طراحی و ساخت دریچه الکترونیکی کانال‌های آبیاری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی و عمران روستایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، ایران

2 استادیار گروه مهندسی آب دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی رامین

چکیده

دریچه­های تنظیم سطح آب و کنترل دبی از مهمترین بخش­های هر شبکه آبیاری به حساب می­آیند که اغلب پس از بهره­برداری دچار مشکل شده و تنظیم دقیق میزان دبی عبوری از طریق این دریچه­ها تقریبا غیرممکن می­گردد. مکانیزه کردن دریچه­های سیستم­های آبیاری سطحی تا حد زیادی می­تواند باعث صرفه­جویی در میزان آب مصرفی و افزایش راندمان گردد. بر همین اساس در این طرح سعی گردید با استفاده از تکنولوژی­های نوین، دریچه­ای طراحی و ساخته شود که با توجه به میزان دبی تعریف شده و سطح آب بالادست بتواند به صورت هوشمند عمل کرده و دبی مورد نظر را از خود عبور دهد. برای آب­بندی دریچه از لاستیک­های آب­بند حبابی شکل استفاده گردید تا میزان هدررفت آب به کمترین مقدار خود برسد. قطعات مورد استفاده جهت مکانیزه کردن دریچه شامل: موتور، انکودر، سنسور التراسونیک، اینورتر و PLC می­باشند. تمامی محاسبات مربوط به میزان بازشدگی دریچه توسط PLC انجام می­گیرد و پس از آن دستورات لازم به الکتروموتور منتقل می­شود. انکودر به موتور متصل بوده و با توجه به محاسبات صورت گرفته تعداد دورهای موتور را برای میزان بازشدگی مشخص کنترل می­کند. جهت کنترل سیستم حرکتی دریچه از محیط TIA Portal استفاده گردید. برنامه نوشته شده در محیط TIA Portal کلیه تنظیمات مربوط به میزان  دبی عبوری، میزان بازشدگی دریچه و حساسیت سنسور التراسونیک و دریچه را شامل می­شود. برنامه به­گونه­ای نوشته شده است که بتواند انعطفاف­پذیری دریچه در شرایط واقعی را تامین نماید. جهت بررسی میزان دقت دریچه، از مدل آزمایشگاهی استفاده گردید. با توجه به آزمایشات صورت گرفته، رابطه به­دست آمده جهت میزان بازشدگی دریچه کالیبره گردید. ضریب تعیین و ریشه میانگین مربعات خطا برای معادله اصلاح شده به ترتیب برابر با 97/0 و 66/0 محاسبه گردید که نشان­دهنده عملکرد مناسب دریچه خودکار ساخته شده بر اساس رابطه اصلاح شده می­باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Design and Construction of Electronic Irrigation Canal Gate

نویسندگان [English]

  • Javad zahiri 1
  • Ahmad Jafari 2
1 Associate Professor, Department of Water Engineering, Agricultural Sciences and Natural Resources University of Khuzestan,
2
چکیده [English]

Water level and flow control gates are the most important parts of any irrigation network. Most of the gates located in the irrigation networks face problems after the operation. While mechanizing gates for surface irrigation systems can greatly save water consumption and increase water efficiency. In this project, it was tried to design and construct a gate using modern technologies, which can be intelligently operated and able to pass the desired discharge. Bubble rubber was used to seal the gate and minimizing water loss. Electromotor, encoder, ultrasonic sensor, inverter, and PLC were used to mechanize the gate. An ultrasonic sensor was applied to read the water level. All the computations of the gate-opening rate are performed by the PLC and then the instructions are transmitted to the electromotor. The encoder is connected to the electromotor and, according to the computations, controls the number of motor revolutions for a given opening rate. The TIA Portal environment used to control the gate motion system. The program written in the TIA Portal environment includes all the settings related to the flow discharge, gate opening, sensitivity of the ultrasonic sensor, and gate-opening rate to provide the flexibility of the gate in real conditions. In order to calibrate the constructed sluice gate according to the obtained equation, several experiments were used and finally, the coefficient of 0.625 was obtained as a correction coefficient. The coefficient of determination and root mean square error for the calibrated equation were calculated to be 0.97 and 0.66, respectively. These results showed the suitable performance of the automatic gate based on a calibrated equation

