Устройство для оптимизации фотосинтеза растений Советский патент 1991 года по МПК A01G9/26 

Изобретение относится к устройствам для автоматического регулирования сельскохозяйственных процессов и может быть использовано при выращивании рассады в теплицах и оранжереях.

Целью изобретения является оптимизация фотосинтеза растений в защищенном грунте путем программного регулирования температуры воздуха и автоматического изменения облучения на основании алгоритма /5 f(ta, F), при котором обеспечиваются благоприятные для фотосинтеза сочетания энергетических параметров.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 представлена его принципиальная схема; на фиг. 3 представлена принципиальная схема усилителя- демодулятора; на фиг. 4 приведена

структурная схема блока импульсно-фазового управления; на фиг. 5 - функциональная схема отключающего блока; на фиг-6 - его принципиальная схема; на фиг. 7 - структурная схема вычислительного устройства; на фиг. 8, 9 - принципиальная схема первого и второго аналого-цифровых преобразователей соответственно; на фиг. 10 - структурная схема высокочастотного генератора импульсов; на фиг. 11 - принципиальная схема блока питания, источника сигнала синхронизации и генератора обнуляющих импульсов, блока формирования импульсов; на фиг 12 - структурная схема счетчика импульсов и заторможенного генератора высокочастотных импульсов; на фиг. 13- принципиальная схема формирователя открывающих импульсов на фиг. 14 предО

ю о

ON

ставлены временные диаграммы генератора запускающих импульсов f3 (а), входного напряжения Узт, Us2 аналого-цифровых преобразователей (б), опорного напряжения Uon аналого-цифровых преобразователей (в), выходного напряжения UH интегратора (г), генератора опорной частоты to (д), выходного сигнала fa аналого-цифрового преобразователя (е); на фиг. 15 - графики функции /3 благоприятного сочетания энергетических параметров F3 и tB фотосинтеза растений.

Устройство для оптимизации фотосинтеза растений содержит задатчик 1 продолжительности облучения, выполненный в виде реле времени с суточной программой с двигателем 1i и контактом 12, привод 2 задатчика интенсивности облучения, блокЗ управления, первый датчик 4 облучения, измерительный мост 5, одним плечом которого является датчик 4 облучения, третье плечо образовано резисторами 51-5з, четвертое - резистором 54, усилитель-демодулятор 6. Узел 7 смещения фазы открытия тиристоров, блок 8 импульсно-фазового управления, блок 9 тиристоров с тиристорами 91.,.9б, облучатели 10, задатчик 11 интенсивности облучения, задатчик 12 минимального напряжения, реостат 13,обратной связи, состоящий из резисторов 13т, 132, 13з, которые составляют второе плечо измерительного моста 5, задатчик 14 номинального напряжения, балластные сопротивления 15, отключЗющий блок 16.

Привод 2 задатчика интенсивности облучения содержит микродвигатель 17 с обмотками 17i и 172 и емкость 18, при этом обмотки включены в сеть питания через микровыключатели 19 и 20, а вал микродвигателя 17 кинематически соединен с подвижным выводом резистора задатчика 11 интенсивности облучения и с контактами конечных микровыключателей 19 и 20, а сами микровыключатели установлены с возможностью перемещения относительно оси вала по окружности и фиксации в заданном положении.

Блок 3 управления состоит из реле 21 включения, представляющего собой реле времени с обмоткой 211 и двумя замыкающими с задержкой п при размыкании контактами 212 и 21з, реле 22 задержки смещения фазы открытия тиристоров, представляющие собой реле времени с обмоткой 22i и замыкающим контактом 222 (фиг. 10) с задержкой тг при замыкании и промежуточное реле 23 с обмоткой 23i и замыкающими контактами 232...23.

Первый датчик 4 облучения - фоторезистор, установленный на уровне растений в теплице, на который воздействует сумма естественного Fe(t), создаваемого солнцем, и

искусственного Ри (Fe), создаваемого облучателями, облучений. Он выполнен в виде одного из плеч измерительного моста 5 (фиг. 3) с выходом ± е.

Измерительный мост 5 имеет четыре

0 плеча сопротивлений, одним из которых является первый датчик 4 облучения, диагональ питания которого соединена с источником переменного напряжения б В, а один вывод измерительной диагонали под5 ключей к входу реостата 13ч обратной связи. Усилитель-демодулятор 6 (фиг, 3) содержит блок 24 питания, фазочувствительный усилитель .25, триггерные узлы 26 и 27, а также реле 28 с обмоткой 28i и замыкающим контактом 282 и реле 29 с обмоткой 291 и замыкающим контактом 292. Усилитель-демодулятор представляет собой пропорциональный регулятор с зоной нечувствительности, настраиваемый вруч5 ную резистором 13з.

Узел 7 смещения фазы открытия тиристоров выполнен в виде однофазного конденсаторного микродвигателя, реверсивный вал которого кинематически соеди0 нен с задатчиком 12 и задатчиком 14 минимального и номинального напряжений, с входом блока 8 импульсно-фазового управления открытием тиристоров с подвижным выводом резистора 13i обратной

5 связи, при этом обмотка 17т включена последовательно с задатчиком 12 одним выводом, обмотка 172-с задатчиком 14, а вторые их выводы соединены с блоком 7 (конденсатором 7з), выводы которого через контакты

0 282 и 292 реле 28 и 29 усилителями-демодуляторами подключены к его питающему входу, а вторые выводы задатчиков 12 и 14 подключены к нулевой шине.

Привод 2 задатчика 11 интенсивности

5 облучения входом соединен с выходом блока 30 управления его приводом, который содержит третий датчик 31 облучения, датчик 32 температуры tu(t) и вычислительное устройство 33, входы которого соединены с выходами датчика 31 облучения, датчика 32

0 температуры воздуха теплицы и с питающим входом блока 30 управления приводом задатчика интенсивности облучения, технологическими входами которого являются температура tB(t), естественное Fe(t) облуче5 ние и искусственное FM(Fe) облучение.

Блок 8 (фиг. 4) импульсно-фазового управления содержит высокочастотный генератор 34 импульсов, три канала (по числу фаз) управления тиристорами, каждый из

которых содержит формирователь 35 импульсов и по два бдинаковых формирователя 36 и 37 открывающих импульсов.

