Файл: Автоматизация процесса поддержания влажности почвы в теплице.pdf
Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 76
Скачиваний: 6
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
“НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ”
Институт инженерно-экологического строительства и механизации
Кафедра автоматизация и электроснабжение
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ (РАБОТА)
по дисциплине
«
Технические средства автоматизации
»
Тема:
«
Автоматизация процесса поддержания влажности почвы в теплице
»
Выполнила обучающаяся
ИИЭСМ-2-30 Брусникина Татьяна Александровна
(институт (филиал), курс, группа, Ф.И.О.)
Руководитель курсовой работы
Доц. Гвоздев Евгений Владимирович
(ученое звание, ученая степень, должность, Ф.И.О.)
К защите
(дата, подпись руководителя)
Курсовая работа защищена с оценкой
(оценка цифрой и прописью)
Руководитель курсовой работы
(дата, подпись руководителя)
Председатель аттестационной комиссии
(ученое звание, ученая степень, должность, Ф.И.О.)
Члены комиссии:
(дата, подпись члена комиссии) г. Москва
2021 г.
2
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт
ИЭСМ
Кафедра
Автоматизация и электроснабжение
Дисциплина Технические средства автоматизации
ЗАДАНИЕ
НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА (КУРСОВОЙ РАБОТЫ)
ФИО обучающегося
Брусникина Татьяна Александровна
Курс, группа
ИИЭСМ 2-30 1. Тема курсового(й) проекта (работы) Автоматизация процесса поддержания влажности почвы в теплице
2. Исходные данные к курсовому(й) проекту (работе) Выбрать технологический процесс или производство чего-либо, желательно из строительной области
3. Содержание текстовой части (перечень подлежащих разработке вопросов)
1. Введение. Актуальность и значимость темы.
2. Выбор и анализ объекта управления.
3. Обзор используемых датчиков, исполнительных, преобразовательных и управляющих устройств и видов управляющих воздействий. 4. Постановка задачи, выбор датчиков, исполнительных, преобразовательных и управляющих устройств, обоснование выбора.
5.Расчет параметров выбранного технического средства. 6. Построение структурной схемы взаимодействия технических средств базе выбранных компонентов. 7. Заключение.
8. Библиографический список.
4. Перечень графического и иного материала
Примеры датчиков; Структурная схема полива.
График выполнения курсового(й) проекта (работы):
№
Наименование этапа выполнения курсового(й) проекта (работы)
Срок выполнения
Процент выполнения курсового(й) проекта
(работы), %
1
Введение. Актуальность и значимость темы
10
2
Выбор и анализ объекта управления
20
3
Обзор используемых датчиков
35
4
Постановка задачи
50
5
Расчет параметров выбранного технического средства
60
6
Построение структурной схемы.
Описание
90
7
Выводы. Библиографический список
95
8
Загрузка файлов(а) КП/КР в ЛКС
100
Дата выдачи задания
Срок предоставления КП/КР руководителю – последняя неделя периода теоретического обучения семестра
Обучающийся
____________________
(подпись)
Руководитель
____________________
(подпись)
3
Оглавление
Введение. Актуальность и значимость темы. ..................................................................................................... 4 1.
Выбор и анализ объекта управления ........................................................................................................... 6 2.
Обзор используемых датчиков, исполнительных, преобразовательных и управляющих устройств и видов управляющих воздействий. ....................................................................................................................... 8 3.
Постановка задачи, выбор датчиков, исполнительных, преобразовательных и управляющих устройств, обоснование выбора. ........................................................................................................................ 11 4.
Расчет параметров выбранного технического средства. ......................................................................... 16 5.
Построение структурной схемы взаимодействия технических средств базе выбранных компонент 18
Заключение .......................................................................................................................................................... 19
Библиографический список. ............................................................................................................................... 20
4
Введение
. Актуальность и значимость темы.
Современный мир не стоит на месте, с ростом числа людей на нашей планете, требуется увеличение количества еды, в том числе овощей, фруктов и т.п. Чтобы люди не нуждались в обыденных и нужных нам вещах и не тратили на это много времени, уже в 6000 лет до н.э появились первые ирригационные системы, которые доставляли воду от реки к полям. Так проходило в Египте и Месопотамии, используя воду разливающихся рек Нил или Тигр. Паводковые воды, случавшиеся с июля по декабрь, отводились на поля на 40-60 дней. Затем вода сливалась обратно в реку в нужный момент цикла роста.
Таким образом, со значительным развитием и большим ростом масштабов аграрной сферы, появилась острая необходимость в поиске оптимального способа полива огромных участков. Ведь если небольшой огород, сад или цветник еще можно полить вручную с помощью лейки или ведра, то с огромными промышленными полями так не получится.
Но, как ни странно, современная система автополива начинается с дождевателя, созданного для полива не аграрных полей или теплиц, а полей для гольфа. До этого гольф-поля поливались с помощью мулов, которых впрягали в повозки с водой. Этот метод был достаточно трудоемким и занимал много времени.
И уже в середине XIX века появились первые дождеватели, а в 1897 году в США был выпущен первый газонный дождеватель с редуктором.
Изобретение дождевателя принадлежит Джозефу Лесслеру из Буффало, штат
Нью-Йорк, который в 1871 году подал на патент США №121949 с формулировкой "Улучшение спринклера для газона" и с описанием " портативный фонтан или водяной спринклер". Очевидные преимущества данного изобретения были в том, что процесс полива был в значительной степени автоматизирован, значительно сокращал время присутствия человека и его прилагаемые усилия, которые он должен был тратить на полив приусадебной территории.
После изобретения Джозефа, все больше появлялось более интересных и улучшенных изобретений которые были интересны как обычным жителя (для полива газона), так и работникам в аграрной сфере. Особенно толчек в этой сфере
5 дал
Калифорнийский фермер - Ортон Энглхардт, изобретя ударный разбрызгиватель, который еще называют импульсным, и оборудование орошения перешагнуло в новую эру - эру точного и дальнего автополива.
Таким образом, со временем люди поняли, что своевременная подача воды увеличит насыщенность почвы и воздуха влагой, поможет овощам, фруктам и ягодам эффективней использовать подкормку. Также автоматический полив для теплицы освободит свободное время на другие занятия и уменьшить затраты на ручной труд. Плюсом идет то, что автоматика для полива теплицы практически никогда не дает сбоев в работе, что не может не радовать ее собственников (срок службы в среднем от 10 до 15 лет).
6
1. Выбор и анализ объекта управления
Под комплексной автоматизацией систем орошения понимают оснащение их устройствами автоматического управления, позволяющими осуществить без участия человека, операции по забору, транспортировке, очистке воды, производству поливов с целью поддержания оптимального уровня влажности почвы, защиты оросительной сети и сигнализации о неисправностях.
