Методические указания по разработке систем автоматизации в курсовых (стр. 3 из 5)
Если регулирование влажности почвы будет осуществляться по информации, поступающей не от датчиков уровня грунтовых вод, а от датчиков влажности почвы, то в этом случае устройство автоматической системы и ее конструкция будут зависеть от типа датчиков влажности почвы. Так, если кислотная реакция почвенной воды нейтральная или слабощелочная (РН = 5...7), то с успехом можно применить гипсовые датчики влажности почвы (рис. 7). Их равномерно по площади объекта устанавливают в почву и соединяют в общую последовательную электрическую цепь с помощью кабеля, уложенного на глубине, превышающей глубину вспашки почвы. Конец линии связи выводят к станции управления, установленной рядом с регулирующим гидротехническим сооружением.
Количество датчиков зависит от характера поверхности почвы. Обычно объекты с торфяной почвой имеют спокойный рельеф, и датчики можно ставить из расчета 1…3 датчика на каждые 50...70 га. Если же рельеф местности, более выражен, с западинами, то количество датчиков должно быть увеличено до 5…7. Выходным сигналом гипсового датчика является величина его электрического сопротивления, зависящая от влажности почвы. Поэтому в составе автоматической системы должно быть предусмотрено соответствующее задающее устройство, устройство сравнения, командное устройство, рассчитанные на восприятие информации от датчика.
Рис. 7. Схема установки гипсового датчика влажности почвы:
1 – датчик; 2 – соединительный кабель; 3 – колышек-сторож.
Принципиальная электрическая схема системы регулирования представлена на рис. 8. Подземный, кабель (от датчиков влажности почвы) подключен к точкам 1 и 2 мостика сопротивлений, выполняющего функции устройства сравнения. В качестве задающего устройства использован потенциометр R3 со шкалой требуемых значений влажности почвы. Высокочувствительные реле Р1 и Р2 выполняют функции командного устройства. Реле PП1 и РП2 увеличивают мощность команд и передают их в цепь управления электродвигателем затвора.
Работает система следующим образом. Если влажность почвы близка к заданной, то суммарное электрическое сопротивление датчиков влажности равно сопротивлению задающего устройства. Мостик сопротивлений сбалансирован. На его выходе (точки 3 и 4) нет напряжения, и командные реле P1 и Р2.находятся в исходных положениях. Их контакты разомкнуты. Поэтому разомкнуты и контакты реле РП1 и РП2. Электродвигатель затвора выключен.
Рис. 8. Система регулирования влажности почвы шлюзованием.
При подсыхании почвы и уменьшении ее влажности увеличивается электрическое сопротивление цепи гипсовых датчиков влажности почвы. Мостик сопротивлений разбалансируется. Увеличивается выходное напряжение в точках 3 и 4 мостика. В момент, когда это напряжение станет равным порогу срабатывания реле Р2 оно сработает. Замкнутся его контакты. Сработает реле РП2 и замкнет свои контакты в цепи запуска электродвигателя затвора в направлении его опускания. Затвор опустится до определенного расчетного положения, и двигатель будет выключен концевым выключателем. Уровень воды в канале начнет повышаться. Это: будет способствовать подъему уровня грунтовой воды в почве и увеличению влажности корнеобитаемого слоя почвы.
По мере увеличения влажности почвы мостик сопротивлений возвращается в сбалансированное положение. Уменьшается выходное напряжение в точках 3 и 4. Реле Р2 переходит в исходное положение. Обесточивается катушка реле РП2 и размыкаются его контакты в цепи управления электродвигателем. При дальнейшем увеличении влажности почвы система действует следующим образом. Уменьшается электрическое сопротивление цепи датчиков. Мостик начинает разбалансироваться в обратном направлении. В точках 3 и 4 возникает выходное напряжение обратной полярности, и под его влиянием реле Р2 уже сработать не может, так как этому препятствует диод. Реле P1 может сработать, так как диод в цепи катушки P1 этому не препятствует. При определенной влажности почвы реле P1 сработает. Это вызовет срабатывание реле PП1 и запуск электродвигателя на подъем затвора. Затвор займет заранее определенное расчетами верхнее положение. Уровень воды в канале начнет понижаться. Это повлечет за собой, понижение уровня грунтовой воды в почве и уменьшение ее влажности.
Таким образом, при плавных, медленных изменениях влажности почвы имеет место эпизодическое перемещение затвора, занимающего заранее установленные расчетные положения. Очевидно, эта система относится к системам регулирования релейного действия. Положения затвора должны обеспечивать требуемые уровни воды в верхнем бьефе канала при известных значениях расхода воды, в канале. В дипломном проекте должны быть соответствующие расчеты положений затвора.
