В горных районах, предгорьях Азербайджана в основном ведется богарное земледелие. Продуктивность низкая.
Суровые условия способствуют миграции и запустению земель. Существование обеспечивается за счет использования засухоустойчивых культур.
Нет подходящей малогабаритной техники с автоматизированными управлением технологическим процессом орошения и т.д. Для решения вышеуказанных проблем стал крайне необходим в национальных службах сельскохозяйственных исследований для обеспечения передовых разработок в области исследовательских работ.
На наш взгляд, сегодняшняя задача состоит в том, что необходимо для решения тех и других задач, сельскохозяйственных производств являются ключевыми стратегиями для более эффективного использования земельных и водных ресурсов в горных и предгорных регионах Азербайджана.
Отметим, что во всем этом хорошо зарекомендовало себя систем импульсного дождевания, что позволяет равномерному распределению поливаемой воды и хранения почвенной влаги на длительное время по с сравнению с предшественниками.
На рис. 1 показан принципиальная схема предлагаемой нами вновь разработанной систем импульсной дождевальной системы с автоматизированным управлением.
Рис. 1. Принципиальная схема импульсной дождевальной системы с автоматизированным управлением
Системы импульсного дождевания представляют собой технологические комплексы, состоящие из водозаборных сооружений, насосной станции, оросительной сети (магистрального, распределительного и поливных трубопроводов), импульсных дождевальных аппаратов и запорно-распределительных исполнительных устройств. Вместе с тем, для решения проблем компенсации возникшие дефициты почвенной влаги на поливных участках возможно путем автоматизации процесса орошения с применением систем импульсного дождевания с автоматизированным управлением.
Автоматизированное управление в системах импульсного дождевания предназначено для совершенствования управления технологическим процессом орошения на основе применения усовершенствованных конструкций дождевальных аппаратов, стабилизатора расхода, микропроцессорной техники, современных средств измерения и математических методов, позволяющих оптимизировать процесс орошения [1].
Автоматизированное управление в системах импульсного дождевания обеспечивает выполнение следующих функций:
– контроль и управление технологическим процессом орошения как по месту расположения технологического оборудования, так и с диспетчерского пункта в ручном и автоматическом режимах;
– управление технологическим процессом орошения в реальном масштабе, что позволит повысить оперативность управления и своевременно реагировать на различные отклонения в режимах работы технологического оборудования системы орошения;
– повышение эффективности управления, т.к. позволит обрабатывать и анализировать накопленную в ЭВМ информацию, находить необходимые задания для автоматизированного регулирования параметров технологического процесса, обеспечивающие оптимальные или близкие к ним режимы работы оборудования.
Отличительной особенностью системы импульсного дождевания является то, что дождеватели работают одновременно в циклическом режиме.
Цикл работы задается генератором командных сигналов и составляет ориентировочно 20–30 мин. Особенность технологии полива импульсными дождевателями заключается в том, что возникшие дефициты почвенной влаги на поливных участках компенсируются дождеванием.
Уровень влагозапасов в активном слое почвы устанавливается в зависимости от типа почвы, вида растения и фазы развития с/х культуры.
При снижении влагозапасов в активном слое почвы осуществляется дождевание в импульсном режиме до заданного уровня.
Цель исследования: является регулирование влажности почвы посредством систем автоматизации при дождевание в конкретных природно-климатических условиях земледелии.
Целью функционирования автоматизированных систем импульсного дождевания является обеспечение посредством регулирования влажности почвы максимальной в конкретных природных и агротехнических условиях отдачи от поливов при экономном использовании его ресурсов и минимизации отрицательных воздействий на плодородие земель и окружающую среду.
Задачи исследования: является изучения параметров контроля и управления процесса орошения (в.т.ч. работа технологических и измерительных оборудований).
