Способ автоматического управления температурным режимом в теплице Советский патент 1989 года по МПК A01G9/26 

Изобретение относится к сельскохозяйственной технике, а именно к тепличному промьшшенному выращиванию сельскохозяйственных культур.

Целью изобретения является снижение энергозатрат и повышение надежности.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства, реализующего

данный способ; на фиг.2 - алгоритм работы устройства.

В способе автоматического управления температурным режимом в теплицах в качестве экономического критерия используется удельная энергоемкость процесса.

При этом виличину удельных энергот затрат определяют по выражению:

1503711

Л2.

« тп- (1)

аар Зж a«H.CI (

где &Q - затраты энергии на обогрев . г-;;

J J. Ч. J. - Р/ /

теплицы за промежуток вре- + - jчч;

кЛ{р 3q)

мени;

ЛП - продуктивность растений за определяется только при выполнении этот же промежуток време- двух следующих условий:

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно,к способам автоматического управления температурным режимом в теплицах. Цель изобретения - снижение энергозатрат и повышение надежности. В способе автоматического управления температурным режимом в теплицах вместо оценки по максимуму прибыли используется оценка по минимуму удельных затрат. Вместо параметров модели продуктивности в вычислительное устройство вводят параметры моделей интенсивности фотосинтеза и темнового дыхания. Вместо вычисления удельной энергоемкости и поиска ее экстремума определяют температуру, при которой этот экстремум обеспечивается, из условия равенства нулю производной от удельной энергоемкости. Уставку задатчика изменяют в соответствии с определенной таким путем температурой. Переход с дневного задания температуры на ночное осуществляют изменением параметров модели. Расчету оптимальной температуры предшествует оценка дискриминанта. Если он оказывается отрицательным, то оптимальная температура определяется из условий максимальной продуктивности. В дневном режиме осуществляют предварительную проверку выполнения условия, при котором температура, естественно устанавливаемая в теплице без подогрева, должна быть меньше оптимальной температуры, определенной из условия максимального фотосинтеза. Если это условие не выполняется, то систему переключают на летний режим, когда вместо обогрева работает вентиляция. 2 ил.

ни, кг,10

Р - U Чопг.ф /5)

а вместо параметров математической

модели урожая (продуктивности куль-где t - наружная температура;

туры) в вычислительное устройствоk - коэффициент тепловых

вводят параметры моделей интенсивное-isпотерь;

ти фотосинтеза и темнового дыхания. солнечной радиации,

В общем виде математические модели -ест температура, естественно

интенсивности фотосинтеза Ф и темно-устанавливаемая в теплице

вого дыхания Л записываются следую-без обогрева;

щим образом: 20So т оптимальная температура,определенная из условия максимального фотосинтеза и равФ - а- tj « с + d Е -f f Е +ная согласно выражению 2

+ 1-Е t. ; 12)U -ь 1 IT

25 /,4

D - at , 4 b,t, с, d,F/- -к f к +1F r (Ч)

гдеа„Ь,. с, „Р„ (,. . 2М, Лй-вЧ (II .

d, f-, коэффициенты матема-L 9 т

тической модели ин-i .- i п . к .,. 1 ч J. Ij с. J tn

тенсивности фотосин-+ - - + -, Ь + - +

.а кал ал

т чя т

Vb,-,. .

d , ГаДл коэффициенты матема-т т

тической модели ин- 35Оптимальная ночная температура,

тенсивности темново-равная го дыхания;

.

.

-f2--1J ,

Е - текущая освещенность,t t - Т - н. +

клк;j -,

,Е - средняя освещенность 40 + °1 (- + - (8)

предыдущего дневного 8 8

периода;определяется при выполнении следуюt. - температура воздухащих условий:

в

в теплице.

Вместо вычисления удельной энерго-45

емкости q 1 и поиска ее экстремума -бопт.

определяют температуру, при которойгде t.- - оптимальная температу- этот экстремум обеспечивается из ра, определенная из

ВИЯ равенства нулю производной отусловий максимального

удельной энергоемкости 50 темнового льЪсания и

равная согласно уравнению (3)

-Iff- - о .. , ,,„

Оптимальная дневная температура, « н i f 1 i

равнаяпри - а V

с.-с. -2i ( bt.|i/o. (..)

Р - U Чопг.ф /5)

равная

-f2--1J ,

t t - Т - н. +

,

5150

В соответствии с определенной таким способом температурой изменяет уставка задатчика.

Переход с дневного задания температуры на ночное осуществляется не простым изменением уставки, а изменением параметров модели. Расчету оптимальной температуры предшествует оценка дискриминанта. Если он оказы- вается отрицательным, то оптимальная температура определяется из условия максимальной продуктивности.

В дневном режиме осуществляется предварительная проверка выполнения условия (5), Если это условие не выполняется, то- система переключается на летний режим, когда вместо обогрева работает вентиляция.

Устройство, реализующее данный способ содержит релейный 1 и сравнивающий 2 элементы, усилитель 3, ис- полнительньй механизм 4, регулирующий орган 5 и датчик 6 температуры воздуха в теплице, а также устрой- ство 7 для расчета оптимальной по удельной энергоемкости температуры.

Устройство для расчета оптимальной по удельной энергоемкости температуры включает в себя блок 8 расче- та оптимальной по продуктивности температуры, блок 9 расчета естественной температуры в теплице, блок 10 определения дискриминанта, компараторы 11 и 12, сумматор 13, блок 14 расчета коэффициента теплопотерь, пере ключатель 15 режимов, интеграторы освещенности 16 и дневной температуры 17, генератор 18 тактовых импульсов, счетчик 19 импульсов, усредните- ли освещенной 20 и дневной температуры 21, устройство 22 памяти и блок 23 ввода данных.