Облучатели 10 - дугоразрядные лампы, состоят из стеклянного баллона, внутрь которого помещена ртутно-кварцевая горелка (трубка), заполненная инертным газом с добавлением ртути. Внутренняя стенка баллона покрыта люминофором. Облучатели включены в сеть последовательно с тиристорами.

Задатчик 11 интенсивности облучения - это переменный резистор, включенный параллельно резистору 52 плеча измерительного моста 5. Его подвижный вывод кинематически соединэн с реверсивным выходом микродвигателя 17 задатчика 2 интенсивности облучения.

Задатчики 12 и 14 минимального и номинального напряжений представляют собой конечные микровыключатели с размыкающими контактами, кинематически связанными с реверсивным выходом микродвигателя узла 7 смещения фазы открытия тиристоров.

Реостат 13 (фиг. 3) обратной связи - это переменный резистор 13i, включенный по схеме потен циометра параллельно резисторам 132 и 13з плеча измерительного моста 5. Подвижный вывод резистора 13i кинематически соединен с реверсивным выходом микродвигателя узла 7 смещения фазы открытия тиристоров, а сам резистор установлен с возможностью перемещения по окружности относительно оси вала и фиксации в заданном положении.

Балластные сопротивления 15 - это лампы накаливания, включенные параллельно облучателям 10 по одной на каждую фазу.

Отключающий блок 16 (фиг. 5, 6) содержит выходное реле 16i с обмоткой 162 и размыкающим контактом 16з, симисторЗЗ, включенный в сеть фазного напряжения последовательно с обмоткой 162, источник 39 стабилизированного питания, делитель 40 напряжения, .образованный цепочкой резисторов 40i...40s и вторым датчиком 40б облучения, и пороговый элемент 41, при этом источник 39 стабилизированного питания и симистор 38 одними выводами соединены с выходом задатчика 12 продолжительности облучения, один выход источника 39 стабилизированного питания подключен к входу второго датчика 40е облучения, вторым (технологическим) входом которого является естественное Fe(t) облучение, второй выход стабилизированного источника питания подключен к первому входу поровогого устройства 41, вторым входом которого является выход делителя 40 напряжения, выход порогового устройства соединен с вторым входом симистора 38, а выводы делителя 40 напряжения и обмотка вы- 5 ходного реле 1ба подключены к шине нейтрали.

Блок 24 питания усилителя-демодулятора 6 (фиг. 3) содержит диоды 241...24б, фильтр на конденсаторах 247...24д и рези0 сторе 24ю, сигнальную лампу 24ц и трансформатор 24i2, вторичные обмотки которого служат источниками питания триггерных узлов 26 и 27 (24 В), реле 28 и 29 (28 В) и измерительного моста 5 (6 В).

5 Фазочувствительный усилитель 25 выполнен на транзисторах 251,,.25з, конденсаторах 2Й4...258 и резисторах 25g...25i4.

Триггерный узел 26 состоит из транзисторов 26i и 262, резисторов 2бз...26б. пере0 менного резистора 26 и конденсатора 26в. Триггерный узел 27 состоит из транзисторов 27i и 272, резисторов 27з...27е, переменного резистора 27 и конденсатора 27s. Блок 30 управления приводом 2 задат5 чика 11 интенсивности облучения включает третий датчик 31 облучения, датчик 32 температуры воздуха теплицы и вычислитель ное устройство 33, питающий вход которого является питающим входом блока 30 управ0 ления приводом задатчика 2, второй и третий входы соединены с выходами датчиков 31 и 32 соответственно, а технологическими входами блока 30 являются входы датчиков Ри (Fe), Fe(t) и tB(t), при этом выход

5 вычислительного устройства 33, являющийся выходом блока 30, соединен с входом привода 2 задатчика интенсивности облучения.

Третий датчик 31 облучения выполнен

0 на элементах солнечной батареи, установлен в теплице на уровне растений.

Датчик 32 температуры воздуха теплицы - термопара, горячий спай которой установлен в теплице на уровне растений, а

5 холодный спай помещен в термостат. Выходами U31 и U32 датчика 31 и датчика 32 являются фотоЭДС и термоЭДС соответственно.

Вычислительное устройство 33 (фиг. 7)

0 содержит блок аналого-цифровых преобразователей 33i, включающий первый и второй аналого-цифровые преобразователи 42 и 43 соответственно, генератор 44 опорной частоты f0, генератор 45 запускающих им5 пульсов, источник 46 опорного напряжения Uon, вычислительный блок 47, блок 48 сравнения и коммутации, который, в свою очередь, содержит цифровой компаратор 49, первый и второй транзисторные ключи 50 и 51, первое и второе рел 52 и 53 включения

привода задатчика интенсивности облучения с обмотками 52i и 53i и замыкающими контактами 522 и 53а, при этом выход датчика 31 облучения соединен с входом первого аналого-цифрового преобразователя, выход датчика 32 соединен с первым входом второго аналого-цифрового преобразователя 43, второй, третий и четвертый входы аналого-цифровых преобразователей соединены с выходами генератора 44 опорной частоты f0, источника 46 опорного напряжения Don и с выходами генератора 45 запускающих импульсов, выход первого аналого-цифрового преобразователя соединен с входом блока сравнения и коммутации, второй вход которого соединен с выходом второго аналого-цифрового преобразователя 43 через вычислительный блок 47, первый и второй входы цифрового компаратора (А и В) подключены к соответствующим входам блока 48 сравнения и коммутации, выход QA в цифрового компаратора 49 через первый транзисторный ключ 50i соединен с входом обмотки 522 первого реле влючения привода 2 задатчика 11 интенсивности облучения, вывод катушки 53i второго реле через второй транзисторный ключ 51 подключен к выходу Од в цифрового компаратора 49, вторые входы транзисторных ключей 50 и 51 соединены с питающим входом вычислительного устройства 33, соединенным с выходом задатчика 1 продолжительности облучения, контакты 522 и 532 реле включения привода задатчика интенсивности облучения включены в разрыв цепи питания обмоток микродвигателя привода 2 задатчика интенсивности облучения.

