سیستم های یکپارچه ( اتوماسیون ) در روش های آبیاری

به طور کلی یک دستگاه سنتر پیوت را می توان شامل دو مجموعه عمده درنظر گرفت.

---

به کارگیری روشهای مناسب با هدف بهبود بهره برداری و افزایش بهره وری، لازم به نظر می رسد زیرا منابع، از جمله آب های شیرین، زمین های کشاورزی و خاک های حاصلخیز ناکافی و محدود هستند و نهاده ها هر روز گرانتر می شوند.
آنچه از سیستم مکانیزه آبیاری نسبت به روش های سنتی آبیاری انتظار می رود ، کاهش مصرف آب به شرط عدم تنزل راندمان محصول می باشد .اما یک سیستم مکانیزه بدون کنترل مداوم (شبانه روزی) کاربر و نظارت دقیق و به موقع در طول فصل کشت، قادر نخواهد بود این کار را انجام دهد . از طرفی حضور دائمی کشاورز در مزرعه برای کنترل دستگاهها و سیستم های آبیاری به هیچ وجه مقدور و مقرون به صرفه نیست بنابراین بهبود یافتن نقش کشاورز به عنوان یک ناظر در محیطی خارج از مزرعه ، مخصوصا با توسعه و گسترش تعداد سیستم های آبیاری بسیار ضروریست .
برای افزایش راندمان آبیاری و کارائی مصرف آب اقدامات زیر پیشنهاد می گردد:
1-بررسی الگوی کشت در مناطق مختلف کشور و در صورت نیاز تغییر آن به منظور افزایش کارائی مصرف آب و تعریف و اعمال آن به نرم افزار کنترل کننده.
2- توسعه و اصلاح شبکه های مدرن انتقال و توزیع آب
3-بکارگیری متدهای جدید آبیاری با توجه به درجه اتوماسیون هر واحد آبیاری
4-اعمال برنامه آبیاری علمی (انجام آبیاری به اندازه مورد نیاز) بر اساس نیاز آبی گیاه که در سیستم های اتوماتیک بصورت نرم افزاری محاسبه می شود.
5-توسعه ،ترویج و آموزش آبیاری و افزایش آگاهی کشاورزان از نحوه کنترل سیستم ها
در مزارع بزرگ که با محدودیت منابع آبی مواجه هستیم ، برنامه ریزی جهت کارکرد متوالی یا موازی واحدهای آبیاری با توجه به نیاز آبی هریک از گیاهان زیر کشت و توالی شبانه روزی آنها ، ضرورت دارد .
برنامه کنترلی سیستم اتوماسیون آبیاری می بایست، بر مبنای data base متشکل از اطلاعات لازم برای هر گیاه در طول فصل آبیاری که با دقت روزانه می باشد، قادر به ایجاد تعادل در توالی آبیاری باشد.
بنابراین محاسبه دقیق و روزانه نیاز آبی هر یک از گیاهان ، شناسایی دقیق منابع تامین آب کشاورزی و ظرفیت آنها و ... پارامترهای کنترلی نرم افزار جهت به حداقل رساندن میزان آب مصرفی در عین حال برآورده شدن کامل نیاز آبی گیاه می باشند.
نرم افزار اتاق کنترل مرکزی قابلیت Over view برای کل فضای فیزیکی تحت آبیاری و مشاهده محل تمام کنترلرهای محلی ، ایستگاه پمپاژ ، چاهها و واحدهای آبیاری در صفحه Screen ، همچنین برای هر پمپ ، فشار و مقدار فلو و جریان الکتروپمپ و... ، مقدار حجم (Volume) آب مصرف شده توسط هر یک از واحدهای آبیاری بصورت لحظه ای و تجمعی در نمودارهای روزانه ، ماهیانه و سالیانه و بصورت گراف و نمودار وجدول قابل مشاهده ، ذخیره سازی و چاپ می باشد..
این نرم افزار قادر است توان برق مصرفی هر واحد آبیاری را در قسمت Status هر واحد در صفحه گرافیکال نمایش داده و در صورت اضافه جریان، آن واحد را بصورت اتوماتیک Shutdown کند. تعداد دقایق روشن /خاموش بودن سیسم در هر روز / ماه / سال نیز قابل نمایش است. همچنین درقسمت Event log نرم افزار ، رویدادهای هر یک از واحدهای آبیاری و کنترلرهای محلی و نرم افزار اتاق کنترل مرکزی نیز بصورت لیست نمایش داده می شود.