Основные виды орошения, их плюс и минусы находятся в табл. 1.1.
Табл. 1.1 Виды систем автоматического орошения в теплицах
Название
Устройство
Преимущества
Недостатки
Капельное орошение
От источника по магистральным трубам вода доставляется к специальным капельницам и лентам. С их помощью влага попадает в почву мелкими каплями к каждому отдельному растению.
Не переувлажняет почву, отсутствуют привлекательные условия для сорняков, экономия воды – до 30% по сравнению с обычным поливом.
Сложность и высокая цена системы, необходимость тщательно следить за чистотой воды, чтобы не допустить засорения капельных лент.
Дождевание
От источника вода попадает в разбрызгиватели, также называемые дождевателями. Они располагаются либо на уровне земли, либо под крышей теплицы. Вода распыляется в виде мелких капель и орошает почву на грядках.
Возможность покрыть одним разбрызгивателем большую площадь.
При такой системе автоматического полива существует риск переувлажнения микроклимата в теплице, а капли, попадающие на листья растений, могут привести к
«солнечным ожогам».
Подземное орошение
По своему устройству система подобна капельной, но трубы располагаются под землей, а вода доставляется непосредственно к корневым системам растений.
Наиболее эффективная система снабжения растений водой.
Дополнительно проводится аэрация почвы.
Самая трудоемкая в обустройстве система автополива, необходимость производить выемку грунта в теплице.
7
Подземное орошение упрощенное
Сильно упрощенный вариант предыдущей системы – к корневой системе растения вода доставляется из отверстий, проделанных в пластиковой бутылке,
Самая дешевая в создании система автополива – при наличии достаточного количества пластиковых бутылок расходы на обустройство будут равны нулю.
Полностью автоматической подобная система не является – существует необходимость один раз в несколько дней пополнять водой все вкопанные в грунт бутылки.
На основе этих данных для комплексного изучения и разборки курсовой работы я выберу дождевание, поскольку именно этот метод полива прекрасно подходит для промышленных теплиц большой площади, а также при этом способе полива исключается вероятность заболачивания, намного меньше вероятность засоления, и появляется возможность совмещать полив с опрыскиванием растения от вредных жуков и распылять некорневую подкормку.
Если смотреть в общем, то именно этот способ больше всего приближен к естественному увлажнению.
Сам процесс основан на автоматической подаче воды на основании данных влаги почвы (контроллер) или на основании таймера (в самом простом случае).
В первом варианте, подача воды происходит в тот момент, когда влага в почве достигает определенной нужной нам отметки (например, 80% влажность почвы считается самой оптимальной для зерновых культур, тогда при достижении влажности почвы ниже 55% включается наша система автоматического полива, а при 80% она отключится). В контроллере можно задать нужную нам программу полива, которая будет учитывать давление в трубопроводе, погодные условия и работать по заданному циклу, а также контроллер моет управлять удаленно благодаря GSM-модуля
Во втором варианте все происходит намного проще, система включается через какой-то определенный промежуток времени на нужное нам количество минут (не включается в том случае, если стоит датчик дождя). На нем можно настроить лишь частоту и продолжительность орошения.
8
2. Обзор
используемых
датчиков,
исполнительных,
преобразовательных и управляющих устройств и видов
управляющих воздействий.
Рассмотрим систему автоматического полива дождеванием-стационарную,
(т.е. все элементы, кроме дождевальных аппаратов, занимают постоянное положение) более подробно. Основные составляющие системы:
Насос- является сердцем системы автополива и именно он снабжает всю систему водой под определенным давлением, беря воду из водоисточника
(нужен если вода идет не из водопровода). В свою очередь насосы делятся на центробежные (для дождевания) и поршневые (для капельного орошения).
Принцип действия центробежного насоса:
Жидкая среда, попадающая во внутреннюю рабочую камеру, захватывается лопатками рабочего колеса и начинает перемещаться вместе с ними. Под воздействием центробежной силы жидкая среда отбрасывается к стенкам рабочей камеры, где создается избыточное давление. Находясь под избыточным давлением, жидкая среда выталкивается через напорный патрубок.
В тот момент, когда жидкая среда из центральной части рабочей камеры отбрасывается к стенкам, создается разрежение воздуха, что и обеспечивает всасывание новой порции жидкости через входной патрубок.
Контроллер или же таймер - главный мозг,
который и обеспечивает работу всей системы, не требующей присутствия человека, участие которого сводится лишь к монтажу оборудования и его первоначальной настройке
(во 2 пункте указаны общие отличия контроллера от таймера). регулирует работу насосов, дождевателей и электромагнитных клапанов, их включение и выключение, а также время полива и его продолжительность. (см. рис 2.1)
9
Конструктивно все контроллеры включают в себя панель, на которой имеются навигационные клавиши для установки программных режимов, жидкокристаллический дисплей (где отображаются все производимые настройки) и контактную планку с отсеками-клеммами для подключения проводов к электромагнитным кранам и сенсорным датчикам. Для орошения больших площадей в специальных моделях контроллеров предусмотрена возможность дополнительной возможности установить модули расширения.
Датчик погоды, если рассматривать открытые аграрные поля и датчик влажности почвы в теплицах.
В помощь к контроллеру используются различные датчики погоды и состоянии почвы для информирования о текущих погодных условиях. Например, с помощью различных датчиков, таких как датчик влажности почвы, датчик дождя, датчик ветра мы корректируем запрограммированный сценарий автополива. В случае дождя система не будет выполнять полив, поскольку в нем нет необходимости. Однако, использование датчиков влажности почвы будет сообщать контроллеру о состоянии почвы и давать команду на полив (возможно дождь не сильный и его недостаточно чтобы пропитать почву до корней растений, не говоря уже о поливе в теплице, где дождя никогда не бывает).
Рисунок 2.1.
Контроллер Signetics
10
Электромагнитные клапаны. Всю систему полива делят на зоны полива, разделяемые электромагнитными клапанами. (см. рис. 3.2)
Принцип действия:
Клапаны, получив команду, открываются согласно установленной программы. В момент, предусмотренный программой, клапаны прикрываются и поток воды перекрывается.
Магистраль (система трубопровода). Является «веной» системы. Именно по ней идет вода под напором от насоса к разбрызгивателю. Одна из основных задач, выдержать сильное давление воды.
