Система регулирования температуры воздуха в теплице

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности промышленному растениеводству в сооружениях защищенного грунта. Цель изобретения - повышение эффективности процесса фотосинтеза растений и экономичности системы. Система регулирования температуры воздуха в теплице содержит два вычислительных устройства 1, 18, датчики 2,3,4 метеопараметров и датчика 5,6,8,19 и 20 параметров внутренней среды теплицы. Степень теплоотдачи отопительной системы 15 регулируется трехходовым перепускным клапаном 10. Исполнительный орган 9 последнего управляется по сигналам двух регуляторов 13 и 11 корректирующего и основного каналов регулирования. Система позволяет осуществлять управление микроклиматом теплицы с учетом параметров внешней и внутренней среды и за счет этого сократить сроки созревания продуктов растениеводства и повысить объемы получаемой продукции путем оптимизации биоэнергетических процессов растений. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

союз советских социАлистичесних

РЕСПУБЛИН (19) (И) (51) 5 А 01 G 9/26 9/24

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОтнРытиям

ЛРи Гннт сссР

Н А.ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4431427/30-15 (22) 30.05 88 (46) 23,02,90, Бюл, В 7 (71) Кировский сельскохозяйственный институт (72) А.И.Панкратов, В.И.Стяжкин, В.И,Коркин и Д.И.Бритвин (53) 631.344,8(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1017222 ° .кл. А 01 G 9/26, 1982. (54) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУPbl ВОЗДУХА В ТЕПЛИЦЕ (57) Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к промьппленному растениеводству в сооружениях защищенного грунта. Цель изобретения - повйшение эффективности процесса фотосинтеза растений и экономичности системы..система регулиро2 вания температуры воздуха в теплице содержит два вычислительных устройст" ва 1, 18, датчики 2, 3, 4 метеопараметров и датчики 5, 6, 8, 1 9 и 20 параметров внутренней среды теплицы.

Степень теплоотдачи отопительной сис» темы 15 регулируется трехходовым перепускным клапаном 10, Исполнительный орган 9 последнего управляется по сигналам двух регуляторов 13 и 11 корректирующего и основного каналов регулирования. Система позволяет осуществлять управление микроклиматом теплицы с учетом параметров внешней и внутренней сред и за счет этого сократить сроки созревания продуктов растениеводства и повысить объемы получаемой продукции путем оптимизации биоэнергетических процессов растений.

4 з,п, ф-лы, 6 ил, 1544283

Изобретение относится к сельскому хозяйству, к области промышленного растениеводСтва в сооружениях защищенного грунта.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса фотосинтеза растений и экономичности системы °

На фиг.! изображена схема системы 10 регулирования температуры воздуха в теплице; на фиг.2 — функциональная схема первого вычислительного устройства; на фиг.3 — функциональная схема второго вычислительного устройства; на фиг.4 — кинематическая схема задатчика температуры воздуха теплицы с приводом и структурная схема логической схемы ЗАПРЕТ; на фиг,5график суточного изменения темпера- 20 туры воздуха в теплице для культуры огурца; на фиг,6 — зависимость коэффициента теплопередачи через остекле1 ние теплицы в функции от скорости ветра, 25

Система регулирования температуры воздуха в теплице содержит первое вычислительное устройство 1, датчики метеорологических условий, включая датчик 2 тепловой солнечной радиации

Ет, датчик 3 скорости Ч ветра, датчик . 4 температуры t+ наружного воздуха, а также датчик 5 влажности Ч воздуха в теплице, датчик 6 температуры t > почвы, задатчик 7 температуры t!h воздуха теплицы и датчик 8 температуры

t воздуха теплицы, исполнительный орган 9 трехходового перепускного клапана 10, основной канал регулирования температуры Ст теплоносителя, включа40 ющий первый регулятор 11 и датчик 8 температуры воздуха теплицы, коррек.тирующий канал регулирования температуры t теплоносителя, включающий датчик 12 температуры теплоносителя, вто- 15 рой регулятор 13 и электронный ключ

14, отопительную систему 15, привод

16 задатчика 7 температуры воздуха теплицы, логическую схему ЗАПРЕТ 17 второе вычислительное устройство блок 50

