Способ регулирования микроклимата в теплице и система для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК A01G9/26 A01G7/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к системам автоматического управления параметрами микроклимата в зимних блочных теплицах для регулирования их в дневной период суток.

Цель изобретения - повышение точности поддержания температуры и влажности воздуха в теплице в дневное время суток при экономии расхода тепловой энергии и распыляемой воды, увеличение урожайности за счет снижения перегревов и переувлажнения растений.

На фиг.1 приводится пример формирования по основному контуру регулирования установочных положений регулирующих органов систем обогрева, вентиляции и изменения параметров микроклимата при воздействии на теплицу внешних и внутренних факторов; на фиг.2 - пример коррекции

расчетной температуры воды в системе обогрева на входе в теплицу по основному контуру регулирования; на фиг.З - пример коррекции установочных положений регулирующих органов систем обогрева, вентиляции по дополнительному контуру регулирования; на фиг.4 - пример работы системы увлажнения для поднятия влажности воздуха в теплице; на фиг.5 - пример работы системы увлажнения для снижения температуры растения с одновременным поднятием влажности; на фиг.6 - пример выработки управляющих воздействий на исполнительные механизмы систем вентиляции, увлажнения и обогрева.

П р и м е р 1. На фиг.1 приводится пример формирования по основному контуру регулирования установочных положений регулирующих органов систем обогрева,

со

ел

со

VJ

вентиляции и изменения параметров микроклимата под воздействием внешних и внутренних факторов.

Заданные установочные параметры микроклимата определяются тепло- и массопо- токами в теплице и взаимодействием ее с окружающей средой. Нарушение этого баланса за счет изменения внешних или внутренних факторов приводит к отклонению текущих значений параметров от заданных уставок. На фиг.1 представлена динамика изменения параметров микроклимата в зависимости от общего возмущающего воздействия F, которое переводит теплицу в новое состояние, определяемое тепло-„мас- сопотоками, при тех же заданных уставках параметров микроклимата. До момента времени t.i текущие параметры микроклимата теплицы соответствуют заданным уставкам. Внешним и внутренним возмущающим воз- действиям F для поддержания заданных уставок температуры и влажности воздуха ставятся в соответствие тепло-и массопото- ки, управляемые положением регулирующих органов систем обогрева - гк и вентиляции - гф. На фиг.1 представлена динамика пр температуры воды системы обогрева на входе в теплицу для соответствующего положения смесительного клапана - гк. Значение температуры воды - $ip on- ределяет теплопоток от системы обогрева. В момент времени ti происходит изменение общего возмущающего воздействия F, которое регистрируется датчиками системы автоматическогоуправления. Пропорционально возмущаюа1ему воздействию на основе зарегистрированной информации и одновременно с ним вырабатываются новые положения регули

рующих органов: в системе отопления - Гк и

в системе вентиляции - гф. На фиг.1 приводится динамика поведения температуры и влажности воздуха под воздействием возмущающих воздействий - ввр, WBF и технологических систем - ввпр, АЛ/вф с учетом транспортного запаздывания и инерционности процессов в теплице. Результирующие значения WB и 0ф определяют динамику изменения регулируемых параметров. Качество установления процессов в теплице определяется в момент времени t2 величиной разности между текущими параметрами и заданными уставками: Д& и A WB-. Интервал времени t2 - ti определяет время установления переходного процесса в теплице,

Положение смесительного клапана (базовое) системы обогрева - гкб определяется выражением

гк6 Ki

О $Р. ,

5 0 5 0 5

0

„

где Кр- коэффициент пропорциональности; впр -температура расчетной воды системы обогрева на входе.

Температура расчетной воды системы

обогрева на входе - #fip. определяется выражением

#Ер Zr V - Z2 Е + ГЗ 0вЗ Z4 fli - - 25 0ц + Z6 WB ,

где v - скорость ветра;

Е - интенсивность солнечной радиации;

#вЗ - заданная температура воздуха в теплице;

вп - температура почвы теплицы; Он - температура наружного воздуха; WB - влажность воздуха в теплице; Z1,Z2,Z3,Z4,Z5.Z6- коэффициенты пропорциональности.

С целью увеличения фотосинтеза растения заданная температура воздуха 0вз корректируется от величины солнечной радиации и определяется выражением

t. 0вЗ Z / Е Л t,

с

где Е - интенсивность солнечной радиации;

z - коэффициент пропорциональности:

t-время интегрирования.

Положение вентиляционных фрамуг (базовое) определяется выражением

Гф6 Z8 ( V - 5вЗ + 29 (WH - WB) - Z10 V.

где v - скорость ветра;

#аз - заданная температура воздуха в теплице;

&н - температура наружного воздуха;

WB - влажность воздуха в теплице;

WH - влажность наружного воздуха;

ze.zg.zio - коэффициенты пропорциональности.

Учет направления ветра L относительно теплицы вносит дополнительную коррекцию положения вентиляционных фрамуг наветренной гфи и подветренной стороны гфп теплицы. Положение вентиляционных фра- муг(наветренная сторона) гфн определяется выражением

гфц гф-гц zi2 L Положение вентиляционных фрамуг (подветренная сторона) гфп определяется выражением

Гфп Гф + 7.11 Z12- L,

где L - направление ветра относительно теплицы;

zi2 - коэффициент пропорциональности.

Значение коэффициента zi 1 ± 1. при этом выбор знака определяется направлением ветра относительно теплицы, причем знак плюс выбирается для подветренной стороны, а знак минус для наветренной стороны.