Фильтр. Они необходимы, чтобы система служила долгие годы без поломок. Дело в том, что в качестве источника воды может использоваться открытый резервуар или скважина, а это значит, что в жидкости может присутствовать всевозможный мусор, который, попав в трубы, легко погубит всю систему. А от попадания мусора внутрь ее защитят как раз фильтры.
Источник водоснабжения. Это может быть водосток или бак. Именно из источника вода идет от насоса к разбрызгивателю.
Рисунок 2.2
Электромагнитный клапан
Hunter
11
Датчик уровня воды. Устанавливается для защиты насоса в источник водоснабжения. (см. рис. 2.3)
3. Постановка
задачи, выбор датчиков, исполнительных,
преобразовательных и управляющих устройств, обоснование
выбора.
Задача:
1) Подобрать для системы дождевания соответствующие классу - оборудование.
2) Автоматизировать процесс подачи воды.
3) Разработать структурную схему полива.
Выбор датчиков обуславливается тем, что именно будет поливать наша система, т.е. это может быть полив как помидоров, так и различного рода кустов.
Я буду подбирать систему дождевания для огурцов, ведь именно они любят большую влагу и выращиваются чаще всего не в открытом грунте. Воду они впитывают не только корнями, но и листьями, стеблями. Верхний слой почвы должен быть влажным, но не пропитанным водой – это может привести к загниванию корневой системы и гибели растения. Главная задача – сохранить поверхностные волоски на подземной части. Именно они отвечают за всасывание жидкости с питательными веществами и, следовательно, урожай. Эти волоски очень нежные и страдают при избытке или недостатке воды.
Подходящая для них влага должна держатся в пределах:
- до начала плодоношения 65-75%
Рисунок 1.3 Датчик уровня воды ПДУ
12
- во время плодоношения - 85-90% от полной влагоемкости.
Оптимальная температура воды для полива держится в пределах 15-25 градусов, а при температуре менее 10 градусов корни огурцов ее не усваивают.
Все эти условия должны жестко соблюдаться, чтобы растение не погибло.
Итак, чтобы система работала автоматически и выполняла заданные ей условия, используют датчики влажности. Для полива примерно 20 соток (36м на
54м) почвы нужно использовать сеть датчиков в количестве 3 штук. С данной задачей справится датчик моделей представленные в таблице ниже.
Таблица 3.1 Сравнения датчиков
Из табл. 3.1 видно, что стоит выбрать стоит
MAS-1, поскольку его выходной сигнал подходит для входа на контроллер. Его главными особенности является: защита от прямого попадания воды, наибольшая точность измерения, хороший срок службы.
Для нормального давления воды чаще всего используют насосы или целые насосные станции. Нам нужен поверхностный центробежный насос с производительностью не менее 64 л/мин для нормального напора на всех минисплинкирах (24шт.), а также с высотой подъёма не менее 30 м (примерно 30 бар), поскольку на каждый минисплинкиры нужен напор в 3 атм. для полива на расстояние 4,5 м. По данным характеристикам подходят следующие виды насосов:
Название
Цена, руб.
Срок службы, лет
Напряжение питания
Выходной сигнал
Защита от воды
METER
ECH2O EC-5 5000 1 от 2,5 В до 3,6 В пост.тока при 10 мА
Ратиометрический, от
10 до 40% от напряжения питания.
+
METER HS-10 15000 1 от 3 В пост. тока при 12 мА, до 15
В постоянного тока при 15 мА. от 300 до 1,250 мВ, независимо от напряжения питания.
+
METER MAS-
1 10000 1 от 7 до 32 В пост.тока от 4 до 20 мА
+
METER
TEROS 12 12100 3
От 4 до 15 В пост.тока
SDI-12 и DDI Serial
+
13
Таблица 3.2 Сравнение насосов
Название
Цена, руб.
Номин. напор, м
Производительность, л/мин
Мощность,
Вт
Напряжение
Питания, В
AquamotoR
ARCPm-750
AR152006 7815 32 118 750 220
Вихрь ПН-
1100Ч 68/4/6 7190 50 70 1100 220
DAEWOO
DGP 4000 inox
7390 50 66,6 1300 220
AQUARIO
Amh-125-6P
2814 19509 55 105 1450 220
Wilo WJ-
202-EM
9780 36 75 900 220
Самым подходящим насосом оказался Wilo WJ-202-EM, поскольку именно он сочетает лучше всех соотношение «Цена-качество». При относительно небольшой мощности он показывает прекрасные показатели напора и производительности, плюсом идёт наличие реле сухого хода, и наличие корпуса из нержавеющей стали. А также при диаметре трубопровода 40мм (т.е потери будут равны 5м напора на 100м. трубопровода) не произойдет потери нужного давления для дождевания.
Чтобы автоматически регулировать работу насоса, нужен промежуточный
реле, который с одной стороны будет подключен к питанию насоса, а с другой к контроллеру (+ третий контакт подключён к сети, для питания насоса).
Для данной функции подойдет реле, с подходящим номинальным током работы 1А.
Для контроля подачи воды используют электромагнитные клапаны.
Для нашей системы их потребуется 3 шт. Основные параметры отбора поток в трубопроводе, диаметр 40мм. По этим характеристикам подходят следующие виду клапанов:
14
Таблица 3.3 Сравнение электромагнитных клапанов
Название
Срок службы, лет
Поток, л/мин
Цена, руб.
Hunter PGV-151 2
0,7-570 5600
Hunter ICV-151G
5 0,4-1135 7100
SMART SF62136
DN40 1
580 5900
Берем модель SMART SF62136 DN40, хоть у Hunter ICV-151G срок гарантии больше, а у Hunter PGV-151 цена ниже. Но они не подходят для нашей системы в плане номинального напряжения работы. А SMART SF62136 прекрасно сопрягается с контроллером.
А также этот клапан имеет ряд и других преимуществ:
- надежный корпус из поливинилхлорида
- высокая герметичности класса
А по ГОСТ Р 54808-2011
- рабочее положение данного клапана является нормально-закрытым, без напряжения на электромагнитной катушке он закрыт.
Чтобы система не сломалась, нужно установить датчик уровня воды в бак
(поплавковый выключатель).
Поскольку, если не контролировать количество жидкости, то может сломаться насос гоняя воздух, тем самым сильно себя нагревая.
Таблица 3.4 Сравнение поплавковых выключателей
Название
Цена, руб.
Материал корпуса
ПДУ-В601-70а
290
Полипропилен
Tecnoplastic FOX VVF H05 3X1 - DOUBLE FUNCTION 950
Полипропилен
В данном случае нет смысла переплачивать поскольку датчик выполняет одну и туже функцию, и смысла работать при тяжелых условиях нет, поэтому берем ПДУ-В601-70а.