18, датчик 19 фитооблучения Е растений и датчик 20 температуры и листьл ев растений, При этом выход датчика 2 тепловой солнечной радиации подключен к пер55 вому входу. первого вычислительного устройства 1, выход датчика 3 скорости ветра и датчика 4 температуры на-ружного воздуха — к второму и третьему входам устройства 1, выход датчика 6 температуры почвы, датчика 5 влажности воздуха теплицы, задатчика 7 и датчика 8 температуры воздуха теплицы подключены к четвертому— седьмому входам первого вычислительного устройства 1. первый его выход подключен к второму входу второго регулятора 13 корректирующего канала регулирования температуры t теплоно-. сителя, первый вход которого подключен к выходу датчика 12 температуры теплоносителя, а выход — к второму входу электронного ключа 14, второй выход t 1- первого вычислительного устройства 1 подключен к четвертому входу второго вычислительного устройства !

8, первый вход которого подключен к третьему выходу задатчика 7 температуры t воздуха теплицы пятый вход— и к выходу датчика 8 температуры воздуха теплицы, третий и второй входы второго вычислительного устройства 18 подключены к выходам датчиков

20 и 19 температуры листьев растений и фитооблучения соответственно, выход второго вычислительного устройства 18 подключен к запрещающему входу логической схемы ЗАПРЕТ.

Первое вычислительное устройство

1 содержит канал вычисления теплопередачи N через почву теплицы, включающий блок 21 вычисления разности

Дtz температуры t,„ ïo÷âû и температуры t воздуха, заданной задатчиком

7, блок 22 вычисления теплопередачи

Уд и блок 23 задания площади S ïî÷âû теплицы и коэффициента К теплопередачи через почву; канал вычисления теплопередачи через остекление теплицы, включающий блок 24 вычисления разности p t между температурой .tä наружного .воздуха и температурой t8 воздуха, заданной задатчиком 7, блок 25 задания коэффициента К теплопередачи через остекление теплицы при скорости ветра, равной нулю, блок 26 вычисления поправки К, учитывающей изменение коэффициента теплопередачи в зависимости от скорости V ветра и блок 27 вычисления теплопередачи Ъ через остекление теплипы; канал вычисления теплопередачи воздуха и влаги

Му воздуха теплицы, включающий блок

28 задания коэффициента К теплопере" дачи воздуху и влаге воздуха теплицы, блок 29 вычисления теплопередачи W

5 1544?8 воздуху и влаге воздуха теплицы; ка. нал вычисления теплопередачи от тепловой солнечной радиации WF>, содержащий блок 30 задания площади S теплопередачи, блок 31 задания козффици5

° ента К теплоп редачи и блок 32 вычисления теплопередачи К от солнечной радиации; блок 33 решения уравнения теплового баланса теплицы; канал вычисления температуры Т-, теплоносителя, при которой обеспечивается поддержание температуры воздуха теплицы на уровне, предписанном эадатчиком 7, содержащий блок 34 задания пло-15 щади S0 и коэффициента К теплопередачи отопительной системы 15, блок

35 вычисления температуры -,, при 3 этом первый вход блока 21 подключен к выходу датчика 6 температуры „ поч- 20 вы, первый вход блока 24 подключен к выходу датчика 4 температуры tH наружного воздуха, третий вход блока 29 подключен к выходу датчика 5 влажности У воздуха в теплице, при этом и 25 соответствующие входы этих блоков подключены к выходу задатчика 7 температуры t воздуха теплицы, первый вход блока 26 подключен .к выходу датчика 3 скорости V ветра, третий вход блока 32 подключен к выходу датчика

2 солнечной радиации ET. выход S, К„ блока 23 подключен к второму входу блока 22, первый вход g t которого соединен с выходом блока 21, а выход

Ч„ блока 22 — с первым входом блока

33 решения уравнения теплового баланса теплицы, выход К блока 25 подключен к второму входу блока 26, его выход Ку — к первому входу блока 27, второй вход которого соединен с выходом A t> блока 24, а выход Ус — с вторым входом блока 33 решения уравнения теплового баланса; выход К блока 28 подключен к первому входу бло- 45 ка 29, второй вход t которого соединен с выходом датчика 8 температуры воздуха теплицы, а выход W+ блока 29 подключен к третьему входу блока 33; выходы блоков 30 и 31 подклю- 50 чены к первому и второму входам блока 32, а его выход W< — к четвертому входу блока 33, выход W блока 33 поступает на второй вход блока 35 вычисления температуры t теплоноси 3 теля и на вход второго вычислительного устройства 18, третьим входом блок

