Установка для культивирования водных организмов Советский патент 1986 года по МПК A01K61/00 

проводы с оросителями, соединенными посредством регулирующего вентиля с насосом подачи воды, причем в герметическом съемном своде выполнены продольные щели, закрытые оптически прозрачным материалом, а соответствующие концы перфорированной водосточной трубы посредством вентилей сообщены с контуром циркуляции воды и водосливной трубой с вертикально расположенными водослив1 ыми патрубками, при этом каждая водосливная труба верхнего канала сообщена с выходным концом перфорированной водосточной трубы нижележащего канала и системой автоматичес1

Изобретение относится к гидробиологии и экологии, генетики и селекции для выполнения экспериментальных работ с растительными и животными организм-ами, в частности к установкам для культивирования водных и земноводных организмов, и может быть использорана в рыбоводстве для массового разведения гидробионтов в искусственных условиях.

Цель изобретения - повыщение надеж ности работы установки и воспроизведение смоделированных условий температурного режима почвенной среды и режима осадков.

На фиг. 1 схематически изображена структурная схема установки для культивирования водных организмов; на фиг. 2 - резервуар для культивирования организмов, общий вид с торца; на фиг. 3 - то же, вид сверху; на фиг. 4 - резервуар для культивирования организмов, поперечный разрез (сечение А-А на фиг. S); на фиг. 5 - сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. б - система трубопроводов подачи и отвода воды из резервуара для культивирования организмов, аксонометрия; на фиг. 7 - фрагмент резервуара для культивирования организмов с системой автоматического регулирования температуры почвы; на фиг. 8 - фрагмент резервуара для культивирования организмов с водопроводной системой, системой регулирования давления и с блоком датчиков температуры, давления и относительной влажности воздуха; на фиг. 9 - система подготовки зоды и воздуха заданных параметров с замкнутым контуром циркуляции воды; на фиг. 10 - система регулирования освещенности по спектральным составляющим с блоками коррекции освещенности по спектральным составляющим; на фиг. 11 - схема системы автоматическокого регулирования температуры, давления и влажности воздуха, температуры воды, газового режима воды, освещенности по спектральным составляющим, посредством аналого-цифрового преобразователя связаны с системой индикации фактических параметров и блоком сравнения, последний подключен к пороговому и запоминающему устройствам и к управляющему микропроцессору, соединенному с календарем-часами, 6viOKOM программирования пульта ввода и управления заданными климатическими параметрами, индикатором заданных значений параметров.

2

го регулирования климатических параметров; на фиг. 12 - структурная схема комплекса автоматического управления климатическими параметрами в установке для куль- тивированин водных организмов.

Установка для культивирования водных организмов состоит из искусственной экологической системы, в которой задаваемые климатические параметры и физико-химичес кие параметры внещней среды обеспечиваются посредством системы подготовки заданных параметров воздуха, воды и регулирования заданных параметров почвенной среды. Управление режимом работы как искусственной экологической среды, так и сис5 темой подготовки заданных параметров воздуха, воды и почвенной среды обеспечивается посредством систем автоматического регулирования задаваемьЕХ параметров комплекса автоматического управления режимами работы установки. Автономные сис0 темы автоматического регулирования посредством датчиков и регуляторов связаны со средой искусственной экологической системы и ее системой подготовки заданных параметров воздуха, воды и почвенной сре5 ды, а также связаны по соответствующим каналам с управляющими микропроцессорами и системой индикации заданных и фактических параметров, причем управляющие микропроцессоры и система индикации связаны с пультом управления, а пульт ун0 равления и управляющие микропроцессоры связаны с автономным календарем-часами. Пульт управления также связан с командно-измерительным комплексом климатических параметров заданной местности. Система автоматического регулирования

5 параметров, управляющие микропроцессоры, системы индикации, автономный календарь-часы и пульт управления в целом

составляют комплекс автоматического управления климатическими параметрами.

В предлагаемой установке информация о климатических и физико-химических параметрах внешней среды искусственной экологической системы в виде з.тектрических сигналов от датчиков через усилители поступают в соответствующие системы автоматического регулирования климатических параметров.

С каждой системы автоматического регулирования параметров по соответствующим каналам информация поступает на систему индикации фактических параметров. В свою очередь, система индикации связана с пультом управления. Пульт управления связан также с группой управляющих микропроцессоров, количество которых соответствует количеству систем автоматического регулирования параметров и каждый из них связан с соответствующей системой автоматического регулирования определенного параметра. Группа управляющих микропроцессоров связана также и с системой индикации. Автономный календарь-часы связан с пультом управления и с группой управляющих микропроцессоров. Пульт управления связан с командно-измерительным комплексом климатических параметров заданной местности.

Заданные режимы функционирования системы в целом обеспечиваются посредством системы автоматического регулирования по каждому параметру в отдельности и соответствующих регуляторов, которые путем воздействия на определенные механизмы обеспечивают регулирование задаваемых параметров в искусственной экологической системе.

Предлагаемая установка для культивирования водных организмов обеспечивает культивирование организмов в условиях водной среды , водной среды и суши или же в условиях только суши. Такие конструктивные особенности установки дают возможность культивировать организмы с широким диапазоном их экологических особенностей в условиях искусственного климата или же в смоделированных климатических условиях заданной местности. Такая установка может работать в автоматическом режиме как аквариум, террариум или как климатическая камера.

Искусственная экологическая система установки - резервуар 1 для культивирования организмов совместно с культивированными организмами.

Резервуар 1 представляет собой прямоугольную в плане емкость, стенки которой своими нижними концами переходят в днище 2, последнее выполнено двухстенным для образования термостатирующей рубашки 3. Кроме того, в днище 2 на всю длину резервуара 1 каскадно расположены каналы 4, представляющие собой углубление в днище 2

5

С вертикальными стенками, переходящими в желоба, в каждом из которых расположен перфорированный трубопровод 5.

Перфорированные трубопроводы 5 уло- жены с УКЛОНОМ не менее 0,02 в желобах продольных каналов 4 для обеспечепия самотека ВОДЬ.