Устройство оснащено также датчиками влажности наружного воздуха 24, солнечной радиации 25, освещенности 26, реле 27 освещенности, датчиками скорости ветра 28 и наружной температуры 29.

. Способ осуществляют следующим образом.

Вегетационный период выращивания растений делят на равные предварительно вычисленные по длительности промежутки времени. При этом исходят из условия, что длительность их должна быть на порядок меньще постоянной времени самого быстродействующего возмущения. Затем для каждо.

ся

.д

5 2025

о-

35

45

50

55

го промежутка времени определяется оптимальная температура, которая в этот промежуток должна поддерживаться постоянной. После определения продолжительности промежутка времени генератор 18 тактовых импульсов (ГТИ) настраивают на этот промежуток.

Генератор выдает импульсы через указанные равные пpo teжyтки времени, в течение которых происходит обработка информации, получаемой от датчиков б,24,25,26,28,29.Сигнал от датчика 26 освещенности поступает в блок 8 расчета oптIiмaльнoй по продуктивности температуры. Сигналы от датчика 24 влажности и датчика 28 скорости ветра поступают на блок 14 определения коэффициента теплопотерь, результаты работы которого вместе с сигналами датчиков солнечной радиации 25 и наружной температуры 29 поступают на блок 9 измерения естественной температуры в теплице. Результаты вычислений с выхода блоков 8 и 9 поступают на компаратор 11, Если естественная температура окажется больше оптимальной, то автоматически включается система вентиляции (не показана), а система управления обогревом и сам обогрев отключаются с помощью релейного элемента 1.Если естественная температура оказывается меньше оптимальной, то результат определения естественной температуры с блока 9 и сигнал с датчика 26 освещенности поступают на блок 10 определения дискриминанта, куда прсдаа- рихельно вводятся с помощью блока 23 ввода данных коэффициенты модели продуктивности. С первого выхода блока 10 сигнал подается Нд компаратор 12, ас второго вьгхода блока 10 и выхода блока 9 - на сумматор 13, подсчитывающий оптимальную по удельной энергоемкости температуру. При положительном дискриминанте сигнал на сравнивающий элемент 2 подается от сумматора 13, в противном случае от блока 8, Коммутация осзтцествляется переключателем 15, управляемым компараторами 11 и 12. Таким образом, для каждого дискретного промежутка времени вычислительный блок 7 определяет оптимальную температуру.

Система автоматической оптимизации, состоящая из датчика 6 внутренней температуры вычислительного блока 7, сравнивающего элемента 2,усилителя 3, исполнительного механизма 4 и регулирующего органа 5, поддерживает эту температуру в течение выбранного промежутка времени, по окончании которого генератор 18 тактовых импульсов сбрасывает результат предыдущего расчета и начинает новый.

Переключение с дневного на ночной режим осуществляется реле 27 освещенности, которое вместо коэффициентов дневной модели подключает от устройства 23 ввода данных к блоку 10 расчета дискриминанта коэффициенты ноч- ной модели, значения которой вводятся при наладке. Одновременно к вычислительному устройству подключается устройство 22 памяти, получающее сигналы от усреднителя 20 освещенности и усреднителя 21 дневной температуры, которые в течение дневного периода выдают частные от деления сигналов от интеграторов 16 и 17 на показания счетчика 19 импульсов. Одновременно от вычислительного устройства отключается блок 14 вычисления коэффици- ента тепловьпс потерь с датчиками 24 и 28, а также датчики солнечной радиации 25 и освещености 26. Датчи| на- ружной температуры подключен к вычислительному устройству постоянно.

Переключение с ночного режима на дневной происходит аналогично.

Формула изобретения

Способ автоматического управления температурным режимом в теплице, включакиций разбиение периода выращивания растений на равные промежутки времени, измерение в текущем промежутке времени скорости ветра, влажности воздуха и освещенности,определение оптимальной температуры воздуха в теплице н изменение уставки задатчика температуры в течение текущего промежутка времени, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат и повышения надежности, температуру на ружного воздуха, поток солнечной радиации и определяют оптимальную по продуктивности температуру воздуха в теплице для дг о- ного времени суток по следующее (;;прмуле:

в. 00 т iT

.

Q 2025 3003711

где а

8

«р. ф.

1

f

коэффициенты математической, модели интенсивности фотосинтеза,

Е - текущая освещенность, клк,

а для ночного времени суток - по следующей формуле:

bj + - -- коэффициенты математической модели интенсивности темново- го дыхания,

Е - средняя освещенность предыдущего дневного периода,

естественную температуру воздуха t,

в теплице:

3

где

Г

Ч -ест

+ t,

где

t . .

«ст и

Qpaa ПОТОК солнечной радиации

К - коэффициент тепловых потерь Сц - наружная температура, сравнивают вычисленные значения оптимальной и естественной температуры воздуха и при t tgonr. «у включают систему вентиляции, а при t

45

d(,f(p,

го и ночного времени суток;

50

коэффициенты математической модели интенсивности фотосинтеза, после чего при D О температуру в теплице определяют по формуле

л, а при D О кор

-B.OITT

Ч.ест

ректируют уставку задатчика темпера - туры, оптимальной по продуктивности, и поддерживают это значение темпера туры в теплице в течение текущего ппомежутка времени.

ь пголу ynpa3Af iu вгнтиляциеи i

VHZH--i j

77

7f

ем/пиутиц