CC BY
9
Вестник Курганской ГСХА № 1, 2013
Инженерно-техническое обеспечение
сельского хозяйства
43
УДК 626.820-52
З. Г. Алиев
РЕШЕНИЕ КОМПЛЕКСА ЗАДАЧ ОПЕРАТИВНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПОЛИВОМ В УСЛОВИЯХ ГОРНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ В АЗЕРБАЙДЖАНЕ
АЗЕРБАЙДЖАНСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭРОЗИИ И ОРОШЕНИЯ
НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК
Z. G. Aliyev
SOLUTION OF THE COMPLEX OF TASKS OF OPERATIONAL PLANNING AND MANAGEMENT OF WATERING IN THE MOUNTAIN AGRICULTURE CONDITIONS IN AZERBAIJAN THE AZERBAIJANI RESEARCH INSTITUTE OF AN EROSION AND IRRIGATION OF NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF AZERBAIJAN
Представлена установка малоинтенсивного орошения на базе микродождевателя автоколебательного действия, ее принцип работы. Рассмотрена методика решения задач планирования и оперативного управления орошением полей сельхозкультур, что важно для зон недостаточного увлажнения. Представлены параметры, измеряемые многочисленными датчиками и использование этих параметров при назначении режима полива.
Ключевые слова: орошение малоинтенсивное, датчики, сигнал, автоматизированная система управления.
Installation of a low-intensive irrigation on the basis of a mikrosprinkler of self-oscillatory action, its principle of work is presented. The technique of the solution of problems of planning and operational management of an agricultural cultures fields irrigation which is important for zones of insufficient moistening is considered. The parameters measured by numerous sensors and use of these parameters at purpose of a mode of watering are presented.
Keywords: low-intensive irrigation, sensors, signal, automated control system
Закир Гусейн оглы Алиев
Zakir Guseyn ogly Aliev
кандидат сельскохозяйственных наук,
доцент
Азербайджан, 1007, г.Баку, ул. Ак. М. Кашгая, д. 36, ком. 3 E-mail: [email protected]
Основными направлениями экономического и социального развития республики является интенсификация производства. Мощным средством интенсификации сельскохозяйственного производства в условиях его специализации является орошение. В зонах недостаточного увлажнения (особенно характерно для горной местности) орошение один из решающих факторов выращивания высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур.
В связи с этим требуется разработка новых технических решений и внедрение автоматизированных систем малоинтенсивного орошения сельскохозяйственных культур, отвечающих экологическим требованиям, позволяющей улучшить состояние орошаемых земель, снизить расход воды на единицу продукции и увеличить урожайность культур. Площадь орошаемых земель в Азербайджане составляет 1,45 тыс. га.
Полагается, что к факторам, прямо воздействующим на увеличение урожайности культур и повы-
шение продуктивности сельхозугодий при минимальных затратах труда и средств относятся также и применение автоматизации.
Автоматизированное орошение повышает эффективность всех факторов интенсификации: химизации, комплексной механизации, сортообновления, интенсивной технологии и др. Оно позволяет создать крупные зоны гарантированного производства сельскохозяйственных культур.
Для этого изучаются методы правильного регулирования водопотребления и питания растений с помощью поливов в зависимости от погодных условий.
С этой целью нами разработана и внедрена в производство система автоматизированного управления (АСУ) установкой малоинтенсивного орошения на базе микродождевателя автоколебательного действия, успешно прошедшая ресурсные испытания на выделочных почвах под фруктовым садом в Губа-Хачмасской зоне на предгорье Шахдаг, находящихся на высоте 600 метров над уровнем моря с уклоном местности 0,02 (рисунок 1).
Для оперативного контроля погодных условий в регионе, необходимых для решения задач планирования и оперативного управления орошением полей сельхозкультур, на местном гидрометеопункте устанавливаются датчики измерения с преобразователями для телеметрического отсчитывания замеров основных параметров (рисунок 2):
а) скорости ветра V, аналоговый сигнал с периодом записи значений параметра 30 мин.
б) температуры воздуха tв, аналоговый сигнал с периодом записи значений параметра 30 мин.
в) влажности воздуха Wв, аналоговый сигнал с периодом записи значений параметра 30 мин.
