-
Verfahren zum Steuern der Wasserzufuhr zu einer Bewässerungs-
-
oder Beregnungsanlage und Schaltungsanordnung zum Durchführen dieses
Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Wasserzufuhr zu
einer Bewässerungs- oder Beregnungsanlage für Flächen, wie Landwirtschaftlich genutzte
Flächen, Gurten oder Sportplätze, mit dem Ziel, die Bodenfeuchtigkeit konstant zu
halten, mit Erzeugung eines Steuersignales zum Öffnen und Schließen eines in einer
Wasserzuleitung liegenden Bewässerungsventiles nach Maßgabe der von einem im Boden
befindlichen Sensor an eine Steuerlogik abgegebenen Meßwertsignale. Die Erfindung
betrifft weiter eine Schaltungsanordnung zum Durchführen dieses Verfahrens.
-
Eine althergebrachte Möglichkeit zum Bewässern von zum Beispiel Gärten
oder Sportplätzen liegt darin, daß der Gärtner oder Platzwart die Bodenfeuchtigkeit
beurteilt, einen Blick zum Himmel wirft und gegebenenfalls auch den Wetterbericht
in seine Überlegungen einbezieht. Wenn er dann eine zu geringe Bodenfeuchtigkeit
feststellt und annimmt, daß es innerhalb der nächsten Stunde oder Tage nicht regnen
und auch keinen Frost geben wird, wird er ein Bewässerungsventil öffnen und/oder
den Garten oder Platz mit dem Schlauch besprengen. Wenn aus dem einen oder anderen
Grund kein Gärtner er Platzwart vorhanden ist, ist eine selbsttätige Steuerung des
Bewässerungsventiles nach Maßgabe der mit einem Sensor gemessenen Bodenfeuchtigkeit
denkbar.
-
Solche automatisch ablauf enden Bewässerungsverfahren sind bekannt.
Bei ihnen wird die Bodenfeuchtigkeit mit einem in das Erdreich eingelegten Sensor
gemessen0 Bei Unterschreiten eines
Sollwertes wird das Bewässerungsventil
geöffnet und so lange offen gehalten, bis es durch eine Zeituhr nach einer einstellbaren
Zeit wieder geschlossen wird. Innerhalb dieser Zeitspanne wird dem Boden eine bestimmte
Wassermenge zugeführt. In den seltensten Fällen wird mit dieser die gewünschte Bodenfeuchtigkeit
erreicht. Die Wahrscheinlichkeit spricht dafür, daß der Boden zu wenig oder zu stark
bewässert wird. Es ist auch bekannt, das Bewässerungsventil nur zu bestimmten Zeiten
zu Öffnen. Zum Beispiel soll nur in den Abendstunden oder am frühen Morgen bewässert
werden. Unabhängig davon, wann bewässert wird, ist bei den bekannten Verfahren nicht
sichergestellt,daß der Boden genau bis zum Erreichen der gewünschten Feuchtigkeit
bewässert wird und er nicht zu wenig oder zu viel Wasser erhält.
-
Hiervon ausgehend stellt sich für die vorliegende Erfindung die Aufgabe,
ein Verfahren der eingangs genannten Gattung so weiterzu-entwickeln, daß der Boden
nur bis zum Erreichen der gewünsch ten Feuchtigkeit bewässert wird und er nicht
mehr und nicht weniger Wasser erhält. Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich bei
dem Verfahren der eingangs genannten Gattung nach der Erfin dung dadurch, daß eine
Boden-Sollfeuchtigkeit in der Steuerlogik eingestellt und diese Steuersignale zum
öffnen und Schließen des Bewässerungsventiles derart abgibt, daß die Bodenfeuchtigkeit
den Sollwert erreicht und auf diesem verbleibt. Das heißt, daß durch die Eingabe
einer Boden-Sollfeuchtigkeit in die Stezerlogik der Sensor nicht nur die Bewässerung
durch Öffnen des Bewässerungsventiles einleitet, sondern nach Erreichen der gewünschten
Bodenfeuchtigkeit durch Schließen des Bewässerungsventiles auch wieder beendet.