35 подключен к выходу датчика 8 температуры,воздуха теплицы, первым вхо3 6 дом S К, к выходу блока 34, а выходом — к входу регулятора 13 корректирующего канала регулирования температуры tT теплоносителя.

Датчик 2 тепловой солнечной радиации Ег выполнен в виде фотоэлемента с фильтром, пропускающим оптические излучения солнца инфракрасной области спектра.

Датчик 3 скорости V ветра представляет собой чашечный анемометр с преобразователем частоты вращения вала в напряжение постоянного тока.

Датчик 4 температуры t> наружного воздуха, датчик 6 температуры „ почвы, датчик 8 температуры t воздуха теплицы, датчик 12 температуры t теплоносителя отопительной системы 15 и датчик 20 температуры t листьев расР тений выполнены в виде термопары одинаковой структуры, холодный спай которых помещен в условия одинаковой и постоянной температуры (термостат), а горячий спай каждого из них в ту среду, температуру которой они контролируют, Датчик 5 влажности выполнен натриево-кадмиевым на основе фольгированного стеклотекстолита, на котором методом травления изготовлена решетка в виде полосок фольги, промежутки между которыми заполнены натриево-кадмиевым составом, проводимость последнего зависит от влажности воздуха, Задатчик 7 температуры t воздуха теплицы (фиг.4) выполнен в виде потенциометра включенного в сеть стабилизированного напряжения 11с, выходом которого является напряжение U>. Первый регулятор ll в основном канале регулирования температуры воздуха в теплице — это пороговый элемент, вырабатывающий отрицательный выход при превышении заданной температуры t> над текущим значением температуры воздуха в теплице.

Второй регулятор 13 в корректирующем канале регулирования температуры t> теплоносителя устроен аналогично-первому регулятору ll но вырабатывает выход положительной полярности при превышении выхода первого вычислительного блока 1 над выходом - датчика 12 температуры теплоносителя отопительной системы 15.

Привод 16 задатчика 7 температуры воздуха в теплице выполнен в виде синхронного мотор-редуктора 36, частота

1544283 вращения выходного вала которого равняется одному обороту в сутки. На его выходном валу жестко закреплен. кулачок 37, Профиль кулачка выполнен

5 с учетом значения минимальной и максимальной температур в ночные и дневные часы суток, а также продолжительности светового дня, при этом разность максимального и минимального радиусов должна равняться длине рабочей части {величина хода подвижного контакта) потенциометра задатчика 7 температуры воздуха в теплице, а дли на окружностей большого и малого радиусов выбираются из условия: 360 соответствуют 24 ч суток. Кулачок 3? через ролик 38, толкатель 39,пружины

40 и 41 соединен посредством отверстия на поводке 42 с подвижным контактом 43 потенциометра задатчика 7 °

Толкатель 39 поджат в сторону кулачка пружиной 44.

Логическая схема ЗАПРЕТ 17 содержит второй электронный ключ 45, элек-. 25 тромагнитный тормоз подвижного контакта 43, включающий неподвижную колодку 46, которая жестко закреплена на корпусе системы, подвижную колодку 47, жестко закрепленную на хвоста- 30 вике сердечника электромагнита 48, Питание последнего от источника U noh дается через второй электронный ключ

45, на управляющий вход которого пос гупает сигнал с выхода второго вычислительного блока 18, Подвижная 47 и неподвижная 46 колодки расположены параллельно одна другой в плоскости перемещения поводка 42 подвижного контакта 43, Длина колодок превышает 40 полный ход подвижного контакта 43, Второе вычислительное устройство

18 содержит блок 49 вычитания разности A t между температурой t> воздуха . .в теплице и температурой йд листьев 45 растений, первый блок 50 вычисления