Желоба продо;1ьнь х каналов 4 днища 2 отделены от самих каналов посредством поперечной дырчатой перегородки 6 с вер- 0 тикально расположенными водосливными патрубками 7, выполненными по высоте, равной верхней продольных каналов 4. Под дырчатой перегородкой б расположена в желобе каждого продольного канала 4 над перфорированным трубопроводом 5 водосливная груба 8 с переходящими через дырчатую перегородку 6 с водосливными патрубками 9, высота которых ниже водосливных патрубков 7 поперечной перегородки 6. В каждом из каналов 4 на дыр- 0 чатой перегородке 6 расположен почвенный субстрат 10, внутри которого вдоль расположены термостатирующие трубы П.

Кроме того, на стенках днища 2 между каналами 4 расположены трубопроводы 12, соединенные посредством вентилей 13 с оро- 5 сителями 14. В н:орпусе резервуара 1 расположена площадка 15 обслуживания, а сверху корпуса резервуара 1 расположено герметическое перекрытие 1. Площадка 15 обслуживания сообщена с внешней средой посредством шлюзовой камеры 17. В корпусе резевуара 1 имеются также вентиляционные окна 18. На пологих стенках перекрытия 16 расположены щели 19, являющиеся оптически прозрачными для светового излучения. На щелях 19 расположены щелевые блоки 20 коррекции светового режима по спектральным составляющим. Блоки 20 оснащены комплектами источников 21 искусственного света. Кроме того, внутри резервуара 1 над сводом перекрытия 16 расположены источники 22 искусственного 0 света.

Резервуар 1 для культивирования организмов посредством перфорированных трубопроводов 5, водосливных труб 8 с водосливными патрубками 9 и соответствую щих вентилей соединен с замкнутым контуром циркуляции воды.

Контур циркуляции воды включает в себя блок 23 подготовки воды и воздуха заданных параметров, последний представляет из себя систему емкостей с расположенными в них барботерами, связанными с воздуходувкой 24. от которой по воздухопроводу с регулирующим вентилем 25 подается сжатый воздух для насыщения воды кислородом до заданного значения.

5Блок 23 обеспечивает также подготовку

воздуха заданной влажности посредством забора системой змеевиков увлажненного до полного насыщения воздуха и атмосферного

0

0

воздуха, прошедшего полное осушение. Кроме того, увлажненный и осушенный воздух в системе змеевиков подвергается предварительной температурной обработке.

С блока 23 вода поступает в контур цир- куляции воды, трубопроводная коммуникация которого включает насос 26 подачи воды, сообщенный посредством вентиля 27 с холодильником 28 и электронагревателем 29. Посредством обратного клапана 30 и вентилей 31 и 32 контур циркуляции воды под- ключен к резервуару 1 культивирования организмов через вентиль 33.

Для подачи воды непосредственно в резервуар 1 перфорированные трубопроводы 5 каналов 4 посредством вентилей 33 сооб- щены с контуром циркуляции воды. В этом случае в перфорированные трубопроводы 5 вода поступает через обратный клапан 30 при закрытом вентиле 31.

Выходной конец водосточной трубы 8 с водосливными патрубками 9 верхнего канала 4 сообщен с выходным концом перфорированного трубопровода 5 нижележащего (среднего) канала 4, а выходной конец водосточной трубы 8 с водосливными патрубками 9 сообщен также с выходным концо.ч перфорированного трубопровода 5 нижележащего (крайнего справа) канала 4, водосточная труба 8 с водосливными патрубками 9 которого сообщена посредством вентиля 34 и 35 с перфорированным трубопроводом 5 этого же канала 4.

Для подачи воды из резервуара 1 в контур циркуляции водосточные трубы 8 с водосливными патрубками 9 и перфорированные водосточные трубы 5 своими выходными концами посредством вентилей 36 и 32 сообщены с контуром циркуляции воды, в состав которого также входит система фильтров 37 и деаэратор 38, сообщенные посредством вентиля 39 с насосом 40 подачи воды в блок 23 подготовки воды и воздуха заданных параметров.

Для обеспечения заданного режима осад- ков трубопроводы 12, расположенные в резервуаре 1 посредством регулирующего вентиля 41 и трубопровода 42 с регулировочным вентилем 43, сообщены с насосом 26

подачи воды.

Для обеспечения заданной температуры и влажности воздуха в резервуаре 1 осу- щенный воздух по линии подачи осушенного воздуха с блока 23 поступает через регулирующий вентиль 44, а увлажненный до полного насыщения воздух с блока 23 поступает через регулирующий вентиль 45. Линии подачи осушенного и увлажненного воздуха посредством регулирующих вентилей 44 и 45 сообщены с компрессором 46, который нагнетает воздух заданной влаж- ности в линию подачи термостатированного воздуха заданной влажности, включающей в себя холодильник 47, электронагре5

5

0 Q

5

0

5

0 5

ватель 48, из которых воздух далее поступает по воздухопроводу 49 в резервуар I.

Для обеспечения установки для культивирования водных организмов необходимым количеством воды контур циркуляции воды посредством трубопровода с вентилем 50 сообщен с источником водоснабжения.

Опорожнение и сброс воды из установки в канализацию осуществляется посредством трубопровода с вентилем 51.

Воздухопроводная коммуникация регулирования давления воздуха в резервуаре 1 состоит из воздухопроводов линии регулирования избыточного давления воздуха в резервуаре 1, включающей в себя обратный клапан 52 и регулирующий вентиль 53, а также состоит из линии регулирования пониженного давления воздуха в резервуаре 1, включающей в себя обратный клапан 54, регулирующий вентиль 55 и компрессор 56.

При работе установки для культивирования водных организмов как климатической камеры предусмотрена система сброса дренажных вод через систему регулирования давления воздуха в резервуаре 1 с последующей подачей дренажных вод в контур циркуляции воды. В этом случае водосточные трубы 8 с водосливными патрубками 9 и перфорированные водосточные трубы каналов 4 посредством регулировочного вентиля 36 и трубопровода с обратным Kvia- паном 57 связаны с линиями регулирования избыточного и пониженного давления воздуха через обратные клапаны 52 и 54. Дренажные воды в виде водовоздушной пульпы и конденсата поступают затем через собирательные воронки 58 и 59 по трубопроводу 60 в бак 61 сбора дренажных вод, из которого по трубопроводу с регулировочным вентилем 62 посредством насоса 40 вода подается на блок 23.