Ходы и результатов исследования
Для достижения вышеуказанной цели система управления выполняет следующие функции:
– непрерывно-циклические и по вызову измерение, обработку, оперативное отображение значений технологических параметров, аварийного состояния технологического процесса и оборудования, срабатывания защит оборудования;
– регулирование отдельных параметров технологического процесса;
– автоматическое программное управление оборудованием (насосными агрегатами, запорными исполнительными устройствами);
– формирование оперативных сведений персоналу диспетчерского пункта;
– предоставление оператору результатов решения функциональных задач по формированию планов поливов при недостаточности ресурсов, оптимизации планов и сроков поливов, по прогнозированию динамики запасов влаги в почве, оперативных графиков поливов и сводок отчетности.
Импульсные дождевальные системы с автоматизированным управлением функционируют в комбинированном режиме, при котором средства вычислительной техники наряду с непосредственным управлением насосными и запорными исполнительными устройствами вырабатывают и выдают оперативному персоналу рекомендации по рациональному управлению технологическим процессом орошения [2].
Автоматизированная система управления технологическим процессом орошения обеспечивает выполнение следующих функций:
1. Контроль состояния оборудования и автоматическое управление работой оборудования – программный пуск и остановка насосных агрегатов, отключение их при срабатывании технологических и электрических защит, автоматический ввод резервного насоса при выходе из строя рабочего насоса;
2. Измерение и обработку технологических параметров, хранение и учет объективной и точной сезонной и оперативной информации о рабочих параметрах всех звеньев управляемой системы, о природных и технологических процессах, протекающих на каждом поле;
3. Регулирование расхода воды, подаваемой к импульсным дождевальным установкам;
4. Управление запорно-распределительными исполнительными устройствами в соответствии с заданной программой;
5. Решение функциональных задач по оперативному программированию динамики запасов влаги в почве каждого поливного участка по определению наиболее целесообразных сроков полива, формированию планов поливов при дефиците ресурсов;
6. Диалог с оператором-технологом (диспетчером);
7. Формирование сменных, суточных, сезонных сведений, отчетно-отправочной информации и вывод ее на дисплей и на принтер.
Функциональная схема задачи «контроль и управление технологическим процессом орошения» условно не показан.
Автоматизированная система управления импульсными дождевальными аппаратами строится с учетом следующих принципов:
1. Модульность построения технических и программных средств, включающих программно-аппаратные унифицированные блоки контроля и управления технологическим оборудованием;
2. Гибкость, позволяющая легко настраивать систему на конкретный объект управления;
3. Простота и удобства обслуживания, эксплуатации и ремонта технических, восстановления программных средств;
4. Соответствие современным требованиям эстетики и эргономики.
По насосной станции:
1. Управление насосными агрегатами, задвижками на выкиде насосов, на коллекторе, на водоводе.
2. Сигнализация предельного давления на всосе и на выкиде насосов;
– предельной температуры подшипников насосов;
– предельной амплитуды вибрации корпуса насосных агрегатов;
– состояния насосов («работает» и «не работает»);
– аварийного отключения насосов;
– предельного уровня воды в приемной камере;
– входа в помещение.
3. Измерение аналоговых сигналов – давления на выкиде насосов, в коллекторе, водоводе; мутности воды в приемной камере;
4. Измерение интегральных параметров – расхода воды на выходе насосной по направлениям, мотопробега (времени работы) каждого насосного агрегата.
По поливному участку:
1. Управление задвижками по направлению к каждому поливному участку;
2. Сигнализация положения задвижек («откр», «закр») по направлениям предельного давления в гидроаккумуляторе генератора командных импульсов;
3. Измерение аналоговых параметров:
– влажности почвы, температуры почвы, испарения влаги, электрического сопротивления стеблей растений, давления воды в трубопроводах;
4. Измерение интегральных параметров:
– расхода воды по направлениям, количества рабочих циклов генератора командных импульсов.
По гидрометеопункту:
1. Измерение аналоговых параметров:
– влажности воздуха, температуры воздуха, скорости и направления ветра.
По трансформаторной подстанции:
1. Сигнализация положения коммутирующих аппаратов (масляных выключателей), предупредительной и аварийной ситуаций, входа в помещение;
2. Измерение аналоговых параметров: нагрузки по току, напряжения на отводах к потребителям электроэнергии;
3. Измерение интегральных параметров: расхода активной и реактивной энергии по потребителям электроэнергии.