1 ритерия ре благоприятности фотосинтеза, блок 5 1 задания коэффициентов К входящих в управление критерия благоприятности фотосинтеза, блок 52 вычисления биоэнергетического потенциала W, при установившемся режиме, когда температура в теплице соответствует заданной задатчиком 7, блок 53 вычисления разности А t> между температурой t листьев растений и заданной эадатчиком 7 температурой

С воздуха, второй блок 54 вычисления критерия З благоприятности фотосинтеза при наличии возмущающего воздействия температурой ts, блок 55 вычисления биоэнергетического потенциала Мэ при температуре t> воздуха в теплице, блок 56 вычисления разности а W биоэнергетических потенциалов

М> и W>, блок 57 вычисления энергии

W+Ä при которой имеет место биосинтез эа счет повышения температуры в соответствии с программой задатчика

7, блок 58 задания коэффициента tj no Р леэного действия биосинтеза растений и площади Sä листьев растений и блок

59 сравнения энергии И< потребной для поддержания температуры и 3 воздуха теплицы и энергии W, используемой на приращение фотосинтеза, вызванное повышением температуры воздуха от значения t до значения t3, при этом первый вход блока 49 подключен к выходу датчика 8 температуры t воздуха теплицы, первый вход блока 53 подключен к выходу задатчика 7 температуры С, вторые входы блоков 49 и 53 подключены к выходу датчика 20 температуры листьев растений, вторые входы блоков 50 и 54 подключены к вы" ходам блока 51 задания коэффициентов

K„ уравнения благоприятности фотосинтеза, первый вход блока 50 подключен к выходу 1, блока 49, первый вход блока 54 подключен к выходу а t блока 53, вторые входы блоков 52 и 55 подключены к выходам датчика 19 фитооблучения Е, первый вход /> блока

52 подключен к выходу блока 50, выход которого W — к первому входу блока 56, первый вход блока 55 подключен к выходу блока 54, выход которого Н вЂ” к второму входу блока 56, выход блока 56 подключен. Л W — к первому входу блока 57, вторым входом которого является выход блока 58, а выход W+ подключен к первому входу блока 59, сигнал на второй вход W которого поступает с блока 33 первого вычислительного устройства 1, выход блока 59, являющийся выходом второго вычислительного устройства 18, подключен к запрещающему входу логической схемы ЗАПРЕТ 17 °

Датчик 19 фитооблучения Е выполнен в виде фитоэлемента с фильтром, пропускающим фитопоток и отфильтровывающим инфракрасную часть спектра солнечного излучения, Ультрафиолетовая часть его отфильтровывается остеклением теплицы, так как оконное стекло

1544283

10 эту часть спектра не пропускает. Датчик 19 установлен в теплице на высоте растений, устройство регулирования температуры воздуха в теплице работает следующим образом, С помощью датчиков 2-4 6 и 8 измеряются интенсивность солнечной радиации Е, скорость Ч ветра, температура t< наружного воздуха, температура почвы в теплице и температура воздуха теплицы соответственно. Информация от датчика 2-4, 6 и 8, а также от задатчика 7 температуры t> воз- .15 духа теплицы, поступает на входы первого вычислительного устройства 1, где с учетом влажности Ч, измеряемой датчиком 5, вырабатывается сигнал, поступающий на вход второго регулятора 13 корректирующего канала регулирования температуры t1 теплоносителя отопительной системы 15, Если текущее значение температуры t теплоноТ сителя обеспечивает температуру t> 25 воздуха в соответствии с предписанием задатчика 7, сигнал на выходе вычислительного устройства 1 равен нулю.

При неравенстве этих температур, а именно когда В > В, сигнал на выходе 30 устройства 1 положительный, через второй регулятор 13 корректирующего канала регулирования он поступает на вход электронного ключа 14, последний открывается и появившимся вследствие этого выходом первого электронного ключа 14 трехходовой перепускной кла-. пан 10 исполнительным органом 9 перемещается в положение, при котором подача теплоносителя (горячая вода) в отопительную систему 15 увеличивается, При этом температура теплоносителя возрастает, что способствует повышению температуры t воздуха теплицы до заданной задатчиком 7, При 45 достижении температурой t> воздуха теплицы заданного значения сигнал на выходе первого вычислительного устройства 1 становится равным нулю и клапан 10 остается в зафиксированном положении, Управляющий сигнал на выходе пер.вого вычислительного устройства 1 вырабатывается следующим образом.