Для регулирования температурного режима почвы в установке для культивирования водных организмов в почвенном субстрате 10 продольных каналов 4 расположены термостатирующие трубы 7, входные концы которых сообщены посредством регулировочных вентилей 63 с контуром циркуляции теплоносителя, а выходные концы труб 7 также посредством регулировочных вентилей 64 сообщены с контуром циркуляции теплоносителя. Кроме того, термостати- рующая рубашка 3 также сообщена посредством регулировочных вентилей 65 и 66 с контуром циркуляции теплоносителя. Трубопроводная коммуникация контура циркуляции жидкого теплоносителя включает в себя насос 67 подачи теплоносителя, а также холодильник 68 и электронагреватель 69, через которые по трубопроводам жидкий теплоноситель далее поступает в тер.моста- тирующую рубашку 3 и термостатирующие трубы 7 через открытые вентили 63 и 65.

Выходные концы термостатирующих труб 7 и термостатирующая рубашка 3 сообщены посредством трубопроводов с вентилями 64 и 66 со всасывающим патрубком насоса 67, образуя замкнутый контур цирку- ляции жидкого теплоносителя в резервуаре 1.

Система регулирования освещенности по спектральным составляющим установки состоит из источников 22 искусственного света и щелевых блоков 20 коррекции осве- щенности по спектральным составляющим, оснащенные комплектами источников 21 искусственного света. Щелевые блоки 20 коррекции освещенности по спектральным составляющим представляют собой трубы с внутренней зеркальной поверхностью и имеющие продольные щели 70 для равномерного распределения выходящего в процессе многократного отражения и перемещивания внутри них светового потока разных спектральных составляющих от источников 21 искусственного света. Щелевые блоки 20 торцами своих щелей 70 укреплены на оптически прозрачных щелях 19 перекрытия 16 для обеспечения подачи заданного спектрального состава светового потока в резервуар 1.

Установка для культивирования водных, земноводных и наземных организмов оснащена системой автоматического регулирования температуры воздуха, системой автоматического регулирования давления воз- духа, системой автоматического регулирования относительной влажности воздуха, системой автоматического регулирования температуры воды, системой автоматического регулирования газового режима водной среды, системой автоматического регулирования ос- вещенности по спектральным составляющим, системой автоматического регулирования коррекции освещенности по спектральным составляющим, системой автоматического регулирования температурного режима почвенной среды и системой автоматического ре- гулирования режима осадков.

Система автоматического регулирования температуры воздуха состоит из датчика 71 температуры воздуха, связанного с усилителем 72 сигналов температуры воздуха, последний по каналу 73 связан с нормали- затором 74 уровня сигналов температуры, представляющий собой электронное устройство, которое пропорционально уменьшает или увеличивает амплитуду электрического сигнала в соответствии с требованиями для входных сигналов типового аналого-цифрового преобразователя. Выход нормализатора 74 связан с аналого-цифровым преобразователем 75, выход которого связан с блоком 76 сравнения, а также связан с системой индикации фактических значений па- раметров. Кроме того, блок 76 сравнения связан с пороговым устройством 77, предназначенным для контроля работоспособ

ности систем автоматического регулирования температуры воздуха и подачи аварийного сигнала на систему индикации, а также для блокировки неисправного сигнала регулирования температуры воздуха. Блок 77 представляет собой электронное устройство, которое анализирует уровень входного сигнала и при превышении заданного уровня выдает сигнал на систему контроля . Выход блока 77 связан системой индикации контроля работоспособности каналов регулирования.

Выход блока 76 также связан с запоминающим устройством 78, которое предназначено для хранения управляющего значения регулируемого параметра (температуры воздуха), в цифровой форме и выход его связан с цифроаналоговым преобразователем 79, который связан с усилителем 80, последний по каналу 81 связан с регулятором 82 температуры, который управляет работой холодильника 47 и нагревателя 48.

Система автоматического регулирования воздуха состоит из датчика 83 давления воздуха, связанного с усилителем 84, который по каналу 85 связан с нормализатором 86, выход которого подключен к аналого-цифровому преобразователю 87, выход последнего связан с блоком 88 сравнения и системой индикации фактических значений регулируемого параметра. Блок 88 по входу также связан с микропроцессором 89 через канал 90, а по выходу он связан с пороговым устройством 91 и с запоминающим устройством 92. Выход устройства 91 связан с системой контроля работоспособности каналов регулирования.

Выход устройства 92 связан с цифроаналоговым преобразователем 93, который связан с усилителем 94, последний по каналу 95 связан с регулятором 96, который управляет работой регулирующего вентиля 35 линии регулирования избыточного давления воздуха в резервуаре 1, а также управляет работой регулирующего вентиля 55 и компрессором 56 линии регулирования пониженного давления воздуха в резервуаре 1.

Система автоматического регулирования относительной влажности воздуха состоит из датчика 97 относительной влажности воздуха, связанного с усилителем 98, последний по каналу 99 связан с нормализатором 100, выход которого подключен к аналого-цифровому преобразователю 101. По выходу преобразователь 101 связан с блоком 102 сравнения и системой индикации фактических значений параметров. Блок 102 по входу тоже связан с микропроцессором 103 по каналу 104. По выходу блок 102 связан с пороговым устройством 105, которое связано с устройством контроля работоспособности каналов регулирования и с запоминающим устройством 106, последнее соединено с цифроаналоговым преобразователем 107, который связан с усилителем 108. Усилитель 108 по каналу 109 связан с регулятором ПО относительной влажности воздуха, который управляет работой регулирующих вентилей 44 и 45 линий подачи увлажненного и осушенного воздуха в компрессор 46.

Система автоматического регулирования температуры воды состоит из датчика 1 11 температуры воды, связанного с усилителем 112 сигналов температуры воды, связанным по каналу 113 с нормализатором 114. Выход последнего подключен к анало- гоцифровому преобразователю 115. Преобразователь по выходу связан с блоком 116 сравнения и системой индикации фактичес- ких значений параметров. Блок 116 сравнения по выходу также связан с микропроцессором 117 посредством канала 118. По выходу блок 116 связан с пороговым устройством 119 и с запоминающим устройством 120. Выход устройства 119 также свя- зан с системой контроля работоспособности каналов регулирования. Выход устройства 120 связан с цифроаналоговым преобразователем 121, связанным по выходу со входом усилителя 122, последний по каналу 123 связан с регулятором 124, управляющим работой холодильника 28 и нагревателя 29.

