Модернизация системы автоматического управления поливом

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ 5
1.1. Изучение зарубежных источников и аналогов объекта автоматизации 5
1.2 Обоснование актуальности создания автоматизированной системы 16
1.3 Формирование алгоритма функционирования системы 18
2. РАЗРАБОТКА АППАРАТНОЙ ЧАСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ 31
2.1 Общее описание системы (структурная схема и подбор необходимого оборудования) 31
2.2 Построение функциональной схемы автоматизированной системы 57
2.3 Проектирование принципиальной электрической схемы автоматизированной системы 59
3 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 63
3.1 Создание алгоритма распределенной системы управления 63
3.2 Создание программного обеспечения для управления распределенной оросительной системой 66
3.3 Монтаж оборудования и проверка работоспособности системы 70
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 74
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 76
ПРИЛОЖЕНИЕ А 79
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 80
ПРИЛОЖЕНИЕ В 81
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 82

Весь текст будет доступен после покупки

В условиях глобального изменения климата, роста населения и дефицита пресной воды вопросы рационального использования водных ресурсов приобретают особую актуальность. Одним из ключевых направлений повышения эффективности сельскохозяйственного производства является внедрение современных систем автоматического управления поливом, позволяющих не только оптимизировать расход воды, но и обеспечить стабильный рост растений за счёт поддержания оптимального уровня увлажнённости почвы. Традиционные методы орошения, основанные на ручном управлении или простых таймерах, зачастую не учитывают текущие погодные условия, тип почвы и фазу развития растений, что приводит к перерасходу воды или недостаточному увлажнению. В связи с этим разработка и модернизация интеллектуальных систем автоматического управления поливом становится важной научной и практической задачей.
Целью выпускной квалификационной работы является модернизация системы автоматического управления поливом на основе современных аппаратных и программных решений для повышения её эффективности, надёжности и энергоэффективности.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
– провести анализ существующих зарубежных и отечественных аналогов систем автоматического полива;
– обосновать актуальность создания новой автоматизированной системы управления поливом;
– разработать алгоритм функционирования системы с учётом динамических параметров окружающей среды;
– спроектировать аппаратную часть системы, включая структурную, функциональную и принципиальную электрическую схемы;
– создать программное обеспечение для распределённой системы управления оросительными модулями;
– осуществить монтаж оборудования и провести тестирование работоспособности разработанной системы.
Объектом исследования выступает процесс автоматического управления поливом сельскохозяйственных и приусадебных участков. Субъектом исследования является модернизированная система автоматического управления поливом, включающая как аппаратные компоненты (датчики влажности почвы, микроконтроллеры, исполнительные устройства), так и программное обеспечение для управления и мониторинга.
В ходе выполнения работы применялись следующие методы исследования: анализ научно-технической литературы и патентных материалов, системный подход к проектированию, методы моделирования и проектирования электронных схем, а также программирование встраиваемых систем.

