ИРН AP23488125. Руководитель: Карылыханов О.К.
Отчет за 2025 год по бюджетной программе 217 «Развитие науки» в рамках грантового финансирования КН МНВО РК AP23488125. «Разработка автоматизированной модели гидротехнического затвора, применимой на оросительных каналах с малыми расходами».
Цель программы: повышение эффективности процесса водораспределения на основе обоснования применения технических средств водоподачи и водоучета, обеспечивающих рациональное использование водных ресурсов.
Направление работы: Исследования технических средств водоподачи и водоучета, обеспечивающих рациональное использование водных ресурсов
Область применения: Естественные науки, Науки о земле и окружающей среде. Науки о земле
Задачи программы:
− Разработка алгоритма для программируемого логического контроллера (ПЛК) для опытного образца автоматизированного гидротехнического затвора;
− Приобретение материалов и комплектующих для автоматизированного гидротехнического затвора;
− Разработка принципиальной схемы модели автоматизированного гидротехнического затвора;
− Разработка пользовательского интерфейса и базы данных автоматизированного гидротехнического затвора;
− Проведение экспериментальных работ по работоспособности автоматизированного гидротехнического затвора в лабораторных условиях
− Эксперименты в натурных условиях на оросительных системах Туркестанской области;
− Проведение семинара в Туркестанской области по эксплуатации автоматизированного гидротехнического затвора;
− Эксперименты в натурных условиях на оросительной системы Жамбылской области;
− Проведение семинара в Жамбылской области по эксплуатации автоматизированного гидротехнического затвора;
− Анализ результатов эксперимента и оформление результатов;
− Подготовка статьи и процесс ее публикации;
− Представление годового промежуточного отчёта по научно исследовательской работы и соглосование промежуточного отчета в г. Астане;
Согласно календарного плана по программе за 2025 год составлены рабочие программы и методики проведения НИР на 2025 год.
Результаты:
1 Разработан алгоритм для программируемого логического контроллера (ПЛК), обеспечивающий соответствие техническим требованиям к затвору, выполненный в установленные сроки и в пределах бюджета разработки, а также отвечающий требованиям безопасности. Алгоритм реализован в среде TIA Portal и включает функциональные блоки измерения уровня и положения затвора, суммарного учёта расхода воды (TOTALIZER) и ПИД-регулирования положения затвора (PID_3Step), а также аварийную защиту и ручной режим управления..
2 Получено необходимое количество материалов и комплектующих в соответствии с техническими требованиями, в установленные сроки и в пределах бюджета закупки, обеспечено получение качественных материалов и комплектующих от надежных поставщиков..
3 Определены основные элементы и принцип работы модели, установлено соответствие принципиальной схемы техническим требованиям к затвору, а также её соответствие действующим нормам и стандартам. Схема содержит источники питания AC/DC с резервированием и устройствами защиты (автоматы, УЗИП, предохранители), цепи заземления и экранирования, фильтрацию и развязку помех, а также схемы аварийной остановки, блокировок по граничным положениям и системного мониторинга (ток привода, состояние датчиков).
4 Определена точность технических требований к пользовательскому интерфейсу и базе данных, а также к системам управления затвором, сбора и анализа данных о его работе. Разработан пользовательский интерфейс (HMI) и структура базы данных для автоматизированного гидротехнического затвора с учётом задач оперативного управления, учёта и аналитики; интерфейс выполнен в среде WinCC для панели TP700 Comfort и включает основные экраны — Main (управление и статус), Archive (помесячный и суммарный учёт объёма), Historical (тренды и графики), Settings (параметры ПИД и калибровочные коэффициенты) и Alarm/Events (журнал аварий и событий). В HMI предусмотрены удобные элементы управления (режимы: автомат/ручной/настройка), цифровые и линейные индикаторы уровня/расхода/положения затвора, кнопки управления, поля для задания уставок и кнопка сброса сумматора; реализованы экраны для диагностики состояния датчиков и привода, контроль энергообеспечения и режимов аварийной защиты.
5 Определена работоспособность затвора в различных режимах работы, выявлены возможные неисправности и ошибки в его функционировании, разработаны рекомендации по их устранению. В лабораторных условиях проведены комплексные экспериментальные работы по оценке работоспособности опытного образца автоматизированного гидротехнического затвора: выполнены функциональные испытания логики ПЛК (режимы — автоматический, ручной, аварийный), наладка и отладка ПИД-регулятора, проверка алгоритмов масштабирования сигналов и подсчёта объёма (TOTALIZER). Испытания сопровождались непрерывной регистрацией технологических параметров (уровень, расход, положение затвора, ток/напряжение привода, события) с частотой 1 Hz и последующей статистической обработкой (оценка СКО, доверительных интервалов, времени переходных процессов).