Система автоматического регулирования концентрации растворенного в воде кислорода состоит из датчика 125 концентрации растворенного в воде кислорода, связанного с усилителем 126, который по каналу 127 связан с нормализатором 128. Выход последнего связан с аналого-цифровым преобразователем 129, последний по выходу связан с блоком 130 сравнения и с системой ин- дикации фактических значений параметров. Блок 130 сравнения соединен также с управляющим микропроцессором 131 по каналу 132. По выходу блок 130 сравнения связан с пороговым устройством 133 и с запоминающим устройством 134. Выход уст- ройства 133 также связан с системой контроля работоспособности каналов регулирования.

Выход устройства 134 соединен с цифро- аналоговым преобразователем 135, связанным по выходу с входом усилителя 136, последний по каналу 137 связан с регулятором 138, управляющим работой регулирующего вентиля 25.

Система автоматического регулирования освещенности по спектральным состав- ляющим состоит из датчика 139 освещенности по спектральным составляющим, связанным с усилителем 40 сигналов освещенности по спектральным составляющим, который по каналу 141 связан с нормализатором 142 сигналов освещенности по спект- ральным составляющим. Выход последнего связан с входом аналого-цифрового преобразователя 143, выход последнего связан

5

0

„ 0

Q 5

0

5

с блоком 144 сравнения и с системой индикации фактических параметров. Выход блока 144 сравнения связан с микропроцессором 145 посредством канала 146 с пороговым устройством 147 и с запоминающим устройством 148. Выход последнего связан также с системой контроля работоспособности каналов регулирования.

Выход запоминающего устройства 148 связан с цифроаналоговым преобразователем 149, подключенным выходом ко входу усилителя 150, который по каналу 151 связан с регулятором 152 освещенности по спектральным составляющим, который согласно сигналам подключает необходимые по спектральной характеристике источники 22 искусственного света.

Система автоматической регулировки и коррекции освещенности по спектральным составляющи.м состоит из датчика 139 освещенности по спектральным составляющим, который выдает, кроме сигналов общей освещенности, сигналы значений крайних составляющих видимой области спектра (ультрафиолетовые и инфракрасные участки спектра). Выходы датчика 139 связаны с усилителями 152 и 153, которые по каналу 154 связаны с нормализатором 155. Последний по выходу связан с аналого-цифровым преобразователем 156, выходы которого связаны с блоком 157 сравнения и с системой индикации фактических значений параметра. Блок 157 сравнения по входу также связан с микропроцессором 158 по каналу 159. Выход блока 157 связан также с пороговым устройством 160 и с запоминающим устройством 161, выход которого связан с системой контроля работоспособности каналов регулирования, устройство 6 связано с цифроаналоговым преобразователем 162, который связан с усилителем 163. Последний по каналу 164 связан с регулятором 165 коррекции освещенности по спектральным составляющим. Регулятор 165 осуществляет вк.-1ючение требуемых для коррекции освещенности ламп источников 21 искусственного света.

Система автоматического регулирования температуры почвенной среды состоит из датчика 166 температуры почвы, связанного с усилителем 167, который по каналу 168 связан с нормализатором 169, по выходу связанным с аналого-цифровым преобразователем 170. Выход последнего подключены к блоКу 171 сравнения и к системе индикации фактических значений параметра. Блок 171 сравнения по входу также связан с микропроцессором 172 по каналу 173, последний связан с пороговым устройством 174 и с запоминающим устройством

175.Пороговое устройство 174 по выходу связано с системой контроля работоспособности канала, а запоминающее устройство 175 связано с цифроаналоговым преобразователем

176,которое связано с усилителем 177, вы

ход которого по каналу 178 связан с регулятором 179 температуры почвы, который управляет работой холодильника 68 и нагревателя 69.

Система автоматического регулирова- ния режима осадков состоит из датчиков 180 уровня осадков, связанных с усилителем 181 сигналов уровня осадков, связанного по каналу 182 с нормализатором 183. Выход нормализатора связан с аналого- цифровым преобразователем 184, который соединен с блоком 185 сравнения и с системой индикации фактических значений параметра. Преобразователь 184 по входу также связан с микропроцессором 186 но каналу 187. Выходы преобразователя свя- заны с пороговым устройством 188 и с запоминающим устройством 189. Выход порогового устройства 188 соединен с системой контроля работоспособности канала, а выход запоминающего устройства 189 связан с циф- роаналоговым преобразователем 190, кото- рый связан с усилителем 191, последний по каналу 192 связан с регулятором 193, который управляет работой регулирующего вентиля 41, обеспечивающего количественную подачу воды через оросители 14 в виде осадков согласно заданной программе режима осадков.

Выходы аналого-цифровых преобразователей 75, 87, 101, 115, 129, 143, 156, 170 и 184 по каналу 194 связаны с индикатором 195 фактических значений параметров. Выходы пороговых устройств 77, 91, 105, 119, 133, 147, 160, 177 и 188 по каналу 196 связаны с индикатором контроля работоспособности каналов 197.

Выходы микропроцессоров 198, 89, 103, 117, 131, 145, 158, 172 и 186 связаны с ин- дикатором 199 заданных значений параметров. Автономный календарь-часы 200 по выходам связан с индикатором текущего времени 201 и с микропроцессорами 198, 89, 103, 117, 131, 145, 158, 172 и 183. Блок 202 программирования микропроцессоров свя- зан по входу с блоком 203 связи управления командно-измерительного комплекса, а по выходу с микропроцессорами 198, 89, 103, 117, 131, 145, 158, 172 и 183. Блок

203по входу связан с автономным кален- дарем-часами 200 и с блоком 201 управле- ния командно-измерительным комплексом, а

по выходу - с блоками 202 и 204 и с командно-измерительным комплексом. Блок

204ввода телеметрических данных по выходу связан с управляющими микропроцес- сорами 198, 89, 103, 117, 131, 145, 158, 172

и 183.