Hiermit wird auf überraschend einfache Weise erreicht, daß dem Boden genau die erforderliche
Wassermenge zugeführt wird und er nicht zu trocken bleibt oder zu naß wird.
-
Gleichzeitig wird die mit einer übermäßigen Bewässerung verbundene
Wasserverschwendung vermieden.
-
Die Boden-Sollfeuchtigkeit legt der Banutzer des erfindungsgemä-Ben
Verfahren nach seinem Fachwissen und seiner Beurteilung der örtlichen Gegebenheiten
fest. Die von ihm in die Steuerlogik eingegebene Boden-Sollfeuchtigkeit wird von
dieser exakt eingehaltens
Damit verbleibt auch der Boden immer
auf der einmal eingestellten Feuchtigkeit.
-
Eine vernunftige und wassersparende Bewässerung verlangt, daß der
Boden nur dann kenntlich bewässert wird, wenn feststeht, daß ihm nicht in naher
Zukunft durch nattirliche Niederschläge Wasser zugeführt wird. Dies entspricht auch
dem Verhalten eines Gärtners oder Platzwartes, die einen Garten oder einen Sportplatz
dann nicht künstlich bewässern werden, falls sie durch Beobachten des Himmels oder
Abhören des Wetterberichtes wissen, daß es in Kürze regnen wird. Bei den bekannten
Bewässerungsverfahren wird diese zukünftige Wetterentwicklung nicht berücksichtigt.
Deshalb kommt es vor, daß während oder kurz nach Öffnen des Bewässerungsventiles
Niederschläge eintreten und die künstliche Bewässerung daher überflüssig und nur
kostentreibend war. Weiter kommt es insbesondere in Übergangszeiten, während derer
die Anlage noch nicht abgeschaltet ist, vor, daß nach oder während einer künstlichen
Bewässerung Frost eintritt. Auch dann war die künstliche Bewässerung nutzlos und
verursacht nur Schaden. Dies heißt, daß die bekannten Verfahren die vorausschauende
Wetterbeurteilung durch einen Menschen nicht ersetzen und daher nur eine unvollständige
Automatik darstellen. Die bekannten Sten erungsverfahren sind deshalb insbesondere
dort mit großen Nachteilen verbunden oder überhaupt nicht einzusetzen, wo eine überprüfung
durch einen Menschen praktisch nicht oder nur in großen Zeitabständen möglich ist.
Als Beispiele seien sehr große landwirtschaftlich genutzte Flächen oder die Gärten
an Zweitwohnungen. oder Ferienhäusern genannt, die Über große Zeiträume leer stehen.
Mit der Erfindung wird diesem überstand dadurch abgeholfen, daß der Luftdruck in
Zeitabständen gemessen,eine abnehmende Tendenz des Luftdruckes ermittelt und das
Steuersignal dahingehend Übersteuert wird, daß das Bewässerungsventil bei abnehmender
Tendenz geschlossen gehalten wird. Es ist eine Erfahrungstatsache, daß ein Abnehmen
des Luftdruckes, das heißt ein Aufziehen eines Tiefs, eine Wetterverschlechterung
oder das Auftreten von Niederschlägen bedeutet. Durch das erfindungsgemäße Ermitteln
einer abnehmenden Tendenz des Luftdruckes wird damit die vorausschauende Wetterbeurteilung
durch einen Menschen in
das automatische Steuerverfahren eingeschlossen
und damit das menschliche Verhalten im Hinblick auf die Bewässerung Oder Beregnung
fast vollständig nachgeahmt. Die Erfindung schließt dabed ein, daß die Länge der
Zeitabstände, an denen der Luftdruck gemessen wird, und die Stärke der Tendenz der
Luftdruckabn e, bei denen eine Übersteuerung erfolgt, einstellbar sind. Damit wird
das Verfahren an die örtlichen Gegebenheiten angepaßt. Zum Beispiel schlägt das
Wetter im Gebirge schneller als in der Tiefebene um.