6 Проведена оценка эффективности затвора, разработаны рекомендации по его совершенствованию, выполнено утверждение затвора для серийного производства. Проведены эксперименты в натурных условиях на оросительных системах Туркестанской области с целью проверки работоспособности автоматизированного гидротехнического затвора в реальных эксплуатационных условиях. Опытный образец был установлен на одном из распределительных каналов, оборудован датчиками уровня и расхода воды, электроприводом и контроллером Siemens S7-1200 с интерфейсом HMI (TP700 Comfort). В ходе экспериментов система эксплуатировалась в различных режимах — автоматическом, ручном и смешанном — при изменяющихся гидравлических параметрах потока. Проводились наблюдения за точностью поддержания заданного уровня воды в бьефе, скоростью реакции системы на возмущения, стабильностью работы ПИД-регулятора, надёжностью измерительных каналов и корректностью суммарного учёта поданного объёма воды.
7 Организовано повышение квалификации специалистов по эксплуатации автоматизированного гидротехнического затвора, улучшено понимание технических особенностей и принципов его работы, снижены риски аварий и инцидентов при эксплуатации. В Туркестанской области проведён обучающий семинар, посвящённый вопросам эксплуатации автоматизированного гидротехнического затвора на оросительных системах. В мероприятии приняли участие специалисты водных хозяйств, представители ирригационных управлений и эксплуатационных организаций.
8 Проведена оценка эффективности затвора, разработаны рекомендации по его совершенствованию, выполнено утверждение затвора для серийного производства. Проведены натурные эксперименты на оросительных системах Жамбылской области с целью оценки эффективности и надёжности работы автоматизированного гидротехнического затвора в реальных условиях эксплуатации. Испытания проводились при различных расходах воды и уровнях в бьефах, что позволило проверить устойчивость алгоритмов автоматического регулирования, точность поддержания заданного уровня и корректность измерения расхода.
9 Организовано повышение квалификации специалистов по эксплуатации автоматизированного гидротехнического затвора, улучшено понимание технических особенностей и принципов его работы, снижены риски аварий и инцидентов при эксплуатации. В Жамбылской области проведён обучающий семинар, посвящённый вопросам эксплуатации автоматизированного гидротехнического затвора на оросительных системах. В мероприятии приняли участие специалисты водных хозяйств, представители ирригационных управлений и эксплуатационных организаций.
10 Проведён полный и точный анализ результатов эксперимента, сформулированы выводы и рекомендации на основе полученных данных, результаты оформлены в соответствии с установленными требованиями.Сравнительный анализ данных, полученных с датчиков уровня и расхода, показал высокую корреляцию с контрольными гидрометрическими измерениями, что подтвердило корректность алгоритмов масштабирования и калибровки. Работа ПИД-регулятора обеспечила устойчивое поддержание заданного уровня воды в канале при изменении расхода, с минимальным временем переходного процесса и без значительных перерегулирований.
11 Опубликована статья в рецензируемом научном журнале, рекомендованном КОКСНВО, результаты исследования доведены до широкой аудитории, получена обратная связь от научного сообщества. В журнале «География и водные ресурсы», № 3 за 2025 год, опубликована статья «Создание автоматизированной системы регулирования подачи воды на оросительных каналах с малыми расходами», которая является официальным результатом проведенных научно-исследовательских работ.
12 По шифрам заданий за 2025 год подготовлено краткое сведение по результатам выполнения работ.
Список опубликованных научных трудов:
- публикации в научных изданиях по научному направлению программы
- публикации в рецензируемых зарубежных или отечественных изданиях, рекомендованных КОКНВО
Ли М. А., Иманалиев Т. К., Тургынбеков Е. С., Ибраев Т. Т., Балгабаев Н. Н. СОЗДАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОДАЧИ ВОДЫ НА ОРОСИТЕЛЬНЫХ КАНАЛАХ С МАЛЫМИ РАСХОДАМИ / География және су ресурстары. — № 3. — 2025 (maxsus son 1 qism). – С. 42-57.