Структурно-функциональная схема АСМО
Решаемые задачи АРМ-ом оператора полива:
1 .Оперативное отображение технологических параметров, аварийного состояния технологического процесса и оборудования 2.Автоматическое программное регулирование производительности насосных агрегатов
ЗАвтоматическое программное управление процессом орошения 4.0перативное прогнозирование динамики запасов воды в почве каждого поливного участка
5.0пределение наиболее целесообразных сроков орошеня на поливных участках
Построение оперативных планов поливов на совокупностях полей 7.Формирование планов поливов при дефиците ресурсов
Формирование суточных информационных отчетов о ходе поливов на полях, обслуживаемых системой управления_
Трансформаторная подстанция
Щфф!'
РешаЬмые задачи KG1
ГИдрометеопункт
1.Контроль прохождения сигнала по каналам связи 4.Формирование массивов для ПЭВМ
2.Достоверизация данных с КО 5.Опрос данных с КО
3.Формирование команд управления 6.Контроль КО (тестирование)
Рисунок 1 - Структурно-функциональная схема АСУ с технологическими параметрами орошения
Датчики измерений
|ун| Блок управления насосом (>) Измеритель расхода воды [уз| Блок управления задв Измеритель давления
ПН Датчик температуры |7~1 Датчик вибрации [Тс] Датчик состояния |У | Датчик уровня
ер обг
FT! Измерительный
преобразователь тока
П^Л Измеритель скорости — ветра
ПЛ Измеритель направления 1—ветра
ПТ1 Измеритель выпадения I—'осадков
(Д) Измеритель влажности почвы
|(ц )| Измерительный
преобразователь напряж.
|iN'M| Измеритель мутности
ЩЦ Счетчик расхода э/э
К)! Счетчик выплесков
Измеритель испарения с поверхности почвы
Датчик заполнения импульсного дождевателя
Импульсный дождеватель
записываются в оперативную память, где хранятся до их отсчитывания контроллером связи (КС), установленном в помещении оперативного контроля технологического процесса (АСМО) - операторной.
Для контроля и управления электроснабжением объектов АСМО и учета электропотребления на трансформаторной подстанции (ТП) (см. рисунок 1) устанавливаются датчики-преобразователи:
а) измерения напряжения и на вводе в ТП (аналоговый сигнал);
б) измерения нагрузки Ш потребителей (аналоговый сигнал);
в) учета расхода электроэнергии Wh (дискретный сигнал интегрированный - ТИИ);
г) контроля положения выключателей (включение-отключение электропотребителей - СС, дискретный сигнал положения ТСС).
Отсчет значений параметров в телеметрическом коде осуществляется интеллектуальным объектным контроллером (КО) по местным проводным каналам связи и после их первичной обработки и усреднения значения записываются в оперативную память.
Для контроля и управления технологическим процессом водозабора, отстойников (очистных сооружений) и насосной станции (устройств повышения давления воды в трубопроводах) устанавливаются датчики-преобразователи (рисунок 3):
а) мутности воды в отстойниках - М (аналоговый сигнал, считываемый каждые 30 мин);
б) уровня воды в камерах-отстойниках - Н (аналоговый сигнал, считываемый каждые 30 мин);
Рисунок 2 - Параметры, измеряемые датчиками
Условные обозначения
Wn - влажность почвы
Wb - влажность воздуха
Ib - влажность воздуха
tn - влажность почвы
E - испарение
V - скорость и направление ветра
Q - расход воды
M - мутность воды
p - давление
i - ток
и - напряжение
Wh - расход электроэнергии
П - пробег насосного агрегата
TCA - телесигнализация аварийная
КО - контроллер объектный
КС - контроллер связи
ПЭВМ - персональная электронная машина
ТСС - телесигнализация состояния
Отсчитывание значений параметров в телеметрическом коде осуществляется интеллектуальным объектным контроллером (КО), установленном в трансформаторном пункте, через радиоканал, осуществляющий связь с датчиками-преобразователями.