Информация о температуре почвы от датчика 6 поступает на вход блока 21, где сравнивается с информацией, поступающей на второй его вход от задатчика 7 температуры t3, и на где М „— теплота, передаваемая через поверхность почвы теплицы;

Я вЂ” площадь поверхности почвы теплицы

К вЂ” коэффициент теплопередачи, зависящий от свойств почвы (назначаемый в соответствии с рекомендациями); а й„ вЂ” разность температуры воздуха и почвы, вычисляется теплота, передаваемая от почвы в воздух или наоборот, что учитывается знаком полученного результата, В блоке 24 вычисляется разность

4СВ между температурой „ наружного воздуха и температурой t» результат вводится в блок 27 вычисления теплопотерь W через остекление теплицы, В блок 26 от датчика 3 поступает информация о скорости ветра, а через второй его вход от блока 25 вводится значение коэффициента К, соответствующее коэффициенту теплопотерь через остекление теплицы при скорости ветра, равной нулю, на основании алгоритма K„=f(K,V) представленного на фиг,6 в виде графика, вычисляется значение коэффициента К, соответствующее cKopgcTH ветра в данный момент времени, и информация вводится в блок 27, где на основании алгоритма (2) Wñ. Kv Sc 4 "В ° где S — площадь остекления теплицы;

11 — теплопотери через остекление теплицы;

К„ - коэффициент теплопередачи с учетом скорости ветра V>. д t — перепад температур наружВ ного воздуха и воздуха в теплице, вычисляетея величина теплопотерь Wc.

Информация о влажности 9 воздуха в теплице, поступающая от датчика 5, основании этих данных вычисляется разность a t<. Полученный результат поступает на первый вход блока 22. От блока 23, настраиваемого вручную, в блок 22 вводится информация о площади 8„ по поверхности почвы теплицы и коэффициенте Кя теплопередечи от воздуха почве или наоборот. В блоке

22 на основании алгоритма

1544283

12 и о значении температуры t заданной задатчиком 7, а также о значении температуры воздуха в теплице, измеренной датчиком 8, поступает на соответствующие входы блока 29, куда одновременно вводится информация К о теплоемкости и объеме воздуха в теплице, где на основании алгоритма

M(p "= VPK dt =mK g t (3) где V — объем воздуха в теплице

3 — удельный вес воздуха;, m — масса воздуха теплицы, К - суммарная теплоемкость возду-. ха и влаги воздуха теплицы„ разность температуры t внутреннего воздуха и температуры t заданной задатчиком 7, вычисляется теплота Rq передаваемая 20 воздуху и влаге воздуха, Информация от датчика 2 солнечной тепловой радиации Е поступает на вход блока 32, в которой с помощью блоков 30 и 3l вводится информация 25 о площади Я теплицы и о коэффициенте

Кс теплопоглощения, на эсновании алгоритма

И = S K Е, (4 г

130 где К вЂ” коэффициент теплопоглощения

Е энергии солнца;

S - площадь теплопоглощения, Š— поток тепловой энергии солнца„ измеряемой датчиком 2, в блоке 32 вычисляется количество теплоты И, поступающей в теплицу от солнечной радиации.

Результаты, полученные в блоках

22, 27, 29 и 32, через соо".:ветствующие входы вводятся в блок 33, где решается уравнение теплового баланса теплицы: с 1 ч в (5) с ч в

Результат решения уравнения (5) вводится в блок 35, через третий вход которого вводится информация о температуре t воздуха теплицы, а через первый вход от блока 34 поступает информация о площади S отопительной системы 15 и о коэффициенте К теплопередачи и на основании алгоритма г.т Wò so Kî + tå,, 55 где t T. — температура теплоносителя, т которую необходимо устано" вить трехходовьм перепускным клапаном с помощью исполнительного органа 9 для поддержания температуры t3 воздуха теплицы;

M1- " количество теплоты, определяемой из уравнения (5} теплового баланса;

К, — коэффициент теплопередачи от поверхности отопительной системы 15 в воздух теплицы;

S0 — площадь отопительной системы; текущее значение температуры воздуха теплицы, вычисляется значение температуры теплоносителя и полученный результат поступает на второй вход второго регулятора 13 корректирующего канала, Здесь этот сигнал сравнивается с текущим значением температуры t> теплоносителя, поступающим от датчика 12 и при условии t > t на первый вход .c3 электронного ключа 14 поступает разрешающий сигнал, в результате чего трехходовой клапан 10 устанавливается в положение, обеспечивающее повышение температуры теплоносителя.

