اتوماسيون سيستم هاي آبياري تحت فشار
با توجه به اينکه اکثر نقاط کشور ايران در قسمت خشک و نيمه خشک دنيا قرار دارد آب داراي اهميت بسيار زيادي مي باشد و ازآنجايي که منابع، از جمله آب هاي شيرين، زمين هاي كشاورزي و خاك هاي حاصلخيز ناكافي و محدود هستند و نهاده ها (نيروي كار، منابع انرژي، مواد و كودهاي شيميايي) هر روز گرانتر مي شوند، به كارگيري روشهاي مناسب با هدف بهبود بهره برداري و افزايش بهره وري، لازم به نظر مي رسد. به نحوي كه با مديريت منابع و مصرف كمترين مقدار آب و ديگر نهاده ها در واحد سطح بتوان به بازده اقتصادي بهينه دست يافت.
آنچه از سيستم مکانيزه آبياري نسبت به روش هاي سنتي آبياري انتظار مي رود ، کاهش مصرف آب به شرط عدم تنزل راندمان محصول مي باشد .اما يک سيستم مکانيزه بدون حضور دائمي (شبانه روزي) اپراتور و نظارت دقيق و به موقع در طول فصل کشت، قادر نخواهد بود انتظارات را بر آورده سازد . حضور دائمي کشاورز در مزرعه براي کنترل دستگاهها و سيستم هاي آبياري معمولا مقدور و مقرون به صرفه نمي باشد، لذا با پيشرفت تکنولوژي و پيدايش پردازنده ها وکنترلرها ، بحث بهبود يافتن نقش کشاورز به عنوان يک ناظر در محيطي خارج از مزرعه ، مخصوصا با توسعه و گسترش تعداد سيستم هاي آبياري جدي تر مطرح مي شود .
خطاهاي انساني ناشي از عملکرد اشتباه اپراتورها و يا تاخير در انجام اقدامات لازم ، از مواردي هستند که باعث کاهش بهره وري سيستمهاي آبياري مي شوند اين امر با توسعه يافتن شبکه هاي آبرساني ، توزيع و تجهيزات متنوع واحدهاي آبياري تحت فشار، از پيچيدگي هايي برخوردار مي شود که بيشترين حجم منابع را به خود اختصاص مي دهند. مونيتورينگ (پايش) و مشاهده كليه پارامترهاي هواشناسي و كميتهاي هيدروليکي و کيفي آب و كنترل تجهيزات واحدهاي آبياري با دقت كافي بصورت محلي و مرکزي ،امکان پيش بيني و کنترل رفتارهاي غير طبيعي تاسيسات و اتفاقاتي را که جلوگيري از آنها باعث افزايش بهره وري محصولات كشاورزي در واحد سطح مي شود ، فراهم آورده و مديران و کارشناسان قادر شوند ، تصميمات صحيح و سريعي را بسته به موقعيتهاي مختلف بهره برداري از تاسيسات واحدهای آبياری اتخاذ نمايند و نهايتا شرايطي فراهم شود که با استفاده از فن آوريهاي نوين ، امکان بهبود مديريت بهره برداري و افزايش بهره وري واحدهاي آبياري فراهم شود.
براي افزايش راندمان آبياري و کارائي مصرف آب اقدامات زير پيشنهاد مي گردد:
1- توسعه و اصلاح شبکه هاي مدرن انتقال و توزيع آب
2- اعمال برنامه آبياري علمي (انجام آبياري به اندازه مورد نياز) بر اساس نياز آبي گياه كه در سيستم هاي اتوماتيك بصورت نرم افزاري محاسبه مي شود.
3-بکارگيري متدهاي جديد آبياري با توجه به درجه اتوماسيون هر واحد آبياري
4-توسعه ،ترويج و آموزش آبياري و افزايش آگاهي كشاورزان از نحوه كنترل سيستم ها
5-بررسي الگوي کشت در مناطق مختلف کشور و در صورت نياز تغيير آن به منظور افزايش کارائي مصرف آب و تعريف و اعمال آن به نرم افزار كنترل كننده.
در مزارع بزرگ که با محدوديت منابع آبي مواجه هستيم ، برنامه ريزي جهت کارکرد متوالي يا موازي واحدهاي آبياري با توجه به نياز آبي هريک از گياهان زير کشت و توالي شبانه روزي آنها ، ضرورت دارد .