В КО отсчитанные телеметрические коды (сигналы) проходят первичную обработку, усреднение и
Рисунок 3 - Условные обозначения параметров
в) давления воды - Р, устанавливаемых на нагнетании насосов, сборном и распределительных коллекторах (аналоговый сигнал ТИТ, считываемый каждые 30 мин);
г) измерения нагрузки электродвигателей - I (ана-
Инженерно-техническое обеспечение
Вестник Курганской ГСХА № 1, 2013 сельского хозяйства
логовый сигнал ТИТ, считываемый каждые 30 мин);
д) положений задвижек - ПЗ (дискретный сигнал ТСС, считываемый каждую 1 с);
е) положений выключателей электропитания - ВП (дискретный сигнал ТСС, считываемый каждую 1 с);
ж) аварийная сигнализация - АС (дискретный сигнал ТСА, читаемый в цикле 1 с, приоритетный);
з) измерения расхода Q воды, подаваемой насосами в распределительном трубопроводе (интегрированный сигнал, обрабатываемый каждый 1 час).
Контроль состояния почвы и управления технологическим процессом полива осуществляется по отдельным полям орошения на основании замеров агрофизических и технологических параметров датчиками-преобразователями:
а) влажности почвы ВЛП (аналоговый сигнал ТИТ с записью в цикле 30 мин);
б) испарения воды с поверхности почвы - ИсП (аналоговый сигнал ТИТ с записью в цикле 30 мин);
в) температуры почвы Ш (аналоговый сигнал ТИТ с записью в цикле 30 мин);
г) расхода воды Q на полив по распределительным трубопровода участка (интегрированный сигнал с записью в цикле 30 мин);
д) включения ГКС - дискретный сигнал, читаемый в цикле 30 с;
е) положения переключающих задвижек (дискретный сигнал положения ТСС - цикл считывания 30 с).
Отсчет сигналов в телеметрическом коде осуществляется интеллектуальным объектным контроллером поля по радиоканалам связи и после их первичной обработки и усреднения процессором значения записываются в оперативную память
Записанные в оперативную память контроллеров объектов (КО) данные, отсчитываются программно по радио и проводным каналам связи контроллером связи (КС), подключенному к компьютеру диспетчерского пункта (ДП) по заданному регламенту и записываются в его оперативную память в структуре телеметрического файла.
Компьютер по программам обмена считывает данные из оперативной памяти КС, перекодирует их и записывает в оперативную базу данных, из которой выводит их в реальном времени на отображение на мнемосхемах. После линеаризации и усреднения данные по их кодам программно записываются в накопительные базы, структуры которых приведены в информационном обеспечении, и этим формируются Банк данных комплекса задач АСМО [1-3].
Перед записью в Банк данных поток данных измерений анализируется по заданным алгоритмам и в том случае, если имеются отклонения значений от заданных в регламенте установок, результаты записывается в оперативную базу управления (ОБУ) техно-
логическим процессом (рисунок 4).
Оперативная база управления программно по заданному в регламенте циклу отсчитывается модулем управления по технологическим направлениям и при наличии в записях данных отклонений формирует по этому направлению управляющий сигнал на необходимый исполнительный орган.
БУ - блок управления, ДП - диспетчерский пункт, БД - Банк данных, ОБУ - оперативная база управления, СУ - станции управления, УП - удаленный
пользователь Рисунок 4 - Блок-схема информационных потоков
Обмен данными о работе системы орошения осуществляется через всемирную сеть Internet .
Для этого необходимо подключить модем через компьютер к телефонной сети и получить право выхода в Internet у провайдера. Это условие распространяется и на каждого абонента.
При выполнении этих условий, компьютер «Центра» может соединяться с компьютерами на участках орошения районов Азербайджана и других государств.
Организуется сайт системы орошения, посетители которого будут видеть последние данные о состоянии системы, интерактивные страницы, созданные по технологии РНР, оперативно обмениваться данными и сообщениями в реальном времени.
При помощи программы Skype пользователи могут переговариваться по телефону, и при использовании телекамер, видеть друг друга, а также просматривать состояние участка [3-5].
Следует отметить, что для обмена большими массивами данных, например файлами отчетов, можно использовать программы пиринговых сетей. Например, программа Shareaza позволяет пользователям соединяться между собой без захода на специальные сайты.
