BR112021006774B1 - METHOD FOR MAINTAINING THE ALIGNMENT OF AN IRRIGATION SYSTEM - Google Patents
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Abstract
SISTEMA E MÉTODO PARA ALINHAMENTO DE CASCATA DE SISTEMAS DE ACIONAMENTO INDEPENDENTES. A presente invenção fornece um sistema para alinhar torres de acionamento dentro de um sistema de irrigação. De acordo com uma modalidade preferencial, a presente invenção inclui um sistema e método para o alinhamento em cascata de sistemas de acionamento independentes. De acordo com uma modalidade preferencial, um método preferido pode incluir as etapas de: transmitir dados de temporização do controlador para a primeira torre de acionamento intermediária e a segunda torre de acionamento intermediária; atribuir um primeiro intervalo de tempo de correção à segunda torre de acionamento intermediária; atribuir um segundo intervalo de tempo de correção à primeira torre de acionamento intermediária; receber os primeiros dados de alinhamento pela segunda torre de acionamento intermediária; receber os segundos dados de alinhamento pela primeira torre de acionamento intermediária; desempenhar uma primeira correção de alinhamento com base nos primeiros dados de alinhamento recebidos pela segunda torre de acionamento intermediária; e desempenhar uma segunda correção de alinhamento com base nos segundos dados de alinhamento recebidos pela primeira torre de acionamento intermediária.SYSTEM AND METHOD FOR CASCADE ALIGNMENT OF INDEPENDENT DRIVE SYSTEMS. The present invention provides a system for aligning drive towers within an irrigation system. According to a preferred embodiment, the present invention includes a system and method for cascading alignment of independent drive systems. According to a preferred embodiment, a preferred method may include the steps of: transmitting timing data from the controller to the first intermediate drive tower and the second intermediate drive tower; assigning a first correction time slot to the second intermediate drive tower; assigning a second correction time slot to the first intermediate drive tower; receiving the first alignment data by the second intermediate drive tower; receiving the second alignment data by the first intermediate drive tower; performing a first alignment correction based on the first alignment data received by the second intermediate drive tower; and performing a second alignment correction based on the second alignment data received by the first intermediate drive tower.
Description
[001] O presente pedido reivindica prioridade ao Pedido Provisório US N° 62/744,388, depositado em 11 de outubro de 2018, que é incorporado por referência na presente invenção.[001] The present application claims priority to US Provisional Application No. 62/744,388, filed on October 11, 2018, which is incorporated by reference in the present invention.
[002] A presente invenção se refere geralmente a um sistema e método para controle de alinhamento de lances de irrigação e, mais particularmente, a um sistema e método para alinhamento em cascata de sistemas de acionamento independentes.[002] The present invention generally relates to a system and method for controlling the alignment of irrigation runs and, more particularly, to a system and method for cascading alignment of independent drive systems.
[003] Os sistemas de pivô central e de irrigação linear modernos geralmente incluem lances interconectados (por exemplo, lances de irrigação) suportados por uma ou mais estruturas de torre para suportar os canais (por exemplo, seções de tubulação de água). Por sua vez, os canais são adicionalmente ligados a sistemas de bocal/aspersor que pulverizam água (ou outros aplicadores) em um padrão desejado. Nestes sistemas de irrigação modernos, um número significativo de elementos energizados são usados para controlar vários aspectos da irrigação. Isso geralmente inclui energia remota e independente para uma variedade de sensores, pulverizadores, sistemas de controle de acionamento, motores e transdutores.[003] Modern center pivot and linear irrigation systems generally include interconnected runs (e.g., irrigation runs) supported by one or more tower structures to support channels (e.g., water pipe sections). In turn, the channels are additionally connected to nozzle/sprinkler systems that spray water (or other applicators) in a desired pattern. In these modern irrigation systems, a significant number of energized elements are used to control various aspects of irrigation. This often includes remote and independent power for a variety of sensors, sprayers, drive control systems, motors and transducers.
[004] Em operação, o controle e a energização de cada um desses elementos energizados são realizados por meio de sistemas de dispositivos eletromecânicos, incluindo relés, interruptores e outros dispositivos com peças móveis. Devido ao seu tamanho e complexidade, as máquinas de irrigação modernas estão sujeitas a repetidas falhas mecânicas e elétricas. Uma fonte importante de falhas mecânicas é o desalinhamento das torres de acionamento. Com o grande espaçamento entre cada torre de acionamento de um lance de irrigação, tensões e forças de cisalhamento significativas podem ser criadas com uma quantidade mínima de desalinhamento. O método primário de controle do alinhamento em sistemas de irrigação convencionais conta com interruptores eletromagnéticos que são usados para controlar as operações de motores de acionamento individuais. Esses sistemas têm grandes tempos de resposta e não têm a capacidade de ajustar finamente as alterações de alinhamento. Adicionalmente, esses tipos de sistemas dependem de ligações mecânicas entre lances individuais. Como tais, eles são suscetíveis a alterações na orientação do lance (rolagem do lance) devido a vento, terreno ou semelhantes. Adicionalmente, esses sistemas exigem que cada alinhamento seja desempenhado como uma longa sequência de interações entre torres de acionamento. Estes sistemas do estado da técnica são instáveis, sujeitos a erros de comunicação e muitas vezes permitem o desenvolvimento das tensões estruturais elevadas discutidas acima.[004] In operation, the control and energization of each of these energized elements is carried out through systems of electromechanical devices, including relays, switches and other devices with moving parts. Due to their size and complexity, modern irrigation machines are subject to repeated mechanical and electrical failures. A major source of mechanical failure is misalignment of drive towers. With the large spacing between each drive tower of an irrigation run, significant stresses and shear forces can be created with a minimal amount of misalignment. The primary method of controlling alignment in conventional irrigation systems relies on electromagnetic switches that are used to control the operations of individual drive motors. These systems have large response times and lack the ability to fine-tune alignment changes. Additionally, these types of systems rely on mechanical links between individual moves. As such, they are susceptible to changes in throw orientation (throw roll) due to wind, terrain or the like. Additionally, these systems require each alignment to be performed as a long sequence of interactions between drive towers. These prior art systems are unstable, subject to communication errors and often allow the development of the high structural stresses discussed above.
