя из развития кор40 невой системы дерева; по заданной конфигурации зоны увлажнения (R иН) находят по кривой фиг.l интенсивность водоподачи о, обеспечивающую такую конфигурацию; по определенным

45 радиусу эоны увлажнения и интенсивности водоподачи q находят объем водоподачи Q (фиг.3); время полива находят как частное Q/q = Тд.

Автоматизированная оросительная

5р система содержит первый 1 и второй 2 водные испарители соответственно с измерителями величины испарившейся воды 3 и 4 и узлами дслива 5 и 6, первый 7, второй 8 и третий 9 блоки

55 сравнения, пусковое устройство 10, сумматор 11, блок 12 программного управления, на.сосную станцию с технологическим регулятором 13, датчик

14 расхода, ирригационную сеть 15 и

3267

55 з 133 водовыпуска 16, датчик 17 эффективной суточной температуры с сумматором 18, блок 19 нелинейности (фиг.8)

Водные испарители 1 и 2 выполнены с ограничителями уровней в виде сливных щелей, а в качестве измерителей величины испарившейся воды 3 и 4 применены тензодатчики с усилителями, преобразующими уровни воды в вес, а затем в аналоговый электрический сигнал . Измерители испарившейся воды

3 и 4 выполнены по одинаковой схеме.

Измеритель состоит из бака-испарителя 20 со сливным отверстием 21, ус1 тановленного на двух пассивных опорах 22 и активной 23, оказывающей давление на тензодатчик 24. Возбуждение тензодатчика осуществляется от блока 25 питания, а измерение его сопротивления — схемой 26 и усилителем 27. Выходной сигнал усилителя подается на блок 28, где хранится первоначально значение уровня и происходит получение. разностного сигнала, пропорционального измерению уровней (испарению). Долив осуществляется по трубопроводу 29.

Измерители 3 и 4 дают разные показатели, из-за, того, что один из них затенен. Степень затененности зависит от размера кроны, следовательно, она меняется в течение вегетационного периода: практически отсутствует в начале сезона, становится максимальной в середине и уменьшается в конце. У другого испарителя, установленного вне эоны полива, испарение будет определяться только климатическими параметрами, Поэтому разность показаний измерителей 3 и 4 принята пропорциональной требуемому водопотреблению растения, а следовательно, и радиусу зоны увлажнения.

Постоянный сигнал U добавляется к разностному для того, чтобы в начале и конце сезона, когда разностный сигнал равен О, мог осуществляться полив с определенной интенсивностью, соответствующей первоначальной величине влагозапасов или требуемой величине влагозарядки.

Входы первого блока 7 сравнения связаны с выходами измерителя 3 и уставки 11, а выход его соединен с

О входом пускового устройства 10, подключенного к входу блока 12 програм много управления.

Входы второго блока 8 сравнения связаны с выходами измерителей 3 и 4, а его выход подключен к входу 5 сумматора 11. На этот же сумматор подано напряжение U, устанавливающее минимальную интенсивность полива ° Выход сумматора 11 подключен к управляющему входу, задающему уставку технологического регулятора 13 давления.

Датчик суммарной эффективной температуры состоит из собственно датчика 17 и сумматора 18, подсоединенного-,к нелинейному блоку 19 в котором реализуется зависимость, представленная на фиг.4.

Входы третьего блока сравнения 9 связаны с выходами нелинейного блока 19 и датчиков 14 расхода поливной воды, выход блока 9 соединен с блокирующим входом блока 12 программного управления.

Ирригационная сеть 15 выполнена

25 низконапорной, а водовыпуски 16 — импульсного действия с сифонным механизмом опорожнения гидроаккумулятора. Такие водовыпуски имеют линейные характеристики средней интенсивнос30 ти полива от давления в сети (фиг.9).

Для обеспечения равномерности полива в конструкции водовыпуска предусмотрены специальные стабилизирующие элементы. При использовании водо35 выпусков данной конструкции TpxHOJIo гический регулятор 13 воздействует на генератор командных импульсов, определяя его частоту, а следовательно, и интенсивность полива.