Г

В случае, когда t-, (Сг, электронный ключ 14 отключает корректирующий канал регулирования и поддержание температуры теплоносителя обеспечивается функционированием основного канала регулирования следующим образом, Первый регулятор основного канала регулирования сравнивает значения температур, измеренных датчиком 8 и вырабатываемых задатчиком 7. При условии t > t на выходе регулятора 11 появляется сигнал отрицательной полярности, постуПающий на вход первого .электронного ключа 14 и на вход исполнительного органа 9 трехходового перепускного клапана 10, Последний пере" водится в положение, при котором увеличивается количество теплоносителя, направляемого на перепуск, и температура t †-, теплоносителя в отопительной системе снижается, что ведет к снижению температуры t< воздуха теплицы до выполнения условия

При понижении температуры t> воздуха,теплицы нике заданной изменение температуры г.-, теплоносителя в сторону повышения обеспечивается по команде, поступающей с первого выхода первого вычислительного устройства 1 аналогично рассмотренному.

1544283

Программа суточного иэмененйя температуры воздуха в теплице обеспечивается профилем кулачка 37, который выполняется на основании эксперимей5 тальных данных о минимуме и максимуме температуры для каждой культуры с учетом продолжительности светового дня (фиг,5). Синхронный мотор-редуктор 36 приводит кулачок 37 во вращение с частотой один оборот в сутки.

В соответствии с профилем кулачка толкатель 39 через ролик 38 приводится в возвратно-поступательное движение и через пружины 40 и 41 приводит к перемещению подвижный контакт

43 резистора задатчика 7, Снимаемое с резистора напряжение Ug при стабилизированном питании Ut. пропорционально температуре tg воздуха, Значение напряжения U выбирается таким, что при равных температурах среды датчиков 4, 6, 8, 12 и 20 их термоЭДС равна U . Сигнал U3 поступает на вход первого регулятора 11 основного канала регулирования, сравнивается с напряжением выхода датчика 8, Движение толкателя при увеличении температуры

t> сопровождается сжатием пружины 44, а при обратном движении сжатая пружи- 30 на 44 обеспечивает перемещение толкателя 39 беэ отрыва ролика 38 от поверхности кулачка 37.

Если в течение суток наступает у5 резкий расход теплоты, что требует соответствующего повышения температуры теплоносителяр например, при шквальном ветре или резком похолодании, логическая схема ЗАПРЕТ 17 прерывает вос- 40 полнение программы, сигнал на запрещающем входе схемы ЗАПРЕТ 17 вырабатывает второе вычислительное устройство на основании информации, поступающей с выходов датчика 8 температуры воз- 45 духа в теплице, задатчика 7, датчика

20 температуры листьев растений и датчика 19 фитооблучения, В блоке 49 (фиг.3) происходит вычитание значения температуры воздуха теплицы из значе- 50 ния температуры листьев растений и полученный результат gt, вводится в блок 50, куда через второй вход с блока 51 вводится информация о значениях коэффициентов К„ и на основании алгоритма

Рр= К ht . е (7) А WS /y (9) где 4W — приращение энергии, участвующей в фотосинтезе растений энергетический КПД растений; где К „= < (Е,), К = (Е ) ° К р< (Е ) постоянные коэффициенты, определяемые экспериментально; л-tü) — разность температур; — температура листьев растений;

t — температура воздуха теплицы, вычисляется критерий )>, благоприятности фотосинтеза при установившемся режиме воздуха теплицы и информация вводится в блок 52, на второй вход которого поступает информация о фито облучении F. от датчика 19. В блоке

