3. Автоматическое поддержание влажности почвы
К наиболее распространенным способам полива относятся поверхностный (по бороздам или затоплением), дождевание и подпочвенное орошение. Выбор способа полива зависит от конкретных условий. Наиболее труднодоступным для автоматизации является поверхностный полив. Автоматизация полива в сочетании с механизацией преследует цель повысить производительность труда и улучшить его качество.
Не вся вода, накапливаемая в почве, может быть использована растениями. Когда сила, с которой корни втягивают воду, становится равной силе связи воды почвой, снабжение растений водой затрудняется. Растения в этом случае начинают подавать признаки устойчивого увядания. Очевидно, такого иссушения почвы допускать нельзя. Излишнее же количество воды вызывает не только ее перерасход, но и нарушает воздушный режим почвы. Следовательно, количество влаги в почве должно находиться в определенных пределах.
На рис. 2.32 показано устройство для регулирования влажности почвы при подпочвенном орошении.
Рис. 2.32. Схема устройства автоматического регулирования влажности почвы
При заданных влажности почвы и уровне воды в колодце 1 поплавковым клапаном 2 закрыт шланг 3 и впускной патрубок 4 перекрыт мембранным запорным органом 5, надмембранная полость которого заполнена водой. При этом электромагнитным клапаном 6 тоже закрыт слив воды из надмембранной полости в камеру регулирования 7.
При снижении уровня воды в колодце 1 поплавковый клапан 2 открывается, однако запорный орган 5 остается закрытым, так как сигнал об уменьшении влажности не поступал, электромагнитный клапан 6 закрыт и вода из надмембранной полости запорного органа 5 не сливается. При уменьшении влажности сигналом с датчика 8 через усилитель 9 открывается электромагнитный клапан 6. В результате происходит слив воды из надмембранной полости запорного органа 5 через камеру регулирования 7, гибкий шланг 3 и открытый поплавковый клапан 2 в колодец 1. При этом запорный орган поднимается под действием напора воды в патрубке 4. Вода из впускного патрубка попадает в приемный колодец 1 и дрены-увлажнители 10.
При повышении уровня воды в колодце 1 возрастает пьезометрический напор в дренах-увлажнителях 10, что приводит к повышению уровня грунтовых вод. Благодаря наличию поплавковой камеры 11 с поплавковым клапаном 2, которая гидравлически связана с электромагнитным клапаном 6 и запорным органом и представляет собой регулятор напора, ограничивается пьезометрический напор в дренах-увлажнителях посредством поддержания заданного уровня в колодце 1 и зависящий от него уровень грунтовых вод. Уровень в колодце задается перемещением по вертикали поплавковой камеры 11, закрепленной на стержне 13, и фиксацией последнего стопорным винтом 14. При достижении грунтовыми водами заданного уровня он будет поддерживаться, пока влажность почвы не достигнет заданной за счет капиллярного подпитывания. Тогда с датчика 8 поступает сигнал и подача воды прекращается. Независимо от уровня воды в приемном колодце 1 патрубок 4 будет закрыт, пока влажность снова не снизится. Благодаря наличию дождемера 12 устройство реагирует на осадки и прекращает подачу воды при их выпадении в достаточном количестве.
Применение устройства позволяет обеспечить высокую точность регулирования и поддерживать правильный баланс влажности в почве.
Применяемые в практике полива современные системы автоматизации относятся к системам программного управления. Они базируются на современной технологии полива, в основе которой лежат эмпирические методы. Такие методы используют наряду с данными биологической науки о роли воды в жизни растений орошаемого земледелия и результаты производственных экспериментов по орошению определенной культуры в конкретных условиях. Все это в совокупности позволяет устанавливать поливной режим, который слагается из числа и сроков поливов, значений оросительных и поливных норм. Заданный поливной режим является исходной программой автоматизации, которая, помимо повышения производительности труда, должна обеспечивать в определенные сроки заданные поливные и оросительные нормы.
На рис. 2.33 показана структурная схема при надпочвенном поддержании заданной влажности в теплице.
Автоматизированная система управления влажностными параметрами представляет собой комплекс автоматизированного контроля и управления влажностным режимом теплицы и является программно-технической системой для достоверного измерения состояния климата в теплице и расчета на этой основе управляющих воздействий на исполнительные механизмы инженерного оборудования теплицы.
Рис.2.33. Структорная схема САУ влажностными параметрами теплицы
Система выполняет следующие функции:
задание суточного цикла влажности и поддержание необходимого климатического режима;
контроль расхода воды в канале распыления;
представление технологической информации в удобном для оперативного персонала виде;
повышение производительности теплицы за счет жесткого автоматического поддержания требуемых параметров;
Архитектура данной системы имеет два уровня: нижний – подсистема управления (датчики, микроконтроллер, исполнительные механизмы и оборудование) и верхний – пост оператора (персональный компьютер). Связь между уровнями осуществляется по интерфейсу RS-485. Реализация алгоритмов управления осуществляется с помощью автоматизированного модуля верхнего уровня (например, SCADA-система TRACE MODE), который также отвечает за интерфейс на посту оператора.