Высокочастотный генератор 34 (фиг. 10) импульсов образован четырьмя схемами И 341...344 одной микросхемы, включенными между собой последовательно, при этом схемы И 34ч и 342 охвачены обратной связью с емкостью 34s, схемы И З41...34з - обратной связью с переменным резистором 34б, подвижный вывод которого кинематически связан с реверсивным выходом микродвигателя узла 7 смещения фазы открытия тиристоров, при этом зашунтиро- ванная часть резистора 34е включена парал- лельно замыкающему с задержкой г/2 контакту 222 реле 22 задержки смещения фазы открытия тиристоров, выход высокочастотного генератора 34 подключен к счетным входам шестиразрядных счетчиков 57 формирователей 35 импульсов всех трех фаз.

Формирователь 35 (фиг. 4) импульсов блока 8 импульсно-фазового управления содержит последовательно включенные источник 54 питания микросхем, источник 55 сигнала синхронизации, генератор 56 обнуляющих импульсов, счетчик 57 импульсов и заторможенный генератор 58 высокочастотных импульсов, при этом выход высокочастотного генератора 34 импульсов соединен со счетным входом счетчиков 57 формирователей импульсов каждой из фаз А, В, С. Выход каждого формирователя 35 им0 пульсов подключен к входам формировате- лей 36 и 37 открывающих импульсов, вторые входы которых соединены с линейными зажимами А, В, С источника трехфазного тока, а выходы - с управляющими электродами

5 попарно встречно-параллельно включенных тиристоров 9i и 92 (выводы а, б), 9з и 94 (выводы в, г) и 9s и 9е (выводы д, е) через контакты -232...23 реле 23. Выводы ж, з, и подключены к точкам соединения тиристо0 ров с облучателями 10 и1 балластными сопротивлениями 15.

Формирователи 36 и 37 (фиг. 13) открывающих импульсов построены по одной схеме, включающей импульсный трансфор5 матор 36i (371) и транзистор 362(372). Первичная обмотка 1 зашунтирована последовательно включенными в цепь коллектора транзистора 362 (372) резистором Збз (37з) и диодом 364 (374), вывод которого

0 и обмотки 1 импульсного трансформатора подключены к положительному выводу мостовой схемы 542 выпрямления. Обмотка If импульсного трансформатора зашунтирована резистором 36s (37в) и светодиодом Збе

5 (37е), параллельно им через диод 36 (37) включен конденсатор 36a(37e), выводы которого подключены к блоку тиристоров 9. Пэ- раллельно переходу база - эмиттер транзистора 362 (37а) включен резистор Збэ

0 (37д). Базы транзисторов подключены к выходам источника 55 сигнала синхронизации (вторые выводы диодов 554 и 55s соответственно), а через конденсатор Збю (37ю) - к выходу заторможенного генератора 58 вы5 сокочастотных импульсов.

Источник 39 стабилизированного питания отключающего блока 16 образован диодом 39i, конденсаторами 392, 39з. резистором 394 и стабилитронами 39s и 39е.

0 Делитель 40 напряжения состоит из постоянного резистора 40i, переменного резистора 402 и потенциометра 40з, включенных последовательно друг к другу и к источнику 39 стабилизированного пита5 ния. Параллельно этой цепочке включена вторая, образованная переменным резистором 404, постоянным резистором 40s и фоторезистором 40е (второй датчик облучения), один вывод которого соединен с выводом постоянного резистора 40i и последовательно ему включенным переменным резистором 404 и постоянным резистором 40s, второй вывод которого соединен с подвижным выводом потенциометра 40з.

Пороговый элемент 41 включает одно- переходные транзисторы 411 и 412, тиристор 41з, конденсаторы 414...41. резисторы 41в...4122, диоды 4123-4125. Пороговый элемент питается током от источника 39 стабилизированного питания, управляющий выход делителя через резистор 41 в соединен с базой транзистора 411, выход транзистора - к управляющему входу симистора 38 через тиристор 41з и резисторы 41 те и 41 ц.

Аналого-цифровые преобразователи 42 (фиг. 8) и 43 (фиг. 9) аналогичны по устройству и содержат ключ 421 (43i), постоянный резистор 422 (432), конденсатор 42з (43з), интегратор 424 (434), второй ключ 42s (43s), элемент 42е (43е) сравнения, устройство 42 (43) управления, схему И 42s (43s), счетчик 42д (43э) импульсов и запоминающее устройство 42ю (43ю) и представляют цифровые вольтметры, аналоговые входы Uai и U32 которых поступают с выходов датчиков 31 и 32, а выходы соединены с входом А цифрового компаратора 49 и со входом вычислительного блока 47 соответственно. Выход Uai третьего датчика 31 облучения через ключ 421, резистор 422 соединен с входами конденсатора 42з, интегратора 424, ключа 42s, выходы которых соединены с входом элемента 42е сравнения, один выход которого соединен с корпусом, второй - с первым входом устройства 42 управления, второй вход которого соединен с выходом генератора 45 запускающих импульсов f-5 третий - с первым выходом счетчика 42 импульсов, первый выход устройства 42 управления соединен с ключом 42ь второй - с ключом 424, третий - с первым входом схемы И 42в, вторым входом которой является выход генератора 44 опорной частоты fo выход схемы И соединен с первым входом счетчика 42д импульсов, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока 42 управления, с которым соединен первый вход запоминающего устройства 42 ю, его второй вход соединен с вторым выходом счетчика 42э импульсов, а выход запоминающего устройства 42 ю соединен с входом вычислительного блока 49.

Внутренние связи элементов второго аналого-цифрового преобразователя 43 аналогичны рассмотренным выше.

Генератор 44 опорной частоты f0. генератор 45 запускающих импульсов f3 и источ- ник 46 опорного напряжения Uon выполнены на серийных микросхемах. Питание всех микросхем осуществляется от

источника 54 (питающие с.пяти микрос гм на чертеже не показаны)

Источник 54 (фиг. 11) питания микросхем состоит из трансформатора 541 пср- 5 вичная обмотка I которого включена в сеть фазного напряжения 220 В С вторичной обмоткой II снимается напряжение 12 В, которое подводится к мостовой схеме 542 выпрямления. Выпрямленное напряжение

0 подводится к фильтру, образованному резистором 54з и конденсаторами 544 и 54s На выходе источника питания микросхемы подключен стабилитрон 54б.

Источник 55 (фиг. 11) сигнала синхрони5 зации содержит резисторы 55i, 552 и 55з. узловая точка соединения которых подключена к входу генератора 56 обнуляющих им- пульсов, вторые выводы резисторов 551...53з - к отрицательному выводу мосто0 вой схемы 54а выпрямления, к отрицательным выводам диодов 554 и 55s соответственно, а положительные выводы диодов соединены с первыми входами формирователей 36 и 37 открывающих импуль5 сов.