До начала переходного процесса, определяемого моментом времени ti, внешние и внутренние параметры имели следующие значения: в - 1°С, & 19°С. вп 22°С, , v 3 м/с, WB3 70%-. We 75%,гк 48% . гф - 15%. Е 15 Вт/м2. ввз 19.0°С. По окончанию переходного процесса, определяемого мометом времени ta, внешние и внутренние параметры имели следующие значения: в, 2°С, & 19,6°С, в,-21,50С, , v - 3 м/с, Л/вз - 70%, WB 73%, гк 40%. гф 10%, Е 48 Вт/м2. ввз 19.2°С. При этом длительность переходного процесса t2 - ti 24 мин;

отклонение температуры воздуха от заданной Д#, 0,4°С;

отклонение влажности воздуха от заданной 3%;

изменение положения смесительного клапана Агк 8%,

изменение положения вентиляционных фрамуг Дгф 5%;

изменение заданной температуры воздуха Д& о,2°с;

положение наветренной фрамуги гфн 7%.

положение подветренной фрамуги гфп 12%.

П р и м е р 2. На фиг.2 приводится пример коррекции расчетной температуры воды в системе обогрева на входе в теплицу.

Для более точного формирования теплового потока от системы обогрева, определяемого температурой воды на входе системы обогрева теплицы, производится коррекция отопительной воды. Коррекция отопительной воды в основном контуре регулирования производится в случае превышения абсолютного значения разности расчетной температуры отопительной воды и текущей интегральной температуры воды соответствующего порогового значения. В этом случае расчетное положение (базовое) смесительного клапана системы обогрева дополнительно корректируется с учетом знака на величину, пропорциональную разности расчетной температуры отопительной воды и текущей интегральной температуры воды. Дополнительное изменение по основному контуру регулирования положения смесительного клапана - г определяется выражением

ArKK k2(0Rp-fllp), где k2 - коэффициент пропорциональности;

#fip температура расчетной воды си- стемы обогрева на входе в теплицу;

впр - текущая интегральная температура воды системы обогрева на входе в теплицу.

Измерение расчетного положения (базово- го) смесительного клапана - Гкб с учетом коррекции по отклонению расчетной отопительной воды от текущего значения определяется выражением

гкб кз ЯВр-ДгД

где кз - коэффициент пропорциональности; ORp - температура расчетной воды системы обогрева на входе в теплицу;

гкк - коррекция положения базового значения клапа а по отклонению температуры расчетной отопительной воды на входе в теплицу от текущей темперагуры воды обогрева.

До момента времени ti температура расчетной отопительной воды на входе в

теплицу 0RP 57°C, текущая температура отопительной воды на входе 0Пр 50°С. разность между значениями температур расчетной и текущей отопительной воды на входе в теплицу Д#Пр 7°С. Абсолютное значение этой разности превышает пороговое значение: А0пр 7°С Д#пор 6°С.

Расчетной температуре воды RP 57°C соответствует положение (базовое) смесительного клапана гкб 53%. Текущей температуре воды в Пр 50°С соответствует зарегистрированное положение смесительного клапана гк 47%. Для формирования точного значения расчетного (базового) положения смесительного клапана производится коррекция на величину, пропорциональную (с учетом знака) отклонению расчетной отопительной воды от текущей, при изменении базового расчетного положения смесительного клапана

Агк6 7%.

П р и м е р 3. На фиг.З приводится пример коррекции положений регулирующих органов систем обогрева, вентиляции по дополнительному каналу регулирования.

Дополнительный контур регулирования, включающий системы обогрева и вентиляции, предназначается для дополнительной коррекции расчетных уста- новочных положений (базовых) смесительного клапана и вентиляционных фрамуг по отклонению текущих значений параметров микроклимата от заданных уставок. Такой

подход установки положений (базовых) регулирующих органов систем вентиляции и обогрева и дополнительной коррекции по отклонению от заданных уставок позволяет наиболее точно регулировать параметры микроклимата путем изменения тепло- и массопотоков в теплице системами вентиляции и обогрева.

Дополнительная коррекция положения смесительного клапана - А Гк с учетом знака определяется выражением

Дгк к4( 0оз - вв),

где Аз - заданная температура воздуха в теплице;

в0 - текущая температура воздуха в теплице;

КА- коэффициент пропорциональности.

Дополнительная коррекция положения вентиляционных Фрамуг с учетом знака определяется выражением Дгф к5(Л/вз- Л/в), где WB3 - заданная влажность воздуха в теплице;

We - текущая влажность воздуха в теплице;

kg- коэффициент пропорциональности.

В момент времени ti: Л/Вз 75%, WB 80%; AWB 5%, &3 20°С.#в 19°С, А00 1°С, гк 52%, Гф 22%.

Изменение положений регулирующих органов системы отопления и вентиляции, соответственно Дгф 4% и А гк 3%, пропорциональных отклонению текущих величин температуры и влажности воздуха от заданных, устраняет отклонение регулируемых параметров от заданных уставок. В момент времени t2 теплица переходит в равновесное состояние при заданных значениях уставок температуры и влажности воздуха, при этом конечное положение регулирующих органов систем отопления и вентиляции: гк 55%, гф 26%.

П р и м-е. р 4. На фиг.4 приводится пример работы системы увлажнения для поднятия влажности воздуха в теплице.