15
Как говорилось ранее, главный мозг этой системы является контроллер, который регулирует работу почти всех составляющих системы дождевания.
Исследовав рынок ведущих производителей в этой сфере, подобрали 3 управляющих контроллера: PIXEL 2511-02-0, SMH2010-1221-01-5, ОВЕН ПЛК 73
Сравнивать модели будем по потребляемой мощность, цене, степень защиты.
Таблица 3.5 Сравнение контроллеров
Название
Цена, руб.
Потребляема мощность, Вт
Степень защиты
Количество входов AI/DI
Segnetics PIXEL
2511-02-0 12800 3,5
IP-20 6/3
Segnetics
SMH2010-1221-
01-5 16000 4,5
IP-65 12/12
ОВЕН ПЛК 73 15550 12
IP-55 8/8
Самым оптимальным вариантом для нашей системы будет Segnetics
SMH2010-1221-01-5, поскольку PIXEL 2511-02-0 не подходит по числу аналоговых входов, плюс низкая степень защиты. А ПЛК-73 хоть и имеет нужное количество входов, но потребление энергии в разы выше, чем у выбранного нами варианта.
Данная модель имеет ряд преимуществ: программируемость, удобный и простой интерфейс, возможность присоединения дополнительного оборудования
(датчики, преобразователи и прочее),
контроллер может выполнять сложные вычислительные задачи, поддерживать разветвленные алгоритмы.
16
4. Расчет параметров выбранного технического средства.
Важно подобрать оборудование таким образом, чтобы оно сопрягалось между собой, например, выходной сигнал датчика должен быть в пределах входного сигнала ПЛК.
1.Датчик влажности почвы (METER MAS-1)
Рассмотрим технические характеристики датчика влажности из таблицы 4.1
Таблица 4.1 Общие сведения [3]
Диапазон измерения: от 0 - 100% содержания воды
Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений объемной доли воды в почве:
±3%
Потребляемая мощность: не более 0,7 В·А
Питание: от 7 до 32 В пост. тока
Сопряжение
Выходные сигналы (аналоговые): от 4 до 20 мА
2.Центробежный насос (Wilo WJ-202-EM)
Таблица 4.2 Общие сведения [4]
Мощность: 900 Вт
Питание: 1230 В, 50 Гц (Регулирование работы через реле)
Макс. рабочее давление: 6 бар
Производительность: 75 литр/мин
3. Электромагнитные клапаны (SMART SF62136 DN40)
Таблица 4.3 Общие сведения [7]
Расход: до 580 л/мин
Диапазон давления: от 0,2 до 7 бар
Температурный максимум: 65°C
17
Таблица 4.4 Характеристики соленоида*
24 В постоянного тока
* При отсутствии напряжения закрыт.
4.Датчик уровня воды (ПДУ-В601-70а)
Таблица 4.5 Общие сведения [6]
Рабочее положение: Горизонтальное
Температура рабочей среды: −10...+70°С
Max коммутируемый ток: А ≅0,5 (при ≅24 В)
Max коммутируемое напряжение:
≅220В
Коммутируемая мощность: 50 Вт
5.Контроллер (Segnetics SMH2010-1221-01-5)
Таблица 4.6 Общие сведения [5]
Габаритные размеры (ВхШхГ):169х138х32 мм
Степень защиты корпуса: IP-65
Сопряжение
Дискретные входы: Кол-во:12 max
Уровень напряжения сигнала: Логический «0» - от 0 до 3.4 В (пост.ток)
Логическая «1» - от 4.0 до 50В (пост.ток)
Дискретный выход: Кол-во: 8
Мах ток нагрузки: 1 А (продолжительная работа); 5 А (импульс 300 мкс, скваж. 50)
Напряжение вых. нагрузки: 50 В постоянный ток (мах)
Аналоговые входы: Кол-во:
4 для термометров сопротивления; 6 для сигнала 0 – 10 в; 6 для сигнала 4 – 20 mA
Разрешение: 10 бит
Аналоговые выходы: Кол-во: 4 (0-10В)
Нагрузочная способность: 3 мА
Поддерживаемые интерфейсы/Протокол
RS485/Modbus RTU
Таблица 4.7 Питание
18
Потребляемая мощность: не более 4,5 Вт
Напряжение питания: 24 В
5. Построение структурной схемы взаимодействия технических
средств базе выбранных компонентов.
Рисунок 5.1 Схема работы системы полива.
Рисунок 5.1 показывает, как работает данная система. Датчик влажности, как и датчик уровня воды постоянно отправляет свои данные на контроллер. При достижении определенного определённого процента влажности, контроллер подает сигнал на промежуточное реле для включения насоса, при том условии если датчик уровня воды показывает, что воды достаточно для полива. Также поступает сигнал на электромагнитный клапан* для открытия магистрали полива (так может происходить полив каждой зоны отдельно или совместно трех, если процент влажности будет совпадать).
19
Заключение
При разработке данной КРП были получены следующие результаты:
1) Проведено исследование процесса полива огурцов, путем дождевания. В результате чего смогли подобрать необходимое для установки оборудование.
2) Произвёл обзор датчик, в результате чего, выяснилось их необходимость системе.
3) Были поставлены и решены задачи, благодаря которым добились автоматизации работы всего процесса, его регулирования и защиты оборудования в случае нестабильности системы.
4) Произведен расчет параметров, на котором показано как взаимодействует между собой отдельные элементы установки.
5) Построена структурная схема системы дождевания, на которой показано направление сигналов системы.
20
Библиографический список.
1. «Приоритетные направления научно-технического развития агропромышленного комплекса России» Рязань 2019г. Часть 1 2. «Дождевание» Учебное пособие ВАСИЛЬЕВ С.М., ШКУРА В.Н. 2016г.
3. Технические характеристики датчика влажности почвы [Электронный ресурс] URL: https://www.mmm-tech.de/ru/fdr/mas-1 (Дата обращения
09.04.2021)
4. Технические характеристики насоса [Электронный ресурс] URL: https://www.santech.ru/catalog/469/473/i8781/v44075/ (Дата обращения
04.04.2021)
5. Технические характеристики ПЛК [Электронный ресурс] URL: https://www.segnetics.com/ru/smh_2010 (Дата обращения 04.04.2021)
6. Технические характеристики датчика уровня воды [Электронный ресурс]
URL: https://m-mark.ru/images/catalog/datchiki/uroven/pdy-b601-
70/Pasport_dlya_PDU_plastic_2016_03_17.pdf (Дата обращения 04.04.2021)
7. Технические характеристики электромагнитного клапана [Электронный ресурс] URL: https://shop-watervalve.ru/index.php/60329/ (Дата обращения
04.04.2021)
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
“НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ”
Институт инженерно-экологического строительства и механизации
Кафедра автоматизация и электроснабжение
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ (РАБОТА)
по дисциплине
«
Технические средства автоматизации
»
Тема:
«
Автоматизация процесса поддержания влажности почвы в теплице
»
Выполнила обучающаяся
ИИЭСМ-2-30 Брусникина Татьяна Александровна
(институт (филиал), курс, группа, Ф.И.О.)