برنامه کنترلي سيستم اتوماسيون آبياري می بايست، بر مبناي data base متشکل از اطلاعات لازم براي هر گياه در طول فصل آبياري که با دقت روزانه مي باشد، قادر به ايجاد تعادل در توالي آبياري باشد.
بنابراين محاسبه دقيق و روزانه نياز آبي هر يک از گياهان ، شناسايي دقيق منابع تامين آب کشاورزي و ظرفيت آنها و ... پارامترهاي کنترلي نرم افزار جهت به حداقل رساندن ميزان آب مصرفي در عين حال برآورده شدن کامل نياز آبي گياه مي باشند.
نرم افزار اتاق كنترل مركزي قابليت Over view براي كل فضاي فيزيكي تحت آبياري و مشاهده محل تمام كنترلرهای محلي ، ايستگاه پمپاژ ، چاهها و واحدهاي آبياري در صفحه Screen ، همچنين براي هر پمپ ، فشار و مقدار فلو و جريان الكتروپمپ و... ، مقدار حجم (Volume) آب مصرف شده توسط هر يك از واحدهاي آبياري بصورت لحظه اي و تجمعي در نمودارهاي روزانه ، ماهيانه و ساليانه و بصورت گراف و نمودار وجدول قابل مشاهده ، ذخيره سازي و چاپ مي باشد..
اين نرم افزار قادر است توان برق مصرفي هر واحد آبياري را در قسمت Status هر واحد در صفحه گرافيكال نمايش داده و در صورت اضافه جريان، آن واحد را بصورت اتوماتيك Shutdown كند. تعداد دقايق روشن /خاموش بودن سيسم در هر روز / ماه / سال نيز قابل نمايش است. همچنين درقسمت Event log نرم افزار ، رويدادهاي هر يك از واحدهاي آبياري و كنترلرهاي محلي و نرم افزار اتاق كنترل مركزي نيز بصورت ليست نمايش داده مي شود.
با استفاده از امكان مونيتورينگ و كنترل از راه دور سيستم هاي آبياري ، اينترلاك هاي لازم فيمابين تجيهيزات مختلف واحدهاي آبياري اعم از چاهها ، حوضچه ها ، ايستگاههاي پمپاژ و سيستم هاي آبياري تحت فشار فراهم شده و مثلاً بوسيله اندازه گيري تبخير و تعرق هوا(ETO) و با توجه به نوع گياه (KC) و اندازه گيري ميزان بارندگي، برنامه آبياري گياه و در نتيجه واحد آبياري مشخص مي شود ، الكتروپمپهاي چاهها و شيرهاي برقي مربوط به هرواحد آبياري متناسباً فعال يا غيرفعالمي گردند. به اين منظور با نصب تجهيزات كنترل اتوماتيك وكنترل از راه دور و سيگنالهای فرمان ،پارامترهاي زراعي مختلفي همراه با اطلاعات هيدروليکي شبکه و پارامترهاي هواشناسي بصورت لحظه اي مونيتور (پايش) و بوسيله اينترلاکهايي که توسط سيستم فراهم مي شود ، کنترل مي گردند . کنترل مقدار آب لازم براي گياه با توجه به نوع گياه و پارامترهاي هواشناسي مانند نم نسبي، سرعت و جهت باد، درجه حرارت، ساعات آفتابي و ميزان بارندگي انجام مي گيرد و همزمان از طريق کنترل دور الکتروپمپها ، دبي و فشار مورد نياز شبكه درحد مطلوب کنترل مي شود.
از جمله سيستم هاي مكانيزه كه به علت مزيت هاي فراوانش به سرعت در تمام كشور ها گسترش يافته است دستگاه آبفشان دوار(Center Pivot) است كه با توجه به اهميت آن در صنعت آبياري و بالا بودن درجه اتوماسيون آن، ذيلا به بررسي اتوماسيون اين دستگاه خواهيم پرداخت.
به طور كلي يك دستگاه سنتر پيوت را مي توان شامل دو مجموعه عمده درنظر گرفت. مجموعه اول كه اجزاي مكانيكي دستگاه ناميده مي شود شامل قسمتهاي مختلف دستگاه ازنظر سازه اي مي باشد. كه وظيفه انتقال و توزيع آب را بر عهده داشته و همچنين شامل قسمتهاي مختلف به منظور حركت دستگاه روي زمين مي باشد.