Повышение влажности в теплице в дневное время суток производится в случае превышения интегральной интенсивности солнечной радиации заданного порогового значения. Для этой цели используется в дополнительном контуре регулирования система увлажнения, которая работает только при превышении интегральной интенсивности солнечной радиации заданного порогового значения. Работа системы увлажнения определяется мометом времени ti. В момент времени ti интегральная интенсивность солнечной радиации - Еп больше порогового значения - Е, а сигнал наличия

осадков в зоне растения - Ос равен нулю. При выполнении этих условий вырабатывается положение регулирующего органа запорного клапана системы увлажнения - fy,

равное 100%, соответствующее полному включению системы увлажнения. Чтобы избежать длительного увлажнения воздуха, в результате которого часть влаги неизбежно попадает на растения, температура которого в этом случае меньше заданного порога температуры растения, увлажнение отключают - Гу равно нулю в момет времени t2. Момент времени т.2 фиксирует наличие осадков на поверхности датчика и соответственно растения. В момент времени t2 сигнал наличия осадков - Ос равен единице. Разность моментов времени t2 и ti определяется временем осаждения капель воды на поверхность датчика. Повторное включение

системы увлажнения, момент времени t3, производится при осушенных растениях, что фиксируется сигналом наличия осадков - Ос равно нулю. Между моментом выключения t2 системы увлажнения и повторным

ее включением t3 влага, попавшая на растение, испаряется за счет совместного действия солнечной радиации, радиационного и конвективного потоков тепла от системы обогрева и вентиляционного воздухообмена. Если после включения системы увлажнения, определимого моментами времени ti или гз, влажность будет превышать заданное значение, то системой автоматического управления будет выработан сигнал гл. равный нулю, до появления сигнала наличия осадков. При работе системы увлажнения наряду с повышением влажности происходит снижение температуры воздуха. Устранение отклонений влажности и

температуры воздуха от заданных уставок производится выработкой корректирующих положений регулирующих органов систем вентиляции и обогрева по дополнительному контуру регулирования аналогично рассмотренному в примере 3.

Момент времени ti: Е 101 Вт/м2, Е Епорог. из 23°С, WB3 75%. WB 65%. вв 23°С, Ос 0. В момент времени ц выра- батывается сигнал Yy 1 (включение увлажнения).

Момент времени t2: Е 113 Вт/м2, Е

Е„орог. из 23°С, WB3 75%. We 72%,

вв 22,5°С, Ос 1. В момент времени t2

вырабатывается сигнал Yy О (отключение

увлажнения).

Момент времени гз: Вт/м2, Е ЕПОрог, из - 23°С, WB3 - 75%. WB 72%. ,5°С. Ос 0. В момет времени t3 вырабатывается сигнал 9 1 (включение увлажнения).

Момент времени ы: Е 112 Вт/м2, Е Епорог. fta - 23°С, WB3 75%, WB 77%. ft 22°С, Ос « 0. В момент времени т.4 вырабатывается сигнал Y 0 (отключение увлажнения).

Временные интервалы: t2 - tj 10 с, ts -12 3 мин, м -13 6 с.

П р и м е р 5. На фиг.5 приводится пример работы системы увлажнения для снижения температуры растения с одновременным поднятием влажности воздуха.

Снижение температуры растения для избежания ожогов и перегревов растения, а также для создания растению оптимальных условий фотосинтеза производится в случае одновременного превышения интегральной интенсивности солнечной радиации и интегрального значения температуры растения соответствующих пороговых значений. Для этой цели используется в дополнительном контуре регулирования система увлажнения, которая работает только при превышении интегральной интенсивности солнечной радиации заданного порогового значения. Работа системы увлажнения определяется моментом времени ti. В момент времени ti интегральная интенсивность солнечной радиации Е больше порогового значения Еп, интегральное значение температуры растения вр больше порогового значения Орп, а сигнал наличия осадков в зоне растения Ос равен нулю. При выполнении этих условий вырабатывается положение регулирующего органа запорного клапана системы увлажнения - к, равное 100%. соответствующее полному включению системы увлажнения. Увлажнение воздуха приведет к тому, что часть влаги неизбежно попадает на растение, температура которого в этом случае больше заданного порога температуры растения. Увлажнение отключают - fy равно нулю в момент времени гз. Момент времени t3 определяется наличием осадков на поверхности датчика и соответственно растения, а также отрицательным знаком разности интегральных температур растения - . зарегистрированных на предыдущем и в текущем цикле регистрации. В момент времени t2 сигнал наличия осадков Ос равен единице. Разность моментов времени ts и tt определяется временем осаждения капель-воды на поверхность датчика и растения, при этом за интервал времени, равный разности моментов времен отключения увлажнения ts и наличия осадков на поверхность растения будет нанесен тонкий слой влаги. Повторное включение

системы увлажнения, момент времени t4, производится при осушенных растениях, что фиксируется сигналом наличия осадков

- Ос равно нулю. Между моментом выклю- 5 чения 1з системы увлажнения и повторным его включением ц. влага попавшая на растение, испаряется за счет совместного действия солнечной радиации, радиационного и конвективного потока тепла от системы 0 обогрева и вентиляционного воздухообмена, усиленной теплоотдачи растения, при этом температура растения интенсивно снижается. Повторное включение системы увлажнения в момент времени т.4 происхо- 5 дит при температуре растения в$ , меньшей, чем температура растения в момент времени ti. В момент времени ts регистрируется наличие осадков в зоне растения

- Ос 1, при этом, если температура расте0 ния ниже пороговой температуры растения (что не противоречит условию: р.пред бр.тек , т.е. температура растения на предыдущем шаге измерения больше, чем в текущем), то система увлажнения отключает5 ся. Таким образом достигается цель снижения температуры растения и исключения переувлажнения растения при эффективном использовании распыляемой воды. При работе системы увлажнения наряду с пони0 жением температуры растения одновременно происходит снижение температуры воздуха и повышение влажности. Устранение отклонений влажности и температуры воздуха от заданных уставок производится

5 выработкой корректирующих положений регулирующих органов систем вентиляции и обогрева по дополнительному контуру регулирования аналогично рассмотренному примеру 3.

0 Момент времени tt: Е 167 Вт/м2, Е Е порог, fta - 25°С. Wfl3 - 75%, WB - 65%, ft- 2б,3°С, fy «37°С, fy .порог. Ос - 0. В момент времени tt вырабатывается сигнал Yy 1 (включение увлажнения). 0.