کلیدواژه‌ها [English]

  • Irrigation network
  • Water efficiency
  • PLC
  • TIA Portal environment
بیرامی، م. ک. 1376. سازه­های انتقال آب، انتشارات دانشگاه صنعتی اصفهان‌، مرکز نشر.
خضرلو، ا. و ع. وطن­خواه. 1398. تحلیل آبگذری و شرایط جریان در سرریزهای دریچه­دار کشویی. تحقیقات مهندسی سازه­های آبیاری و زهکشی، شماره 76، ص 36-17.
شاهرخ نیا، م. ع و ا. زارع. 1393. بررسی فنی و اقتصادی پوشش کانال­های آبیاری شهرستان داراب. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، شماره 1، جلد 8، ص 50-42.
ظهیری، ج و ا. جعفری. 1397. طراحی و ساخت دریچه الکترونیکی کانال­های آبیاری. طرح تحقیقاتی سازمان آب و برق خوزستان.
عباسی، ف.، ف. سهراب و ن. عباسی. 1395. ارزیابی وضعیت راندمان آب آبیاری در ایران. تحقیقات مهندسی سازه­های آبیاری و زهکشی، شماره 17، ص 120-113.
منعم، م. و م. کیاپاشا. 1387. توسعه مدل ریاضی سیستم کنترل فازی پایین دست در کانال­های آبیاری. نشریه هیدرولیک، شماره 34، ص 26-13.
نقائی، ر.، م. ج. منعم و م. هاشمی شاهدانی. 1395. بررسی شرایط مختلف هیدرولیکی و بهره­برداری دریچه سالونی و توسعه مدل ریاضی سازه در انطباق با مدل هیدرودینامیک ICSS. مجله آبیاری و زهکشی ایران، شماره 1، جلد 10، ص 35-24.
یلتقیان خیابانی، م.، س. م. هاشمی شاهدانی، م. ا. بنی حبیب و ی. حسنی. 1398. ارزیابی عملکرد سامانه­های کنترل خودکار در بهبود عدالت توزیع آب در کانال اصلی آبیاری متأثر از نوسانات ورودی. تحقیقات مهندسی سازه­های آبیاری و زهکشی، شماره 20، ص 92-75.
Al Blair, P. E. 2010. Automated irrigation gates: maximizing water delivery while reducing water loss. Harlingen Irrigation District's Agricultural Water Conservation Grand from the Texas Water Development Board, University of North Texas Libraries, The Portal to Texas History, UNT Libraries Government Documents Department.
Henderson, F. M. 1966. Open channel flow. MacMillan Company, New York.
Liu, H., X. He , L. Qiu, J. Chen, Y. Han and Y. Li. 2018. A Systematic Design Approach of a Float Type Sluice Gate for Flow Measurement Automation. IFAC-PapersOnLine, 51(17): 304-308.
Masseroni, D., P. Moller, R. Tyrell, M. Romani, A. Lasagna, G. Sali, A. Facchi and C. Gandolfi. 2018. Evaluating performances of the first automatic system for paddy irrigation in Europe. Agricultural Water Management, 201: 58-69.
Paulo, C. E. 2014. Design of hydraulic gates, CRC Press/Balkema, Boca Raton, Florida, United States.
Rijo, M. and C. Arranja 2010. Supervision and water depth automatic control of an irrigation canal. Journal of irrigation and drainage engineering, 136: 3-10.
Swamee, P. K. 1992. Sluice gate discharge equations. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 118: 56-60.
Wahlin, B. and D. Zimbelman. 2018. Canal Automation for Irrigation Systems: American Society of Civil Engineers Manual of Practice Number 131. Irrigation and Drainage, 67: 22-28.