4p B данной системе могут быть применены простейшие водовыпуски с различными диаметрами отверстий. Равномерность полива при эксплуатации водовыпусков в данном случае достига45 ется подбором сечений водовыпусков вдоль поливного трубопровода, а регулятор 13 выполняется аналоговым с воздействием на давление, развиваемое насосной станцией, Причем расход

5п связан,с давлением по формуле, полученной экспериментальным путем: q =

13,492h где q — расход, л/ч;

h — давление, мм рт.ст.

Датчик температуры устанавливается на открытой площадке. Это может быть либо терморезистор, либо — термометр электрический транзисторный

33267 где 20 дня.

Коэффициенты S определены для регионов страны в зависимости от календаря. Эти зависимости в виде таблицы занесены в память микропроцессо- 25 ра, Таким образом датчик эффективных температур выполнен на базе датчика температуры и Микропроцессорного устройства.

Ежедневно данные об эффективной 30 температуре заносят+я в специально выделенный регистр памяти микропроцессорного устройства, суммируясь (накапливаясь там) на протяжении вегетационного сезона. Сам процесс 35 суммирования выполняется программными средствами. Таким образом сумматоры являются. специфическими средствами вычислительной техники и взаимодействуют с датчиком эффективных температур посредством соответствующих интерфейсов.

5 13 ГЭТ "2, В микропроцессорном устройстве имеется программа опроса датчика через определенные интервалы времени (приняты 30 мин). По этим измерениям определяется средняя суточная температура и о

1=1 где t. — температура текущего изме1 рения; п — количество измерений за сутки (процедура отбраковки погрешностей измерения здесь не рассматривается) .

Далее, в этом же микропроцессорном устройстве определяется эффективная температура

Т = t . $

S — является функцией светового

С регистра памяти, в котором хранится сумма эффективных температур, данные поступают в процессор, а затем устройство вывода, В процессоре происходит преобразование величины суммы эффективных температур путем умножения этой величины на специально .рассчитанные коэффициенты, заложенные в память процессора (с этой целью кривая фиг,4 предварительно представляется кусочно аппроксимирующей) .

Блок 19 нелинейности представляет собой совокупность ячейки памяти, процессора и устройства вывода, связанных между собой соответствующими техническими и программными интерфейсами.

Система содержит микропроцессор5 ное устройство с функциями программатора. Устройства имеют элементы ввода и вывода .цифровых и аналоговых сигналов и перепрограммируемый процессор..Блок программного управления 12 выполнен на таком программаторе, Он имеет два входа и три выхода, Программа блока 12 (программатора) запускается по первому входу дискретным сигналов пускового устройства 10. При этом дискретными сигналами с выхода 12 включается насосная станция 13, обнуляются показания датчика 14 и блокируется работа блока 10. Далее блок 12 переходит в режим ожидания. При появлении нулевого сигнала на втором входе 12 программа обрабатывает его следующим образом: снимается разрешающий сигнал с включения оборудования насосной станции и деблокируется блок 10.

Система работает следующим обра,. зом.

При настройке системы задают предполивной порог влажности и определяют максимальный объем водоподачи (максимальную поливную норму) в течение вегетационного периода

m, пользуясь уравнением водного мак баланса и кривой :4 для = у

3>> где — объемный вес почвогрунта;

V>> — уровень влажности, равный

40 НВ;

И, — предполивной уровень влажности, доли НВ; — влажность почвогрунта, соответствующая его НВ, 7. веса

45 почвы;

R — относительное значение ра+ диуса зоны увлажнения,определенное как R (7 =смаке )

Я2

1 где R — радиус зоны площади питания

1 дерева, По величине гп„„, выставляют уровень испарения в первом испарителе

55 Нд„ . Настраивают нелинейный блок 19 в. соответствии с кривой фиг.4 так, чтобы в точке Т, при Т = 1 „„, на его выходе был сигнал, пропорциональный т„ „,, тогда при любых других Г нели33267 8мы зависит от интенсивности испарения р и произойдет в момент t, когда уровень воды в испарителе 1 вновь опустится до граничного значения,.а

5 влагозапасы в почве достигнут предполивного значения У . Цикл работы

° системы повторится, но уже с новыми значениями параметров конфигурации зоны увлажнения, поливной нормы m и интенсивности водоподачи.

Система позволяет с помощью регулятора гидромелиоративной системы выработать в ходе самого процесса по15 лина воздействия по двум каналам объему и интенсивности водоподачи.

