Автоматизация и водоучет на оросительных системах

Принципы автоматизации подачи воды на ирригационных системах

Оросительные системы – это сложный комплекс гидротехнических сооружений, которые предназначены в определенное время и в нужном количестве подавать воду на любые участки. Эта задача затрудняется тем, что режим подачи воды меняется во времени довольно часто и требует перестройки работы сооружений в ходе их эксплуатации. Следовательно, нужны практически непрерывные наблюдения на множестве узлов и отдельных сооружений. Сложность состоит еще в том, что расстояния между отдельными узлами и сооружениями на системах значительны.

В настоящее время на оросительных системах применяется автоматизация управления гидротехническими сооружениями и устройствами с помощью электро-, радио- и телеприборов. Средства же для автоматического управления подачей воды на отдельном гидротехническом сооружении представлены значительным количеством приборов и устройств, рекомендуемых различными авторами; некоторые из них приемлемы для массового использования, но требуют дальнейшего совершенствования.

Главными объектами измерений на каждом гидротехническом сооружении являются уровни и расходы воды. Водомерность гидротехнического сооружения, обычно предусматриваемая при проектировании, позволяет измерять уровни и вычислять расходы воды во время эксплуатации. Однако трудность этих замеров и вычислений бывает разная.

При свободном истечении из-под щита или при истечении через водослив расход определяется легко. Достаточно знать уровень воды перед щитом или водосливом и величину открытия щита для того, чтобы определить расход воды. При затопленном истечении в этих же случаях нужно еще знать уровень воды в нижнем бьефе, поэтому определение расхода затрудняется, а точность уменьшается, так как вводится переменный коэффициент затопления.

Чтобы сохранить постоянным расход, проходящий через сооружение во время эксплуатации, необходимо маневрировать затворами на сооружениях. Для автоматизации этого процесса разработано много различных конструкций водомерных устройств и приборов, основанных на общеизвестных гидравлических принципах.

При сегментном затворе, когда через геометрический центр проходит равнодействующая давления воды, а действительная ось вращения затвора не совпадает с геометрической осью, возникает момент, помогающий открывать или закрывать сегментный затвор в зависимости от расположения действительной оси вращения по отношению к геометрическому центру: если действительная ось расположена ниже геометрической, то момент силы гидростатического давления помогает открывать затвор, а если выше, то сила гидростатического давления стремится прижать затвор к флютбету.

Эти принципы, как и многие другие в том или ином конструктивном выполнении, часто используются в различных автоматических устройствах и дают хорошие результаты при эксплуатации.

Источник: engineeringsystems.ru

Автоматизация оросительных систем. Степень автоматизации водораспределения

Слово «автоматизация» подразумевает проведение какой-либо технологической операции без участия в ней человека. Однако масштабы автоматизации могут меняться в весьма широких пределах. Например, можно автоматизировать:

  • какую-то часть процесса измерения какого-либо одного параметра объекта;
  • процесс измерения одного параметра полностью или комплекса параметров на одном объекте;
  • технологический процесс на объекте в целом;
  • систему объектов, комплекс систем однотипных объектов;
  • отрасль народного хозяйства (в масштабе какого-то региона, республики или страны в целом) и т.д.

При этом возможен случай, когда не все операции технологического процесса, или не все составные элементы объекта будут автоматизированы. Поэтому введены понятия степени и этапов автоматизации. Степень автоматизации бывает частичная, комплексная и полная.

Применительно к процессу водораспределения на оросительных системах степень автоматизации имеет такие разграничения.

Частичная автоматизация - охватываются только некоторые операции процесса или элементы системы. Следовательно, процесс автоматического управления водораспределением на системе не замкнут. При этом на отдельных узлах, например головном сооружении, процесс автоматического управления может быть осуществлен полностью, с замкнутым циклом, но, поскольку рассматривается водораспределение в масштабе всей системы, автоматизация считается частичной.

Комплексная автоматизация, при которой автоматически выполняется весь комплекс операций водораспределения, кроме управления. Процесс управления замкнут через диспетчера. Режим водопотребления и изменение его в случае необходимости устанавливает диспетчер без участия постоянного персонала эксплуатации. Получение информации о состоянии объекта регулирования и передача команд управления выполняются с помощью устройств телемеханики.

Полная автоматизация, когда весь процесс водораспределения осуществляется в оптимальном режиме автоматически, без непосредственного участия человека или диспетчера и его аппарата выполняют вычислительные и управляющие машины.

Конечная цель автоматизации любого технологического процесса это достижение высшей ступени, то есть полной автоматизации. Однако в практических условиях автоматизация внедряется поэтапно.

Автоматизацию процесса водораспределения на оросительных системах в зависимости от оснащенности средствами автоматики можно разделить на следующие этапы:

I этап (частичная автоматизация) - сооружения оснащены средствами местной автоматики (автоматические регуляторы или местные программные устройства) для стабилизации необходимых параметров (уровней, расходов), а также контрольно-измерительными приборами. Изменение режима водораспределения и контроль ведутся постоянным линейным персоналом эксплуатации. Режим водопользования разрабатывается диспетчерским аппаратом. Связь диспетчера с линейным персоналом (для получения информации и передачи команд управления) поддерживается по телефону, радио или нарочными.

II этап (частичная автоматизация) – к первому этапу добавляются телемеханические средства централизированного контроля. Автоматическое поступление информации на диспетчерский пункт повышает оперативность управления и позволяет вести систематический контроль водораспределения и контроль за ним.

