Методические указания по разработке систем автоматизации в курсовых (стр. 1 из 5)
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
 |
ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И КАДРОВ
 |
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
“БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ”
Кафедра строительства и эксплуатации ГМС
АВТОМАТИЗАЦИЯ
мелиоративных и
водохозяйственных
систем
методические указания по РАЗРАБОТКЕ
СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ В КУРСОВЫХ
И дипломнЫХ проектАХ
Для студентов специальности 1-74 05 01 –
мелиорация и водное хозяйство
издание второе, переработанное и дополненное
Горки 2008
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
| |
ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И КАДРОВ
| |
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
“БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ”
Кафедра строительства и эксплуатации ГМС
АВТОМАТИЗАЦИЯ
мелиоративных и
водохозяйственных
систем
методические указания по РАЗРАБОТКЕ
СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ В КУРСОВЫХ
И дипломнЫХ проектАХ
Для студентов специальности 1-74 05 01 –
мелиорация и водное хозяйство
издание второе, переработанное и дополненное
Горки 2008
Одобрено методической комиссией мелиоративно-строительного факультета 02.07.2008 (протокол№9).
Составили: Л.И. КУМАЧЕВ.
УДК 62–52
Автоматизация мелиоративных и водохозяйственных систем: методические указания; издание второе, переработанное и дополненное / Белорусская государственная сельскохозяйственная академия; сост. Л. И. Кумачев. Горки, 2008. 24 с.
Приведены общие принципы выбора средств автоматизации на мелиоративных объектах, технологические и принципиальные схемы систем автоматического измерения и контроля основных технологических параметров на мелиорируемых объектах, а также регулирования уровней воды в открытых водотоках, подпочвенного увлажнения, насосных станций, вертикального дренажа, капельного орошения, систем сельскохозяйственного водоснабжения.
Рисунков 13. Библиогр. 4.
Рецензент: М. А. ЖАРСКИЙ, к.т. н, доцент кафедры мелиорации и водного хозяйства.
Ó Составление. Л. И. Кумачев, 2008
Ó Учреждение образования
“Белорусская государственная
сельскохозяйственная академия”, 2008
ВВЕДЕНИЕ
Одним из признаков технического совершенства запроектированной мелиоративной системы является автоматизация ее в той или иной степени. Поэтому весьма желательно разработать раздел в дипломном проекте, посвященный автоматизации. Однако студенты испытывают значительные трудности при разработке этого раздела с помощью имеющихся литературных источников. Настоящие методические указания в определенной степени решают эту проблему. В них изложены общие принципы выбора средств автоматизации, даны приемы автоматизации измерения, контроля и регулирования ряда технологических параметров на мелиорируемых объектах. Изложена методика и приведены варианты технических средств автоматизации подпочвенного увлажнения, польдерных насосных станции и польдерных мелиоративных систем, вертикального дренажа, дождевания.
1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА СРЕДСТВ
АВТОМАТИЗАЦИИ НА МЕЛИОРИРУЕМЫХ ОБЪЕКТАХ
Прежде всего студенту следует хорошо изучить особенности автоматизируемого технологического процесса (скорости протекания процесса, характера изменений в нем, диапазоны контроля и регулирования). Нужно также учесть климатические условия, в которых будет работать автоматика (ход температур, влияние влажности воздуха и т.д.). Выяснить, имеется ли на объекте электроэнергия или ее следует подвести с помощью специальной силовой линии. Подвод электроэнергии – дорогое мероприятие, и его стоимость может превзойти стоимость средств автоматики.
При выборе варианта автоматизации следует отдавать предпочтение наиболее простому из них, так как с повышением сложности систем увеличивается количество элементов, входящих в ее состав и возрастает вероятность ее отказа. Одну и ту же задачу можно решить с помощью электрической и гидравлической автоматики. Например, стабилизация уровня воды в верхнем или нижнем бьефе гидротехнического сооружения может быть осуществлена с помощью простого гидравлического затвора-автомата или же с помощью электрифицированного гидротехнического сооружения. В первом варианте нет необходимости в электроэнергии, высока надежность и он предпочтительнее второго. Если же ставится более сложная задача, например, регулирование уровня воды в канале в зависимости от положения уровня грунтовой воды в почве, то вариант с затвором-гидроавтоматом неприемлем. Необходима разработка более сложного, электрического авторегулятора с датчиками уровня грунтовой воды, размещенными в поле.