Генератор 56 (фиг. 11) обнуляющих импульсов построен на базе транзисторов 561 и резистора 562, при этом коллектор через резистор 562 соединен с выводом + 9 В, а

0 эмиттер - с выводом - 9 В источника 54 питания микросхем. Коллектор транзистора 56i подключен к первому и второму входам счетчика 57 импульсов.

Счетчик 57 (фиг. 12) импульсов шести5 разрядный, двоичный состоит из счетчика 57ч и узла памяти на элементах 572 и 57з, выполненных на однгй микросхеме, вывод 5 которой и обнуляющий вход счетчика 57i подключены к выходу генератора 56 обнуля0 ющих импульсов, счетный вход S которого подключен к выводу высокочастотного генератора 34 импульсов, выход счетчика 57 импульсов подключен к входу заторможенного генератора высокочастотных импульсов,

5 Заторможенный генератор 58 (фиг. 12) высокочастотных импульсов построен на логических схемах И 58i...584 одной микросхемы, при этом схемы включены последовательно одна другой, первая - третья из

0 них охвачены отрицательной обратной связью, параллельно схеме 582 включен конденсатор 58s. Входом заторможенного генератора высокочастотных импульсов является выход счетчика 57 импульсов, а вы5 ход подключен к входам формирователей 36 и 37 открывающих импульсов.

Устройство для оптимизации фотосин теза растений работает следующим обра зом.

Продолжительность включения и отлючения искусственного облучения задатся настройкой программы задатчика 1 с четом программы изменения температуры воздуха в теплице. При этом переход с ночной температуры на дневную продолжается не менее 1 ч при неработающем искусственном облучении, чем исключается образование росы внутри теплицы или оранжереи. Перед вы водом температуры на дневной реим замыкается контакт 1а и остается замкнутым в течение всего светового дня, обеспечивая подачу напряжения сети на все элементы цепей управления устройства. При этом включается под напряжение обмотка реле 21 включения и подается напряжение к обмотке 231 промежуточного реле 23, обмотке 221 реле 22 задержки смещений фазы открытия тиристоров, блоку 30 управления приводом интенсивности облучения, усилителю-демодулятору 6, микродвигателю узле 7 смещения фазы открытия тиристоров и блоку 16 отключения.

Замыканием контактов 21г и 21з включаются обмотка промежуточного реле 23 и обмотка 221 реле смещения фазы открытия тиристоро. При включенном реле 21 двигатель 221 приводит во вращение кулачковое устройство привода контакта 22г, который по окончании задержки т замыкается, включая систему 8 ммпульсно-фазового управления. Время задержки п настраивается вручную, а длительность ее выбирается равной или более времени прогрева и запуска облучателей 10, уточняется по их технической характеристике.

В момент включения устройства на датчик 4 облучения действует только естественное, от солнца, Fe(t) облучение, так как облучатели разогреваются и облучение Ри (Fe) отсутствует. Если естественное облучение соответствует заданному задатчиком 11, то выход ±Ј измерительного моста 5 равен нулю и на транзистор 251 фазочувст- вительного усилителя сигнал не поступает, а двигатель узла 7 смещения фазы открытия тиристоров не работает. Если облучение отличается от заданного задатчиком 11, то равновесие измерительного моста 5 нарушается за счет изменения сопротивления датчика 4 на величину , появляется сигнал ±Ј на выходе измерительного моста 5, знак этого сигнала соответствует направлению отклонения облучения (выше или ниже заданного).

Напряжение разбаланса измерительного моста 5 прикладывается между эмиттером и базой транзистора 251 первого каскада усиления фазочувствительного усилителя 25. При этом ток разбаланса измерительного моста 5 протекает через часть резистора 13i реостата обратной связи, к эмиттеру и базе транзистора 25i приложено напряжение (сигнал ), отличающемуся

от напряжения разбаланса измерительного моста на величину падения напряжения на резисторе 13i. В процессе функционирования устройства величина падения напряжения изменяется с изменением фазы

открытия тиристоров, так как подвижный вывод резистора 13i перемещается синхронно с подвижным выводом резистора 34е системы 8 импульсно-фазового управления. Когда измерительный мост 5 сбалзнсирован, транзистор 25i находится в открытом состоянии. Конденсаторы 2бв и 278 заряжаются, поддерживая на выходе делителей напряжения via резисторах 26s, 26б и 26 и 27s, 27е и 27т постоянные потенциалы. К базам

транзисторов 26г и прикладываются отрицательные смещения, поэтому они находятся в открытом состоянии, а транзисторы

261и 27i - в закрытом состоянии, реле-28 и 29 лишены питания. При наличии сигнала

разбаланса ± е знак входного напряжения в один полупериод остается прежним, а в другой будет противоположным. Следовательно, & один полупериод транзистор 251 остается открытым, а в другой закроется.

Открытый транзистор пропускает ток в ту цепь, которая присоединена коллектором к отрицательному в данный момент потенциалу обмотки о-о блока 24 питания. В другой цепи ток отсутствует оба полупериода, поскольку проводящая полярность источника питания совпадает по времени с закрытым состоянием транзистора, а открытое состояние транзистора - с непроводящей по отношению к транзистору полярностью

источника питания.

Выходное напряжение первой цепи будет продолжать поддерживать открытым транзистор 262 (или 272), а выходное напря- жение второй цепи станет близким нулю, что приведет к опрокидыванию триггерного узла 26 (или 27). В результате транзистор

262закроется, а транзистор 26i откроется (или транзистор 272 закроется, а транзистор

271 откроется) в зависимости от направления отклонения облучения от заданного. Открывшись, транзистор 26i (27i) вызывает срабатывание реле 28 (29). Контакты 282 (292), срабатывая попеременно при каждой

смене знака разбаланса измерительного моста 5, реверсируют микродвигатель узла 7 смещения, что приводит к перемещению подвижного вывода резистора 34б. При приближении подвижного вывода переменного

резистора 34е к конечному положению микродвигатель узла 7 отключается размыкающими контактами задатчиков 14 и 12 номинального и минимального напряжений. Величины этих напряжений настраиваютсяперемещениемсамихмикровыключателей 12 и 14 и фиксацией их в нужном положении.