Весь текст будет доступен после покупки

ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ
1.1. Изучение зарубежных источников и аналогов объекта автоматизации
Внедрение автоматизации способствует повышению технического уровня эксплуатации оросительных систем, делая водопользование более точным, надёжным и ресурсосберегающим. В то же время автоматизация вносит существенные изменения в организационную структуру управления, а также предъявляет новые требования к квалификации и функциональным обязанностям обслуживающего персонала.
Под автоматизацией оросительных систем понимается оснащение их средствами автоматики и телемеханики, позволяющими осуществлять эксплуатацию полностью или частично без прямого участия человека. На автоматизированных системах управления (АСУ) роль персонала сводится к наблюдению за ходом технологических процессов и обеспечению работоспособности автоматизированных устройств.
Автоматическое управление заключается в организации запуска и соблюдении заданной последовательности операций, составляющих технологический цикл. Например, на откачивающих насосных станциях работа электродвигателей и насосных агрегатов регулируется с помощью управляющих блоков, панелей с автоматической аппаратурой, поплавковых механизмов и электродных датчиков. При достижении водой в приёмной камере установленного уровня поплавковое устройство или электродный датчик замыкает контакты низковольтного релейного устройства, что приводит к включению насосных агрегатов. Когда уровень воды в подводящем канале снижается до нижнего допустимого предела, те же датчики размыкают цепь реле, прекращая подачу тока на катушку главного контактора и тем самым автоматически отключая электродвигатель. В результате весь цикл работы насосной станции становится полностью автоматизированным.
Наряду с автоматическим существует также полуавтоматическое управление отдельными узлами или элементами системы. В этом случае начальный импульс подаётся оператором, а последующие действия выполняются в заданном порядке без дальнейшего вмешательства человека. Такой подход широко применяется, например, при подъёме и опускании затворов, а также при управлении насосными агрегатами.
Автоматизация оросительных систем охватывает широкий спектр задач – от модернизации отдельных технологических операций до комплексного переоснащения всего производственного объекта. Несмотря на многообразие решений, в первую очередь автоматизации подлежат следующие направления:
– Контроль состояния оборудования и сооружений, обеспечивающий безаварийную и надёжную работу. При отклонении параметров от нормы (например, перегрев подшипников, изменение уровня воды, избыточное давление в трубопроводах) система выдаёт световые или звуковые сигналы тревоги, которые могут передаваться на центральный пульт управления;
– Защита от аварийных ситуаций, таких как короткие замыкания, перегрузки и другие нарушения в электрических сетях;
– Управление отдельными объектами в целом – головными водозаборами, водовыпусками, насосными станциями и т.п.;

Весь текст будет доступен после покупки

1) Багров, М. Н. Прогрессивная технология орошения сельскохозяйственных культур : учеб. пособие для вузов / М. Н. Багров, П. П. Кружилин. – М. : КолосС, 2008. – 208 с.
2) Васильченко, А. В. Рекультивация нарушенных земель. Ч. 1 : учеб. пособие / А. В. Васильченко. – Оренбург : ОГУ, 2017. – 231 с.
3) Гришин, М. М. Гидротехнические сооружения : учебник для техникумов / М. М. Гришин. – М. : Энергия, 2008. – 344 с.
4) Демин, А. П. Эффективность использования водных ресурсов в сельском хозяйстве России / А. П. Демин // Мелиорация и водное хозяйство. – 2007. – № 3. – С. 6–10.
5) Дубенок, Н. Н. Гидротехнические сельскохозяйственные мелиорации : учеб. пособие / Н. Н. Дубенок, К. Б. Шумакова. – М. : Проспект, 2016. – 336 с.
6) Идельчик, И. Е. Аэрогидродинамика технологических аппаратов / И. Е. Идельчик. – М. : Машиностроение, 1983. – 351 с.
7) Карасев, И. Ф. О принципах размещения и перспективах развития гидрологической сети / И. Ф. Карасев // Труды ГГИ. – 1986. – Вып. 164. – С. 3–36.
8) Киселёв, П. Г. (ред.). Справочник по гидравлическим расчётам. – 5-е изд. – М. : Энергия, 1974. – 312 с.
9) Щедрин, В. Н. Орошение сегодня: проблемы и перспективы / В. Н. Щедрин. – М. : ФГНУ «ЦНТИ „Мелиоводинформ“», 2004. – 255 с.
10) Щедрин, В. Н. Теория и практика альтернативных видов орошения черноземов юга Европейской территории России : монография / В. Н. Щедрин [и др.]. – Новочеркасск : Лик, 2011. – 435 с.
11) Губер, К. В. Тенденции совершенствования внутрихозяйственных оросительных систем / К. В. Губер // Современные проблемы мелиорации и водного хозяйства : материалы междунар. науч.-практ. конф. – М., 2009. – Т. II. – С. 3–12.

Весь текст будет доступен после покупки