CC BY
20
Методы оценки функциональных показателей. Введ. 01.06.2015. М.: ФГНУ «РосНИИТиМ», 2015. 39 с.
8. Обоснование качества работы протравливателя семян с двухуровневым отражающим и распределяющим устройством / А.В. Мачнев, О.Н. Кухарев, В.А. Мачнев и др. // Наука и Образование. 2019. Т. 2. № 4. С. 238.
References
1. Determination of the main indicators characterizing the test conditions of the seed treater / A.V. Kazurov, O.Yu. Machneva, A.A. Zakharov et al. // Innovative ideas of young researchers for the agro-industrial complex Russia: coll. Art. International scientific-practical. conf. young. scientist. T. I / Penza State Agricultural Academy. Penza: RIO PGSKhA, 2016. P. 69-72.
2. Information sheet No. 33 of the Branch of the Federal State Budgetary Institution «Rosselkhozcenter» in the Tyumen region. On the phytosanitary monitoring of agricultural crops carried out in 2021 in the Tyumen region for the presence of harmful objects of quarantine significance in the country // FGBU Russian Agricultural
Center. [Electronic resource]. URL: https://clck.ru/qCGqU (date of access: 06/08/2022).
3. Kokoshin S.N., Kizurov A.S., Tashlanov V.I. Scheme of control of the adaptive suspension of cultivators. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2020; 84(4): 149-153.
4. Kornev S.M., Basumatorova E.A. Mechanization and automation of processes in crop production. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2022; 93(1): 131-134.
5. Salakhov I.M. Development and substantiation of the parameters of a pneumomechanical seed treater for grain crops: author. dis. ... Cand. Tech. Sci. Kazan, 2014. 161 p.
6. Buchholz N.N. Basic course of theoretical mechanics: textbook allowance. St. Petersburg: Lan. Part 1: Basic course of theoretical mechanics, 2021. 448 p.
7. STO AIST 10.4-2014. Testing of agricultural machinery. Machines for seed preparation. Methods for assessing functional indicators. Input. 06/01/2015. M.: FGNU «RosNIITiM», 2015. 39 p.
8. Justification of the quality of the seed treater with a two-level reflective and distributing device / A.V. Machnev, O.N. Kukharev, V.A. Machnev et al. Science and Education. 2019; 2(4): 238.
Сергей Николаевич Кокошин, кандидат технических наук, доцент, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-5560-7120
Екатерина Анатольевна Басуматорова, преподаватель, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-3901-3947
Алексей Иванович Шеметов, соискатель, [email protected], https://orcid.org/0000-0001-6267-0745
Sergey N. Kokoshin, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-5560-7120
Ekaterina A. Basumatorova, lecturer, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-3901-3947 AlexeyI. Shemetov, research worker, [email protected], https://orcid.org/0000-0001-6267-0745
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests. Статья поступила в редакцию 01.08.2022; одобрена после рецензирования 19.08.2022; принята к публикации 05.09.2022.
The article was submitted 01.08.2022; approved after reviewing 19.08.2022; accepted for publication 05.09.2022. -♦-
Научная статья УДК 681.5
Тестирование разработанной модели системы автоматизации насосной станции
Анатолий Сергеевич Кизуров12
1 Государственный аграрный университет Северного Зауралья, Тюмень, Россия
2 Тюменский индустриальный университет, Тюмень, Россия
Аннотация. При возделывании сельскохозяйственных культур требуется проводить ряд мероприятий по приближению параметров окружающей среды к нормальным для данных культур значениям. Одним из таких параметров является влажность почвы. Влажность почвы поддерживается либо естественным путём, либо применением мелиоративных установок, позволяющих внести воду в грунт извне, либо удалить избыточную влагу из грунта. В промышленности широкое применение получили мелиоративные станции, позволяющие обеспечить проведение мелиоративных мероприятий на огромных площадях сельскохозяйственных угодий. Для проведения мелиоративных мероприятий в сельскохозяйственных угодьях малой площади (до 1 га) промышленного автоматического оборудования обеспечения дозированной подачи воды нет. С целью обеспечения мелиоративных мероприятий (автоматическое орошение) была разработана автоматическая схема управления на примере ряда объектов, имеющих потребность в создании мелиоративных насосных станций индивидуального назначения. Для автоматической насосной станции была разработана модель управления применением функциональных блок-диаграмм в ПО ONI PLR Studio. Процессе ручного тестирования позволил существенно улучшить разработанную модель.
Ключевые слова: насосная станция, автоматизация, автоматическое управление, насос, датчик давления, ONI PLR, тестирование разработанной модели.
Для цитирования: Кизуров А.С. Тестирование разработанной модели системы автоматизации насосной станции // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2022. № 5 (97). С. 131 - 135.