-
Es kann nun vorkonmen, daß es ohne vorhergehende Abnahme des Luftdruckes
zum Regen kommt oder dieser aus vielen mAglichen Gründen plötzlich einsetzt. Es
wäre unvernünftig, eine einmal eingeleitete künstliche Bewässerung auch bei plötzlich
Regen bis zum Erreichen der gewünschten Bodenfeuchtigkeit fortzuset zen. Dies würde
bei anhaltendem Regen zu einer zu großen Feuchtigkeit führen und weiter eine Verschwendung
von Wasser darstellen. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist daher vorgesehen, daß natürlicher Wieder schlag mit einem Regensensor
erkannt und das Steuersignal bei Auftreten von Niederschlag unterdrückt wird, daß
das Bewässerungsventil geschlossen und bis zum Ende des Niederschlag geschlossen
gehalten wird und die Messung der Bodenfeuchtigkeit und die Betätigung des Bewässerungsventiles
durch das Steuersignal dann wieder aufgenommen werden. Falls der natürliche Nie
derschlag nicht zu der gewünschten Boden-Sollfeuchtigkeit führt, setzt die künstliche
Bewässerung nach Beendigung des Niederschlages sofort wieder ein.
-
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die
Luftfeuchtigkeit gemessen und die Boden-Sollfeuchtigkeit in Abhängigkeit von der
gemessenen Luftauchtigkeit verstellt wird.
-
Bei einer hohen Luftfeuchtigkeit wird die Boden-Sollfeuchtigkeit auf
einen niedrigeren Wert eingestellt, da die Pflanzen schon aus der Luft Feuchtigkeit
aufnehmen können oder ein Stauben schon infolge der hohen Luftfeuchtigkeit unterbleibt.
-
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß
Windgeschwindigkeit
und Lufttemperatur gemessen und mit der Luft drucktendenz und der Luftfeuchtigkeit
verknüpft: werden derart, daß bei bevorstehendem Niederschlag das Steuersignal dahingehend
unterdrückt und das Bewässerungsventil geschlossen gehalten wird.
-
Es gibt Gebiete, in denen Wolken durch Winde herangefthrt werden
und dait das Vorzeichen von Niederschlagen sind. Zusätzlich von der Windgeschwindigkeit
können diese Niederschläge auch von der Lufttemperatur, der Luftdrucktendenz und
der Luftfeuchtigkeit abhängig sein. Durch die Ermittlung und Verknüpfung dieser
Meßwerte wird die vorausschauende Wetterbeurteilung durch einen Menschen vollständig
ersetzt. Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren auch dort eingesetzt werden,
wo fern von Menschen und ohne eine in kürzeren Abständen erfolgende Uberwachung
durch einen Menschen Flächen vollständig selbsttätig bewässert oder beregnet werden
sollen. Damit eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zum Bewässert
oder Beregnen der bereits erwähnten großen landwirtschaftlich genutzten Flächen
oder der Garten von zweitwohnungen, die nicht ständig von Menschen Überwacht werden
können. Wie erwähnt, wird dabei auch die Luftfeuch tigkeit berucksichtigt. Bei hoher
Luftfeuchtigkeit wird die Boden-Sollfeuchtigkeit durch eine Verstellung an der Steuerlogik
zum Trocknen verschoben und umgekehrt.
-
Es gibt Wetterbedingungen, bei denen die Luftdrucktendenz und andere
Werte für das Auftreten von Niederschlägen sprechen.
-
Falls solche Wetterbedingungen bei Temperaturen in einem Bereich
von etwa -2° C bis zirka 100 C auftreten, soll unter Umständen trotzdem nicht bewässert
oder beregnet werden. Bei niedrigen Temperaturen können Pflanzen nicht tertrocknen,
und ein Wachstum braucht nicht durch Bewässerung gefordert zu werden. Ebenso kann
eine niedrige Temperatur das Herannahen von Frost bedeuten.