При выборе технических средств автоматизации нужно учесть, сопоставимы ли скорости протекания процессов в объекте с быстродействием средств автоматики, будет ли достаточно эффективным воздействие на объект автоматизированного регулирующего устройства [1]. Например, приведет ли автоматическая перестановка затвора к достаточно быстрому изменению положения уровня грунтовой воды в почве? Не будет ли слишком большим отставание положения уровня воды в наблюдательном колодце от перемещающегося уровня грунтовой воды в почве? Колодец в этом случае является составным элементом датчика уровня грунтовой воды. От его конструкции и размеров зависит эффективность работы датчика и всей системы автоматики в целом. При большой инерционности датчика появятся значительные ошибки регулирования положения уровня грунтовой воды в почве. Возникнут условия для подтопления корневой системы растений, и это может привести к снижению урожая.
Следует учесть, что при разработке автоматизированных систем регулирования на мелиорируемых землях, ошибки, допущенные в любом звене системы, приведут к значительному снижению эффективности автоматизации и к неоправданному расходованию материальных средств. Это следует иметь в виду при разработке автоматизированных систем в дипломных проектах.
2. АВТОМАТИЗАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ
ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА
МЕЛИОРИРУЕМЫХ ОБЪЕКТАХ
Измеряемыми (контролируемыми) технологическими параметрами на мелиорируемых землях обычно являются следующие: уровень воды или расход ее в открытом водотоке, расход воды в трубопроводе, давление (напор), влажность почвы, уровень грунтовой поды и т.д. Надежность функционирования систем автоматического измерения (контроля) зависит от правильности выбора типа соответствующего датчика. Для измерения уровней или расходов воды в открытых водотоках можно использовать потенциометрические, сельсинные, частотные и другие датчики, устанавливаемые в специальных колодцах на берегу. Колодец изготавливают из труб или железобетонных колец. Кабель от датчика прокладывают в почве с помощью щелерезной машины. Глубина закладки кабеля должна быть больше глубины вспашки почвы. Для соединительного кабеля обычно используют алюминиевый или медный провод в двойной полихлорвиниловой изоляции.
Характер передаваемой по кабелю информации зависит от конструкции и принципа действии датчика уровня воды. Обычно используют датчики поплавкового типа. В качестве вторичных преобразователей применяют потенциометры, сельсины, генераторы переменного тока и т.д. Выходными сигналами датчиков, передаваемыми по соединительному кабелю, соответственно могут быть: переменное сопротивление потенциометра, переменное выходное напряжение сельсина, переменный ток генератора с частотой, зависящей от измеряемого уровня воды. Переданная по кабелю информация принимается на пульте измерительным прибором или же записывается на ленту самописца. В качестве измерительных приборов применяют вольтметры, омметры, частотомеры и др. Наиболее часто используемые варианты датчиков уровня воды и измерительных систем приведены в литературных источниках: [2], [3], [4].
В дипломном проекте необходимо четко сформулировать задачи систем автоматики, перечислить элементы, входящие в состав систем, привести схемы и описать их работу.
Системы автоматического контроля уровней воды обеспечивают не только измерение интересующего параметра и передачу информации на пульт, но и сравнение результатов измерения с требуемой величиной уровня воды. Если результат сравнения свидетельствует о предельно допустимом отклонении фактической величины от заданной, то должно сработать командное устройство, входящее в состав системы контроля. Оно включит соответствующее средство сигнализации, например, световое табло с надписью «Уровень предельно высокий», электрический звонок, сирену и т.д.
Блок-схема системы автоматического контроля показана па рис. 1. Принципиальная электрическая схема этой же системы приведена на рис. 2. В ней использован поплавковый датчик уровня воды с потенциометрическим преобразователем Rд на выходе. Выходное переменное сопротивление Rд зависит от уровня воды. С помощью линии связи оно подведено к мостику сопротивлений 2, выполняющему функции блока сравнения фактической и заданной величины уровня. Заданная величина хранится в другом потенциометре R3 входящем в состав мостика сопротивлений и называемом задатчиком З. В его конструкции имеется поворотная ручка со шкалой требуемых значений уровней воды. В мостике происходит сравнение фактического и заданного уровней воды, как сравнение двух величин электрического сопротивления: сопротивления датчика Rд и сопротивления задатчика Rз. Если они равны, то мостик сбалансирован, между точками А и Б напряжение равно нулю. Если же фактический уровень изменяется, то соответственно баланс мостика нарушается, и между точками А и Б возникает напряжение. По мере увеличения отклонения уровня от заданного, это напряжение увеличивается. Электромагнитные реле Р1 и Р2 вместе с диодами выполняют функции командного устройства. Одно из них (в зависимости от полярности напряжения между точками А и Б) срабатывает в момент, когда это напряжение станет равным порогу срабатывания реле. Диоды используются для распознавания полярности действующего напряжения, которая зависит от направления отклонения фактического уровня воды от заданного. Контакты командных реле Р1 и Р2 управляют работой сигнальных ламп. Настраивается система на сигнализацию требуемого уровня воды путем поворота ручки задатчика З и установки ее в положение, соответствующее заданной отметке поверхности воды.