مجموعه دوم نيز سيستم الكتريكي دستگاه است كه شامل مدارهاي الكتريكي جهت ارسال فرمانهاي حركت و توقف به موتورهاي الكتريكي دستگاه مي باشد و شامل تابلوي مركزي و تابلوهاي كنترل دهانه و كابلكشي است.
جهت تبديل مدار الكتريكال سنترپيوت هاي موجود به سنترپيوتي كه قابليت اتوماسيون داشته باشد ، بايد كنترلر سنترپيوت متناسب با نياز هاي ما ، به سيستم الكتركيي سنترپيوت اضافه نمود.
بسته به نوع كنترلر اصلاحاتي در مدار فرمان لازم و ضروري است اما با اجراي اتوماسيون ، تغييري در سيستم مكانيكي ، موتورهاي الكتريكي محرك و مدارات قدرت صورت نمي گيرد.
كنترلر سنترپيوت ، كنترل محلي و بلادرنگ سنترپيوت را انجام مي دهد و وضعيت فعلي و اطلاعات آماري اين سنترپيوت روي LCD كنترلر قابل مشاهده است. و با صفحه كليد كنترلر مي توان برنامه آبياري را تنظيم نموده و سنترپيوت را برنامه ريزي كرد. برنامه آبياري براساس اطلاعاتي كه از پكيج كليماتولوژي بدست مي آيد ، تنظيم مي گردد.
در سايت هاي بزرگ كه متشكل از تعدادي سنترپيوت مي باشد، براي هر دستگاه موجود در سايت ، نيازي نيست كه يك پكيج كليماتولوژي مجزا نصب كرد بلكه با نصب يك پكيج در سايت مي توان اطلاعات هواشناسي را به ايستگاه كنترل مركزي (CCC) منتقل كرده و سپس به هر يك از واحدهاي آبياري ارسال شود. حضور كنترلر محلي سنترپيوت از نظر دريافت اطلاعات از سنسور موضعيت زاويه اي و سنسور تشخيص اخلاف زاويه اسپن ها و دسته بندي اطلاعات و ارسال آن به CCC و همچنين گرفتن دستورات لازم جهت روشن/خاموش كردن دستگاه ، سرعت حركت ، برنامه آبياري و ....... ضروري مي باشد. انتقال اطلاعات از كنترلر محلي سنترپيوت به CCC بسته به موقعيت و فاصله مي تواند بصورت كابلي يا راديويي انجام شود.
بطور خلاصه اجرای اتوماسيون در سيستم هاي مكانيزه به ويژه سنترپيوت می تواند اهداف زير را محقق نمايد :
- فراهم نمودن امکان تسلط کامل نرم افزاری و سخت افزاری بر كاركرد سيستمهاي آبياري و فرآيند توليد، انتقال و توزيع آب و تجهيزات واحدهاي آبياري به صورت محلي و مرکزي
- تامين به موقع و به اندازه نياز آبي گياهان مورد نظر
- کاهش قابل توجه انرژی الکتريکی مصرفی به منظور توليد و انتقال آب
- افزايش قابل توجه محصولات كشاورزي در واحد سطح
- فراهم آمدن امکان مديريت مصرف انرژی و بهينه سازی مصرف آن
- کاهش هزينه های نيروی انسانی و ترابری در اثر حذف بازديدهای بی مورد
- حذف خطاهاي انساني
- ايجاد برنامه آبياري انعطاف پذير نزديك به آبياري مطلوب
- کاهش قابل توجه استهلاک تجهيزات و تاسيسات زيربنايی
- کاهش قابل توجه هزينه تعميرات و اعمال روشهای مهندسی نگهداری و تعميرات پيشگيرانه
- امکان گزارش گيری مطالعات و بررسی آماری و اقتصادی کوتاه مدت، ميان مدت، بلند مدت منابع آب، هزينه های توليد، انتقال و توزيع
در ادامۀ روند پياده سازي مكانيزاسيون در صنعت آبياري جهت افزايش راندمان و كاهش تلفات آب و انرژي و هزينه هاي نيروي انساني ، اجراي اتوماسيون تجهيزات آبياري باعث افزايش كارايي و راندمان بيشتر و دقت بيشتر در مصرف انرژي مي گردد. لذا اهداف و نيازهايي كه از اجراي طرح اتوماسيون در سيستم هاي مكانيزه آبياري دنبال مي شود ، پربار و داراي ارزش اقتصادي مي باشد.