-
Um hier die menschliche Beurteilung darüber, daß eine Bewässerung
überflüssig ist, zu ersetzen, ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, daß
die Lufttemperatur gemessen und bei Erreichen einer einstellbaren Minimal-Temperatur
im Bereich von zirka -2° C bis zirka +100 C das Steuersignal unterdrtlckt und das
Brwässerungsventil geschlossen gehalten wird. Bei Auftreten von Frost muß eine Bewässerung
oder Beregnung auf jeden Fall
entfallen. Hierzu ist in einer weiteren
zweckmäßigen Ausgestaltung vorgesehen, daß bei Unterschreiten der einstellbaren
Minimal-Temperatur während eines einstellbaren Zeitraumes das Steuersignal für einen
einstellbaren Zeitraum unterdrückt und das Bewässerungsventil geschlossen gehalten
wird. Der Zeitraum, wäh rend dessen das Bewässerungsventil nach einem Unterschreiten
de einstellbaren Minimal-Temperatur geschlossen gehalten wird, richtet sich nach
der Zeit, die der Boden für ein Auftauen benötigt. Deshalb beginnt diese Zeitspanne
bei einem sich wiederholenden Unterschreiten der einstellbaren Minimal-Temperatur
immer wieder aufs Neue. Sie wird entsprechend den örtlichen Gegebenheiten, das heißt
den Bodenverhältnissen, eingestellt. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird der
Ablauf des Zeitraumes, während dessen das Bewässerungsventil geschlossen gehalten
wird, digital angezeigt.
-
Bei Absinken der Lufttemperatur unter 0° C müssen Wasser enthalt tende
Leitungen entleert werden. Anderenfalls können die Leftungen durch das Fxieren des
Wassers und das dann größere Eisvolumen zerstört werden. Gemäß der Erfindung werden
die Leitungen bei Auftreten von Frost in einer zweckmäßigen Ausgestaltung dadurch
entleert, daß ein zweites Steuersignal erzeugt und damit ein Entleerungsventil geöffnet
wird.
-
Es ist bekannt, daß im Frühjahr Pflanzen, insbesondere glühende Obstbäume,
durch Frost gefährdet sind und dieser die Blüten zer stört. Zur Abwehr dieser Frostschäden
werden die Blüten mit Was ser besprüht und damit mit einem Eismantel umschlossen.
Dieser Eismantel schützt die Blüten vor einem Erfrieren. Auch hierzu läßt sich das
erfindungsgemäße Verfahren in einer zweckmäßigen Ausgestaltung anwenden, indem die
Lufttemperatur gemessen und bei Unterschreiten der einstellbaren Minimal-Temperatur
das Steuersignal unterdrückt und das Bewässerungsventil während eines einstellbaren
kurzen Zeitraumes geöffnet und anschließend entleert wird.
-
Zur Anpassung an örtliche Gegebenheiten oder willkürliche Entscheidungen
des Anwenders des erfindun
in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen,
daß eine Zeit- oder Schaltuhr mitläuft und das Steuersignal nach Maßgabe einstellbarer
Zeiten unterdrtickt wird. Ebenso kann das Steuersignal auch nach Maßgabe des Signales
eines Dämmerungs- oder Helligkeitsschalters einstellbar unterdrtickt werden. Es
gibt zum Beispiel Sportplätze oder Gärten, die nicht zur Mittagszeit, nicht während
der Nacht oder gerade während der Nacht bewässert oder beregnet werden sollen. Das
erfindungsgemäße Verfahren läßt sich an solche speziellen Forderungen anpassen.
-
Grobe Flächen lassen sich nicht gleichzeitig bewässern. Große Flächen
einen auch aufgrund von veränderlichem Bewuchs, Baumbestand und dergleichen, unterschiedliche
Wasseranforderungen aufweisen. Zum Bewässern solch großer Flächen ist gemäß der
Erfindung vorgesehen, daß die Bodenfeuchtigkeiten niit mehreren im Abstand voneinander
in den Boden eingelassenen Sensoren gemessen werden, den Sensoren nach Anzahl und
Lage Bewässerungsventile zugeordnet sind und jedes nach Maßgabe des Sensors, dem
es zugeordnet ist, geöffnet und geschlossen wird. Große Flächen werden damit in
kleinere Sektoren unterteilt. In diesen ist jeweils ein Sensor und ein Bewässerungsventil
angeordnet. Damit können die Sektoren nacheinander bewässert werden.