Системы автоматического регулирования параметров выполнены как цифровые системы, поскольку решение задач управления кли матическими и физико-химическими параметрами среды в искусственной экологической системе осуществляется управляющими мик5

0 0

ропроцессорами, и результат выдается в цифровой форме. Сравнение заданных и фактических параметров осуществляется в цифровой форме, что позволяет просто получить требуемую точность регулирования параметров. В дальнейщем управляющее воздействие преобразуется в аналоговую или дискретную форму и поступает на соответствующие регуляторы. В предлагаемой установке автоматические системы регулирования параметров выполнены в виде автономных блоков, что позволяет повысить надежность работы всего комплекса автоматического управления климатическими параметрами в целом.

Для использования установки для культивирования водных организмов как аквариума вентиляционные окна 18 открыты, системы регулирования температуры, давления и влажности воздуха из работы отключены. Отключена из работы также и система регулирования режима осадков, а систему регулирования температурного режима почвенной среды включают в работу по мере необходимости.

Для запуска предлагаемой установки в режиме работы аквариума воду от источника водоснабжения через открытый вентиль 50 насосом 40 по коммуникациям 37- 39 подают в емкость блока 23. По мере заполнения водой блока 23 воду далее подают насосом 26 через открытый вентиль 27 по коммуникациям 28 и 29, обратный клапан 30 и через открытые вентили 33 в перфорированную трубу 5 верхнего канала 4, лов 4. В этом случае вода через отверстия труб поступает в днища каналов 4, проходит через отверстия перегородки 6 с почвенным субстратом, а также поднимается вверх по водосливным патрубкам 7 и заполняет таким образом всю нижнюю часть резервуара 1. По достижении необходимого уровня воды в резервуаре 1 воду через во- дос.тивные патрубки 9 водосливных труб 8 при открытых вентилях 36 среднего и нижнего каналов 4 и открытых вентилях 36 и 32 посредством насоса 40 подают обратно в блок 23, обеспечивая, таким образом, замкнутую циркуляцию воды. При этом для поддержания заданного уровня воды в резервуаре 1 производительность насосов 40 и 26 и вентилей 27, 32 и 39 должна быть одинаковой, осуществляя для этих целей их регулировку на пропускную способность и производительность работы. После заполнения установки водой вентиль 50 перекрывают.

В случае необходимости культивирования растений в почвенный субстрат каналов 4 высаживают растения перед заполнением резервуара 1 водой. После установления стабильного уровня вод,ы в резервуаре 1 включают в работу системы автоматического регулирования температуры воды, газового режима воды, освещенности по спектральным составляющим и систему автоматического регулирования коррекции освещенности по спектральным составляющим.

Для перестройки установки для культивирования водных организмов из режи- ма аквариума в режим работы террариума понижают уровень воды в резервуаре 1 до тех нор, пока под водой останется средний и самый нижний каналы 4, либо оставляя затопленным под водой только самый нижний канал 4. В этом случае не- затопленные водой каналы представляют собой модель участка суши, а затопленные водой каналы 4 представляют собой модель водной среды, а в комплексе все каналы составляют в таком случае модель суша - водная среда.

В случае использования верхнего и среднего каналов 4 в качестве модели участка сущи, т. е. в незатопленных водой каналов 4, вода поступает через вентили 33 в перфорированные водосточные трубы 5 кана- проходит через перегородку с почвенным субстратом и патрубки 6 и переливается через трубки 9 -в трубу 8 среднего канала, вентиль 33 трубы 5 в этом случае закрыт. При закрытом вентиле 33 трубы 5 среднего канала 4 вода самотеком из трубы 8 верх- него канала 4 переливается в перфорированную трубу 5 среднего канала 4, проходит дырчатую перегородку 6 и ее патрубки 7 с почвенным субстратом и переливается через патрубки 9 трубы 8 этого же ка- нала, затем поступает через перфорированную трубу 5 нижнего канала 4 (вентиль 33 трубы 5 этого канала желательно перекрыть) , а посредством тру.бы 8 с патрубками 9 вода поступает из нижнего канала в контур циркуляции описанным способом,

В автоматическом режиме работы установки как террариума вентиляционные окна 18 закрыты, а вход во внутрь резер- вура 1 осуществляется через шлюзовую камеру 17. Для обеспечения работы установки в заданном режиме системы авто- матического регулирования температуры, давления и влажности воздуха, температуры и газового режима воды, температуры почвенной среды и режима осадков включают в работу.

Для использования данной установки как климатической камеры, обеспечивающей условия сущи перекрытием вентилей 33, воду из резервуара 1 при открытых вентилях 35 и 36 подают в контур циркуляции и после опорожнения от воды резервуа- ра 1 перекрывают вентили 35 и 36 трубы 5 нижнего канала 4, а также перекрывают вентили 36 среднего п верхнего каналов 4 и открывают вентиль 31 для подачи воды по контуру циркуляции, минуя резервуар 1.

Дренажные воды, образующиеся в процес- се работы системы автоматического регулирования режима осадков, подают через перфорированные трубы 5 каналов 4 через

открытые вентили 35 и 36, обратный клапан 57 либо по коммуникациям 52, 53 и 59, либо по ко.ммуникациям 54, 55, 56 и 58 (в зависимости от режима работы системы регулирования давления воздуха в резервуаре 1) и далее по трубопроводу 60 в бак 61, из которого дренажные воды важно подать через вентиль 62 в контур циркуляции.

Регулирование климатических параметров в установке осуществляется следующим образом.

Для поддержания требуе.мых значений температуры воздуха в резервуаре 1 используется датчик 71, который преобразует фактическое значение температуры воздуха в электрические сигналы, усиливаемые электронным усилителем 72 и передаваемые по каналу 73 в нормализатор 74. Нормализатор 74 уменьшает (или увеличивает) пропорционально поступающее от усилителя 72 напряжение, соответствующее фактическому значению воздуха, доводя его до уровня, который бы укладывался в пределы О-5 В, что соответствует требованиям, предъявляемым к входным сигналам для типового аналого-цифрового преобразователя.

