Устройство управления световым режимом в теплице Советский патент 1991 года по МПК A01G9/24 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, к растениеводству в условиях сооружений защищенного грунта

Цель изобретения - оптимизация светового режима в теплице и экономия электроэнергии

На чертеже представлена блок-схема устройства управления световым режимом в теплице

Устройство управления световым режимом в теплице содержит датчик 1 наружной освещенности, выход которого соединен с входом первого порогового элемента 2

Этот элемент представлен для формирования логического сигнала при превышении наружной естественной освещенностью некоторого порогового значения Его выход подключен к первому входу первого элемента И 3 предназначенного для выполнения функции логического умножения Выход элемента И 3 связан с первым входом первого элемента ИЛИ 4 предназначенного для выполнения функции логического сложения Электропривод 5 предназначен для поворота отражательных экранов 6 светотрона Отражательные экранн б служат для

го

4 hO

управления световым потоком от ламп све- тотрона.

Ко второму входу первого элемента И 3 подключен выход программного блока 7, который предназначен для выдачи временной команды на начало или окончание режима День т.е. сеанса досвечивания. Второй вход первого элемента ИЛИ 4 связан с выходом сигнализатора 8 снегопада, который предназначен для выдачи логической команды в случае выпадания осадков в виде снега.

Внутренняя освещенность в теплице измеряется датчиком 9 внутренней освещенности. Его сигнал сравнивается с сигналом задатчика 10 внутренней освещенности. Выход программного блока 7 связан с первым входом блока 11 управления лампами, второй вход которого соединен с выходом сигнализатора 8 снегопада, а третий и четвертые входы соответственно подключены к выходам датчика 9 и задатчика 10 внутренней освещенности в теплице, при этом вы.юды блока 11 управления соединены с питающими входами соответствующих групп ламп 12 светотрона.

Блок 11 управления лампами включает элемент 13 сравнения, подключенный входами к выходам датчика 9 и задатчика 10 внутренней освещенности о теп лице, последовательно соединенные второй пороговый элемент 14, второй элемент И 15, второй элемент ИЛИ 16, первый комбинационный блок 17, выходом соединенный с соответствующими пусковыми входами магнитных пускателей 18 (выходы которых являются выходами блока 11 управления). Кроме того, блок 11 управления содержит также последовательно соединенные третий пороговый элемент J9, третий элемент ИЛИ 20, третий элемент И 21, второй комбинационный блок 22, выходами подключенный к соответствующим отключающимся входам магнитных пускателей 18, причем вторые входы первого 17 и второго 22 комбинационных блоков соединены соответственно с выходами третьего элемента И 21 и второго элемента ИЛИ 16, а их третьи входы подключены к генератору 23 тактовых импульсов, Кроме того, блок 11 управления содержит первый и второй элементы НЕ 24 и 25. При этом выход программного блока 7 (первый вход блока 11 управления) подключен ко второму входу второго элемента И 15 и через второй элемент НЕ 25 - ко второму входу третьего элемента ИЛИ 20, а выход сигнализатора 8 снегопада (второй вход блока 11 управления) подключен к второму входу третьего элемента И 21. Причем выход элемента 13 сравнения подключен к объединенным входам второго и третьего пороговых элементов соответственно 14 и 19, а его входы (третий и четвертый входы блока 11 управления) соединены с выходами датчика 9 и

задатчика 10 внутренней освещенности в теплице.

Пороговые элементы 14 и 19 предназначены для выдачи логического сигнала, когда рассогласование превзойдет некоторое за0 данное пороговое значение. Первый и второй комбинационные блоки 17 и 22 предназначены соответственно для формирования управляющих команд соответственно на увеличение или уменьшение

5 светового потока светотрона Каждый из магнитных пускателей 18 предназначен Для подачи и снятия питания с определенной группы ламп 12 светотрона. Генератор 23 тактовых импульсов предназначен для зада0 ния частоты подачи команд подключения или отключения групп ламп 12 светотрона. Задатчик 26 крайних положений отражательных экранов 6 своим входом связан с выходом первого элемента ИЛИ 4 и пред5 назначен для задания значения соответствующего открытому или закрытому положению отражательных экранов 6 в режиме Пасмурно Программатор 27 поворота отражательных экранов 6 входом

0 подключен к выходу программного блока 7, предназначен для задания временных программ поворота отражательных экранов 6 в режиме Ясно. Задатчик 28 светового режима предназначен для подачи команд, пе5 реводящих устройство управления в режимы Пасмурно или Ясно. Выход задатчика 28 соединен с первым входом четвертого элемента И 29, второй вход которого связан через третий элемент НЕ 30