-
Es kann nun vorkommen, daß der Wasserdruck und die Leitungsquerschnitte
nicht ausreichen, um die einzelnen Gebiete gleichzeitig zu bewässert. Hierzu ist
in einer zweckmäßigen Ausgestaltung vorgesehen, daß die verschiedenen Bewässerungsventile
nach Maßgabe des Querschnitts der Wasserzuleitung und des in dieser herr schenden
Druckes nacheinander und/oder gleichzeitig geöffnet und oder geschlossen werden.
Nach Maßgabe des Querschnittes der Wasserzuleitung und des in dieser herrschenden
Wasserdruckes können in einer weiteren Ausgestaltung nach der Erfindung Pumpen und/
oder Druckerhöher zugeschaltet werden. Gemäß der Erfindung wird damit der Ist-Druck
in der Wasserzuleitung gemessen. Sofern dieser nicht zum Bewässern mehrerer Sektoren
ausreicht, werden Pumpen oder Druckerhöher zugeschaltet und/oder die Sektoren nachein
ander bewässert.
-
Die bekannte Schaltungsanordnung zum Durchführen von Bewässerungs-
oder Beregnungsverfahren enthält mindestens einen Sensor zum Messen der Bodenfeuchtigkeit,
ein in einer Wasserzuleitung liegendes Bewässerungsventil und ein Entleerungsventil
und eine Steuerlogik, die das vom Sensor abgegebene Signal aufaDnst und ein Steuersignal
zum öffnen des Bewässerungsventils bildet. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
zum Durchführen des erfin- 1 dungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus,
daß die in der Steuerlogik enthaltenen und auf das vom Sensor abgegebene Signal
ansprechenden Einrichtungen einstellbar sind und bei eiindem einstellbaren Wert
ein das Bewässerungssignal schließendes Steuersignal abgeben.
-
In einer weiteren Ausgestaltung ist eine Luftdruckmeßeinrichtung|
vorgesehen und an die Steuerlogik angeschlossen, wobei die Steuerlogik Einrichtungen
zum Abfragen des Luftdrucks in einstellbaren Zeitabständen aufweist und derart geschaltet
ist, daS sie bei abfallender Tendenz des Luftdruckes ein das Bewässerungsven-1 til
schließendes Steuersignal bildet. Jede Beschaltung der Steu-| erlogik mit integrierten
Schaltungskreisen, logischen Elementen usw. fällt dabei in den Bereich der Erfindung.
Die moderne Elektronik kennt zahlreiche einander mehr oder weniger gleichwertige
Möglichkeiten zum Aufbau einer solchen Steuerlogik.
-
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung eine Wetterstation mit Einrichtungen zum Messen von Lufttemperatur
und -feuchtigkeit und Windgeschwindigkeit enthält, diese an die Steuerlogik angeschlossen
und diese derart geschaltet ist, daß sie die in sie eingegebenen Meßwerte in bezug
auf das Auftreten von Niederschlägen auswertet und bei bevorstehenden Niederschlag
ein das Bewässerungsventil schließendes Steuerventil bildet.
-
Dabei ist die Steuerlogik im einzelnen so geschaltet, daß sie bei
einer einstellbaren Temperatur ein das Bewässerungsventil schließendes oder öffnendes
Steuersignal erzeugt. Hierzu ist noch eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen des zeitlichen
Ablaufs der Schließung des Bewässerungsventiles vorgesehen. In einer
zweckmäßigen
Ausgestaltung ist die Steuerlogik weiter so geschaltet, daß sie bei Unterschreiten
der einstellbaren Minimal-Tqperatur ein das Bevässerungsventil schließendes und
ein das Entleerungsventil öffnendes Steuersignal bildet.