Преобразованный нормализатором 74 электрический аналоговый сигнал подается на вход аналого-цифрового преобразователя 75, который преобразует его в цифровую форму.

Фактическое значение температуры воздуха Б цифровой форме подается на индикатор фактических значений температуры 195 по каналу 194 и на блок 76 сравнения, На этот блок подается заданное значение температуры воздуха от микропроцессора 196 по каналу 203. Блок 76 сравнения производит операцию вычитания заданного значения температуры из фактического. Таким образом определяется величина отклонения фактического значения температуры воздуха от заданного в цифровой форме, а также знак отклонения (т. е. + ил и -).

Полученное значение отклонения фиксируется в запоминающем устройстве 78, представляющем собой регистр памяти, а также подается на пороговое устройство 77, которое анализирует величину полученного отклонения. Если величина отклонения по абсолютной величине превышает установленный порог, что может произойти в случае отказа одного из основных элементов системы автоматического регулирования (датчика, усилителя, нормализатора аналого- цифрового преобразователя, цифроаналого- вого преобразователя и регулятора) или комплекса управления, то устройство 77 блокирует канал автоматического регулирования и по каналу 196 подает аварийный сигнал на индикатор 197 контроля работоспособности канала.

Запоминающее устройство 78 хранит значение отклонения от заданного значения температуры воздуха в течение цикла регулирования или на время блокировки неисправного канала.

Для использования управляющего воздействия в системе регулирования температуры воздуха сигнал с выхода запоминающего устройства 78 подается на цифроаналого- вый преобразователь 79, который преобразует его в аналоговый электрический сиг- нал, усиливаемый электронным усилителем 80.

С выхода последнего управляющий сигнал по каналу 81 поступает на регулятор 82, который управляет работой холодильника 47 и нагревателя 48. В зависимости от знака управляющего сигнала включается либо холодильник 47, либо нагреватель 48.

Для поддержания требуемых значений давления воздуха в резервуаре 1 электри- ческий сигнал, снимаемый с датчика 83 давления, усиливается усилителем 84 и подается по каналу 85 в нормализатор 86, который приводит его в соответствие с установленными требованиями. Нормализованный аналоговый электрический сигнал, со- ответствующий фактическому значению давления воздуха в резервуаре 1, преобразуется аналого-цифровым преобразователем 87 в цифровую форму и поступает по каналу 194 на индикатор 195 фактических значений для давления воздуха, а также на блок 88 сравнений. С выхода микропроцессора 89 управления давлением воздуха по каналу 90 поступает на блок 88 сравнения заданных значений параметра. На выходе последнего получаем значения откло- нения фактического значения давления от заданного, которое подается на пороговое устройство 91 для контроля работоспособности канала и на запоминающее устройство 92. Значение отклонения, снимаемое с выхода запоминающего устройства 92, по- дается на цифроаналоговый преобразователь 93, который преобразует это значение в аналоговый электрический сигнал. Значения отклонения давления воздуха в аналоговой форме, снимаемое с выхода преобразователя 93, усиливается электронным усилителем 94 и по каналу 95 подается на регулятор 96, который в зависимости от знака отклонения управляет либо вентилем 53 линии по- выщенного давления, либо вентилем 55 и компрессором 56 лин-ин пониженного давле- НИИ воздуха в резервуаре 1.

Заданное значение относительной влажности воздуха в резервуаре 1 осуществляется посредством датчика 97 относительной влажности воздуха, который преобразует фактическое значение относительной влаж- ности воздуха в электрические сигналы, усиливаемые электронным усилителем 98 и передаваемые по каналу 99 в нормализатор

100. Последний уменьшает (или увеличивает) пропорционально поступающее от усилителя 98 напряжение, соответствующее фактическому значению влажности воздуха, доводя его до уровня, который бы укладывался в пределы О-5 В.

Преобразованный нормализатором 100 электрический аналоговый сигнал подается на вход аналого-цифрового преобразователя 101, который электрический сигнал преобразует в цифровую форму.

Фактическое значение влажности воздуха в цифровой форме подается на индикатор фактических значений относительной влажности воздуха 195 по каналу 194 и на блок 102 сравнения, на который подается также заданное значение относительной влажности воздуха от микропроцессора 103 по каналу 104. Блок сравнения 102 производит операцию вычитания заданного значения относительной влажности воздуха из фактического значения. Посредством вычитания определяется величина отклонения фактического значения относительной влажности воздуха от заданного значения в цифровой форме, а также знак отклонения (т. е. + или -).

Полученное значение отклонения фиксируется в запоминающем устройстве 106, представляющем собой регистр памяти, а также это значение подается на пороговое устройство 105, которое анализирует величину полученного отклонения. Если величина отклонения по абсолютной величине превышает установленный порог, что может произойти в случае отказа одного из основных элементов системы автоматического регулирования (датчика, усилителя, нормализатора, аналого-цифрового преобразователя, цифроаналогового преобразователя или регулятора) или же комплекса автоматического регулирования параметров и по каналу 196 в этом случае подается аварийный сигнал на индикатор 197 контроля работоспособности канала.

Запо.минающее устройство 106 хранит значение отклонения от заданного значения относительной влажности воздуха в течение цикла регулирования или на время блокировки неисправного канала.

Для использования управляющего воздействия в системе регулирования относительно влажности воздуха сигнал с выхода запоминающего устройства 106 подается на цифроаналоговый преобразователь 107, который преобразует его в аналоговый электрический сигнал, усиливаемый электронным усилителем 108.

С выхода последнего управляющий сигнал по каналу 109 поступает на регулятор 110, который управляет работой регулирующих вентилей 44 и 45. В этом случае в зависимости от знака электрического сигнала, в работу включается регулирующий

вентиль 44 линии осушенного воздуха или регулирующий вентиль 45 линии увлажненного воздуха.