Если увлажнение почвы осуществляется подачей воды в осушительную систему из напорного водоема НВ, построенного на диктующей отметке местности, то необходимо предусмотреть автоматизацию подкачки воды в НВ с помощью насосной станции. Технологическая схема мелиоративной системы показана на рис. 9. Перед увлажнением закрывают электрозадвижку Э32. В результате этого прекращается осушительное действие дренажной системы. При включении насосной станции, в автоматическом режиме открывается задвижка Э31, установленная на напорном трубопроводе и вода поступает по трубопроводу в НВ.
Рис. 9. Технологическая схема автоматизированной системы:
НС – насосная станция; ЭЗ1 и ЭЗ2 – электрозадвижки;
РУ – реле уровня воды; НВ – напорный водоем.
Уровень воды в НВ достигает заданной отметки. Срабатывает реле уровня РУ, установленное в НВ, и выключает насос. Вода в НВ расходуется на увлажнение почвы. Уровень ее понижается. Реле РУ переходит в исходное положение и снова включает насос и т.д. Частота включений насоса вначале будет относительно высокой. Потом, когда влажность почвы повысится, включения насоса станут более редкими вследствие увеличения ширины зоны смоченной почвы вокруг дрен-увлажнителей и увеличения длины пути фильтрации в более удаленное от дрен зоны почвы.
Таким образом, увлажнение почвы осуществляется без контроля ее фактической влажности. Оператор назначает срок начала увлажнения. Автоматизирован лишь процесс подачи воды в НВ. Можно усовершенствовать систему. Для этого следует ввести в ее состав контроль фактической влажности почвы.
5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОЛЬДЕРНЫХ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ
Осушительные насосные станции (НС) на польдерных системах работают с переменной производительностью. Чаще всего производительность НС изменяют дискретно путем изменения количества одновременно работающих насосов (при однотипных насосах) или же путем изменения комбинации одновременно работающих насосов (при разных насосных агрегатах). В таблице 1 приведен вариант дискретного изменения производительности насосной станции.
Знак (+) означает, что насос включен. Как видно, путем изменения комбинаций и количества одновременно работающих (всего пяти) насосов можно менять производительность насосной станции в 10 раз при постоянном шаге дискретности.
Для автоматического управления работой насосов можно использовать стержневое реле уровня, установленное в аванкамере, аналогичное показанному на рис. 5. Число коротких стержней датчика уровня воды должно соответствовать числу насосных агрегатов. Касание воды одного из этих стержней соответствует выработке команды на включение соответствующего насоса. По мере повышения уровня воды и последовательного касания все более коротких (или более высоко установленных) стержней датчика, все большее количество насосных агрегатов будет включено. При снижении уровня имеет место обратный процесс, т.е. насосы поочередно выключаются.
Таблица 1. Вариант дискретного изменения производительности
насосной станции
| Производительность насосной станции | Производительность насосных агрегатов | ||||
| №1 | №2 | №3 | №4 | №5 | |
| Q1 | Q1 | 2Q1 | 3Q1 | 3Q1 | |
| Q1 | + | – | – | – | – |
| 2Q1 | + | + | – | – | – |
| 3Q1 | + | – | + | – | – |
| 4Q1 | + | + | + | – | – |
| 5Q1 | – | – | + | + | |
| 6Q1 | – | + | + | + | – |
| 7Q1 | + | + | + | ||
| 8Q1 | – | – | + | + | + |
| 9Q1 | + | – | + | + | + |
| 10Q1 | + | + | + | + | + |
| Q1 | |||||
| Q1 | |||||
Принципиальная электрическая схема управления электродвигателем одного насосного агрегата показана на рис. 10. При касании водой стержня датчика (рис. 5) срабатывает высокочувствительное реле P1. Если касание кратковременное, то никакой реакции на него не будет. Если же оно длительное, то сработает реле времени PB1 и замкнет свои контакты в цепи питания промежуточного реле РП1. Последнее замкнет контакты в цепи управления электродвигателя, и насос за-пустится. Он будет работать все время, пока уровень воды находится на отметках не ниже конца стержня датчика. Если же уровень в аванкамере понизился и стержень датчика воды не касается, то высокочувствительное реле P1 перейдет в исходное положение. Катушка РВ будет обесточена. Реле РП1 также перейдет в исходное положение, и его контакты разомкнут цепь управления электродвигателем. Насосный агрегат остановится. Остальные насосные агрегаты имеют аналогичные схемы управления.