0 со вторым входом первого элемента ИЛИ 4. Третий вход четвертого элемента И 29 соединен с выходом программного блока 7. Коммутатор 31 предназначен для подключения входа электропривода 5 отражательных

5 экранов 6 к выходам либо задатчика 26 крайних положений отражательных экранов 6 либо программатора 27 поворота отражательных экранов 6. Соответственно первый и второй (сигнальные) входы коммутатора 31

0 подключены к выходам задатчика 26 крайних положений отражательных экранов 6 и программатора 27 поворота отражательных экранов 6, а третий (управляющий) вход коммутатора 31 связан с выходом четвертого

5 элемента И 29 а выход коммутатора 31 подключен к первому входу электропривода 5. Второй вход электропривода 5 соединен с выходом датчика 32 положений отражательных экранов 6, чувствительные элементы которого механически связаны с

отражательными экранами 6 и выполняют функцию датчика обратной связи следящего электропривода 5.

Устройство управления световым режимом в теплице .работает следующим образом.

В режиме Ночь сигнал с программного устройства 7 отсутствует, и когда растениям свет не нужен, сигнал, поступающий с выхода четвертого элемента И 29 на третий управляющий вход коммутатора 31, будет равен нулю, в результате чего коммутатор 31 подключит первый вход электропривода 5 к выходу первого элемента ИЛИ 4 при любых сигналах с задатчика 28 светового режима. Поскольку на входе первого элемента И 3 один из сигналов равен нулю, то будет равен нулю и его выходной сигнал. Если при этом сигнал с сигнализатора 8 снегопада равен нулю, то будет равен нулю выходной сигнал первого элемента ИЛИ, поступающий на первый вход электропривода 5, FJ результате чего отражательный экран 6 бицет находиться в закрытом состоянии.

В режиме День сигнал с программного блока 7 поступает на вход первого элемента И 3, на вход программатора 27 поворота отражательных экранов 6 и на третий вход четвертого элемента И 29. При этом программатор 27 поворота отражательных экранов 6 запускается. Если сигнал с выхода сигнализатора 8 снегопада отсутствует;, то с выхода третьего элемента НЕ 30 поступает сигнал на второй вход четвертого элемента И 29, в результате чего на третий (управляющий) вход коммутатора 31 проходит сигнал с выхода задатчика 28 светового режима.

В режиме День-ясно с задатчика 28 светового режима через четвертый элемент И поступает ненулевой сигнал (Ясно) на третий вход коммутатора 31, который подключает выход программатора 27 к первому входу электропривода 5. Электропривод 5 поворачивает отражательные экраны 6 дог тех пор, пока сигнал сдатчика 32 положения отражательных экранов 6, поступающий на второй вход электропривод 5, не сравняется пЬ величине с сигналом программатора 27 поворота отражательных экранов 6. Тем самым в режиме День-ясно происходит отработка программы разворота отражательных экранов 6, заложенная в программаторе 27 поворота отражательных экранов 6.

В режиме День-пасмурно с выхода задатчика 28 светового режима нулевой сигнал (пасмурно) через четвертый элемент И 29 поступает на третий (управляющий) вход коммутатора 31, который подключает первый вход электропривода 5 к выходу первого элемента ИЛИ 4 через задатчик 26 крайних положений отражательных экранов 6. 5 Если при этом естественная освещенность, измеряемая датчиком 1 наружной освещенности, станет больше некоторого минимального уровня, на который настроен первый пороговый элемент 2, то на выходе первого

10 порогового элемента 2 появится сигнал, поступающий на первый вход первого элемен- fa И 3. Поскольку оба входных сигнала этого элемента не равны нулю, то появляется сигнал на выходе первого элемента И 3, что в

15 свою очередь вызовет подачу сигнала с выхода первого элемента ИЛИ 4 через задатчик 26 крайних положений отражательных экранов 6 и коммутатор 31 на первый вход электропривода 5, который переводит отра0 жательный 1кран 6 в открытое состояние. При этом естественный свет проникает внутрь теплицы. Если в режиме День-пасмурно при наличии сигнала с программного устройства 7 естественная

5 освещенность, измеряемая датчиком 1 наружной освещенности, станет меньше уровня, на который настроен первый пороговый элемент 2, то сигнал на выходе последнего исчезнет, в результате произойдет обнуле0 ние сигналов на выходе первого элемента И 3 и первого элемента ИЛИ 4. Соответственно нулевой сигнал с задатчика 26 крайних положений отражательных экранов 6 через коммутатор 31 поступит на первый вход

5 электропривода 5. Обнуление сигнала на первом входе электропривода 5 приведет к тому,) что экран отражательный 6 повернется в закрытое положение.