[005] Um método adicional alternativo para controle de alinhamento conta com receptores GPS individuais que informam cada torre de acionamento individual com relação à localização e alinhamento. Esses sistemas são propensos a tempos de resposta lentos devido aos atrasos de transmissão. Adicionalmente, todos os sistemas baseados em GPS sem algum tipo de correção (como RTK, WAAS, D-GPS, ou semelhantes) sofrem de uma margem de erro significativa que geralmente é muito grande para ser útil no ajuste fino do alinhamento de lances de irrigação.[005] An additional alternative method for alignment control relies on individual GPS receivers that inform each individual drive tower regarding location and alignment. These systems are prone to slow response times due to transmission delays. Additionally, all GPS-based systems without some type of correction (such as RTK, WAAS, D-GPS, or similar) suffer from a significant margin of error that is generally too large to be useful in fine-tuning the alignment of irrigation runs. .
[006] Para superar as limitações do estado da técnica, um sistema confiável e eficaz é necessário para controlar e alinhar lances de irrigação e torres de acionamento.[006] To overcome the limitations of the prior art, a reliable and effective system is needed to control and align irrigation runs and drive towers.
[007] Para lidar com as deficiências apresentadas no estado da técnica, a presente invenção fornece um sistema para fornecer energia e controle de alinhamento dentro de um sistema de irrigação com pelo menos dois lances e um sistema de acionamento para mover os lances. De acordo com uma primeira modalidade preferencial, a presente invenção inclui um método para manter o alinhamento de um sistema de irrigação com uma pluralidade de lances conectados e uma pluralidade de torres de acionamento para mover o lance conectado em torno de um pivô central com um controlador de pivô. Alternativamente, um carrinho linear pode ser substituído pelo pivô central.[007] To address the deficiencies presented in the prior art, the present invention provides a system for providing power and alignment control within an irrigation system with at least two runs and a drive system for moving the runs. According to a first preferred embodiment, the present invention includes a method for maintaining alignment of an irrigation system with a plurality of connected runs and a plurality of drive towers for moving the connected run around a central pivot with a controller. pivot. Alternatively, a linear carriage can be substituted for the center pivot.
[008] De acordo com uma modalidade preferencial, a presente invenção se refere a um sistema e método para alinhamento em cascata de sistemas de acionamento independentes. De acordo com uma modalidade preferencial, o método para controle de alinhamento de lances de irrigação inclui as etapas de: transmitir dados de temporização do controlador para a primeira torre de acionamento intermediária e a segunda torre de acionamento intermediária; atribuir um primeiro intervalo de tempo de correção à segunda torre de acionamento intermediária; atribuir um segundo intervalo de tempo de correção à primeira torre de acionamento intermediária; receber os primeiros dados de alinhamento pela segunda torre de acionamento intermediária; receber os segundos dados de alinhamento pela primeira torre de acionamento intermediária; desempenhar uma primeira correção de alinhamento com base nos primeiros dados de alinhamento recebidos pela segunda torre de acionamento intermediária; e desempenhar uma segunda correção de alinhamento com base nos segundos dados de alinhamento recebidos pela primeira torre de acionamento intermediária.[008] According to a preferred embodiment, the present invention relates to a system and method for cascading alignment of independent drive systems. According to a preferred embodiment, the method for controlling alignment of irrigation runs includes the steps of: transmitting timing data from the controller to the first intermediate drive tower and the second intermediate drive tower; assigning a first correction time slot to the second intermediate drive tower; assigning a second correction time slot to the first intermediate drive tower; receiving the first alignment data by the second intermediate drive tower; receiving the second alignment data by the first intermediate drive tower; performing a first alignment correction based on the first alignment data received by the second intermediate drive tower; and performing a second alignment correction based on the second alignment data received by the first intermediate drive tower.
[009] As figuras anexas, que são incorporadas e constituem parte do relatório descritivo, ilustram várias modalidades da presente invenção e, juntamente com a descrição, servem para explicar os princípios da presente invenção.[009] The attached figures, which are incorporated and constitute part of the specification, illustrate various embodiments of the present invention and, together with the description, serve to explain the principles of the present invention.
[010] A FIG. 1 mostra um sistema de irrigação exemplar para uso com a presente invenção.[010] FIG. 1 shows an exemplary irrigation system for use with the present invention.
[011] A FIG. 2 mostra um diagrama de bloco ilustrando a arquitetura de processamento exemplar de um dispositivo de controle de acordo com uma primeira modalidade preferencial da presente invenção.[011] FIG. 2 shows a block diagram illustrating the exemplary processing architecture of a control device in accordance with a first preferred embodiment of the present invention.
[012] A FIG. 3 mostra um diagrama de bloco de um sistema de controle e energia de acordo com uma modalidade preferencial adicional da presente invenção.[012] FIG. 3 shows a block diagram of a control and power system in accordance with a further preferred embodiment of the present invention.
[013] A FIG. 4 mostra uma ilustração de um sensor de alinhamento de acordo com uma modalidade preferencial adicional da presente invenção.[013] FIG. 4 shows an illustration of an alignment sensor in accordance with a further preferred embodiment of the present invention.
[014] A FIG. 5 mostra um fluxograma que ilustra um primeiro método de alinhamento de acordo com uma primeira modalidade preferencial da presente invenção.[014] FIG. 5 shows a flow chart illustrating a first alignment method in accordance with a first preferred embodiment of the present invention.
[015] A FIG. 6 mostra etapas adicionais do primeiro método de alinhamento mostrado na FIG. 5.[015] FIG. 6 shows additional steps of the first alignment method shown in FIG. 5.