5 Егорог - 90 Вт/м2, fy.nopor 35°С.

Момент времени t2: Е 172 Вт/м2, Е Епорог, . WB3 - 75%, WB 72%. ft-25.5°C, Op - 37°C, вр 3.nopor , Ос 1. Ф.лрвд. р.тех. В момент времени t2 сигнал

0

Y. « 1 (работает увлажнение). Д.т О,

Е порог - 90 Вт/м2. 3.порог 35°С.

Момент времени ta: Е 164 Вт/м2. Е

ЕПорог, fta - 25°С, W 75%. WB 76%.

5 ft 24,7°С, бр 35,7°С. вр Х.порог, Ос . вр.прел. вр.пк. В момент времени ta

сигнал 0 (отключение увлажнения).

,3°С. Епорог 90 Вт/M2, з.порог

.

Момент времени tj: E 168 Вт/м , Е ЕпоРог, (3 25°С, W83 - 75%, WB -77%, . ,7°C,fy .поров Ос 0. 0р.лред. фэ.тек. В момент времени t4 сигнал YVI 1 (включение увлажнения). Дф)Т 0, Егюрог 90 Вт/м2, ф.порог 35°С.

Момент времени ts: Е 169 Вт/м , Е Епорог, вз - 25°С, WB3 - 75%, WB - 79%, ft 24.5°С, вр 34,б°С, вр 0р.,торог, Ос 1, бр.пред. бр.тек. В момент времени ts сигнал Yy - 0 (отключение увлажнения). 1,1°С, Епорог 90 Вт/м2, Зыюрог - 35°С.

Временные интервалы: ta - ti 10 с,

t3 - t2 33 С, t4 - t3 б МИН, t5 - t4 9 С,

te - ts 3 мин.

П р и м е р 6. На фиг.б приводится пример выработки управляющих воздействий на исполнительные механизмы системы вентиляции, обогрева, увлажнения.

Выработка управляющего воздействия на исполнительные механизмы системы увлажнения - насос и запорный клапан, производится синхронно с определением положения запорного клапана увлажнения, при этом, если rlf равно 100%, т.е. условия в теплице соответствуют отключению увлажнения, то одновременно вырабатываются сигналы включения насоса и открытия запорного клапана системы увлажнения, соответственно YyH и Yy;, равные единице. В случае, если условия в теплице соответствуют отключению увлажнения, при этом ц равно нулю, то одновременно обнуляются сигналы и Y , что приводит к отключению насоса и запорного клапана системы увлажнения.

Управляющие воздействия на исполнительный механизм системы вентиляции формируются в виде временного интервала работы электропривода данного механизма и направления движения регулирующего органа.

Временной интервал работы исполнительного механизма вентиляции

()/100, где гф1 - начальное положение вентиляционной фрамуги;

гф2 - конечное положение вентиляционной фрамуги;

Тф - премя полного хода вентиляционной фрамуги.

Направления движения регулирующего органа определяется по знаку разности между конечным - гф2 и начальным положением - гф1 вентиляционной фрамуги, при этом сигнал открытия - Уф равен единице, а закрытия фрамуги - Уфн равен минус единице. Управляющие воздействия на исполнительный механизм системы обогрева формируются в виде временного интервала работы

электропривода смесительного клапана, направления движения регулирующего органа, сигналов отключения и включения на- соса системы обогрева. Временной интервал работы исполнительного механизма системы обогрева - YK:

ук Тк(Гк2-Гк1)/100,

где Гк1 - начальное положение плунжера смесительного клапана;

0 Гк2 - конечное положение плунжера смесительного клапана;

Тк - время полного хода плунжера клапана.

Направление движения регулирующего

5 органа смесительного клапана определяется по знаку разности между конечным гК2 и начальным положением г«1 плунжера клапана, при этом сигнал открытия равен единице, а закрытия клапан - YKH равен минус

0 единице. При этом, если конечное положение регулирующего органа гК2 равно нулю, то формируется сигнал отключения насоса системы обогрева YKH 0, а если конечное положение плунжера клапана гК2 не равно

5 нулю, то поступающий сигнал на насос YH поддерживается равным единице. В момент времени ti зарегистрированы положения регулирующих органов: гК1 40%, гф1 23%. Перевод регулирующих органов данных си0 стем в новые положения: гК2 50%, гф2 30% начинается в момент времени ti и заканчивается в момент времени г для смесительного клапана системы обогрева, а для вентиляционных фрамуг - t3. При этом

5 Дгк-10%. Агф 7%, YK 2c, Уф 18с. Время работы системы увлажнения определяется временным интервалом ts - t4 включения и отключения системы увлажнения. На фиг.7 представлена функциональная

0 схема предлагаемой автоматической системы управления; на фиг.8 - алгоритм приема, анализа информации, расчета положений регулирующих органов и выработки управ- лякж1их воздействий на исполнительные

5 механизмы систем вентиляции, обогрева, увлажнения.

На фиг.7 приводятся следующие условные обозначения датчиков, блоков автоматической системы управления,

0 исполнительных механизмов технологических систем:

1 - датчик скорости ветра;

2 датчик направления ветра относительно теплицы;

5 3 - датчик температуры наружного воздуха;

4 - датчик влажности наружного воздуха;

5 - датчик интенсивности солнечной радиации;

6 - датчик температуры почвы;

7 - датчик температуры воздуха в теплице:

8 - датчик влажности воздуха в теплице;

9 - датчик температуры растения;

10 - датчик наличия осадков;

11 -датчик температуры теплоносителя системы обогрева;

12 - датчик положения регулирующего органа вентиляционных фрамуг;

13 - датчик положения регулирующего органа запорного клапана системы увлажнения;

14 - датчик положения регулирующего органа смесительного клапана системы обогрева;

15 - коммутатор;

16 - нормирующий преобразователь; . 17- блок функционального управления устройством сопряжения;

18 - аналого-цифровой преобразователь;

19-усилитель-преобразователь;

20 - блок ввода регистрируемой информации;

21 - таймер;

22-вычислительное устройство;

23 - блок контроля аварийной ситуации;

24 - блок вывода управляющих воздействий;

25 - блок сигнализации аварийной ситуации;

26 - электропривод вентиляционных фрамуг;

27 - электропривод запорного клапана системы увлажнения;

28 - электропривод насоса системы увлажнения;

29 - электропривод смесительного клапана системы обогрева;

30 - электропривад насоса системы обогрева;

31 - форсунки мелкодисперсного рас- пыла воды системы увлажнения.