52 вычисляется биоэнергетический потенциал W растений по формуле — j р,F, (t) dt, (8) о где (О...t) — интервал времени интегрирования;

P — критерий благоцриятности фотосинтеза

Е+ — фитооблучение, Полученный при решении уравнения (8) результат поступает в блок. 56 сравнения, на второй вход которого поступает аналогичная информация, вырабатываемая в блоках 53-55 при воэмущенном состоянии объекта, что соответствует изменению температуры в теплице до значения t3 а это приводит к изменению разности температуры д листа и воздуха на величину 4 1, значение которой подставляется в уравнение (7} критерия /> благоприятности фотосин3 теза, а на его основе при том же значении фитооблучения F, вычисляется биоэнергетический потенциал Wg для заданной температуры В блоке 56 вычисляется разность биоэнергетических потенциалов W, и N> и результат вводится в блок 57, через второй вход которого с блока 58 вводится информация о значении коэффициента и по(Я> лезного действия фотосинтеза растений и о площади S, поверхности листьев растений в теплице. На основании поступившей в блок 57 информации вычисляется количество энергии W которая обеспечивает увеличение фотосинтеза с приращением температуры воздуха до t> на основании алгоритма

1544283

S> — площадь поверхности листьев растений теплицы, определяемая путем замера листьев в двух измерениях, вычисляется по формуле

S, = (О, 285 аЬ + 0,343) (10) где а — длина листа;

Ь - ширина листа, 10

Полученный по формуле (10) результат для всех листьев одного растения суммируется и для вычисления площади

S умножается на число растений в теп,лйце, 15

Результат, вычисленный блоком 57, в блоке 59 сравнивается с энергозатра,:тами m для поддержания температуры, в соответствии.с программой и на вы" ходе блока 59 появляется выход поло жительной или отрицательной полярности. Выход отрицательной полярности свидетельствует о том, что энергия, затрачиваемая на поддержание задан- 25 ной температуры воздуха в теплице, не может быть преобразована в энергию фотосинтеза растений и повышать температуру воздуха нерационально.

Так как отрицательный выход бло ка 59 является запрещающим для логи,.ческой схемы. ЗАПРЕТ 17, дальнейшее, .повышение температуры прекращается, что осуществляется .Следующим образом, Запрещающий. Вход логической схемы ЗАПРЕТ 17 поступает на вход второ-, го электронного ключа 45, который замыкает цепь питания U электромагни" та тормоза, в, результате обмотка электромагнита 48, оказавшись под напряжением U èñòî÷íèêà питания, втягивает сердечник и подвижная колодка

47, перемещаясь в сторону неподвижной колодки 46, зажимает поводок 42 подвижного контакта 43 потенциометра эадатчика 7 температуры воздуха теплицы. Так как поворот кулачка 37 в этом случае не прекращается, толкатель 39, перемещаясь, сжимает йружину 40 или 41, в зависимости от направ-50 ления движения, После снятия запрещающего сигнала с входа логической схемы ЗАПРЕТ 17 электромагнит 48 обесто- чивается, а подвижный контакт 43 по тенциометра эадатчика 7 перемещает" ся в положение, которое он должен к этому времени занимать в соответствии с временем суток, под действием сжатой пружины 40 или 41, Такая конструкция привода задатчика 7 обеспечивает выполнение неизменной программы задания температуры воздуха в теплице в оставшееся время суток и в последующие сутки.

Применение системы регулирования температуры воздуха в теплице позволяет оптимизировать процесс фотосинтеза растений, сократить расход тепловой энергии на отопление теплицы и ускорить процесс получения готовой продукции.