Это приводит к повышению эффективности орошения, выражающейся в более рациональном использовании ороситель20 ной воды в соответствии с потребнос— тями растения и ее экономии (за счет исключения излишнего испарения и глубиной инфильтрации), а также в создании более благоприятных условий для

25 развития корневой системы дерева.

13 нейный блок 19 будет задавать уставку поливной нормы R=m в соответствии с потребностями растения и конфигурации зоны увлажнения, последняя также определяется текущими значениями с помощью двух испарителей 1 и

2, первый из которых устанавливается вне зоны полива, а второй непосредственно под деревом, так, чтобы развивающаяся крона дерева затеняла по— верхность испарения и уменьшила интенсивность испарения, Таким образом разностный сигнал блока 8 с добавлением постоянного сигнала Н, будет пропорционален радиусу эоны увлажнения R. Коэффициент усиления регулятора 13 и характеристики водовыпусков 16 подбираются так, чтобы в результате реализовалась необходимая интенсивность водоподачи в зависимости от задания конфигурации зоны увлажнения.

В момент t, (фиг,10) снижения уровня воды в испарителе I до уровня, определенного уставкой Н,на выходе блока 7 появляется сигнал, запускающий пусковое устройство 10, которое включает в работу блок 12 управления, который блокирует дальнейшую работу блока 10 до окончания полива (фиг.8 пунктирная линия).

Блок 12 включает насосную станцию

l3 и сеть 15 на полив. Интенсивность полива задается установкой Н, пропорциональной разности уровней в испарителях 1 и 2. Поскольку во время полива идет долив обеих испарителей,сигнал на выходе 8 будет иметь вид, по- казанный на фиг.11, обеспечивая не только средние значения интенсивности полива (Н,, Н, Н ), но и изменение его во времейи (H » Н, Н ) в соответствии с впитывающей способностью почвы.

Объем водоподачи, а следовательно, и длительность полива, задается сигналом блока 19, как только расходомером 14 будет отмерен этот объем (фиг.10 t„) через блок 9 следует команда на блокировку блока 12, который сбрасывает показания расходомера 14 и деблокирует устройство 10.

Интенсивность долива воды в испарители 1 и 2 выбрана такой, чтобы к этому моменту их уровни были предельными (что ограничивается сливными щелями). Система готова к новому циклу работы. Очередной запуск систеф о р м ул а

Автоматизированная система микро1 полива, содержащая установленный вне зоны полива первый водный испаритель

ЗО с измерителем величины испарившейся воды и узлом долива, первый блок сравнения, пусковое устройство, блок программного управления, датчик суммарной эффективности температуры с

З5 нелинейным блоком, насосную станцию с технологическим регулятором и датчиком расхода, ирригационную сеть и водовыпуски, о т л и ч а ю щ а я .с я тем, что, с целью повьппения эф40 фективности полива, система дополни тельно .включает второй, установленный в зоне полива водный испаритель

:с измерителем величины испарившейся воды и узлом долива, второй и третий

45 блоки сравнения и сумматор, причем входы второго блока сравнения соединены с выходами измерителей величины испарившейся воды первого и второ.

ro водных испарителей, а выход второ5О го блока сравнения связан с входом . сумматора, подключенного к управляющему входу технологического регулятора, входы третьего блока сравнения связаны с выходами датчика расхода

55 и нелинейного блока датчика суммарной эффективной температуры, а выход третьего блока сравнения подсоединен к блокировочному входу блока программного управления. изобретения

1333267

Щ

И 5

1И

ЕО

1333267

Яси

1,0

o,â

О,Е

ОР

0,2

Z7Ou

Фие, 4

10

70

1О

0,9

08

0,7

0,Е

0,5

0,Ф

0,3

О,г (1

175 Л

Pun. b

ИЮ T3,С

5Z, S 70 Ргрк

1333267 д1 0,3 0,Ю 0Р 0,5 0,,:6 0,7 0,8 0,У Ц)

ty!

333267

Щ8. f1

Мяасасной

СИСИС(Ж/

Фиг. Q

Составитель Л.Пантелеева . Техред Л.Сердюкова

Редактор М.Товтин

Корректор А.Тяско

Заказ 3854/!

Тираж 627

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д;4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проек-. íàÿ,,4