На фиг.8 - приводятся следующие условные обозначения программных блоков алгоритма приема, анализа, расчета и выработки управляющих воздействий на исполнительные механизмы систем обогрева, вентиляции и увлажнения:

32 - программный блок анализа достоверности зарегистрированной информации;

33 - программный блок анализа аварийной ситуации;

34 - программный блок формирования информационного массива регистрируемых параметров;

35 - программный блок расчета базовых положений регистрирующих органов систем обогрева и вентиляции, температуры отопительной воды на входе в теплицу; 536 - программный блок анализа отклонения расчетной температуры отопительной воды на входе в теплицу от текущей;

37 - программный блок коррекции расчетной отопительной воды на входе в тепли- 0 цу;

38 - программный блок сравнения текущей интенсивности солнечной радиации с пороговым значением;

39 - программный блок сравнения теку- 5 щей температуры растения с пороговым значением;

40 - программный блок определения наличия осадков в зоне растения;

41 - программный блок определения 0 знака разности температур растения, зарегистрированных в предыдущем и текущем циклах регистрации;

42 - программный блок определения наличия осадков в зоне растения; 5 , 43 - программный блок сравнения текущей влажности воздуха в теплице с заданной установкой:

44 - программный блок включения системы увлажнения;

0 45 - программный блок отключения системы увлажнения;

46 - программный блок определения состояния системы увлажнения;

47 - программный блок отключения си- 5 стемы увлажнения;

48 - программный блок сравнения текущих значений температуры и влажности воздуха с заданными установками;

49 - программный блок коррекция базо- 0 вых положений регулирующих органов систем вентиляции и обогрева по отклонениям текущих значений температуры и влажности воздуха от заданных установок;

50 - программный блок сравнения рас- 5 четных и текущих положений регулирующих органов систем вентиляции и обогрева;

51 - программный блок расчет управляющих воздействий на исполнительные механизмы систем вентиляции и обогрева и 0 определение направления перемещения регулирующих органов;

52 - программный блок сравнения положений регулирующих органов систем увлажнения, обогрева, вентиляции с нулем; 5 53 - программный блок отключения насосов систем увлажнения, обогрева, вентиляции;

54 - программный блок определения достоверности сформированных управляющих воздействий.

Пример конкретной работы устройства.

