Автоматизация систем орошения и управления поливом

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретические и нормативные основы автоматизации мелиоративных систем в Российской Федерации

1.1. Современное состояние и перспективы развития электрифицированного орошения в отечественном растениеводстве

1.2. Классификация систем автоматического полива и технические характеристики применяемого электрооборудования

1.3. Нормативно-правовое регулирование и требования ГОСТ к системам управления технологическими процессами в сельском хозяйстве

Глава 2. Анализ электротехнической инфраструктуры и условий эксплуатации систем орошения на примере действующего хозяйства

2.1. Общая характеристика производственного объекта и оценка состояния систем энергоснабжения мелиоративного участка

2.2. Мониторинг режимов работы насосных станций и анализ эффективности использования водных ресурсов

2.3. Диагностика отказов существующих систем автоматики и оценка влияния природно-климатических факторов на работу оборудования

Глава 3. Проектирование технических решений по автоматизации процесса управления поливом

3.1. Обоснование выбора аппаратных средств автоматизации и расчет электрических параметров системы управления

3.2. Разработка алгоритмического обеспечения функционирования локальной системы автоматического орошения

3.3. Экономическое обоснование внедрения средств автоматизации и регламентация технического обслуживания электроустановок

Заключение

Список использованной литературы

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Тема: Автоматизация систем орошения и управления поливом

Специальность: 35.02.08 Электрификация и автоматизация сельского хозяйства

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования обусловлена стратегическими приоритетами развития мелиоративного комплекса Российской Федерации и необходимостью модернизации систем орошения на основе современных средств автоматизации и электрификации. В условиях нарастающего дефицита водных ресурсов и ужесточения требований к рациональному водопользованию внедрение автоматизированных систем управления поливом становится ключевым фактором повышения эффективности отечественного растениеводства. Согласно Государственной программе развития сельского хозяйства на период до 2030 года, предусматривается ввод в эксплуатацию не менее 300 тысяч гектаров мелиорируемых земель, что требует применения энергоэффективных технологий и систем автоматического управления технологическими процессами орошения.

Современное состояние систем полива в российских сельскохозяйственных предприятиях характеризуется высокой степенью физического и морального износа электротехнического оборудования. По данным ФГБНУ «ФНАЦ ВИМ», более 60% насосных станций мелиоративных систем эксплуатируются свыше 25 лет, что приводит к перерасходу электроэнергии на 30-40% по сравнению с нормативными показателями и снижению коэффициента полезного использования воды. Отсутствие современных средств контроля влажности почвы, программируемых логических контроллеров и систем диспетчеризации обусловливает неравномерность водораспределения, переувлажнение или пересушивание отдельных участков орошаемого поля, что негативно сказывается на урожайности сельскохозяйственных культур и рентабельности производства.

Степень разработанности проблемы в отечественной научной литературе характеризуется наличием фундаментальных исследований в области электрификации и автоматизации мелиоративных систем, выполненных научными коллективами ФГБНУ «ФНАЦ ВИМ», ФГБОУ ВО «РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева», ФГБНУ «ВНИИГиМ имени А.Н. Костякова». Значительный вклад в развитие теории и практики автоматизации процессов орошения внесли российские ученые, разработавшие методы расчета электрических нагрузок насосных станций, алгоритмы оптимального управления режимами полива и технические решения по применению частотно-регулируемого электропривода в системах водоподачи. Вместе с тем, практическая реализация современных систем автоматизации на действующих объектах мелиорации сдерживается недостаточной проработкой адаптированных технических решений, учитывающих специфику природно-климатических условий конкретных регионов, состояние существующей электротехнической инфраструктуры и технико-экономические возможности сельскохозяйственных товаропроизводителей.

Цель выпускной квалификационной работы: разработка технических решений по автоматизации систем орошения и управления поливом на базе действующего сельскохозяйственного предприятия с обоснованием выбора аппаратных средств, алгоритмического обеспечения и экономической целесообразности внедрения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• проанализировать современное состояние и перспективы развития электрифицированного орошения в российском растениеводстве с учетом требований нормативно-правовой базы;
• систематизировать классификацию систем автоматического полива и технические характеристики применяемого электрооборудования в соответствии с действующими стандартами;
• провести анализ электротехнической инфраструктуры и условий эксплуатации систем орошения на примере конкретного хозяйства;
• выполнить диагностику режимов работы насосных станций и оценить эффективность использования водных и энергетических ресурсов;
• разработать проектные решения по автоматизации процесса управления поливом с обоснованием выбора аппаратных средств и расчетом электрических параметров;
• обосновать экономическую эффективность внедрения средств автоматизации и разработать регламент технического обслуживания электроустановок.

Объект исследования: система орошения сельскохозяйственного предприятия ООО «Агропромышленная компания “Заречье”» Волгоградской области, включающая насосную станцию производительностью 180 м³/ч, внутрихозяйственную оросительную сеть протяженностью 4,2 км и дождевальные машины кругового действия типа «Фрегат» на площади 320 га.

Предмет исследования: процессы автоматизации управления технологическими режимами орошения с применением программируемых логических контроллеров, датчиков влажности почвы, частотно-регулируемого электропривода насосных агрегатов и систем диспетчерского контроля.

Методологическая база исследования включает теоретические методы анализа и синтеза технических решений, экспериментальные методы диагностики электротехнического оборудования, расчетно-аналитические методы определения электрических нагрузок и параметров систем автоматизации. Нормативную основу исследования составляют Правила устройства электроустановок (ПУЭ 7-е издание), ГОСТ Р 32144-2013 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная», СП 256.1325800.2016 «Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа», ВНТП 02-85 «Нормы проектирования электроустановок сельскохозяйственных производственных зданий», а также методические рекомендации ФГБНУ «ФНАЦ ВИМ» по электрификации и автоматизации технологических процессов в сельском хозяйстве.

Научная новизна работы заключается в адаптации типовых решений по автоматизации систем орошения к конкретным природно-производственным условиям хозяйства степной зоны Поволжья с учетом фактического состояния электротехнической инфраструктуры и разработке алгоритма управления поливом на основе непрерывного мониторинга влагозапасов почвы.

Теоретическая значимость исследования состоит в систематизации современных подходов к автоматизации мелиоративных систем и обобщении нормативно-технических требований к электроустановкам сел

…