Методические указания по разработке систем автоматизации в курсовых (стр. 2 из 5)
Рис. 1. Блок-схема системы контроля:
Д – датчик; З – задатчик; КУ – командное устройство; СС – средства сигнализации.
Системы измерения или контроля влажности почвы строятся по аналогичным схемам. Если использовать гипсовый датчик влажности почвы, у которого выходным сигналом является величина электрического сопротивления, то электрическая принципиальная схема системы контроля влажности почвы будет аналогична той, которая приведена на рис. 2.
Рис. 2. Система контроля уровня воды:
1 – датчик; 2 – блок сравнения; 3 – задатчик; 4 – командное устройство.
Для контроля уровней воды в системах водоснабжения, в напорных водоемах осушительно-увлажнительных систем, в каналах, прудах и т.д. широкое применение находят стержневые реле уровня воды [2]. Их стержневые датчики монтируют в специальных колодцах, выполненных из металлических или асбоцементных труб небольшого диаметра (рис. 3). Датчик соединяют с пультом с помощью кабеля. На
Рис. 3. Установка стержневого датчика уровня воды в колодце.
пульте (рис. 4) устанавливают понижающий трансформатор Tp1, а также высокочувствительные электромагнитные реле Р1 и Р2 срабатывающие при замыкании стержней датчика водой. Контакты этих реле
Рис. 4. Система контроля уровня воды.
маломощные и обычно управляют током в катушках промежуточных электромагнитных реле РП1 и РП2. Контакты последних имеют значительную коммутационную мощность и включают сигнальные лампы Л1 и Л2. Стержневой датчик уровней воды настраивают перемещением его стержней и закреплением их на определенной высоте так, чтобы их нижние концы соответствовали отметкам контролируемых уровней воды. Самый длинный стержень датчика должен постоянно находиться в воде при любых положениях уровня.
3. АВТОМАТИЗАЦИЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЕЙ ВОДЫ
В ОТКРЫТЫХ ВОДОТОКАХ
Технически совершенные мелиоративные системы оснащают подпорными гидротехническими сооружениями, способными управлять уровнями воды. Наибольший эффект от таких систем можно получить при автоматизации управления сооружениями. Для этого в дипломном проекте необходимо разработать соответствующие системы автоматики. Разработка начинается с четкого формулирования задачи автоматики. Например, «Перемещать затвор трубы-регулятора и, тем самым, поддерживать постоянство уровня воды в нижнем бьефе независимо от изменения притока воды к трубе». После того как сформулирована задача, необходимо уяснить, какой технологический параметр система автоматики должна контролировать. В нашем примере нужно организовать контроль уровня воды в нижнем бьефе трубы-регулятора. Всякие отклонения этого уровня от требуемого должны вызывать перемещения затвора. Важно правильно выбрать тип датчика уровня воды и место его установки. Типы датчиков описаны в п. 2. Датчик устанавливают в колодце на берегу канала на расстоянии 50...150 м ниже трубы-регулятора, т.е. там, где поток ламинарный и характеристики его устойчивы во времени. Откосы и дно канала в этом месте бетонируют. Кабель от датчика укладывают в почве на глубине, превышающей глубину вспашки. Подводят кабель к станции управления. Последняя может быть устроена в виде железного ящика-шкафа, закрепленного на железобетонном столбе. Устанавливают столб недалеко от трубы-регулятора. К станции управления подводят электрический ка6ель с напряжением 380В. В шкафу станции управления монтируют все элементы, автоматики, за исключением датчика, установленного в колодце.
Важным является вопрос о типе датчика уровня воды. В нашем случае затвор трубы-регулятора может перемещаться время от времени, т.е. эпизодически. Значит, в качестве датчика уровня ДУ можно применять стержневой датчик (рис. 5) с дискретным характером работы. Роль задающего устройства и роль устройства сравнения выполняют стержни датчика. В шкафу станции управления нужно разместить два высокочувствительных реле, блок питания для них, два промежуточных реле и элементы системы управления электродвигателем затвора: магнитные пускатели, переключатель режима работы Авт-П/авт, кнопки Пуск и Стоп, предохранители, рубильник и тепловые реле защиты.
Рис. 5. Электрическая принципиальная схема реле уровня стержневого типа.
Электрическая принципиальная схема системы автоматики приведена на рис. 6. Работает система следующим образом. Если уровни воды изменяются так, что нет касания воды верхнего стержня датчика или же нет отрыва ее поверхности от среднего стержня, то электродвигатель не включается и затвор неподвижен. Если же есть касание воды верхнего стержня, то срабатывает реле Р1, а затем и РП1. Контакты реле РП1 замыкаются и запускается электродвигатель. Затвор опускается. Начинает уменьшаться уровень, но от затвора до места установки стержневого датчика уровня расстояние равно 50...150 м и поэтому возможно перерегулирование уровня вследствие транспортного запаздывания в нижнем бьефе канала. Реле времени PB1 исключает это. Контакты реле PП1, замыкаясь, включают реле PB1 одновременно с пуском электродвигателя. Оно отсчитывает заданное время (в это время затвор двигается вниз), а затем своими размыкающими контактами размыкает цепь управления и выключает электродвигатель. Поток в нижнем бьефе стабилизируется.
Допустим, что новое положение уровня воды такое, что он уже не касается верхнего стержня датчика. Контакты реле P1 (и реле PП1) будут находиться в исходном положении. Контакты PП1 разомкнуты, и реле PB1 также находится в исходном положении. Его контакты замкнуты. Цепь управления готова к новому пуску электродвигателя. Реле времени PB1 нужно настроить так, чтобы за установленное время затвор успевал опуститься настолько, что новое положение уровня воды находилось бы в допустимом диапазоне.
Рис. 6. Система регулирования уровня воды.
Аналогично работает система автоматики и в случае понижения уровня воды и отрыва его от среднего стержня датчика. Затвор приподнимается, и уровень в нижнем бьефе принимает нужное положение. Рассмотренная система автоматики относится к импульсным системам регулирования.
4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОДПОЧВЕННОГО УВЛАЖНЕНИЯ
На некоторых мелиорируемых объектах можно осуществить достаточно эффективное регулирование влажности почвы в корнеобитаемом слое почвы шлюзованием. Мелиоративная система в этом случае содержит открытые каналы с регулируемыми уровнями воды (с помощью электрифицированных труб-регуляторов или шлюзов-регулято-ров), а также закрытую дренажную систему, которая используется для подпочвенного увлажнения водой из каналов.
Следует иметь в виду, что эффективность процессов регулирования влажности почвы шлюзованием зависит от свойств последней, от свойств подстилающих, горизонтов. Поэтому в дипломном проекте должно быть соответствующее обоснование. Эффект увлажнения почвы достигается определенным подъемом уровня грунтовой воды.
В литературе имеются рекомендации по оптимальному положению этого уровня по месяцам в зависимости от типа почв, вида сельскохозяйственной культуры и фазы развития растения. Зная это, можно сконструировать систему автоматического регулирования влажности почвы по положению уровня грунтовой воды. Для этого понадобятся стержневые датчики уровня воды, которые следует установить на объекте в специальных скважинах. Стержни датчиков должны быть настроены на требуемое положение уровня воды. Устройство и работа системы регулирования будут такими же, как и в случае, описанном ранее (рис. 5, 6). Нужно, однако, учесть, что после перестановки затвора в новое положение понадобится значительное время для перехода мелиорируемого объекта в новый статический режим, когда установится новое устойчивое положение уровня грунтовой воды. Это время может достигать 5...10 ч и более, что отразится на выборе типа реле времени, которое должно обеспечивать такую большую паузу.