Устройство в процессе реализации способа работает следующим образом. Таймер 21 через определенные промежутки времени вырабатывает код реального времени, который через общую шину ввода-вывода поступает в вычислительное устройство 22. По приходу кода реального времени вычислительное устройство 22 в программном блоке 32 устанавливает номер канала, опре- деляющий соответствующий датчик 1-14. Код номера канала по общей шине ввода- вывода вычислительного устройства 22 поступает в блок 17 функционального управления устройством. Блок функцио- иального управления устройством вырабатывает сигнал, поступающий на коммутатор 15, посредством которого подключается соответствующий датчик 1-14 в зависимости от номера, задаваемого программным бло- ком 32, причем блок 17 функционального управления устройством блокирует таймер 21 на время приема сигналов и выработки управляющих воздействий до момента прихода на блок 17 функционального управле- ния устройством команды завершения установки значений управляющих воздействий в регистрах блока вывода 24. Сигналы отдатчиков 1-14 поступают на соответствующий вход коммутатора 15. Выбор канала коммутатора 15 осуществляется через блок 17 функционального управления устройством по запросу кода номера канала коммутатора 15 из программного блока 32, поступающего с общей шины ввода-вывода вычислительного устройства 22. G соответствующего выхода коммутатора 15 код но- мераканала через усилитель-преобразователь 19 поступает на блок ввода 20 регистрируемой информации, который подсоединен к общей шине ввода- вывода вычислительного устройства 22. Принятый вычислительным устройством 22 код номера канала В программном блоке 32 сравнивается с заданным и в случае несоот- ветствия заданного и принятого номера канала производится установка соответствующего канала и подключение датчика через общую шину ввода-вывода вычислительного устройства 22, блок 17 функционального управления устройством и коммутатор 15. Если установка канала не производится при трехкратном повторении, то программный блок 33 через общую шину ввода-вывода вычислительного устройства 22 выдает команду на блок контроля 23 аварийной ситуации, который выводит на блок сигнализации 25 аварийной ситуации номер и характер неисправности. В случае нормальной коммутации сигнал с соответствующего датчика 1-14, определяемого номером коммутируемого канала, с коммутатора 15 через нормирующий преобразователь 16 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 18. Сигнал установки блока 17 функционального управления устройства номера канала на коммутаторе синхронизирован с сигналом, поступающим от блока 17 функцинального управления устройством в аналого-цифровой преобразователь 18. Через промежуток времени преобразования аналогового сигнала в двоично-десятичный код аналого-цифровой преобразователь 18 вырабатывает сигнал, поступающий на блок 17 функционального управления устройством, который формирует сигнал на блок ввода регистрируемой информации 20, разрешающий поступление информации с аналого-цифрового преобразователя 18 через блок ввода регистрируемой информации 20 на общую шину ввода-вывода вычислительного устройства 22, где принятая информация анализируется на достоверность в программном блоке 32. В случае обнаружения программным блоком 32 недостоверной информации вычислительное устройство 22 посредством программного блока 33 через общую шину ввода-вывода вычислительного устройства 22, блок 17 функционального управления устройством, коммутатор 15 повторяет установку номера канала, по которому была принята недостоверная информация. Если после трехкратного приема информация с датчика 1-14 соответствующего канала не будет достоверна, то программный блок 32 посредством программного блока 33 через общую шину ввода-вывода вычислительного устройства 22 выдает команду на блок контроля 23 аварийной ситуации, который посредством блока сигнализации аварийной ситуации 25 выдает информацию о характере неисправности в работе устройства. В случае правильного завершения приема и анализа на достоверность принятой информации из программного блока 32 происходит переход в программный блок 34, в котором формируется в соответствующих регистрах вычислительного устройства 22 информационный массив зарегистрированных параметров, после чего происходит переход в программный блок 35. В программном блоке 35 вырабатывают пропорционально зарегистрированным параметрам внутри и вне теплицы базовые положения регулирующих органов систем обогрева и вентиляции, а также рассчитывают базовую температуру отопительной воды на входе в теплицу, после чего осуществляют переход на программный блок 36. В программном блоке 36 производят анализ отклонения расчетной температуры отопительной воды на входе в теплицу от текущей. В случае превышения абсолютного значения этого отклонения заданной ус- тановки происходит переход на программный блок 37, в котором производят коррекцию базового положения регулирующего органа системы отопления на величину, пропорциональную разности расчетного и текущего значений отопительной воды на входе в теплицу, после чего происходит переход в программный блок 38. Если в программном блоке 36 величина абсолютного значения отклонения расчетной температуры отопительной воды на входе в теплицу от текущей не превышает заданного значения установки, то происходит переход в программный блок 38. В программном блоке 38 сравнивают текущую интенсивность солнечной радиации с пороговым значением. В случае превышения текущей интенсивности солнечной радиации порога происходит переход на программный блок 39, а если интенсивности солнечной радиации меньше соответствующего порога, то переход осуществляют в программный блок 46. В программном блоке 39 сравнивают текущую температуру растения с пороговым значением температуры растения, при этом, если температура растения превышает порог, то происходит переход в программный блок 40, а если температура растения меньше порога, то переход производят в программный блок 42. В программном блоке 40 анализируют состояние сигнала наличия осадков в зоне растения, при этом, если сигнал осадков равен единице, то переход производят в программный блок 41, а если сигнал наличия осадков равен нулю, то переход производят в программный блок 44. В программном блоке 41 анализируют знак разности температур растения, зарегистрированных в предыдущем и текущем циклах измерения, при этом, если знак положительный, то переход производят в программный блок 45, а если знак отрицательный, то в программный блок 44. В программном блоке 42 анализируют состояние сигнала наличия осадков в зоне растения, при этом, если.сигнал осадков равен единице, то переход производят в программный блок 45, а если сигнал наличия осадков равен нулю, то переход производят в программный блок 43. В программном блоке 43 сравнивают текущую влажность воздуха с заданной ус- тавкой, при этом, если текущая влажность превышает уставку, то переход производят в программный блок 45, а если текущая влажность меньше заданной уставки, то переход производят в программный блок 44. В программном блоке 44 формируют единичные управляющие воздействия на открытие запорного клапана и включение

5 насоса системы увлажнения, после чего переход производят в программный блок 48. В программном блоке 45 обнуляют управляющие воздействия в системе увлажнения, при этом закрывают запорный клапан и от0 ключают насос в системе увлажнения, после чего переход производят в программный блок 48.

В программном блоке 46 проверяют состояние работы системы увлажнения, при

5 этом, если управляющие воздействия равны единице, то производят переход в программный блок 47, а если система увлажнения отключена, то переход производят в программный блок 48. В программном блоке 48

0 анализируют знаки и величины отклонений температуры и влажности воздуха от соответствующих заданных уставок, при этом, если величины отклонений не нулевые, то производят переход в программный блок

5 4,9. а если текущие температура и влажность воздуха равны соответственно заданным уставкам, то переход производят в программный блок 50. В программном блоке 49 про- изводят дополнительную коррекцию

0 базовых положений регулирующих органов систем вентиляции и обогрева на величины, с учетом знаков пропорциональные отклонениям текущих значений температуры и влажности соответственно от заданных ус5 тавок, после чего производят переход в программный блок 50. В программном блоке 50 сравнивают расчетные и текущие положения регулирующих органов систем вентиляции, увлажнения, обогрева, при этом, если

0 расчетные и текущие положения регулирующих органов не совпадают, то производят переход в программный блок 51, а если расчетные и текущие положения регулирующих органов совпадают, то переход производят в программный блок 52. В программном

5 блоке 51 по расчетным и текущим значениям положений регулирующих органов формируют направления перемещения регулирующих оганов и временные управляющие воздействия на исполнительные