Для поддержания требуемых значений температуры воды электрический сигнал, снимаемый с датчика 111 температуры воды, усиливается усилителем 112 и подается по каналу 113 в нормализатор 114, который приводит поступивший сигнал в соответствие с установленными требованиями. Нормализованный аналоговый электрический сигнал, со ответствующий фактическому значению температуры воды, преобразуется аналого-цифровым преобразователем 115 в цифровую форму и поступает по каналу 194 на индикатор 195 фактических значе- НИИ температуры воды, а также на блок сравнения 116. С выхода микропроцессора 117 управление значением температуры воды по каналу 118 поступает на блок 116 сравнения заданных величин температуры воды. На выходе последнего получаем зна- чения отклонения фактического значения температуры воды от заданного, которое подается на пороговое устройство 119 для контроля работоспособности канала и на запо- минаюш,ее устройство 120. Значение отклонения, снимаемое с выхода запоминаюш,его устройства 120, подается на цифроанало- говый преобразователь 121, который преобразует это значение в аналоговый электрический сигнал. Значение отклонения температуры воды в аналоговой форме, снимаемое с выхода преобразователя 121, усиливается электронным усилителем 122 и подается по каналу 123 на регулятор 124, который в зависимости от знака отклонения управляет работой либо холодильника 28, либо нагревателя 29, обеспечивая, таким об- разом, путем нагрева или охлаждения заданную температуру в резервуаре 1.

Заданный газовый режим водной среды в установке обеспечивается следующим образом.

Фактическое значение концентрации раст- воренного в воде кислорода от датчика 125 в виде электрических сигналов поступает на усилитель 126. Усиливаемые электронным усилителем 126 сигналы значения концентрации растворенного в воде кислорода по каналу 127 поступают в нормализатор 128, который уменьшает (или увеличивает) пропорционально поступающее от усилителя 126 напряжение, соответствующее фактическому значению концентрации растворенного в воде кислорода. Нормализован- ный аналоговый электрический сигнал, соответствующий фактическому значению концентрации растворенного в воде кислорода, преобразуется затем аналого-цифровым преобразователем 129 в цифровую форму и поступает по каналу 194 на индикатор фак- тических значений концентрации растворенного в воде кислорода, а также этот сигнал поступает на блок 130 сравнения. С

5

0

0 g 5

выхода микропроцессора 131 управление значением концентрации растворенного в воде кислорода по каналу 132 поступает на блок 130 сравнения заданных значений концентрации кислорода. На выходе которого получаем значения отклонения фактического значения концентрации растворенного в воде кислорода от заданного, которое подается на пороговое устройство 133 для контроля работоспособности канала и на запоминающее устройство 134. Значение отклонения, снимаемое с выхода запоминающего устройства 134, подается дал«е на циф- роаналоговый преобразователь 135, который преобразует это значение в аналоговый электрический сигнал. Значение отклонения концентрации растворенного в воде кислорода в аналоговой форме, снимаемое с выхода преобразователя 135, усиливается усилителем 136 и подается по каналу 137 на регулятор 138, который управляет работой регулирующего вентиля 25 для количественной дозировки воздуха на процесс аэрации воды в зависимости от требуемой концентрации растворенного в вод кислорода.

Режим освещенности по спектральным составляющим в резервуаре 1 по задаваемой программе осуществляется следующим образом.

Общая характеристика освеш.енносги по спектральным составляющим от датчика 139 освещенности по спектральным составляющим в виде электрических сигналов поступает на усилитель 140, с которого усиливаемые сигналы по каналу 141 поступают в нормализатор 142, который приводит поступившие электрические сигналы освецХен- ности .в соответствие с заданными требованиями. Нормализированные аналоговые электрические сигналы освещенности по спектральным составляющим, соответствующие фактическому значению освещенности, преобразуются аналого- цифровым преобразователем 143 в цифровую форму и поступают по каналу 194 на индикатор 195 фактических значений освещенности по спектральным составляющим, а также на блок 144 сравнения. С выхода микропроцессора 145 управляющие сигналы освещенности по каналу 146 поступают на блок 144 сравнения заданных значений освещенности по спектральным составляющим. На выходе блока 144 сравнения получают значения отклонения фактического значения освещенности от заданного, которое подается на пороговое устройство 147 для контроля работоспособности канала и на запоминающее устройство 148. Значение отклонения, снимаемое с выхода запоминающего устройства 148, подается на цифроаналоговый преобразователь 149, который преобразует это значение в аналоговый электрический сигнал. Значение отклонения освещенности в аналоговой форме, снимаемое с выхода пре образователя 149, усиливается электронным

усилителем 150 и подается по каналу 151 на регулятор 152, который осуществляет включение или выключение из работы источников 22 искусственного освещения, согласно сигналов характеристики освещенности по спектральным составляющим.

В процессе работы установки в заданном режиме освещенности по спектральным составляющим для более точного воспроизведения этого параметра предусмотрена сие тема автоматического регулирования коррек ции освещенности по спектральным составляющим, обеспечивающая компенсацию ультрафиолетового и инфракрасного участков спектра светового излучения.

Для этих целей информация об ультрафиолетовых и инфракрасных участках спектра в виде электрических сигналов от датчика 135 освещенности по спектральным составляющим через соответствующие усилители 152 и 153 по каналу 154 поступает на нормализатор 155, который приводит эти сигналы в соответствующие значения. Нормализированные сигналы коррекции освещенности преобразуются затем аналого-цифровым преобразователем 154 в цифровую форму и поступают далее по каналу 194 на индикатор фактических значений коррекции освещенности по спектральным составляющим, а также поступают эти сигналы на блок сравнения 157.

С выхода микропроцессора 158 управление значениями коррекции освещенности по каналу 159 поступает на блок сравнения 157 заданных значений коррекции освещенности. На выходе которого получают значения отклонения фактического значения коррекции освещенности по спектральным составляющим от заданного, которое подается на пороговое устройство 160 для контроля работоспособности канала и на запоминающее устройство 161. Значение отклонения, снимаемое с выхода запоминающего устройства 161, подается далее на цифроана- логовый преобразователь 162, который преобразует это значение в аналоговый электрический сигнал. Значение отклонения в аналоговой форме этого параметра, снимаемое с выхода преобразователя 162, усиливается электронным усилителем 163 и подается на регулятор, который управляет работой (подключением или выключением) источников искусственного света 21.