В режиме Ночь сигнал с выхода про0 граммного блока 7 на вход второго элемента И 15 не поступит если при этом отсутствует сигнал с сигнализатора 8 снегопада, то при отсутствии сигналов на обоих входах второго элемента ИЛИ 16с выхода последнего не

5 будут поступать команды на пусковой вход первого комбинационного блока 17. В этом случае с его выхода не будет поступать команд на пусковые входы магнитных пускателей 18 ламп 12 светотрона. Одновре0 менно при отсутствии сигнала с выхода программного блока 7 на входе второго элемента НЕ 25 на выходе последнего появляется сигнал, поступающий на вход третьего элемента ИЛИ 20. С выхода этого элемента

5 ИЛИ 20 сигнал подается на вход третьего блока И 21, на второй вход которого при отсутствии сигнала с сигнализатора 8 снегопада также будет поступать сигнал с выхода первого элемента НЕ 24. Поэтому с выхода третьего элемента И 21 будет поступать сигнал на пусковой вход второго комбинационного блока 22, подающего команды на отключающие входы магнитных пускателей 18 ламп 12 светотрона. Таким образом, в режиме Ночь в случае отсутствия сигнала с выхода сигнализатора 8 снегопада лампы 12 светотрона будут отключены.

В режиме День при любых сигналах с задатчика 28 светового режима сигнал с программного блока 7 поступает на вход второго элемента И 15, одновременно в результате появления этого сигнала и на входе второго элемента НЕ 25, на выходе последнего пропадает сигнал, который ранее (в режиме Ночь) поступал на вход третьего элемента ИЛИ 20. Если при этом разность между сигналами с датчика 9 и задатчика 10 внутренней освещенности в теплице, определяемая элементом 13 сравнения, оказывается отрицательной и по абсолютной величине большей уставки второго порогового элемента 14, то с выхода последнего поступает сигнал на второй вход второго элемента И 15. Так как оба входных сигнала не равны нулю, то на его выходе появится сигнал, который, пройдя через второй элемент ИЛИ 16, поступает на пусковой вход первого комбинационного блока 17 и на вход сброса второго комбинационного блока 22. В результате обнуляются все команды, поступавшие ранее на отключающие входы магнитных пускателей 18с выходов второго комбинационного блока 22, и одновременно первый комбинационный блок 17 будет поочередно подавать команды на пусковые входы магнитных пускателей 18. При этом периодичность подачи команд будет соответствовать периоду поступления на третий вход первого комбинационного блока 17 тактовых импульсов с выхода генератора тактовых импульсов 23. Таким образом, отдельные группы ламп 12 светотрона будут включаться, а освещенность внутри теплицы увеличиваться Если освещенность внутри теплицы возрастает настолько, что разность между сигналами датчика 9 внутренней освещенности и задатчика 10 внутренней освещенности по абсолютной величине станет меньше уставки второго порогового элемента 14, то сигнал с выхода последнего перестанет поступать на вход второго элемента И 15, выходной сигнал которого станет равным нулю. В результате обнулится выходной сигнал второго элемента ИЛИ 16, поступавший ранее на пусковой вход первого комбинационного блока 17 и процесс подключения групп ламп 12 прекратится,

Если при этом в режиме День за счет изменения естественной освещенности во рдсгет освещенность внутри теплицы

настолько, что разность сигналов датчика 9 внутренней освещенности и задатчика 10 внутренней освещенности, определяемая элементом 13 сравнения, станет положительной и по абсолютной величине большей, чем уставка третьего порогового элемента 19, то на выходе последнего появится сигнал, который поступит на вход третьего элемента ИЛИ 20. Поэтому, поя0 вившийся на выходе третьего элемента ИЛИ 20 сигнал, поступает на вход третьего элемента И 21. На другой вход этого элемента при отсутствии сигнала с сигнализатора 8 снегопада будет поступать сигнал с выхо5 да первого элемента НЕ 24. Таким образом, на выходе третьего элемента И 21 появится сигнал, который поступит на вход сброса первого комбинационного блока 17 и на пусковой вход Ёторого комбинационного бло0 ка 22. В результате команды, поступавшие с выходов первого комбинационного блока 17 на пусковые входы магнитных пускателей 18, будут сняты, что дает возможность отключать группы ламп 12. Одновременно

5 второй комбинационный блок 22 будет поочередно подавать команды, отключающие входы магнитных пускателей 18. При этом задержка очередной команды отключения равна периоду поступления тактовых им0 пульсов на третий вход второго комбинационного блока 22 с выхода генератора 23 тактовых импульсов. Таким образом, отдельные группы ламп 12 светотрона будут по очереди отключаться, а освещенность в

5 теплице уменьшаться.