[016] Com o propósito de promover uma compreensão dos princípios da presente invenção, será feita agora referência às modalidades ilustradas nos desenhos e linguagem específica será usada para descrever os mesmos. No entanto, será entendido que nenhuma limitação do escopo da presente invenção é pretendida por meio do presente documento e tais alterações e modificações adicionais nos dispositivos ilustrados são contempladas como normalmente ocorreria a um técnico no assunto.[016] For the purpose of promoting an understanding of the principles of the present invention, reference will now be made to the embodiments illustrated in the drawings and specific language will be used to describe the same. However, it will be understood that no limitation of the scope of the present invention is intended by this document and such additional changes and modifications to the illustrated devices are contemplated as would normally occur to one skilled in the art.
[017] De acordo com modalidades preferenciais da presente invenção, deve ser entendido que o termo “unidade de acionamento” pode incluir, preferencialmente, uma série de subcomponentes, incluindo: um motor, um controlador, um dispositivo de comunicação (como um PLC ou semelhante) e um dispositivo de alinhamento. Enquanto a presente invenção é discutida especificamente com respeito a um sistema PLC, qualquer outro tipo de sistema de comunicação pode ser usado. Adicionalmente, enquanto a invenção é discutida abaixo com respeito a quatro torres exemplares, o número de torres usadas pode ser expandido ou reduzido (ou seja, 2-100 torres) conforme necessário sem se afastar do espírito da presente invenção. Adicionalmente, o termo “motor”, conforme usado na presente invenção, pode se referir a qualquer motor adequado para fornecer torque a uma roda de acionamento. Correspondentemente, o termo “motor”, conforme utilizado na presente invenção, pode preferencialmente incluir motores, tais como motores de relutância comutada, motores de indução e semelhantes.[017] According to preferred embodiments of the present invention, it should be understood that the term “drive unit” may preferably include a series of subcomponents, including: a motor, a controller, a communication device (such as a PLC or similar) and an alignment device. While the present invention is discussed specifically with respect to a PLC system, any other type of communication system can be used. Additionally, while the invention is discussed below with respect to four exemplary towers, the number of towers used may be expanded or reduced (i.e., 2-100 towers) as necessary without departing from the spirit of the present invention. Additionally, the term “motor” as used in the present invention may refer to any motor suitable for providing torque to a drive wheel. Correspondingly, the term “motor” as used in the present invention may preferably include motors, such as switched reluctance motors, induction motors, and the like.
[018] Os termos “programa”, “programa de computador”, “aplicativo de software”, “módulo”, “firmware” e semelhantes, conforme usados na presente invenção, são designados como uma sequência de instruções projetada para execução em um sistema de computador. O termo “estado sólido” deve ser entendido como referindo-se a uma variedade de dispositivos eletrônicos de estado sólido que, preferencialmente, incluem circuitos ou dispositivos construídos a partir de materiais sólidos e nos quais os elétrons, ou outros portadores de carga, estão confinados inteiramente no material sólido. Componentes/materiais de estado sólido exemplares podem incluir sólidos cristalinos, policristalinos e amorfos, condutores elétricos e semicondutores. Dispositivos de estado sólido comuns podem incluir transistores, chips de microprocessador e RAM.[018] The terms “program”, “computer program”, “software application”, “module”, “firmware” and the like, as used in the present invention, are designated as a sequence of instructions designed to execute in a system computer. The term “solid state” should be understood to refer to a variety of solid-state electronic devices that preferably include circuits or devices constructed from solid materials and in which electrons, or other charge carriers, are confined entirely in solid material. Exemplary solid state components/materials may include crystalline, polycrystalline and amorphous solids, electrical conductors and semiconductors. Common solid-state devices can include transistors, microprocessor chips, and RAM.
[019] Um programa, programa de computador, módulo ou aplicativo de software pode incluir uma sub-rotina, uma função, um procedimento, uma implementação de objeto, um aplicativo executável, um applet, um servlet, um código-fonte, um código-objeto, uma biblioteca compartilhada, uma carga dinâmica biblioteca e/ou outra sequência de instruções designada para execução em um sistema de computador. Um meio de armazenamento de dados, conforme definido na presente invenção, inclui muitos tipos diferentes de mídia legível por computador que permite a um computador ler dados a partir deles e que mantém os dados armazenados para que o computador seja capaz de ler os dados novamente. Tais meios de armazenamento de dados podem incluir, por exemplo, memória não volátil, tal como ROM, memória flash, RAM com bateria de reserva, memória da unidade de disco, CD-ROM, DVD e outras mídias de armazenamento permanente. No entanto, mesmo o armazenamento volátil como um RAM, buffers, memória cache e circuitos de rede são contemplados para servir como meios de armazenamento de dados de acordo com diferentes modalidades da presente invenção.[019] A program, computer program, module or software application may include a subroutine, a function, a procedure, an object implementation, an executable application, an applet, a servlet, a source code, a code -object, a shared library, a dynamic load library, and/or other sequence of instructions designed for execution on a computer system. A data storage medium as defined in the present invention includes many different types of computer-readable media that allow a computer to read data therefrom and that keep the data stored so that the computer is capable of reading the data again. Such data storage media may include, for example, non-volatile memory, such as ROM, flash memory, RAM with battery backup, disk drive memory, CD-ROM, DVD and other permanent storage media. However, even volatile storage such as RAM, buffers, cache memory, and network circuits are contemplated to serve as data storage media in accordance with different embodiments of the present invention.