III этап (комплексная автоматизация) - второй этап автоматизации усиливается средствами централизованного телеуправления. Линейный персонал эксплуатации в управлении работой сооружений участия не принимает. Автоматизированы все сооружения. Процесс управления замкнутый – через диспетчера. Диспетчерский аппарат обрабатывает информацию, полученную с помощью средств телеконтроля, определяет оптимальный режим водораспределения, формирует команды управления и передает их устройствам местной автоматики.

IV этап (комплексная автоматизация) отличается от третьего этапа использованием в помощь диспетчеру вычислительной техники для обработки информации и определения оптимального режима водораспределения. Вопрос об изменении режима и передачи команд управления решает диспетчер.

V этап (полная автоматизация) - процесс водораспределения осуществляется без участия человека – автоматически с помощью управляющих машин. Таким образом, более высокий этап автоматизации достигается постепенным наращиванием оснащенности оросительных систем средствами автоматики. Средства уместной автоматизации (гидравлические автоматические регуляторы и другие устройства) служат первоосновой для осуществления автоматического управления.

Однако самое главное состоит в определении целесообразной степени автоматизации с учетом специфических особенностей технологического процесса.

Основная особенность оросительных систем заключается в большом количестве рассредоточенных на обширной территории водораспределительных гидросооружений, подлежащих автоматизации. О полной автоматизации процесса водораспределения на таких системах, во всяком случае на данном этапе, не может быть и речи. Пока это и технически неосуществимо.

Решающие факторы при выборе степени автоматизации водораспределения на оросительных системах - это технико-экономическая целесообразность, а также уровень подготовки эксплуатационных кадров.

На разных звеньях оросительных систем следует предусматривать различную степень автоматизации. Так, в условиях горных оросительных систем (на данном уровне развития техники) для внутрихозяйственной сети вполне приемлем I этап частичной автоматизации, для межхозяйственной сети - II, а для крупных магистральных каналов, включая головной водозаборный узел, - III или IV этап (комплексная автоматизация). При этом имеется в виду, что со временем в случае необходимости степень автоматизации каждого из этих звеньев, может быть повышена дооборудованием соответствующими техническими средствами автоматики.

Поэтому, как правило, при осуществлении любого этапа автоматизации оросительных систем или ее звеньев следует предусмотреть возможность перевода их на более высокий этап автоматизации без реконструкции. Однако следует все же точно определить ожидаемый высший этап автоматизации на данном звене, чтобы не вызвать ненужного осложнения объекта. Например, водовыпуск во временный ороситель (при поверхностных способах полива или при дождевании передвижными агрегатами), оборудованный гидроавтоматом постоянного расхода, вряд ли имеет смысл контролировать и управлять из диспетчерского пункта, так как управление таким водовыпуском сводится к включению его в работу в начале полива и выключению сооружения после окончания работы поливальщика, что может сделать сам поливальщик. Этот пример приведен не случайно, ведь таких сооружений на водораспределительной сети большинство.

Источник: К.Н.Криулин. Мелиорация земель. Эксплуатация и автоматизация
гидромелиоративных земель. Санкт-Петербург, изд-во СПбГПУ, 2004 г.

Избранная библиография

Монографии и брошюры

Бегимов И. - Автоматизация каналов Ферганской долины (итоги работ по проекту) 

Водомерные устройства для гидромелиоративных систем / М.В. Бутырин, А.Ф. Киенчук, В.Е. Краснов, Н.Н. Кощеев, В.Ф. Малярчук, В.А. Мельникова (1982) 

О результатах работы системы автоматизации и диспетчеризации Учкурганского гидроузла на реке Нарын (апрель 2004 – апрель 2005) 

Система автоматизации и диспетчеризации Учкурганского гидроузла на реке Нарын 

Статьи

Атаманова О.В. - Рекомендации по проектированию и эксплуатации каналов оросительных систем с гидравлическими стабилизаторами расхода воды (2015) 

Атаманова О.В., Матвиец В.В. - Опыт внедрения водораспределительного сооружения, автоматизированного гидравлическим стабилизатором расхода воды с коническим козырьком (2015) 

Бегимов И. - Система SCADA на водохозяйственных объектах Центральной Азии 

Бегимов И. - Автоматизация водораспределения (2007) 

Духовный В.А., Бегимов И. - Автоматизация каналов Ферганской долины (I-II фаза) 

Иманалиев Т.К., Карлыханов О.К. - К вопросу автоматизации водохозяйственных объектов в Республике Казахстан (2016) 

Карлыханов О.К., Стульнев В.И., Баджанов Б.М. - Информационно-управляющая система водных потоков на Кызылординском гидроузле (2013) 

Тюгай В.К. - Информационная система для Южно-Ферганского Магистрального канала 

Чураев А. А., Школьная В. М. - К вопросу автоматизации водораспределения на оросительных системах (2015) 

Школьная В.М., Вайнберг М.В., Завалюев В.Э. - Оросительная система как объект автоматизации технологических процессов водоучета и водораспределения (2015) 

Школьная В.М., Завалюев В.Э. - К вопросу автоматизации водораспределения на участке канала с применением SCADA-систем (2016) 

Нормативно-методическая и справочная информация

Хамадов И.Б., Мансуров А.Р., Журавлев С.Г. - Краткие технические характеристики средств учета и распределения воды для автоматизированных оросительных систем (Справочное пособие по выбору технических средств и их использованию) (1975) 

Учебные пособия

Бочкарев Я.В., Натальчук М.Ф. - Пракитикум по эксплуатации и автоматизации гидромелиоративных систем (1980)