При работе реверсивного микродвигателя узла 7 смещения фазы открытия тиристоров, т. е. при изменении фазы их открытия, вращение вала сопровождается перемещением подвижного вывода резистора 13i реостата обратной связи, связанного с валом кинематически. В то же время, изменение сопротивления резистора 34б, сопровождающееся изменением фазы открытия тиристоров, и за счет этого изменение напряжения на зажимах облучателей, приводит к изменению величины суммарного облучения, что сопровождается изменением сопротивления датчика 4 облучения, включенного в одно из плеч измерительного моста 5. Одновременное изменение сопротивления резистора 134, включенного в смежное датчику 4 плечо измерительного моста 5, обеспечивает балансировку измерительного :-/юста в момент, когда суммарное облучение достигает величины, заданной задатчиком 11 интенсивности облучения. Каждому конкретному значению облучения будет соответствовать определенное положение подвижного вывода резистора 34б. Любое отклонение суммарного облучения от заданного вызывает срабатывание микродвигателя узла 7 смещения в том направлении, при котором обеспечивается балансировка измерительного моста 5 и поддержание заданного облучения. Таким образом устройство находится в следящем режиме.

Диапазон регулирования, соответствующий крайним положениям подвижного вывода резистора 13i, настраивается резистором 13з вручную.

Импульсно-фазовое управление открытием тиристоров осуществляется следующим образом, Отрицательные полупериоды переменного тока с вывода обмотки II трансформатора 50i поступают на базу транзистора 362 каждого из формирователей импульсов, поочередно закрывая их. На базу транзистора 56i поступают положительные полупериоды пульсирующего напряжения с этой же обмотки с удвоенной частотой. Узкие прямоугольные импульсы, возникающие в моменты приближения сетевого напряжения к нулю, поступают на вход шестиразрядного двоичного счетчика 57i его обнуления в начале каждого полупериодл и одновременно включают узел плмя ти на элементах 572, 57з

На счетный вход счетчика 57i поступают высокочастотные импульсы or высокоча- стотного генератора 34 импульсов. После отсчета 26 64 импульсов на счетчике появляется сигнал логической 1, который переключает узел- памяти. В результате на выходе элемента 57з устанавливается зна0 чение логической 1, разрешающее работу заторможенного генератора 58 импульсов (элементы 58i...534) Генератор работает независимо от дальнейшего состояния счетчи.- ка дет появления сигнала логической 1 на

5 коллекторе транзистора 56i. Импульсы этого генератора частотой 6 кГц укорачиваются до 150 мкс дифференцирующей цепью R36g СЗбю с целью разгрузки усилителя мощности, выполненного на транзисторе 362. При

0 этом импульсы приобретают импульсную оптимальную для управления форму: крутой фронт и пологий спад.

Укороченные импульсы усиливает лишь . тот усилитель, на базе транзистора которого

5 отсутствует закрывающее отрицательное напряжение диодов 554 и 55s. Поэтому из двух встречно-параллельно включенных ти-- ристоров 9i, 9з или 9з, 94, или 9s, 9б открывается тот, у которого в рассматриваемый

0 полупериод напряжение на аноде по отношению к катоду положительно. В конце полупериода один из тиристоров закрывается в очередной полупериод сетевого напряжения и открывается другой из пары тиристо5 ров.

Для защиты от электродвижущей силы самоиндукции обмоток импульсных трансформаторов 36i они шунтированы: первичная - цепью диод Збз, резистор Збз;

0 вторичная - цепью резистор 36s,светодиод Збб, который сигнализирует об исправности канала управления. Диод 36 и конденсатор Збв из пачки высокочастотных импульсов формируют один импульс с высокочастот5 ной составляющей, что обеспечивает надежное включение тиристоров при индивидуальной характеристике нагрузки. Длительность импульсов равна длительности открытого состояния тиристоров, что ис0 ключает самопроизвольное их включение при прерывистом характере нагрузочного тока, что характерно для газоразрядных ламп.

Перемещением подвижного вывода ре5 зистора 34б из крайнего левого положения в крайнее правое при работе микродвигателя узла 7 смещения фазы открытия тиристоров угол открытия тиристоров меняется от 90° до нуля, а напряжения на зажимах облучателей - от 110 до 220 и Значение номинальнпго и минимального напряжений устанавливаются перемощением задэтчиков 14 и 12 и фиксацией их в заданном положении, исходя из технической характеристики облучателей.

При подаче на облучатели 10 номинального напряжения 220 В в трубке возникает дуговой разряд в парах ртути, создающий интенсивное ультрафиолетовое излучение, которое, воздействуя на люминофор баллона, преобразуется в видимый свет, Для запуска дугоразрядных облучателей применяется стандартная пускорегулирую- щая аппаратура, Процесс запуска длится до полного испарения ртути 10...15 мин при номинальном напряжении, после чего разряд между электродами становится устойчивым и сопровождается номинальной светоотдачей. При напряжении ниже номинального облучатели не запускаются (не возникает дуговой разряд). После запуска облучатели могут работать при напряжении ниже номинального до 15%, при этом потребляемая ими мощность и облучение сни- жаются со 100 до 50%. Так как при пониженном напряжении запуск облучателей невозможен, независимо от команд, по- ступающих от датчика 4, блок 8 импульсно-фазового управления контактом 222 задержки смещения фазы открытия тиристоров размыкается на все время запуска облучателей 10, резистор 34е полностью включается, фаза открытия тиристоров становится равной нулю и на облучатели подается номинальное напряжение.

К моменту замыкания контакта 222 на датчик 4 облучения действует облучение Fe(t) и Ри (Fe), поэтому по команде усилителя-демодулятора 6 подвижный вывод переменного резистора 34е перемещается в положение, при котором блок 8 импульсно- фазового управления обеспечивает наибольшее значение искусственного облучения. Так как контакт 22а разомкнут, эти команды на тиристоры 9i..,96 не поступают. После размыкания контакта 22г начинается переходный процесс и тиристоры выводятся на открытие при такой фазе, которая обеспечит суммарное облучение, установленное задатчиком 11.

Если установившийся режим наступает при номинальном напряжении, перемещение подвижного вывода резистора 34е прекращается, так как движением вала микродвигателя узла 7 смещения фазы открытия тиристоров контакт 14 задатчика номинального напряжения размыкатеся и микровыключатель отключается, чем обеспечивается защита резистора от поломок. Второе крайнее положение подвижного вывода этого резистора ограничено положением задатчика 12.