[020] Aspectos dos sistemas e métodos descritos na presente invenção podem ser implementados como funcionalidade programada em qualquer um de uma variedade de circuitos, incluindo dispositivos lógicos programáveis (PLDs), tais como matrizes de portas programáveis em campo (FPGAs), dispositivos lógicos de matriz programável (PAL), dispositivos lógicos programáveis eletricamente e de memória e dispositivos baseados em células padrão, bem como circuitos integrados específicos de aplicativos (ASICs). Algumas outras possibilidades para implementar aspectos dos sistemas e métodos incluem microcontroladores com memória, microprocessadores incorporados, firmware, software, etc. Adicionalmente, aspectos dos sistemas e métodos podem ser incorporados em microprocessadores com emulação de circuito baseada em software, lógica discreta (sequencial e combinatória), dispositivos personalizados, lógica difusa (rede neutra), dispositivos quânticos e híbridos de qualquer um dos tipos de dispositivos acima. Certamente, as tecnologias de dispositivo subjacentes podem ser fornecidas em uma variedade de tipos de componentes, por exemplo, tecnologias de transistor de efeito de campo de semicondutor de óxido metálico (MOSFET) como semicondutor de óxido metálico complementar (CMOS), tecnologias bipolares como emissor de lógica acoplada (ECL), tecnologias de polímero (por exemplo, polímero conjugado com silício e estrutura de metal-polímero conjugado com metal), tiristores triodo bidirecionais (TRIAC), analógico e digital mistos e semelhantes.[020] Aspects of the systems and methods described in the present invention can be implemented as programmed functionality in any of a variety of circuits, including programmable logic devices (PLDs), such as field programmable gate arrays (FPGAs), programmable array (PAL), electrically programmable logic and memory devices, and standard cell-based devices, as well as application-specific integrated circuits (ASICs). Some other possibilities for implementing aspects of systems and methods include microcontrollers with memory, embedded microprocessors, firmware, software, etc. Additionally, aspects of the systems and methods can be incorporated into microprocessors with software-based circuit emulation, discrete logic (sequential and combinatorial), custom devices, fuzzy logic (neutral network), quantum devices, and hybrids of any of the above device types. . Of course, the underlying device technologies can be provided in a variety of component types, for example, metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) technologies such as complementary metal-oxide semiconductor (CMOS), bipolar technologies such as emitter coupled logic (ECL), polymer technologies (e.g., silicon-conjugated polymer and metal-conjugated metal-polymer structure), bidirectional triode thyristors (TRIAC), mixed analog and digital, and the like.
[021] A FIG. 1 ilustra um sistema de irrigação autopropelido exemplar 100 que pode ser usado com exemplos de implementações da presente invenção. Como pode ser entendido, o sistema de irrigação 100 divulgado na FIG. 1 é um sistema de irrigação exemplar no qual as características da presente invenção podem ser integradas. Correspondentemente, a FIG. 1 destina-se a ser ilustrativa e qualquer variedade de sistemas (isto é, sistemas fixos, bem como sistemas de irrigação autopropelidos de pivô central e linear; sistemas estacionários; sistemas de canto) podem ser usados com a presente invenção sem limitação.[021] FIG. 1 illustrates an exemplary self-propelled irrigation system 100 that can be used with exemplary implementations of the present invention. As can be understood, the irrigation system 100 disclosed in FIG. 1 is an exemplary irrigation system into which the features of the present invention can be integrated. Correspondingly, FIG. 1 is intended to be illustrative and any variety of systems (i.e., fixed systems as well as linear and center pivot self-propelled irrigation systems; stationary systems; corner systems) may be used with the present invention without limitation.
[022] Conforme mostrado na FIG. 1, o sistema 100 exemplar mostrado inclui um lance 101 que preferencialmente inclui uma série de seções de lance conectadas que podem ser pressurizadas para facilitar a transferência de água a partir de uma fonte de água através do sistema de irrigação 100. A fonte de fluido pode ser acoplada a um repositório ou outra fonte de produtos agrícolas para injetar fertilizantes, pesticidas e/ou outros produtos químicos nos fluidos para criar uma aplicação para ser aplicada durante a irrigação. Assim, a aplicação pode incluir água, fertilizantes, herbicidas, pesticidas e quaisquer combinações dos mesmos. O sistema 100 exemplar pode incluir adicionalmente um painel de controle principal 102 que pode controlar transdutores, sensores e válvulas (não mostrados) para controlar e regular a pressão da água para aspersores (não mostrados), incluindo uma pistola de extremidade 136 e outros aspersores (não mostrados).[022] As shown in FIG. 1, the exemplary system 100 shown includes a lance 101 that preferably includes a series of connected lance sections that may be pressurized to facilitate the transfer of water from a water source through the irrigation system 100. The fluid source may be coupled to a repository or other source of agricultural products to inject fertilizers, pesticides and/or other chemicals into the fluids to create an application to be applied during irrigation. Thus, the application may include water, fertilizers, herbicides, pesticides and any combinations thereof. Exemplary system 100 may additionally include a main control panel 102 that may control transducers, sensors, and valves (not shown) to control and regulate water pressure to sprinklers (not shown), including a tip gun 136 and other sprinklers (not shown). not shown).
[023] Conforme mostrado adicionalmente, o sistema pode incluir torres de acionamento 104, 106, 108, 110 com respectivas caixas de controle de torre 120, 122, 124, 126. Conforme mostrado adicionalmente, essas caixas de controle de torre podem ter interface com respectivos sensores de alinhamento 128, 130, 132, 134 e controlar respectivos motores de unidade de acionamento 112, 114, 116, 118. Conforme discutido acima, o sistema da presente invenção pode incluir qualquer motor adequado para fornecer torque a uma roda de acionamento. De acordo com uma modalidade preferencial, o sistema da presente invenção pode incluir, preferencialmente, motores, tais como motores de relutância comutada, motores de indução e semelhantes.[023] As further shown, the system may include drive towers 104, 106, 108, 110 with respective tower control boxes 120, 122, 124, 126. As further shown, these tower control boxes may be interfaced with respective alignment sensors 128, 130, 132, 134 and controlling respective drive unit motors 112, 114, 116, 118. As discussed above, the system of the present invention may include any motor suitable for providing torque to a drive wheel. According to a preferred embodiment, the system of the present invention may preferably include motors, such as switched reluctance motors, induction motors and the like.