Если освещенность снизится настолько, что разность между сигналами датчика 9 внутренней освещенности и задатчика 10 внутренней освещенности станет по абсо0 лютной величине меньше уставки третьего порогового элемента 19, то сигнал на его выходе станет равным нулю и, следовательно, обнулятся выходные сигналы третьего элемента ИЛИ 20 и третьего элемента И 21.

5 В результате обнуления сигнала, ранее поступавшего на пусковой вход второго комбинационного блока 22, процесс отключения групп ламп 12 светотрона прекращается

0При переходе из режима День в режиме Ночь пропадает сигнал на выходе программного блока 7. В этом случае обнуляется сигнал на выходе первого элемента И 3, а при отсутствии сигнала с выхо5 да сигнализатора 8 снегопада - и на выходе элемента ИЛИ 4 При этом электропривод 5 переводит отражающие экраны 6 в закрытое положение Кроме того, обнуление выходного сигнала программного блока 7 на выходе второго элемента И 15 вызовет

обнуление выходного сигнала последнего, а при отсутствии сигнала с выхода сигнализатора 8 снегопада - и обнуления выходного сигнала второго элемента ИЛИ 16, поступающего на пусковой вход первого комби а- ционного блока 17. Это делает невозможным включение групп ламп 12. Одновременно при обнулении выходного сигнала программного блока 7 появляется сигнал на выходе второго элемента НЕ 25, и следовательно выходного сигнала третьего элемента ИЛИ 20. В результате при отсутствии сигнала с выхода сигнализатора 8 снегопада и, следовательно, при наличии выходного сигнала первого элемента НЕ 24 оба входных сигнала третьего элементэ И 21 будут не равны нулю и, таким образом, с его выхода будет поступать сигнал на пусковой вход второго комбинационного бло са 22. что приведет у последоеэтел чюму отключению всех ipynn ламп 12.

Если появляется сигнал нэ выхода сигнализатора 8 снегопада, то он обнуляв сигнал, поступающий с выхода третьего элементг IE 30 на втором входе четвертого элемента t l 29, В результате обнуляется сигнал на третьем (управляющем) входе коммутатора 31, который подключает первый вход электропривода 5 к выводу задзтчика 26 крайних положений отражающих экранов 6 независимо от команд с выхода задзтчикя 28 светового режима. При этом сигнал с/г- нализатора 8 снегопада через первый элемент ИЛИ 4 поступает на вход задатчика 26 крайних положений отчажающих экранов 6, с выхода которого через коммутатор 31 на первый вход-электропривода 5 подается команда, переводящая отражающий экран 6 з открытое положение, независимо от того, какой режим (День или Ночь) предписывается программным блоком 7, и независимо от условий естественной освещенности. Одновременно сигнал с выхода сигнализатора 8 снегопада через второй элемент ИЛИ 16 поступит на пусковой вход первого комбинационного блока 17. В результате поочередно будут подключены все группы 12 ламп независимо от режима работы и условий освещенности. При этом отсутствие выходного сигнала первого элемента НЕ 24 блокирует появление выходного сигнала третьего элемента И 21, что обеспечивает невозможность поступления сигнала на пусковой вход второго комбинационного блока 22, последующих отключающих команд с его выходов на магнитные пускатели 18 и, следовательно отключения групп ламп 12 светотрона.

Устройство может быть реализовано при использовании известных серийно выпускаемых элементов. В качестве программного блока 7 может быть применено электромеханическое реле времени 2РВМ. В качестве датчиков 1 и 9 соответственно на- 5 ружной и внутренней освещенности может быть использован фоторезистор ФСК-И. В качестве первого порогового элемента 2 может быть использовано фотореле ФР-2УЗ. Электропривод 5 может быть реализован на 10 основе электрического однооборотного механизма типа МЭО-16. В качестве магнитных пускателей 18 могут быть использованы пускатели типа ПМЕ-211. В качестве задатчика 10 внутренней освещенности может 15 быть использован переменный резистор любого типа, включенный вместе с фоторе- зиглсром, выполняющим роль датчика 1 вн/трэнчей освещенности в измерительный мост на резисторах, который будет выпол- 0 :-гять роль элемента 13 сравнения. Пороговые элементы 2 14 и 19 могут быть выполнены по схеме компаратора на операционных усилителях серии К 140.