При дальнейшем увеличении естественного облучения и работающих при минимальном напряжении облучателях суммарное облучение Fe(t) и Ри (Fe) превысит заданное задатчиком 11 значение. В этом случае срабатывает отключающий блок 16, датчик 40е которого контролирует естест0 венное облучение. Когда оно достигает заданного значения, фоторезистор 40е изменяет свое сопротивление настолько, что падение напряжения на нем превысит порог срабатывания транзистора 411, от5 крывается транзистор 41з и удерживается в этом состоянии за счет постоянного анодного тока. Этот ток вызывает отпирание сими- стора 38 и контакт 16з обесточивает катушку 211 реле включения. В результате отключа0 ются реле 22 и промежуточное реле 23, так как контакты 212 и 21 после истечения выдержки г размыкаются. Контакты 232...23 размыкаются, разрывая цепь а,,,е управляющих электродов тиристоров 91...9б и облу5 чатели 10 отключаются от питающей сети.

Открывшийся тиристор 41 з через резисторы 41 те и 4111 уменьшает порог срабатывания транзистора 411, что создает зону нечувствительности между срабатыванием

0 реле 16i. До тех пор, пока падение напряжения на фоторезисторе 40е будет выше порога срабатывания транзистора 41i, конденсатор 414 будет периодически заряжаться и разряжаться. Через резистор 4120

5 каждый полупериод подзаряжается конденсатор 41, разряжающийся в промежутках между отпираниями транзистора 411 и резистор 41д через катод, управляющий электрод симистора 38 и резистор 41ц.

0 Постоянная времени цепочки R41ie C414 почти на два порядка меньше, чем постоянная времени цепочки R41ie С41у, а порог срабатывания транзистора 411 с помощью, делителя напряжения на резисторах 41 ig и

5 4121 устанавливается заведомо меньшим, чем порог отпускания транзистора 411, задаваемого потенциометром 40з. До тех пор, пока конденсатор 41 периодически подзаряжается, транзистор 412 не отпирается.

0 Когда падение напряжения на фоторезисторе 40е снизится ниже порога открытия транзистора 411, конденсатор 41 перестает подзаряжаться. Как только он разрядится на величину, равную порогу срабатывания

5 транзистора 412, последний отпирается, пропуская импульс тока, заряжающий конденсатор 414, последний отпирается, пропуская импульс тока, заряжающий конденсатор 41. За счет падения напряжения на резисторе 41 ц и напряжения на конденсаторе 41 тиристор 41з закрывается. Закрывается и симистор 38, отключая реле Ibi, Ч, рез открывшийся транзистор 412 и диод 4124, резистор 4120 протекает ток, удерживающий транзистор 412 в открытом состоянии, и конденсатор 41 остается заряженным.

При повторном открытии тиристора 41 з через диод 4123 шунтируется переход эмиттер - база транзистора 412 и последний запирается, а потенциалом на эмиттере транзистора 412 закрывается диод 4124. Поскольку порог отпирания транзистора 412 за счет подключения его .базы к делителю напряжения на резисторах 41чэ, 4121 всегда меньше порога срабатывания транзистора 411, диод 4124 заперт и транзистор 41а не срабатывает, Резистор 41ц обеспечивает термокомпенсацию порога срабатывания, а конденсатор 41е повышает помехозащищенность схемы.

Настройка отключающего блока 16 для конкретного фоторезистора 40е осуществляется последовательным изменением сопротивлений 402 и 40s при установке задатчика (потенциометр 40з) облучения на минимальное и максимальное значения для значений сопротивления второго датчика 40е, соответствующего этим облучениям. Значение требуемого облучения Рзустанавливается потенциометром 40з, изменение зоны нечувствительности переменным резистором 41 тз. Значение облучения РЗ , при котором происходит отключение облучателей 10, выбирается и настраивается таким, чтобы при отключении облучателей 10 не происходило их повторного включения за счет скачкообразного изменения суммарного облучения, что исключает автоколебания при работе устройства.

Понижение естественного облучения во второй половине дня приводит к повторному включению облучателей после срабатывания реле 16i в порядке, обратном описанному.

Ложные срабатывания устройства при кратковременных увеличениях естествент ного облучения, что может иметь место при разрывах облачности, вспышках молнии и т. п..исключаютсязадержкойt реле21 включения, которое независимо от команды на отключение, поступающей на обмотку 21i, не размыкает контакты 212 и 21з. Они размыкаются, если увеличившееся суммарное облучение будет оставаться дольше, чем время задержки п.

Благоприятное для фотосинтеза /3 растений сочетание облучения Fe (t) и Ри (Fe) в функции от температуры tB (t) воздуха теплицы обеспечивается функционированием блока 30 управления приводом 2 задатчика 11 облучения следующим образом.

Текущее значение температуры tn воздуха теплицы датчиком 32 температуры преобразуются в аналоговый сигнал 1)з2 (термоЭДС), который поступает на вход второго аналого-цифрового преобразователя 43 (фиг. 9). Задним фронтом импульса гене0 ратора 46 задающих импульсов (момент t2. фиг, 15) замыкается ключ 43i и через резистор 432 на интегратор 434, конденсатор 43з протекает ток заряда. Преобразование тер- моЭДС в пропорциональный ей временной

5 интервал Тх осуществляется путем интегрирования сначала термоЭДС, а затем опорного Don напряжения. В первом такте в течение времени Ти производится интегрирование термоЭДС, в результате чего на0 пряжение на выходе интегратора 434 равно т Un(t)

Г и,, нт - U32T J U32 01 - D .„ г ,„

1

R432C433 5R432C433

г где R432 С43з - постоянная времени интег- 1 ратора;

Ти - время интегрирования;

Кз2 - текущее значение термоЭДС.

В течение второго такта интегрируется

Q опорное напряжение U0n источника 46, имеющее противоположную U32 полярность. После запуска устройства 43 управления на счетчик 43э и запоминающее устройство 43ю подается сигнал, устанавливающий их

с в исходное (нулевое) состояние. В момент t2 с устройства управления подается сигнал, который ключ 43s размыкает, а ключ 43i устанавливает в положение 1, когда на вход интегратора 434 подается термоЭДС.