با استفاده از امکان مونیتورینگ و کنترل از راه دور سیستم های آبیاری ، اینترلاک های لازم فیمابین تجیهیزات مختلف واحدهای آبیاری اعم از چاهها ، حوضچه ها ، ایستگاههای پمپاژ و سیستم های آبیاری تحت فشار فراهم شده و مثلاً بوسیله اندازه گیری تبخیر و تعرق هوا(ETO) و با توجه به نوع گیاه (KC) و اندازه گیری میزان بارندگی، برنامه آبیاری گیاه و در نتیجه واحد آبیاری مشخص می شود ، الکتروپمپهای چاهها و شیرهای برقی مربوط به هرواحد آبیاری متناسباً فعال یا غیرفعالمی گردند. به این منظور با نصب تجهیزات کنترل اتوماتیک وکنترل از راه دور و سیگنالهای فرمان ،پارامترهای زراعی مختلفی همراه با اطلاعات هیدرولیکی شبکه و پارامترهای هواشناسی بصورت لحظه ای مونیتور (پایش) و بوسیله اینترلاکهایی که توسط سیستم فراهم می شود ، کنترل می گردند . کنترل مقدار آب لازم برای گیاه با توجه به نوع گیاه و پارامترهای هواشناسی مانند نم نسبی، سرعت و جهت باد، درجه حرارت، ساعات آفتابی و میزان بارندگی انجام می گیرد و همزمان از طریق کنترل دور الکتروپمپها ، دبی و فشار مورد نیاز شبکه درحد مطلوب کنترل می شود.
از جمله سیستم های مکانیزه که به علت مزیت های فراوانش به سرعت در تمام کشور ها گسترش یافته است دستگاه آبفشان دوار(Center Pivot) است که با توجه به اهمیت آن در صنعت آبیاری و بالا بودن درجه اتوماسیون آن، ذیلا به بررسی اتوماسیون این دستگاه خواهیم پرداخت.
به طور کلی یک دستگاه سنتر پیوت را می توان شامل دو مجموعه عمده درنظر گرفت. مجموعه اول که اجزای مکانیکی دستگاه نامیده می شود شامل قسمتهای مختلف دستگاه ازنظر سازه ای می باشد. که وظیفه انتقال و توزیع آب را بر عهده داشته و همچنین شامل قسمتهای مختلف به منظور حرکت دستگاه روی زمین می باشد.
مجموعه دوم نیز سیستم الکتریکی دستگاه است که شامل مدارهای الکتریکی جهت ارسال فرمانهای حرکت و توقف به موتورهای الکتریکی دستگاه می باشد و شامل تابلوی مرکزی و تابلوهای کنترل دهانه و کابلکشی است.
جهت تبدیل مدار الکتریکال سنترپیوت های موجود به سنترپیوتی که قابلیت اتوماسیون داشته باشد ، باید کنترلر سنترپیوت متناسب با نیاز های ما ، به سیستم الکترکیی سنترپیوت اضافه نمود.
بسته به نوع کنترلر اصلاحاتی در مدار فرمان لازم و ضروری است اما با اجرای اتوماسیون ، تغییری در سیستم مکانیکی ، موتورهای الکتریکی محرک و مدارات قدرت صورت نمی گیرد.
کنترلر سنترپیوت ، کنترل محلی و بلادرنگ سنترپیوت را انجام می دهد و وضعیت فعلی و اطلاعات آماری این سنترپیوت روی LCD کنترلر قابل مشاهده است. و با صفحه کلید کنترلر می توان برنامه آبیاری را تنظیم نموده و سنترپیوت را برنامه ریزی کرد. برنامه آبیاری براساس اطلاعاتی که از پکیج کلیماتولوژی بدست می آید ، تنظیم می گردد.
در سایت های بزرگ که متشکل از تعدادی سنترپیوت می باشد، برای هر دستگاه موجود در سایت ، نیازی نیست که یک پکیج کلیماتولوژی مجزا نصب کرد بلکه با نصب یک پکیج در سایت می توان اطلاعات هواشناسی را به ایستگاه کنترل مرکزی (CCC) منتقل کرده و سپس به هر یک از واحدهای آبیاری ارسال شود. حضور کنترلر محلی سنترپیوت از نظر دریافت اطلاعات از سنسور موضعیت زاویه ای و سنسور تشخیص اخلاف زاویه اسپن ها و دسته بندی اطلاعات و ارسال آن به CCC و همچنین گرفتن دستورات لازم جهت روشن/خاموش کردن دستگاه ، سرعت حرکت ، برنامه آبیاری و ....... ضروری می باشد. انتقال اطلاعات از کنترلر محلی سنترپیوت به CCC بسته به موقعیت و فاصله می تواند بصورت کابلی یا رادیویی انجام شود.