Логические элементы И, ИЛИ, НЕ могут 5 быть выполнены соответственно на микросхемах серии К 155.

В качестве комбинационных блоков 27 и 22 может быть использована схемз НЕ 8 серий К 176. К 561. Генератор 22 тачтовых Э импульсов может быть выполнен в виде мультивибратора и счетчика на соответствующих элементах серии 155.

Программатор 7 поворота отражающих экранов 6 может быть построен на базе реле 5 времени, например типа ВС. Задатчик 28 световых режимов в простейшем варианте (ручное управление) может быть двухпози- ционным переключателем, например, типа П2Т-1. Задатчик 26 крайних положений от- 0 ражающих экранов 6 может быть построен на базе двухпозиционного электромеханического реле, например типа РЭС-9.

Датчик 32 положения отражающих экранов 6 в варианте многопозиционного сиг- 5 нализатора может быть выполнен в виде линейки гсрконов. например типа КЗМ-1.

Коммутатор 31 (двух входных цепей) может быть выполнен в виде двухпозиционного реле, например типа РЭС-9. 0 . Таким образом, устройство обеспечивает возможность при ясной погоде менять ориентацию отражающих экранов 6 в соответствии с изменением положения солнца и направлением его лучей. Специальный под- 5 бор временной программы поворота отражающих экранов 6 позволяет путем уменьшения затененности, создаваемой этими экранами 6, улучшить равномерность светового поля и повысить средний уровень освещенности, создаваемый естественным

светом. Это благоприятно сказывается, с одной стороны, на урожайности, а с другой стороны, позволяет экономить электроэнергию ибо снижается потребность в дополнительном искусственном свете.

Формула изобретения Устройство управления световым режимом в теплице, содержащее датчик наружной освещенности, выходом подключенный через первый пороговый элемент к первому входу первого элемента И, второй вход которого связан с выходом программного блока и первым входом блока управления лампами, а выход соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, при этом второй вход последнегр подключен к выходу сигнализатора снегопада и второму входу блока управления лампами, включающему элемент сравнения, первый и второй элементы НЕ, второй и третий пороговые элементы, элементы ИЛИ и И, два комбинационных блока, генератор тактовых импульсов и магнитные пускатели, при этом третий и четвертый входы блока управления лампа ми связаны с выходами соответственно датчика и задатчика внутренней освещенности, а выходы соединены с питающими входами соответствующих групп ламп, и отражательные экраны, снабженные электропривода

-

ми, отличающееся тем, что, с целью оптимизации светового режима в теплице и экономии электроэнергии, оно снабжено задатчиком крайних положений отража5 тельных экранов, задатчиком светового режима, программатором поворота отражательных экранов, датчиком положения отражательных экранов, четвертым элементом И, третьим элементом НЕ и

10 коммутатором, выход которого соединен с первым входом электропривода отражательных экранов, а второй вход последнего подключен к выходу датчика положения отражательных экранов, чувствительные

15 элементы которого механически связаны с отражательными экранами, причем выход первого элемента ИЛИ через задатчик крайних положений отражательных экранов соединен с первым входом коммутатора,

20 второй и третий входы которого подключены к выходам соответственно программатора поворота отражательных экранов и четвертого элемента И, при этом первый вход последнего связан с выходом задатчи25 ка светового режима, второй вход через третий элемента НЕ подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, а третий вход соединен с входом программатора поворота отражательных экранов и вторым входом

30 первого элемента И.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, к растениеводству в условиях сооружений защищенного грунта. Цель изобретения - оптимизация светового режима в теплице и экономия электроэнергии. Уровень освещенности в теплице поддерживается с учетом естественной освещенности и ступенчатого подключения или отключения групп ламп 12 светотрона. При наличии снегопада по сигналу сигнализатора в снегопад все группы ламп 12 светотрона автоматически включаются, отражающие экраны 6 светотрона поворачиваются в вертикальное положение (перпендикулярно скату кровли) для обеспечения обогрева кровли теплицы и предотвращения накопления снега или льда, препятствующих поступлению естественного света к растениям в теплице. Кроме того, в ясную погоду сигналы от программатора 27 поворота экранов 6 через электропривод 5 обеспечивают перемещение отражающих экранов 6 в такое положение, при котором осуществляется минимальное затенение экранами 6 внутреннего пространства теплицы. При этом повышается общий уровень освещенности в теплице, повышается равномерность светового поля, что приводит соответственно к снижению потребности в дополнительной подсветке электролампами, что обеспечивает экономию электроэнергии, и к повышению урожайности овощей. 1 ил.