[024] Com referência agora à FIG. 2, um dispositivo de controle 200 exemplar que representa a funcionalidade para controlar um ou mais aspectos operacionais do sistema de irrigação 100 será agora discutido. Como mostrado, o dispositivo de controle 200 exemplar pode preferencialmente incluir um controlador 202 que pode incluir um módulo de armazenamento de dados 204 e um módulo de relógio/cronometragem interno 205. O controlador 202 fornece, preferencialmente, funcionalidade de processamento para o dispositivo de controle 200 e pode incluir qualquer número de processadores, microcontroladores ou outros sistemas de processamento. O controlador 202 pode executar um ou mais programas de software que implementam descritas na presente invenção. O módulo de memória/armazenamento de dados 204 é um exemplo de mídia tangível legível por computador que fornece funcionalidade de armazenamento para armazenar vários dados associados à operação do dispositivo de controle 200, como o programa de software e segmentos de código mencionados acima, ou outros dados para instruir o controlador 202 e outros elementos do dispositivo de controle 200 para desempenhar as etapas descritas na presente invenção. O módulo de armazenamento de dados 204 pode incluir, por exemplo, elementos de memória removíveis e não removíveis, como RAM, ROM, Flash (por exemplo, cartão SD, cartão mini SD, cartão micro SD), magnéticos, ópticos, dispositivos de memória USB e assim por diante .[024] Referring now to FIG. 2, an exemplary control device 200 representing functionality for controlling one or more operational aspects of irrigation system 100 will now be discussed. As shown, the exemplary control device 200 may preferably include a controller 202 that may include a data storage module 204 and an internal clock/timing module 205. The controller 202 preferably provides processing functionality for the control device. 200 and may include any number of processors, microcontrollers, or other processing systems. Controller 202 can execute one or more software programs that implement the present invention. The memory/data storage module 204 is an example of a computer-readable tangible medium that provides storage functionality for storing various data associated with the operation of the control device 200, such as the software program and code segments mentioned above, or others. data to instruct the controller 202 and other elements of the control device 200 to perform the steps described in the present invention. The data storage module 204 may include, for example, removable and non-removable memory elements, such as RAM, ROM, Flash (e.g., SD card, mini SD card, micro SD card), magnetic, optical, memory devices USB and so on.
[025] Em implementações, o dispositivo de controle 200 exemplar preferencialmente inclui adicionalmente um sistema de controle de energia 206 e um barramento de linha de energia 208 que pode incluir linhas de transmissão condutivas, circuitos e semelhantes para controlar e rotear energia elétrica, controlar sua qualidade e controlar os dispositivos ligados a um sistema portador de linha de energia conforme discutido mais abaixo.[025] In implementations, the exemplary control device 200 preferably additionally includes a power control system 206 and a power line bus 208 that may include conductive transmission lines, circuits, and the like for controlling and routing electrical energy, controlling its quality and control devices connected to a power line carrier system as discussed further below.
[026] Embora discutido em relação a um barramento de linha de energia 208, o sistema da presente invenção pode, adicional e/ou alternativamente se comunicar com uma ou mais redes através de uma variedade de componentes, tais como pontos de acesso sem fio, transceptores e assim por diante, e qualquer software associado empregado por uma variedade de componentes (por exemplo, drivers, software de configuração e assim por diante). Como ainda mostrado, o dispositivo de controle 200 pode estar em comunicação com cada controlador de torre de acionamento 210, 212, 214, 216 para controlar o movimento do sistema de irrigação 100. Adicionalmente, o dispositivo de controle 200 pode, preferencialmente, também incluir múltiplas entradas e saídas para receber dados a partir de sensores e outros dispositivos de monitoramento, conforme discutido mais abaixo.[026] Although discussed in relation to a power line bus 208, the system of the present invention may additionally and/or alternatively communicate with one or more networks through a variety of components, such as wireless access points, transceivers and so on, and any associated software employed by a variety of components (e.g. drivers, configuration software, and so on). As further shown, the control device 200 may be in communication with each drive tower controller 210, 212, 214, 216 to control the movement of the irrigation system 100. Additionally, the control device 200 may preferably also include multiple inputs and outputs to receive data from sensors and other monitoring devices, as discussed further below.
[027] Com referência agora à FIG. 3, aspectos adicionais da presente invenção serão agora discutidos adicionalmente. Conforme mostrado na FIG. 3, o sistema de energia/controle da presente invenção 300 pode incluir, preferencialmente, um painel de controle/pivô 302 que fornece, preferencialmente, sinais de controle e energia para uma série de caixas de torre de estado sólido 324, 326, 328 intermediárias e uma última caixa de torre de unidade de acionamento 330 regular que controla os respectivos motores de acionamento 332, 334, 336, 338. Como mostrado, cada caixa de torre de estado sólido preferencialmente inclui, além disso, um ou mais sensores de alinhamento 316, 318, 320. Os sensores de alinhamento 316, 318, 320 podem ser, preferencialmente, sensores de contato ou sem contato. Adicionalmente, sensores adicionais podem ser incluídos, como sensores ambientais, sensores GPS, outros sensores de geolocalização e semelhantes, sem limitação.[027] Referring now to FIG. 3, additional aspects of the present invention will now be discussed further. As shown in FIG. 3, the power/control system of the present invention 300 may preferably include a control/pivot panel 302 that preferably provides control and power signals to a series of intermediate solid-state tower boxes 324, 326, 328 and a last regular drive unit tower box 330 that controls respective drive motors 332, 334, 336, 338. As shown, each solid-state tower box preferably further includes one or more alignment sensors 316 , 318, 320. The alignment sensors 316, 318, 320 may preferably be contact or non-contact sensors. Additionally, additional sensors may be included, such as environmental sensors, GPS sensors, other geolocation sensors and the like, without limitation.
[028] Deve ser entendido que as caixas de torre de estado sólido são fornecidas como um exemplo e a presente invenção não se destina a ser limitada ao uso de caixas de torre de estado sólido. Por exemplo, caixas de torres eletromecânicas podem ser usadas no lugar das caixas de torres de estado sólido sem se afastar do escopo da presente invenção.[028] It should be understood that solid state tower boxes are provided as an example and the present invention is not intended to be limited to the use of solid state tower boxes. For example, electromechanical tower boxes can be used in place of solid state tower boxes without departing from the scope of the present invention.