بطور خلاصه اجرای اتوماسیون در سیستم های مکانیزه به ویژه سنترپیوت می تواند اهداف زیر را محقق نماید :
- تامین به موقع و به اندازه نیاز آبی گیاهان مورد نظر
- فراهم آمدن امکان مدیریت مصرف انرژی و بهینه سازی مصرف آن
- فراهم نمودن امکان تسلط کامل نرم افزاری و سخت افزاری بر کارکرد سیستمهای آبیاری و فرآیند تولید، انتقال و توزیع آب و تجهیزات واحدهای آبیاری به صورت محلی و مرکزی
- کاهش قابل توجه انرژی الکتریکی مصرفی به منظور تولید و انتقال آب
- افزایش قابل توجه محصولات کشاورزی در واحد سطح
- کاهش هزینه های نیروی انسانی و ترابری در اثر حذف بازدیدهای بی مورد
- حذف خطاهای انسانی
- کاهش قابل توجه هزینه تعمیرات و اعمال روشهای مهندسی نگهداری و تعمیرات پیشگیرانه
- ایجاد برنامه آبیاری انعطاف پذیر نزدیک به آبیاری مطلوب
- کاهش قابل توجه استهلاک تجهیزات و تاسیسات زیربنایی
- امکان گزارش گیری مطالعات و بررسی آماری و اقتصادی کوتاه مدت، میان مدت، بلند مدت منابع آب، هزینه های تولید، انتقال و توزیع در ادامۀ روند پیاده سازی مکانیزاسیون در صنعت آبیاری جهت افزایش راندمان و کاهش تلفات آب و انرژی و هزینه های نیروی انسانی ، اجرای اتوماسیون تجهیزات آبیاری باعث افزایش کارایی و راندمان بیشتر و دقت بیشتر در مصرف انرژی می گردد. لذا اهداف و نیازهایی که از اجرای طرح اتوماسیون در سیستم های مکانیزه آبیاری دنبال می شود ، پربار و دارای ارزش اقتصادی می باشد.
جایگاه اتوماسیون در سیستمهای آبیاری تحت فشار
بطور خلاصه اتوماسیون در بخش آبیاری در واقع ارتقاء جایگاه سیستمهای آبیاری تحت فشار و شبکه های انتقال و توزیع آب از سطح مکانیزاسیون به سطح اتوماسیون در جهت دستیابی به اهداف زیر می باشد .
- مدیریت بهبود مصرف انرژی و کاهش تلفات آن
- ایجاد بانک اطلاعاتی از رفتار سیستمهای آبیاری و پیش بینی رفتار آنها در آینده
- افزایش راندمان آبیاری
- عدم نیاز به حضور دائمی کشاورز در مزرعه
- افزایش کارایی مصرف آب
- حذف خطاهای انسانی در تعلل و تاخیر برخی اقدامات
- بکارگیری روشهای نوین آبیاری انعطاف پذیر بر اساس نیاز آبی گیاه
- کاهش هزینه های نیروی انسانی
- آموزش ، فرهنگ سازی و افزایش آگاهی کشاورزان از نحوه عملکرد سیستمهای اتوماسیون
- بهبود روشهای مدیریت بهره برداری و افزایش دقت و صحت مدیریت آبیاری
- کاهش استهلاک تجهیزات و تاسیسات و هزینه های تعمیر و نگهداری
- افزایش بهره وری آب و خاک و سطح زیر کشت از نظر آبیاری به موقع و به اندازه
- ثبت کلیه وقایع و خطاهای اتفاق افتاده برای تجهیزات و تاسیسات همراه با ثبت زمان وقوع و علل آنها
در تعریفی دیگر اتوماسیون در واقع یک مدیریت نرم افزاری و متمرکز بر کلیه فرایندهای یک سیستم به طور دائمی ( شبانه روزی ) می باشد که تحت نظارت و کنترل یک واحد مرکزی پردازشگر پیاده سازی می شود . این هدفگذاری که انتظار داشته باشیم شبکه های انتقال و توزیع آب و سیستمهای آبیاری تحت فشار بدون حضور دائمی و دخالت انسان و تحت نظارت و کنترلهای غیر انسانی ( manless) توسط سیستم راهبری گردند . مستلزم فراهم نمودن موارد زیر می باشد .
- افزایش روحیه ترویج پذیری کشاورزان
- بوم سازگار نمودن تجهیزات سخت افزاری و نرم افزاری سیستمهای اتوماسیون
- تجهیز شبکه های انتقال و توزیع آب وسیستمهای آبیاری تحت فشار به دستگاه های خودکار
بنابراین آنچه را که از سیستمهای اتوماسیون آبیاری تحت فشار به عنوان یک ناظر قدرتمند می توان انتظار داشت مونیتورینگ لحظه ای (on line ) کلیه پارامترهای مورد نیاز کشاورز به شرح زیر می باشد :
- پارامترهای مربوط به مود ( حالت) دستی و اتوماتیک
- پارامترهای حدی و حفاظتی الکترو پمپهای چاهها و ایستگاههای پمپاژ
- پارامترهای هواشناسی (نم نسبی ، درجه حرارت، سرعت ، شدت و جهت باد ، ساعات آفتابی ، میزان بارندگی ، تبخیر)
- پارامترهای هیدرولیکی دبی و فشار شبکه
- پارامترهای کیفی آب
- کارکرد متوالی ؛ موازی و همزمان واحدهای آبیاری
- روشن و خاموش کردن پمپها و سیستمهای آبیاری
- سطح استاتیک و دینامیک چاهها
- سهم آب مصرفی (تجمعی ) هر یک از واحدهای آبیاری
- مدت زمان کارکرد سیستمهای آبیاری به روز ، ماه و سال