Рассмотрим методику исследования по решению комплекса прикладных агромелиоративных задач.
Цель такого комплекса задач - по фактическим замерам запасов влаги во времени Т (сут.) за определенный период т, индивидуально на каждом поле найти функциональную зависимость запасов влаги в почве от времени Wfт(T), по которой можно определить ожидаемые запасы влаги в почве и возможные виды и режим орошения [6-9].
При инструментальных замерах параметров необходимо принимать во внимание имеющийся разброс измеренных значений. Значение параметра, которое можно принимать за фактическое с вероятностью 0,8, определяется количеством повторов замеров, определяемых по формуле
Ж (Н)
~ (ТР ) = 164 . 10 —4 (_Р_
«0,8 1,64 10 ( ,ш)
Г*0,8
)2 + 2,27
(1)
где п.
(ТР) -
количество повторов измерений, отвечаю-
Ж0 = 10 • к
(а)
У • в , мм т
(2)
Рисунок 5 - Динамика измерения дефицита запаса влаги и влажности при наименьшем водопотреблении в процессе орошения
щих вероятности 0,8;
^ о Г - погрешность измерений, мм;
- стандартная ошибка измерений, Ж(НВ) - запасы влаги, мм при влажности /в(НВ> в контрольном слое к(а), м. 1
Измерение исходной (стартовой) влажности почвы и расчет исходных запасов влаги Ж0 в почве выполняются следующим образом.
Исходные запасы влаги Ж0 в активном слое по- 2 чвы определяются по формуле
где к(а) - активный слой почвы, м (принимается, что активный слой почвы делится на слои 0,20-0,30 м);
у - средняя для слоя плотность почвы, т/м3;
в - влажность почвы на участке поля в % к массе сухой.
При автоматизированном определении стартовых запасов влаги в почве исходят из того, что значение Рт определяется измерителем влажности, установленном на балансном участке поля по п0 8(ТР) замерам.
Определив значение стартовой (исходной) влажности почвы, по программе определяется дефицит запасов влаги и необходимые нормы полива.
Результаты решения задачи записываются в выходной документ и выводятся в виде диаграммы (рисунок 5).
Найденные значения параметров, влажность на заданную дату или запасов влаги на заданную дату W по каждому участку поля записываются в выходной документ. После определения влажности или запаса влаги в почве W определяется дефицит влажности или запаса влаги в почве.
Список литературы
Алиев Б. Г., Алиев З. Г. Научные основы автоматизированного управления орошением в условиях горного земледелия в Азербайджане. - Баку: Изд-во Зияя-Нурлан, 2009. - 202 с. Ялийев Б. Щ., Ялийев З. Щ. «Суварма-нын оптималлашдырмасы системи». Патент. № И.20040179. АР ДЕТК МПЕМ. - Баку, 2004. Алиев З. Г. Разработка и внедрение импульсно-дождевального аппарата автоколебательного действия в условиях горного и предгорного региона Азербайджана: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. - Баку, 2004. - 23 с.
Ялийев Б. Щ., Ялийев З. Щ. «Авторягсли импулс-лу дамъылама апараты». Патент № а.2002 0232. АР ДЕТК МПЕМ Бакы, 2005 Ялиев З. Щ., Ялиев Б. Щ. Импулслу субурахы-ъы. Патент № 1.20050152, АР ДЕТК МПЕМ. -Бакы, 2005
Алиев Б. Г., Алиев З. Г. Орошаемое земледелие в горных и предгорных регионах Азербайджана: монография. - Баку: Изд-во «Зия-Нурлан ЭПП ООО», 2005. - 330 с.
Алиев З. Г. Проблемы горно-орошаемого земледелия в Азербайджане и пути их решения: авто-реф. дис. . докт. наук. - Баку, 2006. - 33 с. Алиев Б. Г., Алиев З. Г. Автоматизированное управление малоинтенсивным орошением в условиях Азербайджана. - Баку: Изд-во «Зияя-Нурлан», 2006. - 398 с.
Алиев З. Г. Система автоматизированного управления орошением. Патент № 1.2001.0098. ГКНТ АР МРЕМ. - Баку, 1998.
3
4
5
6
7
8
9
