Тема 1. Мелиоративные системы как объекты автоматизации

Автоматизацию какого-либо технологического процесса следует начинать с изучения его характеристик, назначения, специфических особенностей, условий, в которых он протекает, а также свойств и характеристик отдельных объектов автоматизации.

В соответствии с этим нужно рассмотреть мелиоративные системы как объекты, которые намечено автоматизировать, и установить рациональные объемы работ.

Как известно, на земном шаре в целом, и в нашей стране в частности существует неравномерное распре­деление водных ресурсов. Отдельные районы относятся к засушливым и полузасушливым зонам, где недостаток влаги препятствует получению высоких и устойчивых урожаев.

В других районах, наоборот, вода имеется в избытке, в результате которого земли заболачиваются и стано­вятся непригодными для сельскохозяйственного использования.

Мелиоративные системы перераспределяют естественную влагу, создавая тем самым условия для интенсивного развития сельского хозяйства. Они делятся на три типа: оросительные, обводнительные и осушительные. Встречаются также их сочетания, например оросительно-обводнительные или оросительно-осушительные системы. Каждый тип соответственно имеет свои особенности в конструктивном исполнении и режиме эксплуатации.

Оросительныесистемы служат для обеспечения сельскохозяйственных культур водой и в своем составе имеют устройства для забора воды из источников орошения, ее транспортирования и распределения между потребителями в соответствии с планами полива и поливными нормами.

Для правильной работы оросительной системы должны быть обеспечены: баланс между водозабором и потреблением, оптимальное водораспределение, отвод грунтовых вод за пределы системы, контроль за ее состоянием и поддержание ее звеньев в рабочем состоянии.

Раньше в качестве водоводов преимущественно использовались открытые земляные каналы. В настоящее время стали применяться открытые каналы, облицованные бетоном или железобетоном, наземные железобетонные лотки и закрытые подземные трубопроводы.

Вся сеть водоводов делится на межхозяйственную часть, находящуюся в ведении соответствующих водохозяйственных организаций, и внутрихозяйственную, эксплуатация которой ведется самими водопользователями (колхозами, совхозами и пр.).

Составной частью оросительных систем является также коллекторно-дренажная сеть. Она должна предотвращать чрезмерный подъем грунтовых вод, препятствовать засолению и заболачиванию орошаемых земель и обеспечивать возможность периодического опреснения засоленных территорий.

Наряду с открытой дренажной сетью в настоящее время применяется более совершенный, закрытый дренаж.

Обводнительные системыпредназначены для снабжения водой населенных пунктов и животноводческих баз в пустынных, полупустынных и степных районах. В этом случае орошение осуществляется лишь на отдельных участках, выборочно. Оно служит для обеспечения населенных пунктов этого района продовольствием и для создания кормовой базы животноводства.

Особенности обводнительных систем заключаются в большой протяженности транспортной сети и сравнительно небольших расходах воды. По сравнению с оро­сительными системами они имеют менее разветвленную распределительную сеть с меньшим количеством регулируемых вододелительных сооружений.

Осушительныесистемы, как правило, создают на территориях, характеризуемых избытком влаги (болота и заболоченные земли). Задача осушительных систем сводится к максимальному использованию водных запасов, созданных естественным путем, и удалению избыточной воды за пределы осушаемой территории.

В состав осушительных систем' входят: водоприемник, собирающая и отводящая части.

Под автоматизацией мелиоративных систем мы будем понимать оснащение их устройствами автоматики и телемеханики, позволяющими осуществлять их эксплуатацию (частично или полностью) без непосредственного участия человека.

К основным особенностям оросительных систем как объектов автоматизации следует отнести:

а) большое количество объектов управления и контроля, достигающее нескольких сотен;

б) преимущественно одиночное, рассредоточенное расположение объектов, хотя возможно их группирование по 2 - 5 (насосные станции, головные сооружения магистральных каналов, плотины, пункты разветвления и пр.);

в) связь ряда объектов оросительной системы через водную среду. Отсюда возникает взаимное влияние режимов их работы. В теории автоматического регулирования такие системы называются системами зависимого несвязанного регулирования. Например, регуляторы расхода, установленные в нижних бьефах нескольких каналов, не связаны друг с другом, но могут взаимодействовать через общий для них верхний бьеф; при изменении расхода в одном из каналов нарушается баланс в верхнем бьефе, что неминуемо повлияет на расходы в остальных каналах. Поэтому в таких системах процессы регулирования различных величин в принципе нельзя рассматривать независимо один от другого;

г) в большинстве случаев медленно протекающие процессы и отсутствие жестких требований к быстродействию систем управления, регулирования и телемеханики;

д) как правило, редкое управление объектами; однажды установленный режим отдельных объектов может меняться 1 - 2 раза в сутки или оставаться постоянным в течение нескольких дней;

е) отсутствие, как правило, источников электроэнергии вдоль водоводов;

ж) расположение объектов на открытом воздухе, в условиях повышенной температуры, влажности и запыленности. Из этого вытекает требование высокой надежности и эксплуатационной неприхотливости оборудования и аппаратуры автоматики и телемеханики;

з) аппаратура автоматики и телемеханики должна работать при ее размещении в шкафах наружной установки и в необслуживаемых неотапливаемых помещениях.

Эти же особенности в основном присущи и другим типам мелиоративных систем. Поэтому как объект автоматизации мелиоративная система любого типа представляет собой комплекс различных управляемых гидротехнических сооружений и гидромеханических установок, расположенных на водоводах большой протяженности, которые имеют, как правило, древовидную форму. Большое количество объектов, взаимосвязанный режим работы, а также их расположение обусловливают применение телеавтоматических систем. Такие единые системы для управления и контроля с диспетчерского пункта базируются на сочетании средств автоматики и телемеханики.

Таким образом, несмотря на различное назначение отдельных типов мелиоративных систем, они в целом могут быть рассмотрены, как однотипные объекты автоматизации. По этой причине последующее изложение основано преимущественно на наиболее характерном их типе — оросительных системах; однако отличительные схемы и устройства автоматизации объектов других мелиоративных систем рассматриваются отдельно.