جايگاه اتوماسيون در سيستمهاي آبياري تحت فشار
بطور خلاصه اتوماسيون در بخش آبياري در واقع ارتقاء جايگاه سيستمهاي آبياري تحت فشار و شبكه هاي انتقال و توزيع آب از سطح مكانيزاسيون به سطح اتوماسيون در جهت دستيابي به اهداف زير مي باشد .
- افزايش راندمان آبياري
- افزايش كارايي مصرف آب
- افزايش بهره وري آب و خاك و سطح زير كشت از نظر آبياري به موقع و به اندازه
- بهبود روشهاي مديريت بهره برداري و افزايش دقت و صحت مديريت آبياري
- عدم نياز به حضور دائمي كشاورز در مزرعه
- حذف خطاهاي انساني در تعلل و تاخير برخي اقدامات
- بكارگيري روشهاي نوين آبياري انعطاف پذير بر اساس نياز آبي گياه
- مديريت بهبود مصرف انرژي و كاهش تلفات آن
- كاهش هزينه هاي نيروي انساني
- كاهش استهلاك تجهيزات و تاسيسات و هزينه هاي تعمير و نگهداري
- ايجاد بانك اطلاعاتي از رفتار سيستمهاي آبياري و پيش بيني رفتار آنها در آينده
- تجزيه و تحليل ، بررسي و گزارشگيري از كليه پارامترهاي متغير
- ثبت كليه وقايع و خطاهاي اتفاق افتاده براي تجهيزات و تاسيسات همراه با ثبت زمان وقوع و علل آنها
در تعريفي ديگر اتوماسيون در واقع يك مديريت نرم افزاري و متمركز بر كليه فرايندهاي يك سيستم به طور دائمي ( شبانه روزي ) مي باشد كه تحت نظارت و كنترل يك واحد مركزي پردازشگر پياده سازي مي شود . اين هدفگذاري كه انتظار داشته باشيم شبكه هاي انتقال و توزيع آب و سيستمهاي آبياري تحت فشار بدون حضور دائمي و دخالت انسان و تحت نظارت و كنترلهاي غير انساني ( manless) توسط سيستم راهبري گردند . مستلزم فراهم نمودن موارد زير مي باشد .
- بوم سازگار نمودن تجهيزات سخت افزاري و نرم افزاري سيستمهاي اتوماسيون
- تجهيز شبكه هاي انتقال و توزيع آب وسيستمهاي آبياري تحت فشار به دستگاه هاي خودكار
- افزايش روحيه ترويج پذيري كشاورزان
- آموزش ، فرهنگ سازي و افزايش آگاهي كشاورزان از نحوه عملكرد سيستمهاي اتوماسيون
بنابراين آنچه را كه از سيستمهاي اتوماسيون آبياري تحت فشار به عنوان يك ناظر قدرتمند مي توان انتظار داشت مونيتورينگ لحظه اي (on line ) كليه پارامترهاي مورد نياز كشاورز به شرح زير مي باشد :
- پارامترهاي هواشناسي ( نم نسبي ، درجه حرارت ، سرعت ، شدت و جهت باد ، ساعات آفتابي ، ميزان بارندگي ، تبخير )
- پارامترهاي هيدروليكي دبي و فشار شبكه
- مدت زمان كاركرد سيستمهاي آبياري به روز ، ماه و سال
- روشن و خاموش كردن پمپها و سيستمهاي آبياري
- پارامترهاي كيفي آب
- كاركرد متوالي ؛ موازي و همزمان واحدهاي آبياري
- سطح استاتيك و ديناميك چاهها
- پارامترهاي حدي و حفاظتي الكترو پمپهاي چاهها و ايستگاههاي پمپاژ
- سهم آب مصرفي (تجمعي ) هر يك از واحدهاي آبياري
- پارامترهاي مربوط به مود ( حالت) دستي و اتوماتيك