Руководитель курсовой работы
Доц. Гвоздев Евгений Владимирович
(ученое звание, ученая степень, должность, Ф.И.О.)
К защите
(дата, подпись руководителя)
Курсовая работа защищена с оценкой
(оценка цифрой и прописью)
Руководитель курсовой работы
(дата, подпись руководителя)
Председатель аттестационной комиссии
(ученое звание, ученая степень, должность, Ф.И.О.)
Члены комиссии:
(дата, подпись члена комиссии) г. Москва
2021 г.
2
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт
ИЭСМ
Кафедра
Автоматизация и электроснабжение
Дисциплина Технические средства автоматизации
ЗАДАНИЕ
НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА (КУРСОВОЙ РАБОТЫ)
ФИО обучающегося
Брусникина Татьяна Александровна
Курс, группа
ИИЭСМ 2-30 1. Тема курсового(й) проекта (работы) Автоматизация процесса поддержания влажности почвы в теплице
2. Исходные данные к курсовому(й) проекту (работе) Выбрать технологический процесс или производство чего-либо, желательно из строительной области
3. Содержание текстовой части (перечень подлежащих разработке вопросов)
1. Введение. Актуальность и значимость темы.
2. Выбор и анализ объекта управления.
3. Обзор используемых датчиков, исполнительных, преобразовательных и управляющих устройств и видов управляющих воздействий. 4. Постановка задачи, выбор датчиков, исполнительных, преобразовательных и управляющих устройств, обоснование выбора.
5.Расчет параметров выбранного технического средства. 6. Построение структурной схемы взаимодействия технических средств базе выбранных компонентов. 7. Заключение.
8. Библиографический список.
4. Перечень графического и иного материала
Примеры датчиков; Структурная схема полива.
График выполнения курсового(й) проекта (работы):
№
Наименование этапа выполнения курсового(й) проекта (работы)
Срок выполнения
Процент выполнения курсового(й) проекта
(работы), %
1
Введение. Актуальность и значимость темы
10
2
Выбор и анализ объекта управления
20
3
Обзор используемых датчиков
35
4
Постановка задачи
50
5
Расчет параметров выбранного технического средства
60
6
Построение структурной схемы.
Описание
90
7
Выводы. Библиографический список
95
8
Загрузка файлов(а) КП/КР в ЛКС
100
Дата выдачи задания
Срок предоставления КП/КР руководителю – последняя неделя периода теоретического обучения семестра
Обучающийся
____________________
(подпись)
Руководитель
____________________
(подпись)
3
Оглавление
Введение. Актуальность и значимость темы. ..................................................................................................... 4 1.
Выбор и анализ объекта управления ........................................................................................................... 6 2.
Обзор используемых датчиков, исполнительных, преобразовательных и управляющих устройств и видов управляющих воздействий. ....................................................................................................................... 8 3.
Постановка задачи, выбор датчиков, исполнительных, преобразовательных и управляющих устройств, обоснование выбора. ........................................................................................................................ 11 4.
Расчет параметров выбранного технического средства. ......................................................................... 16 5.
Построение структурной схемы взаимодействия технических средств базе выбранных компонент 18
Заключение .......................................................................................................................................................... 19
Библиографический список. ............................................................................................................................... 20
4
Введение
. Актуальность и значимость темы.
Современный мир не стоит на месте, с ростом числа людей на нашей планете, требуется увеличение количества еды, в том числе овощей, фруктов и т.п. Чтобы люди не нуждались в обыденных и нужных нам вещах и не тратили на это много времени, уже в 6000 лет до н.э появились первые ирригационные системы, которые доставляли воду от реки к полям. Так проходило в Египте и Месопотамии, используя воду разливающихся рек Нил или Тигр. Паводковые воды, случавшиеся с июля по декабрь, отводились на поля на 40-60 дней. Затем вода сливалась обратно в реку в нужный момент цикла роста.
Таким образом, со значительным развитием и большим ростом масштабов аграрной сферы, появилась острая необходимость в поиске оптимального способа полива огромных участков. Ведь если небольшой огород, сад или цветник еще можно полить вручную с помощью лейки или ведра, то с огромными промышленными полями так не получится.
Но, как ни странно, современная система автополива начинается с дождевателя, созданного для полива не аграрных полей или теплиц, а полей для гольфа. До этого гольф-поля поливались с помощью мулов, которых впрягали в повозки с водой. Этот метод был достаточно трудоемким и занимал много времени.
И уже в середине XIX века появились первые дождеватели, а в 1897 году в США был выпущен первый газонный дождеватель с редуктором.
Изобретение дождевателя принадлежит Джозефу Лесслеру из Буффало, штат
Нью-Йорк, который в 1871 году подал на патент США №121949 с формулировкой "Улучшение спринклера для газона" и с описанием " портативный фонтан или водяной спринклер". Очевидные преимущества данного изобретения были в том, что процесс полива был в значительной степени автоматизирован, значительно сокращал время присутствия человека и его прилагаемые усилия, которые он должен был тратить на полив приусадебной территории.
После изобретения Джозефа, все больше появлялось более интересных и улучшенных изобретений которые были интересны как обычным жителя (для полива газона), так и работникам в аграрной сфере. Особенно толчек в этой сфере
5 дал
Калифорнийский фермер - Ортон Энглхардт, изобретя ударный разбрызгиватель, который еще называют импульсным, и оборудование орошения перешагнуло в новую эру - эру точного и дальнего автополива.
Таким образом, со временем люди поняли, что своевременная подача воды увеличит насыщенность почвы и воздуха влагой, поможет овощам, фруктам и ягодам эффективней использовать подкормку. Также автоматический полив для теплицы освободит свободное время на другие занятия и уменьшить затраты на ручной труд. Плюсом идет то, что автоматика для полива теплицы практически никогда не дает сбоев в работе, что не может не радовать ее собственников (срок службы в среднем от 10 до 15 лет).
6
1. Выбор и анализ объекта управления
Под комплексной автоматизацией систем орошения понимают оснащение их устройствами автоматического управления, позволяющими осуществить без участия человека, операции по забору, транспортировке, очистке воды, производству поливов с целью поддержания оптимального уровня влажности почвы, защиты оросительной сети и сигнализации о неисправностях.