Original article
Testing the developed model of the pumping station automation system
Anatoly S. Kizurov12
1 Northern Trans-Ural State Agricultural University, Tyumen, Russia
2 Industrial University of Tyumen, Tyumen, Russia
Abstract. When cultivating agricultural crops, it is necessary to carry out a number of measures to bring environmental parameters closer to normal values for these crops. One of these parameters is soil moisture. Soil moisture is maintained either naturally or by the use of ameliorative installations, which make it possible to introduce water into the soil from outside, or to remove excess moisture from the soil. Ameliorative stations are widely used in industry, which make it possible to carry out reclamation measures on vast areas of agricultural land. There is no industrial automatic equipment for providing metered water supply for carrying out land reclamation measures in agricultural lands of a small area (up to 1 ha). In order to provide reclamation measures (automatic irrigation), an automatic control scheme was developed, using the example of a number of objects that need to create reclamation pumping stations for individual purposes. For an automatic pumping station, a control model was developed using functional block diagrams in the ONI PLR Studio software. The process of manual testing made it possible to significantly improve the developed model.
Keywords: pumping station, automation, automatic control, pump, pressure sensor, ONI PLR, testing of the developed model.
For citation: Kizurov A.S. Testing the developed model of the pumping station automation system. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2022; 97(5): 132-135. (In Russ.).
Мелиорация существенно изменяет многие природные процессы. Например, мелиорация сельскохозяйственных земель сильно изменяет процесс почвообразования, в результате её применения исчезают одни элементы почвообразования и появляются другие: оглеение, засоление, торфообразование. Мелиорация способна превратить азональные почвы (пойменные, болотные, засоленные) в зональные, а также существенно модифицировать зональное почвообразование. Аналогично такую же границу можно найти между мелиорацией и культурным использованием земель лесного и водного фондов, земель населённых пунктов, промышленности, рекреационного и другого назначения [1 - 3].
Мелиорация создаёт условия для более эффективной (продуктивной) эксплуатации земель без изменения или с изменением их назначения, улучшает социально-экономические условия жизни людей, окультуривает и оздоравливает большие территории, например, орошая степные и засушливые районы, осушая заболоченные земли. Вопросы мелиорации актуальны как для ведения сельского хозяйства, так и для городской среды, в том числе на землях индивидуального жилищного строительства (ИЖС) [1, 2].
Для обеспечения мелиоративных мероприятий применяются мелиоративные насосные станции. Мелиоративные насосные станции созданы специально для машинного полива полей, различных гидромелиоративных мероприятий и гидромеханизации [2 - 5].
В сельском хозяйстве оросительные комплексы широко применяются для пополнения
хранилищ воды и её подъема на требуемую величину, достаточную для мелиорации полей. Кроме того, подобные комплексы дают возможность осушать и перекачивать грунтовые воды, а также понижать их уровень [5].
Автоматизация мелиоративных насосных станций позволила значительно повысить их эффективность и экономическую целесообразность. При использовании средств автоматического контроля и регулирования насосы работают более эффективно, при этом надёжность работы всего комплекса в целом повышается, а число внештатных ситуаций минимизируется [1, 2 - 5].
Для исключения пуска насосного оборудования без воды насосные комплексы оснащаются баками-накопителями и вакуум-насосами, которые заполняются жидкостью до пуска агрегатов. Возможен и второй вариант. В этом случае насосное оборудование устанавливается ниже уреза воды, причём всасывающая труба располагается выше агрегата [1, 2 - 5].
Запуск насоса происходит при закрытой задвижке. При этом сопротивление жидкости незначительно. Когда механизм выходит в рабочий диапазон, задвижка открывается и обеспечивает необходимый уровень подачи воды. Отключение насоса влечёт за собой закрытие задвижки.
В качестве примера стоит рассмотреть вариант насосного комплекса, регулировка которого осуществляется в зависимости от уровня воды в приёмнике, а запуск агрегата происходит после его заполнения водой. Работа подобного комплекса может осуществляться в ручном варианте при помощи управляющих кнопок. В автоматическом
варианте активация системы происходит при понижении уровня жидкости в приёмнике до минимального уровня. Электромагнитный клапан заливной линии срабатывает, и агрегат заполняется водой. После этого запускается электродвигатель, создающий давление в напорном патрубке. Благодаря созданному давлению открываются задвижки напорного трубопровода, приводимые в движение другим электродвигателем. Как только задвижки открыты, двигатель останавливается [3 - 5].
Основной агрегат продолжает работать и прогонять жидкость по системе. Если уровень воды в приёмнике достиг верхнего предела, насос отключается и давление в напорном трубопроводе уменьшается до уровня давления столба воды. Запускается второй двигатель и закрывает задвижку напорного трубопровода. Как только задвижка вернулась в исходное состояние, переключатели занимают первоначальное положение. Система готова к запуску при следующем снижении уровня жидкости [5].