0 механизмы, после чего производят переход в программный блок 52. В программном блоке 52 производят сравнение положений регулирующих органов клапанов системы увлажнения и обогрева на полное их закры5 тие, при этом, если расчетные положения регулирующих органов равны нулю, то производят переход в программный блок 53, а если расчетные положения регулирующих органов не равны нулю, то формируют положительные единичные сигналы на исполнительные механизмы насосов систем увлажнения и обогрева, после чего переход производят в программный блок 54. В программном блоке 53 сигналы производят от- ключение насосов систем увлажнения и обогрева путем обнуления управляющих сигналов на их исполнительные механизмы, после чего производят переход в программный блок 54. В программном блоке 54 сфор- мированные управляющие воздействия на исполнительные механизмы систем увлаж нения, вентиляции и обогрева проверяют на достоверность путем сравнения с заданными диапазонами минимальных и макси- мальных значений положений регулирующих органов, при этом, если ошибки зафиксированы, то происходит переход в блок контроля 23 аварийной ситуации, который посредством блока сигнализации 25 выдает информацию о характере неисправности в работе устройства, а если выработанные значения положений регулирующих органов не выходят за диапазоны допустимых изменений, то происходит переход на блок вывода 24, в соответствующие регистры которого заносят в двоичном коде команды, определяющие работу электроприводов 26-30 исполнительных механизмов и направле- ние перемещение регулирующих органов. От таймера 21с определенной периодичностью а блок вывода 24 приходят импульсы, которые поступают в регистры, содержащие временные задания, и вычисляются из реги- стров временного задания, содержимое которых представлено в двоичной форме, причем работа исполнительных механизмов прекращается в тот момент, когда временное задание будет равно нулю..

Технико-экономическая эффективность изобретения.

Экспериментальные исследования заявляемого способа и автоматизированной системы управления параметрами микро- климата теплицы показали, что по сравнению с существующим способом регулирования параметров микроклимата в теплице и устройством аналогичного назначения автоматическая система регулиро- вания параметров микроклимата (Голландия) с установкой увлажнения} повышается точность регулирования параметров микроклимата, при этом отклонения темепратуры и влажности воздуха от задан- ных уставок при регулировании предлагаемой АСУТП соответствуют агротехническим требованиям, предъявляемым к средствам автоматики, используемой в технологическом процессе выращивания овощной продукции: отклонение температуры воздуха от заданной не более +1°С, отклонение влажности воздуха от заданной не более +5%. Это дало экономию энергии в опытной теплице по сравнению с контрольной 14,1 %. В результате снижения перегревов растения (при включении увлажнения температура растения снижалась на 5-7°С) и улучшения фитосанитарного состояния растений урожайность овощной продукции повысилась на 8%.

Формула изобретения 1. Способ регулирования микроклимата в теплице, снабженной системами обогрева и увлажнения, включающий регистрацию температуры наружного воздуха, интенсивности солнечной радиации, скорости ветра, температуры и влажности воздуха в теплице, температуры почвы, температуры воды в системе обогрева на входе в теплицу и регулирование температуры и влажности путем изменения теплопотока от системы обогрева и расхода распыляемой воды в системы увлажнения по основному и дополнительному контурам регулирования, причем управляющее воздействие на исполнительный механизм смесительного клапана системы обогрева по основному контуру регулирования, пропорциональное изменению погодных условий, формируют одновременно с моментом регистрации возмущающих воздействий на теплицу, а дополнительные уп- равляющиевоздействия, пропорциональные величинам отклонений температуры и влажности от заданных уставок, формируют соответственно, для управления исполнительными механизмами смесительного клапана системы отопления и запорного клапана системы увлажнения по дополнительному контуру регулирования от л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности поддержания заданной температуры и влажности воздуха в теплице, исключения случаев перегревов и переувлажнения растений, снижения расхода распыляемой воды и тепловой энергии в теплице, снабженной системами коньковой вентиляции, обогрева и увлажнения, дополнительно регистрируют направление ветра относительно теплицы, величину интегральной температуры растения в теплице, наличие осадков в зоне данного растения, положение регулирующего органа смесительного клапана системы обогрева, положение регулирующего органа запорного клапана системы увлажнения, положение вентиляционных фрамуг, влажность наружного воздуха, после чего по величинам текущих зарегистрированных указанных чпараметров вырабатываются по основному

контуру регулирования управляющие воздействия на исполнительные механизмы систем обогрева и вентиляции, при этом постоянно определяют величины отклонений текущих значений температуры и влажности воздуха от заданных уставок, величину отклонения формируемой температуры отопительной воды в системе обогреве от текущей температуры воды на входе в теплицу, определяют наличие интенсивности солнечной радиации и интегральной температуры растения над соответствующими заданными пороговыми значениями, а также постоянно определяют знак разности между текущими значениями величины интегральной темепратуры растения и соответствующей величины на предыдущем шаге измерения, после чего по дополнительному контуру регулирования при значениях текущих величин интегральной интенсивности солнечной радиации, меньших заданного порога, производят коррекцию положений регулирующих органов систем обогрева и вентиляции пропорционально величине и с учетом знака отклонений текущих величин температуры и влажности воздуха от заданных уставок, а при первышении значениями текущих величин интегральной интенсивности солнечной радиации заданного порога и отсутствия сигнала наличия осадков в дополнительном контуре регулирования производят включение системы увлажнения выработкой управляющего воздействия на запорный клапан, при этом длительность работы системы увлажнения определяют моментом времени регистрации наличия осадков или превышением текущей влажностью воздуха заданной уставки, причем длительность работы системы увлажнения увеличивают при превышении текущей интегральной температурой растения соответствующего значения порога, а момент отключения системы увлажнения определяют сменой знака разности между величинами интегральных температур растения в предыдущем и текущем циклах регистрации и одновременным наличием осадков.

2. Способ по п.t, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что интегральную температуру растения регистрируют посредством датчика радиационного излучения растения.

3. Способ по п.1,отличающийся тем, что регистрируют направление ветра, а степень открытия фрамуг с каждой стороны теплицы дополнительно корректируют в зависимости от направления ветра относительно теплицы.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что заданную температуру воздуха корректируют в зависимости от величины интегрального значения интенсивности солнечной радиации.

5. Способ по п.1,отличающийся тем, что отключение системы увлажнения при превышении интегральной интенсивностью солнечной радиации заданного порога производят при снижении темепратуры рас- стения и наличии осадков в зоне растения.