Основные виды орошения, их плюс и минусы находятся в табл. 1.1.
Табл. 1.1 Виды систем автоматического орошения в теплицах
Название
Устройство
Преимущества
Недостатки
Капельное орошение
От источника по магистральным трубам вода доставляется к специальным капельницам и лентам. С их помощью влага попадает в почву мелкими каплями к каждому отдельному растению.
Не переувлажняет почву, отсутствуют привлекательные условия для сорняков, экономия воды – до 30% по сравнению с обычным поливом.
Сложность и высокая цена системы, необходимость тщательно следить за чистотой воды, чтобы не допустить засорения капельных лент.
Дождевание
От источника вода попадает в разбрызгиватели, также называемые дождевателями. Они располагаются либо на уровне земли, либо под крышей теплицы. Вода распыляется в виде мелких капель и орошает почву на грядках.
Возможность покрыть одним разбрызгивателем большую площадь.
При такой системе автоматического полива существует риск переувлажнения микроклимата в теплице, а капли, попадающие на листья растений, могут привести к
«солнечным ожогам».
Подземное орошение
По своему устройству система подобна капельной, но трубы располагаются под землей, а вода доставляется непосредственно к корневым системам растений.
Наиболее эффективная система снабжения растений водой.
Дополнительно проводится аэрация почвы.
Самая трудоемкая в обустройстве система автополива, необходимость производить выемку грунта в теплице.
7
Подземное орошение упрощенное
Сильно упрощенный вариант предыдущей системы – к корневой системе растения вода доставляется из отверстий, проделанных в пластиковой бутылке,
Самая дешевая в создании система автополива – при наличии достаточного количества пластиковых бутылок расходы на обустройство будут равны нулю.
Полностью автоматической подобная система не является – существует необходимость один раз в несколько дней пополнять водой все вкопанные в грунт бутылки.
На основе этих данных для комплексного изучения и разборки курсовой работы я выберу дождевание, поскольку именно этот метод полива прекрасно подходит для промышленных теплиц большой площади, а также при этом способе полива исключается вероятность заболачивания, намного меньше вероятность засоления, и появляется возможность совмещать полив с опрыскиванием растения от вредных жуков и распылять некорневую подкормку.
Если смотреть в общем, то именно этот способ больше всего приближен к естественному увлажнению.
Сам процесс основан на автоматической подаче воды на основании данных влаги почвы (контроллер) или на основании таймера (в самом простом случае).
В первом варианте, подача воды происходит в тот момент, когда влага в почве достигает определенной нужной нам отметки (например, 80% влажность почвы считается самой оптимальной для зерновых культур, тогда при достижении влажности почвы ниже 55% включается наша система автоматического полива, а при 80% она отключится). В контроллере можно задать нужную нам программу полива, которая будет учитывать давление в трубопроводе, погодные условия и работать по заданному циклу, а также контроллер моет управлять удаленно благодаря GSM-модуля
Во втором варианте все происходит намного проще, система включается через какой-то определенный промежуток времени на нужное нам количество минут (не включается в том случае, если стоит датчик дождя). На нем можно настроить лишь частоту и продолжительность орошения.
8
2. Обзор
используемых
датчиков,
исполнительных,
преобразовательных и управляющих устройств и видов
управляющих воздействий.
Рассмотрим систему автоматического полива дождеванием-стационарную,
(т.е. все элементы, кроме дождевальных аппаратов, занимают постоянное положение) более подробно. Основные составляющие системы:
Насос- является сердцем системы автополива и именно он снабжает всю систему водой под определенным давлением, беря воду из водоисточника
(нужен если вода идет не из водопровода). В свою очередь насосы делятся на центробежные (для дождевания) и поршневые (для капельного орошения).
Принцип действия центробежного насоса:
Жидкая среда, попадающая во внутреннюю рабочую камеру, захватывается лопатками рабочего колеса и начинает перемещаться вместе с ними. Под воздействием центробежной силы жидкая среда отбрасывается к стенкам рабочей камеры, где создается избыточное давление. Находясь под избыточным давлением, жидкая среда выталкивается через напорный патрубок.
В тот момент, когда жидкая среда из центральной части рабочей камеры отбрасывается к стенкам, создается разрежение воздуха, что и обеспечивает всасывание новой порции жидкости через входной патрубок.
Контроллер или же таймер - главный мозг,
который и обеспечивает работу всей системы, не требующей присутствия человека, участие которого сводится лишь к монтажу оборудования и его первоначальной настройке
(во 2 пункте указаны общие отличия контроллера от таймера). регулирует работу насосов, дождевателей и электромагнитных клапанов, их включение и выключение, а также время полива и его продолжительность. (см. рис 2.1)
9
Конструктивно все контроллеры включают в себя панель, на которой имеются навигационные клавиши для установки программных режимов, жидкокристаллический дисплей (где отображаются все производимые настройки) и контактную планку с отсеками-клеммами для подключения проводов к электромагнитным кранам и сенсорным датчикам. Для орошения больших площадей в специальных моделях контроллеров предусмотрена возможность дополнительной возможности установить модули расширения.
Датчик погоды, если рассматривать открытые аграрные поля и датчик влажности почвы в теплицах.
В помощь к контроллеру используются различные датчики погоды и состоянии почвы для информирования о текущих погодных условиях. Например, с помощью различных датчиков, таких как датчик влажности почвы, датчик дождя, датчик ветра мы корректируем запрограммированный сценарий автополива. В случае дождя система не будет выполнять полив, поскольку в нем нет необходимости. Однако, использование датчиков влажности почвы будет сообщать контроллеру о состоянии почвы и давать команду на полив (возможно дождь не сильный и его недостаточно чтобы пропитать почву до корней растений, не говоря уже о поливе в теплице, где дождя никогда не бывает).
Рисунок 2.1.
Контроллер Signetics
10
Электромагнитные клапаны. Всю систему полива делят на зоны полива, разделяемые электромагнитными клапанами. (см. рис. 3.2)
Принцип действия:
Клапаны, получив команду, открываются согласно установленной программы. В момент, предусмотренный программой, клапаны прикрываются и поток воды перекрывается.
Магистраль (система трубопровода). Является «веной» системы. Именно по ней идет вода под напором от насоса к разбрызгивателю. Одна из основных задач, выдержать сильное давление воды.
Фильтр. Они необходимы, чтобы система служила долгие годы без поломок. Дело в том, что в качестве источника воды может использоваться открытый резервуар или скважина, а это значит, что в жидкости может присутствовать всевозможный мусор, который, попав в трубы, легко погубит всю систему. А от попадания мусора внутрь ее защитят как раз фильтры.