Современные мелиоративные насосные станции промышленного назначения вышли на достаточно высокий уровень автоматизации, однако эти установки экономически нецелесообразно применять для проведения мелиоративных мероприятий на малых площадях (менее 1 га). По этой причине в ряде объектов (КФХ, ЛПХ, ИЖС) имеется потребность в создании мелиоративных насосных станций индивидуального назначения.
Материал, методы и результаты исследования. Обобщённая гидравлическая схема мелиоративной насосной станции индивидуального назначения представлена на рисунке 1.
Работа мелиоративной насосной станции индивидуального назначения учитывает возможность автоматического распределения воды по потребителям на основании датчиков влажности и/или датчиков уровня. Кроме того, мелиоративная насосная станция обеспечивает рециркуляцию воды скважин для поддержания дебета воды (в данном случае рассмотрен пример колодцев).
Алгоритмом работы насосной станции предусмотрено автоматическое открывание/запирание электроклапанов К4...Кп по данным датчиков НУ1...НУп и ВУ4...ВУп, при этом происходит автоматическое отпирание/запирание электроклапана К2. При открытии клапана К2 регистрируется расход воды расходомером Р и давление в напорной магистрали по показаниям датчика давления РА2. В случае снижения давления в напорной магистрали ниже установленного предела осуществляется запирание клапана К2, включается насос заливной линии М2 до момента повышения давления на стороне всасывания, измеряемого датчиком давления РА1. Как только датчик давления РА1 фиксирует достижение минимального допустимого давления, осуществляется пуск основного агрегата
М1, при этом давление РА2 должно превысить давление РА1. При достижении условия разности давлений до и после основного агрегата производится открывание клапана К1, и при достижении требуемого давления по показаниям РА2 открывается клапан К2.
При превышении давления в напорной магистрали РА2 осуществляется одновременное запирание клапана К1 и остановка основного агрегата М1. В случае регистрации нарушения работоспособности насосных агрегатов по показаниям датчиков давления или в случае обнаружения расхода воды при закрытых клапанах К1 и К2 выводится сигнализация аварийного режима работы.
Электрическая схема автоматической системы управления мелиоративной насосной станцией индивидуального назначения представлена на рисунке 2 [6].
В качестве датчиков давления были использованы аналоговые преобразователи. В качестве датчиков уровня были использованы дискретные преобразователи контактного и индукционного типа. В качестве датчика расхода жидкости был использован преобразователь с импульсным выходным сигналом.
В примере с тремя независимыми контурами мелиорации и одним дренажным колодцем схема управления укомплектована двумя магнитными пускателями управления насосных агрегатов, программным логическим реле на 11 цифровых входов, 2 аналоговых входа и 9 цифровых выходов. В качестве программного логического реле выбрано ONI PLR [7].
Для обеспечения работоспособности автоматизированной схемы управления мелиоративной насосной станцией индивидуального назначения
Рис. 1 - Гидравлическая схема мелиоративной насосной станции:
РА1 - датчик напора насоса; РА2 - датчик давления в магистрали; ВУ - датчик верхнего уровня; НУ - датчик нижнего уровня; ПЕР - датчик превышения уровня; РАС -расходомер; К - клапан односторонний; К1 - К7 - электроклапаны; М1 - М2 -электродвигатели насоса; ВУ1 - ВУЗ, НУ1 - НУЗ - датчики уровня в каналах орошения
в соответствии с описанным ранее алгоритмом была разработана программа на языке функциональных блок-диаграмм, представленная на рисунке 3 [6 - 11].
Программа управления разбита на несколько псевдонезависимых блоков, отвечающих за отдельные части алгоритма:
- определение необходимости подачи воды в мелиоративный канал;
- определение необходимости перекачивания воды в дренажный колодец;
- осуществление пуска рабочего насоса;
- учёт баланса дебета воды;
- управление клапанами отходящих каналов.
Рис. 2 - Электрическая схема АСУ мелиоративной насосной станции
Рис. 3 - Функциональная блок-диаграмма автоматизированной схемы управления мелиоративной насосной станцией
Для проверки адекватности работы разработанной программы управления было выполнено планирование ручного тестирования разработанной модели с моделированием «счастливых» и «ошибочных» путей работы. Под «счастливыми» понимаются варианты работы системы в штатном режиме, а под «ошибочными» - варианты работы системы, которые могли бы возникнуть в случае ошибки или отказа оборудования.
Вывод. В результате многократного ручного тестирования с последующей модернизацией была разработана «удачная» часть алгоритма, осуществляющая пуск рабочего насоса. Данная часть алгоритма позволяет исключить продолжительный сухой ход рабочего насоса, а также диагностирует работоспособность напорной магистрали.