-
In einer letzten Ausgestaltung ist schließlich noch vorgesehen, daß
die Steuerlogik an eine Fernsprechleitung anschließbar und durch über diese zugeleitete
Signale einschaltbar ist.
-
Am Beispiel des in der Zeichnung gezeigten Blockschaltbildes wird
die Erfindung nun weiter beschrieben.
-
Im oberen Teil des Blockschaltbildes wird die Spannungsversorgung
gezeigt. Sie enthält ein Netzteil la, das ueber einen Hauptschalter 2a an das Netz
angeschlossen wird. Dieser Schalter kann ein Schlüsselschalter sein. Statt über
das Netz kann die Anlage auch durch Solarzellen Ib gespeist werden. Bei Netzausfall
oder fehlendem Sonnenlicht wird die Anlage aus Akkumulatoren gespeist Diese sind
über eine Ladesteuerung an das Netzteil und die Solar zellen angeschlossen. Eine
Schaltuhr 2b und/oder ein DXmmerungsschalter 2c können in die Steuerung eingreifen
und unmittelbar auf das Netzteil einwirken. Ebenso kann die Anlage über eine Fernsprechleitung
an- und ausgeschaltet werden. Dies wird mit dem Symbol 2d für ein Telefon angedeutet.
Die Kriterien für die Wettervoraussage werden an mehreren Stellen erfaßt. Das Blockschaltbild
zeigt die Messung der Lufttemperatur bei 3a, die Messung des Luftdruckes, die Ermittlung
der Luftdrucktendenz, die Messung der Luftfeuchtigkeit und der Windgeschwindigkeit
bei-3c.
-
Die Bodenfeuchtigkeit wird mit einem Sensor 3b gemessen. Dabei können
mehr als ein Sensor verwendet werden. Slmtllche vorstehenden MeSwertgeber sind an
die Steuerlogik angeschlossen. An .
-
diese ist weiter ein Rückstellschalter "Reset" angeschaltet. Das Blockschaltbild
zeigt weiter einen an die Steuerlogik angeschlossenen Zeitgeber 4. Über diesen ist
das Bewässerungsventil an die Steuerlogik angeschlossen. Der Zeitgeber bestimmt
die Zeit der Öffnung bzw. Schließung des Bewässerungsventiles. Das Blockschaltbild
zeigt weiter das Entleerungsventil 5. Gemäß der Darstellung ist es unmittelbar an
die Einrichtung 3a zum Messen
der Lufttemperatur angeschlossen.
Es öffnet bei Abfall der Lufttemperatur unter die einstellbare Minimal-Temperatur.
An diese Einrichtung 3a zur Messung der Lufttemperatur ist auch die Verzögerung
8 angeschlossen. Sie tritt bei einem Ansteigen der Temperatur vom Minimal-Wert bis
auf einen höheren Betrag in Tätigkeit Bei einem solchen Anstieg der Temperatur verzögert
sie eine Bewässerung um einen einstellbaren Zeitraum bis zu etwa sieben Tagen. Innerhalb
dieser Zeit taut der Boden vollständig auf. Das Blockschaltbild zeigt auch noch
die Vereisungseinrichtung 9. Sie wird von der Einrichtung 3a zum Messen der Lufttemperatur
gesteuert. Wie ausgeführt, bewirkt sie, daß Blüten bei Frost für eine vorgegebene
Zeit beregnet und damit vereist werden. Nach einer solchen Bewässerung wird die
Anlage automatisch entleert.
-
Manuell kann die gesamte Anlage auch über einen Handschalter 10 eingestellt
werden.
-
Zum Einschwemmen von Dünge- oder Pflanzenschutzmitteln wird ein Schalter
11 gedrückt. Hierdurch wird das bzw. werden die Bew§sserungsventile geöffnet,und
der bzw. die Sektoren werden für eine einstellbare Zeit beregnet. Dabei sind die
in diesen Sektoren befindlichen Sensoren abgeschaltet.
-
L e e r s e i t e