[029] Como mostrado adicionalmente, o painel de controle/pivô 302 de acordo com uma modalidade preferencial da presente invenção pode incluir preferencialmente um controlador de pivô principal 304 conectado a um terminal de transportador de linha de energia (PLC) 312 que controla e direciona a energia para caixas de torre de estado sólido intermediárias a jusante 324, 326, 328 e uma última caixa de torre de unidade de acionamento regular 330. De acordo com uma modalidade preferencial, o controlador pivô 304 é preferencialmente conectado ao terminal PLC 312 por meio de uma conexão de comunicação 308 (ou seja, RS-232) ou semelhante. De acordo com ainda uma modalidade preferencial adicional, o painel pivô 302 preferencialmente é conectado a e fornece energia e sinais de controle através do terminal PLC 312 para as caixas de torre de estado sólido a jusante 324, 326, 328 por meio de um barramento de linha de energia 314.[029] As further shown, the control/pivot panel 302 according to a preferred embodiment of the present invention may preferably include a main pivot controller 304 connected to a power line carrier (PLC) terminal 312 that controls and directs power to downstream intermediate solid-state tower boxes 324, 326, 328 and a last regular drive unit tower box 330. According to a preferred embodiment, the pivot controller 304 is preferably connected to the PLC terminal 312 via of a 308 (i.e. RS-232) or similar communications connection. According to yet a further preferred embodiment, the pivot panel 302 is preferably connected to and provides power and control signals via the PLC terminal 312 to the downstream solid-state tower boxes 324, 326, 328 via a line bus. of energy 314.
[030] Com referência agora à FIG. 4, uma ilustração de um sensor de alinhamento 403 de acordo com uma modalidade preferencial adicional da presente invenção será agora discutida. Conforme mostrado na FIG. 4, o sensor de alinhamento 403 da presente invenção é preferencialmente posicionado para detectar o ângulo de deslocamento entre o lance 405 e a torre de acionamento 407. Adicionalmente, o sensor 403 preferencialmente transmite dados de alinhamento para o controlador de torre de acionamento 402. Como mostrado, o controlador 402 pode preferencialmente controlar as operações da torre de acionamento 407 e pode alterar suas instruções de acionamento com base no ângulo de deslocamento detectado pelo sensor de alinhamento 403. De acordo com uma modalidade preferencial, o sensor de alinhamento 403 da presente invenção pode ser um sensor digital ou analógico. De acordo com uma modalidade preferencial adicional, o sensor de alinhamento 403 da presente invenção pode incluir faixas de sensor que indicam um ponto central de alinhamento 404, uma banda ideal 406, bandas sub-ideais 410, 412 e bandas de segurança 414, 416. De acordo com modalidades preferenciais, a banda ideal 406 pode indicar uma faixa de deslocamento que é ideal e não precisa ser corrigida. De acordo com uma modalidade preferencial adicional, as bandas sub-ideais 410, 412 podem representar faixas de deslocamento que ainda permitem que a máquina de irrigação funcione com segurança, mas que devem ser corrigidas. Finalmente, as bandas de segurança 414, 416 podem representar, preferencialmente, faixas de ângulos de deslocamento que indicam um problema de segurança para a máquina de irrigação e que podem desencadear um desligamento da máquina.[030] Referring now to FIG. 4, an illustration of an alignment sensor 403 in accordance with a further preferred embodiment of the present invention will now be discussed. As shown in FIG. 4, the alignment sensor 403 of the present invention is preferably positioned to detect the angle of displacement between the run 405 and the drive tower 407. Additionally, the sensor 403 preferably transmits alignment data to the drive tower controller 402. As As shown, the controller 402 may preferably control the operations of the drive tower 407 and may alter its drive instructions based on the angle of displacement detected by the alignment sensor 403. In accordance with a preferred embodiment, the alignment sensor 403 of the present invention It can be a digital or analog sensor. According to a further preferred embodiment, the alignment sensor 403 of the present invention may include sensor bands that indicate an alignment center point 404, an ideal band 406, sub-optimal bands 410, 412, and safety bands 414, 416. According to preferred embodiments, the ideal band 406 may indicate a range of displacement that is ideal and does not need to be corrected. According to a further preferred embodiment, the sub-optimal bands 410, 412 may represent ranges of displacement that still allow the irrigation machine to operate safely, but that must be corrected. Finally, the safety bands 414, 416 may preferably represent ranges of displacement angles that indicate a safety problem for the irrigation machine and that may trigger a shutdown of the machine.
[031] Conforme mostrado na FIG. 4, um sensor de alinhamento exemplar 403 pode ser um sensor de 4-20 miliamperes com um ponto central de alinhamento 404 em cerca de 13 miliamperes. Adicionalmente, a banda ideal 406 pode ser indicada por um sinal na faixa de 10mA a 16mA. As bandas sub- ideais 410, 412 (“bandas em execução”) podem ser indicadas por um sinal na faixa de 7 a 10 mA ou na faixa de 16 a 19 mA. Finalmente, as bandas de segurança 414, 416 podem ser indicadas por um sinal menor que 7mA ou maior que 19mA. Referindo-se à FIG. 3, com base nos sinais de alinhamento recebidos de seus respectivos sensores de alinhamento 316, 318, 320, os controladores de torre de acionamento dentro de cada caixa de torre de acionamento 324, 326, 328 podem, preferencialmente, fazer ajustes contínuos e independentes às taxas de operação de seus respectivos motores de acionamento 332, 334, 336 de modo que os ângulos de deslocamento detectados sejam reduzidos até que estejam dentro da banda ideal 406.[031] As shown in FIG. 4, an exemplary alignment sensor 403 may be a 4-20 milliamp sensor with a center alignment point 404 at about 13 milliamps. Additionally, the ideal band 406 can be indicated by a signal in the range of 10mA to 16mA. Sub-optimal bands 410, 412 (“running bands”) may be indicated by a signal in the 7 to 10 mA range or in the 16 to 19 mA range. Finally, safety bands 414, 416 can be indicated by a signal less than 7mA or greater than 19mA. Referring to FIG. 3, based on alignment signals received from their respective alignment sensors 316, 318, 320, the drive tower controllers within each drive tower box 324, 326, 328 may preferably make continuous and independent adjustments to the operating rates of their respective drive motors 332, 334, 336 such that the detected displacement angles are reduced until they are within the optimal band 406.