Источник водоснабжения. Это может быть водосток или бак. Именно из источника вода идет от насоса к разбрызгивателю.
Рисунок 2.2
Электромагнитный клапан
Hunter
11
Датчик уровня воды. Устанавливается для защиты насоса в источник водоснабжения. (см. рис. 2.3)
3. Постановка
задачи, выбор датчиков, исполнительных,
преобразовательных и управляющих устройств, обоснование
выбора.
Задача:
1) Подобрать для системы дождевания соответствующие классу - оборудование.
2) Автоматизировать процесс подачи воды.
3) Разработать структурную схему полива.
Выбор датчиков обуславливается тем, что именно будет поливать наша система, т.е. это может быть полив как помидоров, так и различного рода кустов.
Я буду подбирать систему дождевания для огурцов, ведь именно они любят большую влагу и выращиваются чаще всего не в открытом грунте. Воду они впитывают не только корнями, но и листьями, стеблями. Верхний слой почвы должен быть влажным, но не пропитанным водой – это может привести к загниванию корневой системы и гибели растения. Главная задача – сохранить поверхностные волоски на подземной части. Именно они отвечают за всасывание жидкости с питательными веществами и, следовательно, урожай. Эти волоски очень нежные и страдают при избытке или недостатке воды.
Подходящая для них влага должна держатся в пределах:
- до начала плодоношения 65-75%
Рисунок 1.3 Датчик уровня воды ПДУ
12
- во время плодоношения - 85-90% от полной влагоемкости.
Оптимальная температура воды для полива держится в пределах 15-25 градусов, а при температуре менее 10 градусов корни огурцов ее не усваивают.
Все эти условия должны жестко соблюдаться, чтобы растение не погибло.
Итак, чтобы система работала автоматически и выполняла заданные ей условия, используют датчики влажности. Для полива примерно 20 соток (36м на
54м) почвы нужно использовать сеть датчиков в количестве 3 штук. С данной задачей справится датчик моделей представленные в таблице ниже.
Таблица 3.1 Сравнения датчиков
Из табл. 3.1 видно, что стоит выбрать стоит
MAS-1, поскольку его выходной сигнал подходит для входа на контроллер. Его главными особенности является: защита от прямого попадания воды, наибольшая точность измерения, хороший срок службы.
Для нормального давления воды чаще всего используют насосы или целые насосные станции. Нам нужен поверхностный центробежный насос с производительностью не менее 64 л/мин для нормального напора на всех минисплинкирах (24шт.), а также с высотой подъёма не менее 30 м (примерно 30 бар), поскольку на каждый минисплинкиры нужен напор в 3 атм. для полива на расстояние 4,5 м. По данным характеристикам подходят следующие виды насосов:
Название
Цена, руб.
Срок службы, лет
Напряжение питания
Выходной сигнал
Защита от воды
METER
ECH2O EC-5 5000 1 от 2,5 В до 3,6 В пост.тока при 10 мА
Ратиометрический, от
10 до 40% от напряжения питания.
+
METER HS-10 15000 1 от 3 В пост. тока при 12 мА, до 15
В постоянного тока при 15 мА. от 300 до 1,250 мВ, независимо от напряжения питания.
+
METER MAS-
1 10000 1 от 7 до 32 В пост.тока от 4 до 20 мА
+
METER
TEROS 12 12100 3
От 4 до 15 В пост.тока
SDI-12 и DDI Serial
+
13
Таблица 3.2 Сравнение насосов
Название
Цена, руб.
Номин. напор, м
Производительность, л/мин
Мощность,
Вт
Напряжение
Питания, В
AquamotoR
ARCPm-750
AR152006 7815 32 118 750 220
Вихрь ПН-
1100Ч 68/4/6 7190 50 70 1100 220
DAEWOO
DGP 4000 inox
7390 50 66,6 1300 220
AQUARIO
Amh-125-6P
2814 19509 55 105 1450 220
Wilo WJ-
202-EM
9780 36 75 900 220
Самым подходящим насосом оказался Wilo WJ-202-EM, поскольку именно он сочетает лучше всех соотношение «Цена-качество». При относительно небольшой мощности он показывает прекрасные показатели напора и производительности, плюсом идёт наличие реле сухого хода, и наличие корпуса из нержавеющей стали. А также при диаметре трубопровода 40мм (т.е потери будут равны 5м напора на 100м. трубопровода) не произойдет потери нужного давления для дождевания.
Чтобы автоматически регулировать работу насоса, нужен промежуточный
реле, который с одной стороны будет подключен к питанию насоса, а с другой к контроллеру (+ третий контакт подключён к сети, для питания насоса).
Для данной функции подойдет реле, с подходящим номинальным током работы 1А.
Для контроля подачи воды используют электромагнитные клапаны.
Для нашей системы их потребуется 3 шт. Основные параметры отбора поток в трубопроводе, диаметр 40мм. По этим характеристикам подходят следующие виду клапанов:
14
Таблица 3.3 Сравнение электромагнитных клапанов
Название
Срок службы, лет
Поток, л/мин
Цена, руб.
Hunter PGV-151 2
0,7-570 5600
Hunter ICV-151G
5 0,4-1135 7100
SMART SF62136
DN40 1
580 5900
Берем модель SMART SF62136 DN40, хоть у Hunter ICV-151G срок гарантии больше, а у Hunter PGV-151 цена ниже. Но они не подходят для нашей системы в плане номинального напряжения работы. А SMART SF62136 прекрасно сопрягается с контроллером.
А также этот клапан имеет ряд и других преимуществ:
- надежный корпус из поливинилхлорида
- высокая герметичности класса
А по ГОСТ Р 54808-2011
- рабочее положение данного клапана является нормально-закрытым, без напряжения на электромагнитной катушке он закрыт.
Чтобы система не сломалась, нужно установить датчик уровня воды в бак
(поплавковый выключатель).
Поскольку, если не контролировать количество жидкости, то может сломаться насос гоняя воздух, тем самым сильно себя нагревая.
Таблица 3.4 Сравнение поплавковых выключателей
Название
Цена, руб.
Материал корпуса
ПДУ-В601-70а
290
Полипропилен
Tecnoplastic FOX VVF H05 3X1 - DOUBLE FUNCTION 950
Полипропилен
В данном случае нет смысла переплачивать поскольку датчик выполняет одну и туже функцию, и смысла работать при тяжелых условиях нет, поэтому берем ПДУ-В601-70а.
15
Как говорилось ранее, главный мозг этой системы является контроллер, который регулирует работу почти всех составляющих системы дождевания.