Структурная схема сбора и передачи сигналов данных с поливных участков 1-n, насосной станции НС, трансформаторной подстанции ТП и гидрометеопункта условно не показан.
Информация, собираемая и обрабатываемая в объектных контроллерах Ко1-Ко7, через линейные коммутаторы КЛ направляемая через контроллер связи КС и персональный компьютер ПЭВМ, где она обрабатывается, решаются функциональные задачи, определяются сроки и нормы полива по участкам и выдаются команды через контроллер связи, линейные коммутаторы и объектные контроллеры Ко1-Ко7 для управления насосными агрегатами и запорно-распределительными устройствами. Функциональная схема диспетчерского управления и перечень задач, решаемых по уровням управления, представлены условно не показан [3].
При поступлении сигналов одновременно от нескольких датчиков необходимости полива (например, датчиков влажности почвы) нескольких поливных участков система автоматизированного управления осуществляет последовательный запуск насосных агрегатов и управление запорно-распределительными устройствами с отработкой по каждому поливному участку.
Технические средства автоматизированной системы импульсного дождевания включают:
1. Импульсные дождевальные установки;
2. Запорно-распределительные исполнительные устройства;
3. Генераторы командных сигналов;
4. Насосные агрегаты;
5. Блоки управления насосными агрегатами;
6. Блоки регулирования частоты оборотов двигателей (регулирование производительности насосных агрегатов);
7. Первичные измерительные преобразователи и сигнализаторы аварийных состояний перечисленных выше параметров;
8. Объектные контроллеры;
9. Контроллеры связи;
10. Персональные ЭВМ.
Съем информации о текущих параметрах технологического процесса и состоянии его технологического оборудования осуществляется первичными измерительными преобразователями в соответствии с функциональной схемой задачи «Контроль и управление технологическим процессом орошения».
Рис. 2. Структурная схема комплекса задач АСУ ТП орошения
Сбор данных с первичных измерительных преобразователей и сигнализаторов, первичная их обработка и передача на диспетчерский пункт управления осуществляется программируемыми контроллерами (объектными контроллерами).
Прием данных с контроллеров, их достоверизация, обработка, промежуточное хранение и передача на ПЭВМ диспетчерского пункта управления осуществляется через программируемые контролеры связи (КС).
Состав объектных контроллеров (КО) и контроллеров связи (КС), место их размещения и объемы обрабатываемых сигналов по технологическим объектам автоматизированной импульсной системы дождевания приведены на структурно-функциональной схеме АСУ ТП орошения. Исходным режимом работы автоматизированных импульсных систем дождевания является циклический опрос всех объектных контроллеров для обновления информации о текущих и интегральных параметрах и обнаружения аварийного и предаварийного состояния технологического оборудования, а также отклонений контролируемых параметров за установленные пределы.
При передаче команд управления и регулирования исходный режим автоматизированной системы управления импульсными дождевальными установками прерывается.
Структура технологического процесса сбора, обработки, передачи и формирования базы данных предусматривает:
1. Сбор информации с датчиков контролируемых параметров и выдачу команд управления технологическим оборудованием и регулирования технологическим процессом орошения;
2. Первичную обработку измеряемых сигналов и их линеаризации;
3. Масштабирование;
4. Сглаживание;
5. Усреднение;
6. Контроль введенной информации на соответствие заданным технологическими границами измерения, на соответствие заданной скорости изменения контролируемого параметра;
7. Формирование, отображение и печать нарушений, возникших в процессе работы;
8. Формирование информационных массивов баз данных;
9. Отображение и печать требуемой (текущей, усредненной, архивной) информации в заданном формате;
10. Отображение графической информации на технологических схемах;
11. Печать результатов решения функциональных задач по назначению сроков и норм полива;
12. Возможность просмотра отдельных промежуточных результатов решения задач, массивов данных, констант и их корректировку.
Заключение
Автоматизированные импульсные дождевальные системы обеспечивают выполнение функций автоматизации, формирования команд управления, а также измерение контролируемых параметров по технологическому оборудованию в соответствии с потребной перечню.