[032] Com referência agora à FIGs. 5 a 6, um fluxograma ilustrando um primeiro método de alinhamento de acordo com uma primeira modalidade preferencial da presente invenção será agora mais discutido. Conforme mostrado na FIG. 5, em uma primeira etapa preferencial 502, o controlador da torre de base/ponto de pivô da presente invenção consulta preferencialmente cada unidade de controle da torre de acionamento para determinar a presença e o estado de cada torre de acionamento. Na próxima etapa 504, o controlador da torre de base preferencialmente transmite dados de temporização do controlador para cada unidade de controle de torre de acionamento. Desta forma, o controlador da torre de base confirma preferencialmente que a temporização de cada controlador de torre de acionamento está sincronizada com a temporização da torre de base. Em uma próxima etapa 506, o controlador de torre de base então, preferencialmente, atribui um primeiro intervalo de tempo de correção para a unidade de controle de torre de acionamento mais exterior (preferencialmente excluindo o LRDU). Em uma próxima etapa 508, o controlador de torre de base atribui preferencialmente um segundo intervalo de tempo de correção para a próxima unidade de controle de torre de acionamento a jusante. Em uma próxima etapa 510, o controlador da torre de base, preferencialmente, atribui sucessivamente tempos adicionais às sucessivas unidades de controle da torre de acionamento a jusante. Desta forma, iniciando na torre de acionamento mais exterior (preferencialmente excluindo o LRDU), cada torre de acionamento é preferencialmente atribuída a um intervalo de tempo de correção que é um período de tempo fixo posterior ao intervalo de tempo anterior. De acordo com modalidades preferenciais, os intervalos de tempo sucessivos podem ser incrementados em qualquer lugar de 0,01 a 10 segundos. Correspondentemente, os movimentos corretivos de cada torre de acionamento podem ser escalonados de modo que a tensão do movimento possa ser minimizada.[032] Referring now to FIGs. 5 to 6, a flowchart illustrating a first alignment method in accordance with a first preferred embodiment of the present invention will now be discussed further. As shown in FIG. 5, in a preferred first step 502, the base/pivot point tower controller of the present invention preferably queries each drive tower control unit to determine the presence and status of each drive tower. In the next step 504, the base tower controller preferentially transmits timing data from the controller to each drive tower control unit. In this way, the base tower controller preferentially confirms that the timing of each drive tower controller is synchronized with the timing of the base tower. In a next step 506, the base tower controller then preferably assigns a first correction time slot to the outermost drive tower control unit (preferably excluding the LRDU). In a next step 508, the base tower controller preferentially assigns a second correction time slot to the next downstream drive tower control unit. In a next step 510, the base tower controller preferably successively assigns additional times to successive downstream drive tower control units. In this way, starting from the outermost drive tower (preferably excluding the LRDU), each drive tower is preferably assigned to a correction time slot that is a fixed time period later than the previous time slot. According to preferred embodiments, successive time intervals may be incremented anywhere from 0.01 to 10 seconds. Correspondingly, the corrective movements of each drive tower can be staggered so that the movement stress can be minimized.
[033] De acordo com modalidades preferenciais alternativas, as comunicações entre o controlador de pivô e entre as torres podem não ser necessárias ou utilizadas. Correspondentemente, cada controlador de torre pode ser programado para armazenar informações de intervalo de tempo e executar movimentos corretivos independentemente sem comunicação com outros elementos de máquina de irrigação. Ainda adicionalmente, cada controlador de torre também pode executar independentemente movimentos corretivos autonomamente, sem quaisquer informações de intervalo de tempo e sem qualquer comunicação com outras torres de irrigação.[033] According to alternative preferred embodiments, communications between the pivot controller and between towers may not be necessary or used. Correspondingly, each tower controller can be programmed to store time interval information and perform corrective movements independently without communication with other irrigation machine elements. Still additionally, each tower controller can also independently perform corrective movements autonomously, without any time interval information and without any communication with other irrigation towers.
[034] Com referência agora à FIG. 6, dentro de cada intervalo de tempo atribuído, cada controlador de torre pode, então, preferencialmente, executar independente e sucessivamente uma primeira etapa 512, 516, 520 de receber uma leitura de sensor de alinhamento. Depois disso, cada controlador de torre pode, então, preferencialmente, dentro de cada intervalo de tempo atribuído, independente e sucessivamente executar uma segunda etapa 514, 518, 522 de desempenhar uma correção de alinhamento baseada na leitura de sensor de alinhamento recebida. De acordo com uma modalidade preferencial, os algoritmos de detecção/correção de alinhamento procedem preferencialmente da torre de acionamento mais exterior (ou seja, mais próxima do LRDU) para a torre de acionamento mais interna (isto é, mais próxima do pivô central ou carrinho). Conforme discutido em relação à FIG. 4 acima, cada controlador de torre de acionamento pode preferencialmente direcionar seus respectivos sistemas de acionamento para acelerar ou desacelerar independentemente, dependendo se o alinhamento detectado está acima ou abaixo da banda ideal. De acordo com uma primeira modalidade preferencial, se o alinhamento detectado estiver dentro da banda ideal, a torre de acionamento de controle manterá preferencialmente sua velocidade atual. De acordo com uma modalidade preferencial alternativa, se o alinhamento detectado estiver dentro da banda ideal, mas ainda acima/abaixo do ponto central, a torre de acionamento de controle pode preferencialmente fazer com que o acionamento acelere/desacelere um valor incrementado.[034] Referring now to FIG. 6, within each assigned time slot, each tower controller may then preferably independently and successively perform a first step 512, 516, 520 of receiving an alignment sensor reading. Thereafter, each tower controller may then preferably within each allotted time slot independently and successively perform a second step 514, 518, 522 of performing an alignment correction based on the received alignment sensor reading. According to a preferred embodiment, the alignment detection/correction algorithms preferentially proceed from the outermost drive tower (i.e., closest to the LRDU) to the innermost drive tower (i.e., closest to the center pivot or cart). ). As discussed with respect to FIG. 4 above, each drive tower controller may preferentially direct its respective drive systems to accelerate or decelerate independently depending on whether the detected alignment is above or below the optimal band. According to a first preferred embodiment, if the detected alignment is within the ideal band, the control drive tower will preferentially maintain its current speed. According to an alternative preferred embodiment, if the detected alignment is within the ideal band, but still above/below the center point, the control drive tower may preferably cause the drive to accelerate/decelerate an incremental amount.