Заданный температурный режим почвенной среды обеспечивается в установке системой автоматического регулирования температурного режима почвенной среды. Для автоматического поддержания заданного температурного режима посредством датчика 166, расположенного в почве, информация о температуре почвы в виде электрических сигналов поступает на усилитель 167, с которого усиленные сигналы по каналу 168 поступают в нормализатор 169, после которого приведенные в соответствующее значе

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

ние сигналы поступают далее в аналого- цифровой преобразователь 170 для преобразования электрических сигналов о температуре почвы в цифровую форму. Затем значение температуры почвы в цифровой форме далее подается на индикатор 195 фактических значений температуры почвы по каналу 194 и на блок 171 сравнения, куда также подается заданное значение температуры почвенной среды от микропроцессора 172 по каналу 173. С выхода блока 171 полученные значения отключения температуры почвенной среды от заданного подаются на пороговое устройство 174 контроля работоспособности канала и на запоминающее устройство 175. Значение отклонения, снимаемое с выхода запоминающего устройства 175, подается на цифроана- логовый преобразователь 176, с которого значения температуры почвы в аналоговой форме поступают на усилитель 177 для усиления этих сигналов. Усиленные на электронном усилителе 177 сигналы по каналу 178 поступают на регулятор 179, который управляет работой холодильника 68 и нагревателя 69 контура циркуляции жидкого теплоносителя, в котором жидкий теплоноситель постоянно циркулирует по трубопроводной коммуникации посредством насоса 67, который нагнетает жидкий теплоноситель сначала в холодильник 68, а затем в нагреватель 69 и далее в термостатирую- щую рубашку 3 через вентиль 65 и в тер- мостатирующие трубы через открытые вентили 63. После прохождения термостати- рующей рубашки 3 и термостатирующих труб 7 почвенного субстрата 10 жидкий теплоноситель через вентиль 66 и вентили 64 поступает обратно в насос 67, совершая таким образом замкнутую циркуляцию, охлаждаясь в холодильнике 68 или нагреваясь в нагревателе 69, обеспечивает поддержание заданного температурного режима почвенной среды.

Заданный режим осадков в резервуаре 1 обеспечивается следующим образом. В соответствии с программой, заложенной в микропроцессоре 186, выдаются сигналы для воспроизведения необходимого количества осадков в виде дождя по каналу 187 на блок сравнения 185 системы автоматического регулирования количества осадков, в котором вырабатывался сигнал заданного количества осадков, и через запоминающее устройство 179 поступает на вход цифроана- логового преобразователя 190, последний преобразует цифровое значение количества осадков в аналоговый сигнал, который усиливается электронным усилителем 191, по каналу 192 подается на регулятор 193, управляющим вентилем 41, который обеспечивает дозировку воды из блока 23 посредством насоса 26 по напорному трубопроводу через открытый вентиль 43. Таким

образом, из напорного трубопровода регулирующий вентиль 41 обеспечивает дозировку воды в трубопроводы 12, из которых через вентили 13 вода под напором поступает в оросители 14 и выпадает в виде дож- дя. «Дождевая вода затем поступает через почвенный субстрат 10 и далее по дренажной системе может отводиться либо по контуру циркуляции воды, либо поступать через коммуникации 36, 35, 57, 64, 55, 52, 53 в собирательные воронки 58 и 59 и отводиться по трубопроводу 60 в бак 61, из которого через вентиль 62 вода может быть возвращена в контур циркуляции.

Контроль количества выпавших осадков осуществляется датчиками 180, сигналы с которых через усилитель 181 по каналу 182 поступают на нормализатор 183. С выхода нормализатора 183 сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь 184, где он преобразуется в цифровую форму, а затем подается на систему отображения фактических значений осадков и на вход блоков 185 сравнения. По достижению фактического значения выпавших осадков заданному, что определяется блоком 185 сравнения, выдается сигнал на закрытие вентиля 41 для прекращения подачи воды для воспроизведения осадков.

Кроме того, с выхода блока сравнения 185 сигнал подается на пороговое устройство 188 для контроля работоспособности канала режима осадков. С выхода порогового устройства 185 сигналы по каналу 196 поступают на индикатор 197 работоспособности канала режимов осадков.

Синхронизацию работы комплекса ав- томатического регулирования управления климатическими параметрами осушеств- ляет календарь-часы 200. С его выхода значения текущего времени подаются на .микропроцессоры 198, 89, 103, 117, 131, 145, 158, 172, 186, а также на индикатор те

0

0

кущего времени 201. Синхронизирующие импульсы календаря-часов подаются на блок связи и управления командно-измерительным комплексом.

Программирование микропроцессоров осуществляется с помощью блока 200, который связан с микропроцессорами 198, 89, 103, 117, 131, 145, 158, 172, 186, а также с помощью блока 204 ввода телеметрических данных, который также связан с микропроцессорами.

В ко.мплексе автоматического управления климатическими параметрами предусмотрено отображение следующих параметров: текущего в установке времени с помощью индикатора 201, связанного с календаре.м- часами 200, заданных значений климатических параметров с помощью индикатора 199, связанного с выходами микропроцессоров 198, 89, ЮЗ, 117, 131, 142, 158, 172 и 186, фактических значений климатических параметров с помощью индикатора 195, связанного по каналу 194 с аналого-цифровыми преобразователями 75, 87, 101, 115, 129, 143, 156, 170 и 184.

Кроме того, обеспечивается сигнализация работоспособности каналов управления климатическими параметрами с помощью индикатора 197; связанного по каналу 196 с выходами пороговых устройств 77, 91, 105, 119, 133, 147, 160, 174 и 188.

Конструкция данной установки для культивирования водных, земноводных и наземных организмов предусматривает культивирование в смоделированных условиях климатических и физико-химических параметрах внешней среды как животных организмов: водных, попеременно пребывающих в условиях водной среды и сущи (земноводных) и наземных, так и растительных организмов: водных, полупогруженных в воду, плавающих по поверхности воды и наземных.

16 20

фиг, 2

Т

Z1

фиг. 3

20 /5

15

Фиг.

А-А

11

фиг. 5

32,

3S

35

Фиг.е

Ш

178

фиг.1

57

Э

фиг.8

сриг.з

7J7

21

152

1UO

Ш

70

фиг. 7/7

фиг. 11

201

90

W

118

Ш

Щ

Щ

т

параметро8

§.

3 с.

фuz. 12