0 6. Способ по п.1.отличаю щи и с я тем, что управляющее воздействие на исполнительный механизм смесительного клапана системы обогрева дополнительно корректируют с учетом знака на величину,

5 пропорциональную разности расчетной температуры воды обогрева на входе в теплицу и текущей регистрируемой температуры воды, причем коррекцию производят при превышении абсолютной величиной этой

0 разности соответствующей уставки.

7. Система регулирования микроклимата в теплице, включающая датчики температуры наружного воздуха, интенсивности солнечной радиации, скорость ветра, темпе5 ратуры и влажности воздуха в теплице, тем- пературы почвы, температуры воды в системе обогрева на входе в теплицу, задат- чик заданной температуры воздуха в теплице, реле времени периодического запуска

0 исполнительного механизма запорного клапана системы увлажнения, вычислительный блок, блок управления смесительным клапаном системы обогрева и блок управления системой увлажнения, форсунки мелкодис5 персного распыла воды, встроенные в трубопровод системы увлажнения, и электронный ключ отличающаяся тем, что, с целью повышения точности поддержания установочных расчетных значений

0 температуры и влажности воздуха в дневное время, исключения перегревов и переувлажнения растений, снижения расхода тепловой энергии и распыляемой воды, теплица с задействованными системами венти5 ляции, увлажнения и обогрева дополнительно снабжена датчиками направления ветра относительно теплицы, интегральной температуры растения, наличия осадков в зоне растения, влажности наруж0 ного воздуха, положения регулирующего органа вентиляционных фрамуг, положения регулирующего органа запорного клапана системы увлажнения, положения регулирующего органа смесительного клапана сис5 темы обогрев-а, а также коммутатором, нормирующим преобразователем, усилителем-преобразователем, аналого-цифровым преобразователем, блоком ввода регистрируемой информации, блоком вывода управляющих воздействий,блоком

функционального управления устройством, таймером, коммутатором, причем все датчики и выход блока функционального управления устройством подключены к соответствующим входам коммутатора, первый выход которого связан посредством усилителя-преобразователя с блоком ввода регистрируемой информации, а второй выход коммутатора, посредством нормирующего преобразователя, аналого-цифрового преобразователя, синхронизированного с блоком функционального управления устройством, связан с блоком ввода регистрируемой информации, который подсоединен к общей шине ввода-вывода вычислительно- го устройства, сообщенной также с таймером, синхронизированным с блоком функционального управления устройством, блоками контроля аварийной ситуации и вывода управляющих воздействий, подсоеди- ненных к общей шине ввода-вывода вычислительного устройства, при этом блок контроля аварийной ситуации связан с блоком сигнализации аварийной ситуации, а блок вывода управляющих воздействий - с таймером и электроприводами исполнительных механизмов системы обогрева, вентиляции и увлажнения, причем функции зздатчиков температуры и влажности воздуха, порога интенсивности солнечной радиа- ции, порога интегральной температуры растения, значения максимального абсолютного отклонения формируемой по основному контуру регулирования температуры отопительной воды на входе в теплицу от текущей температуры воды, а

также блока управления смесительным клэ паном системы обогрева, реле периодического запуска исполнительного механизма запорного клапана системы увлажнения выполняет вычислительное устройство.

8. Система про п.7, отличающаяся тем, что реле времени для периодического запуска исполнительного механизма запорного клапана системы увлажнения, блок управления смесительным клапаном системы обогрева и электронный ключ, выполнены в виде микроЭВМ и подключенного к ней посредством общей шины ввода-вывода блока вывода управляющих воздействий на соответствующие исполнительные механизмы этих систем, причем текущее положение данных регулирующих органов определяется датчиками соответствнено, положения смесительного клапана системы обогрева и запорного клапана системы увлажнения.

9. Система по п.7, отличающаяся тем. что задатчики температуры и влажности воздуха в теплице, порога интенсивности солнечной радиации, порога интегральной температуры растения, максимальной абсолютной величины отклонения расчетной температурой отопительной воды от текущей, моментов времени включения или отключения систехы увлажнения выполнены в виде микроЭВМ, хранящей данные заданные уставки в соответствующих регистрах памяти вычислительного устройства.

ТО. Система по п. 7, отличающаяся тем.что датчик интенсивности солнечной радиации размещен внутри теплицы.

б ft WK г ft

Использование: автоматизация тепличного комплекса. Цель изобретения заключается в точном поддержании температуры и относительной влажности воздуха в теплице в дневное время суток при экономии расхода тепловой энергии и распыляемой воды, увеличении урожайности за счет снижения перегрева и переувлажнения растений. Устройство, состоящее из комплекса регистрирующих датчиков температуры, нормирующего и цифро-аналогового преобразователей;- усилителя-согласователя, блока управления устройством, таймера, вычислительного устройства, блоков ввода, вывода и контроля, обеспечивает реализацию предлагаемого способа, заключающегося в выработке по основному контуру регулирования управляющих воздействий на исполнительные механизмы систем обогрева, вентиляции и увлажнения по предложенному алгоритму из условия максимальной продуктивности овощных растений. 2 с. и 8 з,п. ф-лы, 8 ил. ел

г;

t,

иг. /

- Ч

ft

{ uW«

J-„.w

- - -J

wev

-6,

ЙР

,

6J

t

t &«,j

flW ftЈJ

t, .

г j

Фиг.г

WC7.J гШ

i«v ---------- . и

--------- --afl

it 0«2.J

--afl

flCVJ Ш IK)

5

.

4, v -;t,

Фиг.

щ

43

X

Ot

t.

г-..

-V

J

a

1

,

-0

5 чг ч

.- - -

.л,13 ПН ЫЭ

АС96181

2

зс

LtH

li

ilf.-- - T

.ШГЖ QQ {jj

сЬ

./

Фи1.1