д Ключ431 находится в положении 1 в течение времени Ти, при этом напряжение Уи возрастает до конечного значения. В момент t2 на один из входов схемы И 43а с устройства 43 подается сигнал, по которому с выхода схе5 мы И на вход счетчика 37д подаются импульсы с генератора 44 опорной частоты f0, подаваемые на второй вход схемы И 43в. Счет этих импульсов идет до полного заполнения счетчика. Счетчик имеет четыре декал ды, следовательно, счет идет до 104 импульсов. После того, как в счетчике зафиксируется 9999 импульсов, десятитысячный импульс возвращает его в исходное состояние и с поледней декады на устройство 43

5 подается сигнал переполнения, по которому ключ 43i устанавливается в положение 2. В течение интервала Ти состояние счетчика не переносится в запоминающее устройство. Когда ключ 43i переключится в положение 2 (момент тз), на вход интегратоF3

pa подается опорное напряжение Uon. Начинается второй такт работы аналого-цифрового преобразователя, когда напряжение на выходе интегратора начинает уменьшаться. Момент ии 0 определяет устройство 43ь сравнения. Устройство 43s управления снимает сигнал со схемы И 43в и импульсы с генератора 44 опорной частоты fo на счетчик 43э не подаются. Число импульсов, подсчитанное счетчиком в интервале Тх t4 - t3, пропорционально 11з2. Оно фиксируется в запоминающем устройстве 43ю и подается на вход вычислительного блока 47.

Вычислительный блок 47 вычисляет значение облучения Рз, при котором имеет место благоприятное сочетание энергетических факторов уЗ для фотосинтеза растений по алгоритму

ta(t)-lntB0-lntB (схЗ)

|П tn ( «X)

где Тр - постоянная облучения, определяемая графически (фиг. 15);

te(t) - значение температуры воздуха теплицы, измеряемое датчиком 32;

1вЛ- - температура воздуха теплицы, соответствующая начальным нулевым условиям, при которой благоприятное сочетание энергетических параметров требует увеличения F (точка а на фиг. 15);

tf4ooj предельное значение температуры воздуха, при которой увеличение облучения F не сопровождаете увеличением фотосинтеза.

Текущее значение суммарного облучения Fe(t) и FM(Fe) измеряется датчиком 31 облучения и фотоЭДС-Оз подается на вход первого аналого-цифрового преобразователя, работающего аналогично описанному, а выход подается на первый вход А цифрового компаратора 49, на второй вход В которого поступает выход вычислительного блока 47. Таким образом, цифровой компаратор 49 сравнивает вычисленное значение облучения Рз с текущим его значением. В результате сравнения этих значений появляется один их двух выходов: QA в, если текущее значение облучения F превышает вычисленное, или выход при обратном соотношении значений F и Р3. При наличии выхода цифрового компаратора запускается транзисторный ключ 50, который включает в сеть задатчика 1 питания реле 52 включения привода задатчика интенсивности облучения и последний перемещает подвижный вывод задатчика 11 в том направлении, которое обеспечивает приведение суммарного облучения растений в соответствии с вычисленным значением Р3.

При наличии выхода цифрового компаратора транзисторный ключ 51 и реле 53 включения привода задатчика интенсивности облучения работают аналогично, при

этом подвижный вывод задатчика 11 перемещается в обратном направлении.

Конечные положения подвижного вывода резистора задатчика 11 интенсивности ограничиваются конечными микровыключателями 19 и 20.

По окончании программы дневной температуры и при выведении ее на ночной режим облучение постепенно снижается в соответствии с приведенным алгоритмом

вычисления F3, и при снижении его ниже порогового значения облучатели 10 отключаются пороговым устройством 16, а задат- чик 1 продолжительности облучения отключает все элементы цепей управления

от источника питания, что обеспечивается настройкой программы задатчика 1 продолжительности облучения.

Формула изобретения

Устройство для оптимизации фотосинтеза растений, содержащее задатчик продолжительности облучения, выход которого соединен с первым входом усилителя- демодулятора и первым входом блока

управления, при этом последний содержит реле включения, реле задержки смещения фазы открытия тиристоров и промежуточное реле, первые входы которых объединены и являются первым входом блока

управления, а второй вход промежуточного реле является вторым входом блока управления и первым выходом блока импульсно- фазового управления, второй выход которого соединен с входами облучателей, с

входами балластных сопротивлений и выходом блока тиристоров, вход которого .подключен к выходу промежуточного реле, причем третий вход последнего соединен с первым выходом реле включения, а второй

выход реле включения соединен с вторым входом реле задержки фазы открытия тиристоров, выход которого связан с первым входом блока импульсно-фазового управления, а второй вход последнего соединен с

выходом узла смещения фазы открытия тиристоров, кинематически связанного с за- датчиком номинального напряжения и с задатчиком минимального напряжения, при этом вход задатчикз минимального напряжения подключен к выходу первого реле усилителя-демодулятора, являющегося первым выходом последнего, а выход задатчика номинального напряжения соединен с выходом второго реле усилителя-демодулятора, являющегося вторым выходом