Список источников
1. Ош и Электростиль. Где купить панели оператора, контроллеры, логические реле, преобразователи частоты и электродвигатели. Они в России [Электронный ресурс]. ШЬ: http://oni.estl.ru/?group=PLR-S-CPU (дата обращения 18.08.2022).
2. ГОСТ 27.002-2015. Межгосударственный стандарт. Надёжность в технике. Термины и определения. М.: Стандартинформ, 2016. 28 с.
3. Юрченко И.Ф. Разработка и совершенствование технологий автоматизированного управления формированием мелиоративного режима агроэкосистем // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. 2019. № 2 (54). С. 354 - 363.
4. ГОСТ 24.701-86. Единая система стандартов автоматизированных систем управления. Надёжность автоматизированных систем управления. Основные положения. М.: Стандартинформ, 2009.
5. Мальцев С.Е., Кузнецов Б.Ф. Система автоматизированного орошения почвы // Научные исследования студентов в решении актуальных проблем АПК: матер. всерос. науч.-практич. конф. Иркутск, 2019. С. 75 - 78.
6. Кизуров А.С., Козлов А.В. Учебный стенд по обучению автоматизации работы насосных установок для АПК // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 2 (76). С. 137 - 140.
7. Мелиоративные насосные станции [Электронный ресурс]. ЦКЬ: https://admiral-omsk.ru/meliorativnye-nasosnye-stancii (дата обращения 06.04.2022).
8. Мелиорация, рекультивация и охрана земель / сост. Е.П. Денисов, К.Е. Денисов, Н.П. Молчанова. Саратов: ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2014. 57 с.
9. Кизуров А.С. Тестирование разработанной модели системы поддержания уровня жидкости в технологическом резервуаре (водоёме) // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 3 (89). С. 147 - 152.
10. Kizurov A.S. Modernization of the heat pump installation for drying wheat. Journal of Physics: Conference Series. 2020; 1614(1): 012068.
11. Бабиков Б.В., Пахучий В.В. Гидротехнические мелиорации (осушение лесных земель): учеб. пособ. Сыктывкар: СЛИ, 2014. 160 с.
References
1. Oni and Electrostyle. Where to buy operator panels, controllers, logic relays, frequency converters and Oni electric motors in Russia [Electronic resource]. URL: http://oni.estl. ru/?group=PLR-S-CPU (Accessed 08/18/2022).
2. GOST 27.002-2015. Interstate standard. Reliability in technology. Terms and Definitions. M.: Standartinform, 2016. 28 p.
3. Yurchenko I.F. Development and improvement of technologies for automated control of the formation of the reclamation regime of agroecosystems. Proceedings of Nizhnevolzhskiy agrouniversity complex: Science and higher vocational education. 2019; 54(2): 354-363.
4. GOST 24.701-86. Unified system of standards for automated control systems. Reliability of automated control systems. Basic provisions. M.: Standartinform, 2009.
5. Maltsev S.E., Kuznetsov B.F. Soil automated irrigation system // Scientific research of students in solving urgent problems of the agro-industrial complex: Materials of the All-Russian scientific-practical conference. Irkutsk, 2019. Р. 75-78.
6. Kizurov A.S., Kozlov A.V. Training stand for teaching the automation of pumping units for the agro-industrial complex. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2019; 76(2): 137-140.
7. Ameliorative pumping stations [Electronic resource]. URL: https://admiral-omsk.ru/meliorativnye-nasosnye-stancii (accessed 04/06/2022).
8. Melioration, reclamation and protection of land / Comp.: E.P. Denisov, K.E. Denisov, N.P. Molchanov. Saratov, 2014. 57 p.
9. Kizurov A.S. Testing the developed model of the system for maintaining the liquid level in the technological reservoir (reservoir). Izvestia Orenburg State Agrarian University . 2021; 89(3): 147-152.
10. Kizurov A.S. Modernization of the heat pump installation for drying wheat. Journal of Physics: Conference Series. 2020; 1614(1): 012068.
11. Babikov B.V., Pakhuchy V. V. Hydraulic reclamation (drainage of forest lands): textbook. Syktyvkar, 2014. 160 p.
Анатолий Сергеевич Кизуров, кандидат технических наук, доцент, [email protected], https://orcid.org/0000-0001-9561-5697
Anatoly S. Kizurov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, [email protected], https://orcid.org/0000-0001-9561-5697
Статья поступила в редакцию 02.09.2022; одобрена после рецензирования 19.09.2022; принята к публикации 19.09.2022.
The article was submitted 02.09.2022; approved after reviewing 19.09.2022; accepted for publication 19.09.2022. -♦-