Исследовав рынок ведущих производителей в этой сфере, подобрали 3 управляющих контроллера: PIXEL 2511-02-0, SMH2010-1221-01-5, ОВЕН ПЛК 73
Сравнивать модели будем по потребляемой мощность, цене, степень защиты.
Таблица 3.5 Сравнение контроллеров
Название
Цена, руб.
Потребляема мощность, Вт
Степень защиты
Количество входов AI/DI
Segnetics PIXEL
2511-02-0 12800 3,5
IP-20 6/3
Segnetics
SMH2010-1221-
01-5 16000 4,5
IP-65 12/12
ОВЕН ПЛК 73 15550 12
IP-55 8/8
Самым оптимальным вариантом для нашей системы будет Segnetics
SMH2010-1221-01-5, поскольку PIXEL 2511-02-0 не подходит по числу аналоговых входов, плюс низкая степень защиты. А ПЛК-73 хоть и имеет нужное количество входов, но потребление энергии в разы выше, чем у выбранного нами варианта.
Данная модель имеет ряд преимуществ: программируемость, удобный и простой интерфейс, возможность присоединения дополнительного оборудования
(датчики, преобразователи и прочее),
контроллер может выполнять сложные вычислительные задачи, поддерживать разветвленные алгоритмы.
16
4. Расчет параметров выбранного технического средства.
Важно подобрать оборудование таким образом, чтобы оно сопрягалось между собой, например, выходной сигнал датчика должен быть в пределах входного сигнала ПЛК.
1.Датчик влажности почвы (METER MAS-1)
Рассмотрим технические характеристики датчика влажности из таблицы 4.1
Таблица 4.1 Общие сведения [3]
Диапазон измерения: от 0 - 100% содержания воды
Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений объемной доли воды в почве:
±3%
Потребляемая мощность: не более 0,7 В·А
Питание: от 7 до 32 В пост. тока
Сопряжение
Выходные сигналы (аналоговые): от 4 до 20 мА
2.Центробежный насос (Wilo WJ-202-EM)
Таблица 4.2 Общие сведения [4]
Мощность: 900 Вт
Питание: 1230 В, 50 Гц (Регулирование работы через реле)
Макс. рабочее давление: 6 бар
Производительность: 75 литр/мин
3. Электромагнитные клапаны (SMART SF62136 DN40)
Таблица 4.3 Общие сведения [7]
Расход: до 580 л/мин
Диапазон давления: от 0,2 до 7 бар
Температурный максимум: 65°C
17
Таблица 4.4 Характеристики соленоида*
24 В постоянного тока
* При отсутствии напряжения закрыт.
4.Датчик уровня воды (ПДУ-В601-70а)
Таблица 4.5 Общие сведения [6]
Рабочее положение: Горизонтальное
Температура рабочей среды: −10...+70°С
Max коммутируемый ток: А ≅0,5 (при ≅24 В)
Max коммутируемое напряжение:
≅220В
Коммутируемая мощность: 50 Вт
5.Контроллер (Segnetics SMH2010-1221-01-5)
Таблица 4.6 Общие сведения [5]
Габаритные размеры (ВхШхГ):169х138х32 мм
Степень защиты корпуса: IP-65
Сопряжение
Дискретные входы: Кол-во:12 max
Уровень напряжения сигнала: Логический «0» - от 0 до 3.4 В (пост.ток)
Логическая «1» - от 4.0 до 50В (пост.ток)
Дискретный выход: Кол-во: 8
Мах ток нагрузки: 1 А (продолжительная работа); 5 А (импульс 300 мкс, скваж. 50)
Напряжение вых. нагрузки: 50 В постоянный ток (мах)
Аналоговые входы: Кол-во:
4 для термометров сопротивления; 6 для сигнала 0 – 10 в; 6 для сигнала 4 – 20 mA
Разрешение: 10 бит
Аналоговые выходы: Кол-во: 4 (0-10В)
Нагрузочная способность: 3 мА
Поддерживаемые интерфейсы/Протокол
RS485/Modbus RTU
Таблица 4.7 Питание
18
Потребляемая мощность: не более 4,5 Вт
Напряжение питания: 24 В
5. Построение структурной схемы взаимодействия технических
средств базе выбранных компонентов.
Рисунок 5.1 Схема работы системы полива.
Рисунок 5.1 показывает, как работает данная система. Датчик влажности, как и датчик уровня воды постоянно отправляет свои данные на контроллер. При достижении определенного определённого процента влажности, контроллер подает сигнал на промежуточное реле для включения насоса, при том условии если датчик уровня воды показывает, что воды достаточно для полива. Также поступает сигнал на электромагнитный клапан* для открытия магистрали полива (так может происходить полив каждой зоны отдельно или совместно трех, если процент влажности будет совпадать).
19
Заключение
При разработке данной КРП были получены следующие результаты:
1) Проведено исследование процесса полива огурцов, путем дождевания. В результате чего смогли подобрать необходимое для установки оборудование.
2) Произвёл обзор датчик, в результате чего, выяснилось их необходимость системе.
3) Были поставлены и решены задачи, благодаря которым добились автоматизации работы всего процесса, его регулирования и защиты оборудования в случае нестабильности системы.
4) Произведен расчет параметров, на котором показано как взаимодействует между собой отдельные элементы установки.
5) Построена структурная схема системы дождевания, на которой показано направление сигналов системы.
20
Библиографический список.
1. «Приоритетные направления научно-технического развития агропромышленного комплекса России» Рязань 2019г. Часть 1 2. «Дождевание» Учебное пособие ВАСИЛЬЕВ С.М., ШКУРА В.Н. 2016г.
3. Технические характеристики датчика влажности почвы [Электронный ресурс] URL: https://www.mmm-tech.de/ru/fdr/mas-1 (Дата обращения
09.04.2021)
4. Технические характеристики насоса [Электронный ресурс] URL: https://www.santech.ru/catalog/469/473/i8781/v44075/ (Дата обращения
04.04.2021)
5. Технические характеристики ПЛК [Электронный ресурс] URL: https://www.segnetics.com/ru/smh_2010 (Дата обращения 04.04.2021)
6. Технические характеристики датчика уровня воды [Электронный ресурс]
URL: https://m-mark.ru/images/catalog/datchiki/uroven/pdy-b601-
70/Pasport_dlya_PDU_plastic_2016_03_17.pdf (Дата обращения 04.04.2021)
7. Технические характеристики электромагнитного клапана [Электронный ресурс] URL: https://shop-watervalve.ru/index.php/60329/ (Дата обращения
04.04.2021)