[035] De acordo com modalidades preferenciais da presente invenção, os controladores de torre de acionamento podem preferencialmente acelerar ou desacelerar suas respectivas torres de acionamento de uma variedade de maneiras. Essas formas podem incluir: ajustar o ciclo de trabalho de um motor de partida-parada; reduzindo a RPM de um motor de movimento constante (velocidade variável), como um motor de relutância comutada ou um motor de indução acionado por um conversor de frequência; ou por outros métodos. De acordo com uma modalidade preferencial alternativa, a velocidade de uma roda de acionamento pode ser controlada ajustando ou alterando a velocidade média programada da roda de acionamento. Correspondentemente, cada torre de acionamento pode atualizar independentemente a velocidade média programada de cada torre conforme necessário e pode continuamente alternar entre a detecção de localização e atualização das velocidades médias programadas de cada torre para minimizar o desalinhamento das torres.[035] In accordance with preferred embodiments of the present invention, drive tower controllers may preferably accelerate or decelerate their respective drive towers in a variety of ways. These ways may include: adjusting the duty cycle of a start-stop motor; reducing the RPM of a constant motion (variable speed) motor, such as a switched reluctance motor or an induction motor driven by a frequency converter; or by other methods. According to an alternative preferred embodiment, the speed of a drive wheel can be controlled by adjusting or changing the programmed average speed of the drive wheel. Correspondingly, each drive tower can independently update each tower's programmed average speed as needed, and can continuously switch between location sensing and updating each tower's programmed average speeds to minimize misalignment of the towers.
[036] De acordo com outras modalidades preferenciais, o algoritmo de alinhamento da presente invenção pode operar quando a máquina está parada ou durante a operação e funcionamento do sistema de irrigação. Adicionalmente, o algoritmo e o sistema da presente invenção podem ser usados para alinhar inicialmente as torres cada vez que a máquina é iniciada (isto é, no início do movimento da máquina, em vez de em tempo real, durante o movimento da máquina).[036] According to other preferred embodiments, the alignment algorithm of the present invention can operate when the machine is stopped or during the operation and operation of the irrigation system. Additionally, the algorithm and system of the present invention can be used to initially align the turrets each time the machine is started (i.e., at the beginning of machine movement, rather than in real time, during machine movement).
[037] De acordo com um algoritmo alternativo exemplar, os alinhamentos podem ser calculados e ajustados para dentro de grupos selecionados e subgrupos de torres. Dessa forma, os maiores erros de alinhamento em um determinado subgrupo de torres podem ser identificados e ajustados localmente. Preferencialmente, os cálculos e ajustes pelas torres de acionamento de acordo com a presente invenção podem ser desempenhados continuamente em tempo real para manter o alinhamento durante a irrigação.[037] According to an exemplary alternative algorithm, alignments can be calculated and adjusted for within selected groups and subgroups of towers. This way, major alignment errors in a given subgroup of towers can be identified and adjusted locally. Preferably, calculations and adjustments by the drive towers in accordance with the present invention can be performed continuously in real time to maintain alignment during irrigation.
[038] Embora as descrições acima com relação à presente invenção contenham muita especificidade, elas não devem ser interpretadas como limitações do escopo, mas sim como exemplos. Muitas outras variações são possíveis. Por exemplo, os elementos de processamento da presente invenção pela presente invenção podem operar em várias frequências, tensões, correntes e configurações de barramentos diferentes. Adicionalmente, as comunicações fornecidas com a presente invenção podem ser designadas para serem de natureza duplex ou simplex. Adicionalmente, os sistemas da presente invenção podem ser usados com qualquer disposição de torres de acionamento, incluindo sistemas de pivô linear e central. Adicionalmente, conforme as necessidades exigem, os processos de transmitir dados para e a partir da presente invenção podem ser designados para serem empurrados ou puxados por natureza. Ainda, adicionalmente, cada característica da presente invenção pode ser feita para ser ativada remotamente e acessada a partir de estações de monitoramento distantes. Correspondentemente, os dados podem preferencialmente ser carregados e baixados da presente invenção conforme necessário.[038] Although the above descriptions regarding the present invention contain much specificity, they should not be interpreted as limitations of the scope, but rather as examples. Many other variations are possible. For example, the processing elements of the present invention may operate at various different frequencies, voltages, currents and bus configurations. Additionally, the communications provided with the present invention may be designed to be duplex or simplex in nature. Additionally, the systems of the present invention can be used with any drive tower arrangement, including linear and center pivot systems. Additionally, as needs require, the processes of transmitting data to and from the present invention may be designed to be push or pull in nature. Still further, each feature of the present invention can be made to be activated remotely and accessed from distant monitoring stations. Correspondingly, data can preferably be uploaded and downloaded from the present invention as needed.
[039] Correspondentemente, o escopo da presente invenção deve ser determinado não pelas modalidades ilustradas, mas pelas reivindicações anexas e seus equivalentes legais.[039] Correspondingly, the scope of the present invention should be determined not by the illustrated embodiments, but by the attached claims and their legal equivalents.
Claims (23)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201862744388P | 2018-10-11 | 2018-10-11 | |
| US62/744,388 | 2018-10-11 | ||
| PCT/US2019/054608 WO2020076618A1 (en) | 2018-10-11 | 2019-10-04 | System and method for cascading alignment of independent drive systems |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BR112021006774A2 BR112021006774A2 (en) | 2021-07-13 |
| BR112021006774B1 true BR112021006774B1 (en) | 2023-08-08 |
Family
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