усилителя-демодулятора, при этом входы питания первого и второго реле связаны с первым входом усилителя-демодулятора и блока питания, первый выход которого соединен с входами питания фэзочувствитель- ного усилителя, первого и второго триггерных узлов, а выходы последних подключены к входам первого и второго реле соответственно, первый и второй входы фа- зочувствительного усилителя соединены с входами первого и второго триггерных узлов соответственно, причем второй питающий выход блока питания связан с питающим входом измерительного моста, в первое плечо которого включен датчик облу- чения, а параллельно третьему плечу включен задатчик интенсивности облучения, кинематически связанный с реверсивным выходом привода задатчика интенсивности облучения, при этом привод задатчика снаб- жен первым и вторым конечными микровыключателями реверсивного микродвигателя, причем фазный провод питающей сети связан с блоком импульсно-фазового управления, а нулевая шина соединена с соответствующими клеммами конечных микровыключателей, балластных сопротивлений и реле задержки смещения открытия тиристоров, узла смещения фазы открытия тиристоров и блока питания, при этом дви- жок реостата обратной связи кинематически соединен с выходом узла смещения фазы открытия тиристора, а выходная клемма подключена к входу измерительного моста, одно плечо которого содержит последовательно включенные постоянный и переменный резисторы настройки зоны неравномерности, включенные параллельно реостату обратной связи, причем выход измерительного моста подключен к входу фа- зочувствительного усилителя через реостат обратной связи, отключающий блок, входом соединенный с выходом привода задатчика продолжительности облучения, а выходом - с вторым входом реле включения, причем нулевая шина питающей сети соединена с соответствующей клеммой отключающего блока, отключающий блок содержит симистор, делитель напряжения, выходное реле, пороговый элемент и второй датчик облучения, включенный в цепь делителя напряжения, подключенного к источнику питания, первый выход порогового элемента подключен к выходу делителя напряжения, а выход порогового элемента связан с управляющим входом симистора, подключенного через обмотку выходного реле к дополнительному выходу задатчика продолжительности облучения, который связан с источником питания, а нулевая шина пигзния подключена к соответствующим выходам симистора и обмотки выходного реле, блок импульсно-фазового управления открытием тиристоров, содержащий три канала формирователей импульсов, подключенных к нулевой шине и фазной шине питающей сети, по два формирователя открывающих импульсов на каждую фазу питающей сети и высокочастотный генератор импульсов, при этом линейные зажимы каждой фазы соединены с первыми входами формирователей открывающих импульсов, с входами облучателей, с балластными сопротивлениями и с выходами блока тиристб- ров, а вторые входы формирователей открывающих импульсов связаны с выходами формирователей импульсов, причем выходы формирователей импульсов через контакты промежуточного реле соединены с управляющими входами соответствующих тиристоров, а первый вход блока импульсно-фазового управления соединен с первым входом высокочастотного генератора импульсов, второй вход которого соединен с вторым входом блока импульсно-фазового управления, выход высокочастотного генератора импульсов соединен с входами фор; мирователей импульсов, каждый из которых снабжен последовательно включенными источниками питания, источниками сигнала синхронизации, генераторами обнуляющих импульсов, счетчиками импульсов и заторможенными генераторами высокочастотных импульсов, при этом зажимы питания формирователей импульсов подключены к источнику питания, выход высокочастотного генератора импульсов подключен к входам счетчиков импульсов всех трех каналов, а выходы заторможенных генераторов высокочастотных импульсов соединены с вторыми выходами формирователей импульсов, генеоатор высокочастотных импульсов выполнен в виде последовательно- включенных четырех схем И, при этом первая и вторая из них охвачены емкостной обратной связью, а первая, вторая и третья - обратной связью, выполненной в виде переменного резистора, подвижный вывод которого кинематически связан с реверсивным выходом микродвигателя узла смещения фазы открытия тиристоров, а параллельно подвижному выводу переменного резистора и его выводу, связанному с выводом первой логической схемы И. включен с задержкой при замыкании контакт реле задержки смещения фазы открытия тиристоров, отличающееся тем, что, с целью оптимизации фотосинтеза растений в защищенном грунте путем программного регулирования температуры воздуха и автомагического изменения облучения на основании алгоритма f(to. F), при котором обеспечивается благоприятное для фотосинтеза сочетание энергетических параметров, дополнительно содержит блок управления приводом задатчика интенсивности облучения, включающий третий датчик облучения, датчик температуры воздуха теплицы и вычислительное устройство, содержащее первый и второй аналого-цифро- вые преобразователи, генератор опорной частоты, генератор запускающих импульсов, источник опорного напряжения, вычис- лительный блок, блок сравнения и коммутации, содержащий цифровой комла- ратор, первый и второй транзисторные ключи и первое и второе реле включения привода задатчика интенсивности облучения, при эгом питающий вход привода задатчика интенсивности облучения подключен к выходу задатчика продолжительности облучения через реле включения привода задатчика интенсивности облучения, первые входы первого и второго .аналого-цифровых преобразователей

соединены с выходами датчика облучения и температуры соответственно, вторые, третьи и четвертые входы - с выходами генератора опорной частоты, генератора запускающих импульсов и источника опорного напряжения соответственно, выход первого аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом блока сравнения и коммутации, второй вход которого соединен с выходом второго аналого-цифрового преобразователя через вычислительный блок, первый и второй входы блока сравнения и коммутации соединены с соответствующими входами цифрового компаратора, первый и второй выходы которого через первый и второй транзисторые ключи, питающие входы которых соединены с питающим входом задатчика интенсивности облучения, соединены с входами обмоток первого и второго реле включения двигателя привода задатчика интенсивности облучения, контакты которых включены в разрыв цепей питания обмоток реверсивного микродвигателя привода задатчика интенсивности облучения

0Ф

N

Изобретение относится к устройствам для автоматического регулирования сельскохозяйственных процессов и может быть использовано при выращивании рассады в теплицах и оранжереях. Целью изобретения является оптимизация фотосинтеза растений в защищенном грунте путем программного регулирования температуры воздуха и автоматического изменения облучения на основании алгоритма, при котором обеспечиваются благоприятные для фотосинтеза сочетания энергетических параметров. Устройство содержит задатчик продолжительности облучения, привод задатчика интенсивности облучения, блок управления, измерительный мост, одним плечом которо го является дзтчик облучения, усилитель-де- модулятоо, узел смещения фазы открытия тиристоров, блок импульсно-фазового управления, блок тиристоров, облучатели, реостат обратной связи, задатчик номинального напряжения, отключающий блок. Задается программа дневной температуры и при выведении ее на ночной режим температура облучения постепенно снижается. 15 ил. fe

Фиг. 2

28

i

25j 26з

т

M у 28г

L-oatQ

268

26 6- 267

$

15

25з

Ш

1 i/ь п ..

а

,

J

25;с

15«

IZ&

25,

rYVs

К

Л

J

2

/1

PJ

л

.J

(222)

55j-

55

б

MH rHJzro

v

w

55

- J6|- jj7h- 5S

0аг.4

zfft)

v4--4;

ш-МЖ-i-JS-«w}ifcv; -H38J-h s2

п

8

-35

-Г7)

rH«bUff

i

ж.

s2

п

Фцг.

#N

Фиг 6

(W

52,

Q-гпф

1190691

Д

Фиг.11

(36)

ГШД

J

/7 (57)

JO J2 ty,

Фиг. 10

5В

.7,

tl

I

Ю

13

п

58

11

(35)

07)

Фиг. 12

t

IT

v

f -QJ

CO

.с Во

М td()

Фа./5