Формула изобретения

1. Система регулирования температуры воздуха в теплице, содержащая первое вычислительное устройство, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы которого связаны соответственно с выходами датчиков тепловой. солнечной радиации, скорости ветра, температуры наружного воздуха, температуры почвы теплицы, влажности воздуха теплицы и первым выходом задатчика температуры воздуха теплицы, второй выход которого соединен с первым входом первого регулятора, при этом второй вход последнего подключен к первому выходу датчика температуры воздуха теплицы, а выход связан с первыми входами исполнительного органа трехходового перепускного кла-. пана и электронного ключа, а выход последнего подключен к второму входу исполнительного органа трехходового перепускного клапана, отопительную сисистему и датчик температуры теплоносителя, выход которого подключен к первому входу второго регулятора, цри этом второй вход последнего связан с первым выходом первого вычислительного устройства, а выход — с вторым входом электронного ключа,, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности процесса фотосинтеза растений и экономичности системы, она снабжена вторым вычислительным устройством, логической схемы ЗАПРЕТ, датчиками фитооблучения растений и температуры листьев растений, а эадатчик температуры воз". духа теплицы оснащен приводом, выход которого соединен с первым входом логической схемы ЗАПРЕТ, запрещающий вход которой связан с выходом вто" рого вычислительного устройства, а

l8

17

1544283 выход — с входом задатчика температуры воздуха теплицы, при этом первый вход второго вычислительного устройства соединен с третьим выходом за5 датчика температуры воздуха теплицы, второй и третий входы — соответственно с выходами датчиков фитооблучения растений и температуры листьев растений, а четвертый вход подключен к второму выходу первого вычислительного устройства, причем второй и третий выходы датчика температуры воздуха теплицы подключены соответственно к пятому входу второго вычислительногс15 устройства и к седьмому входу первого вьгчислительного устройства.

2, Система по п, 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что первое вычислительное устройство содержит канал вы- 20 числення теплоты, канал вычисления температуры через остекление теплицы, на нагрев воздуха и влаги воздуха теплицы, канал вычисления притока теплоты от солнечной радиации, блок peme- 25 ния уровней теплового баланса и канал вычисления температуры теплоносителя отопительной системы, при этом канал вычисления теплоты, передаваемый через почву теплицы, состоит из блока 30 вычисления разности температуры почвы и заданной задатчиком-температуры воздуха теплицы, первый и второй входы которого являются соответственно первым и шестым входа и первого вычис-35 лительного устройства, а выход подключен к первому входу блока вычисления теплопер дачи через почву теплицы, второй вход которого связан с выходом задатчика площади почвы теп — щ лицы и коэффициента теплопередачи через почву, причем канал вычисления теплопотерь через остекление теплицы включает блок вычисления разности температуры наружного воздуха и заданной задатчиком температуры воздуха теплицы, первый вход которого является третьим входом первого вычислительного устройства, а второй вход объединен с вторым входом блока вычисления разности температуры почвы и заданной задатчиком температуры воздуха теплицы, блок задания коэффициента теплопередечи через остекление при скорости ветра, равной нулю, 6JIQK вычисления поправки на из- 55 менение скорости ветра, первый вход которого является вторым входом„первого вьгчислительного устройства, второй подключен к выходу задатчика коэф, фициента теплопередачи через остекление теплицы, а выход — к первому входу блока вычисления теплопотерь через остекление, второй вход которого связан с выходом блока вычисления разности температуры наружного воздуха и заданной задатчиком температуры воз" духа теплицы, при этом канал вычисления теплоты на нагрев воздуха и влаги воздуха теплицы включает блок задания коэффициента теплопередачи воздуху и влаге воздуха, выходом подключенный к первому входу блока вычисления теплопередачи воздуху и влаге воздуха теплицы, второй и третий входы которого являются пятым и седьмым входами первого вычислительного устройства, четвертый вход объединен с вторым входом блока вычисления разности температуры почвы и заданной задатчиком температуры воздуха теплицы, причем канал вычисления теплопередачи от тепловой солнечной радиации содержит блоки задания площади теплопередачи и коэффициента теплопередачи, выходы которых подключены к первому и второму входам блока вычисления теплопередачи от тепловой солнечной радиации, при этом третий вход последнего является вторым входом первого вычислительного устройства, а канал вычисления температуры теплоносителя отопительной системы состоит из блока задания площади и коэффициента теплопередачи отопительной системы, выход которого подключен к первому входу блока вычисления температуры теплоносителя, при этом входы блока решения управлений теплового баланса теплицы соединены с выходами блоков вычисления теплопередачи через почву, через остекление, воздуху и влаге воздуха теплицы и от солнечной радиации, а выход подключен к второму входу блока вычисления температуры теплоносителя отопительной системы и является вторым выходом первого вычислительного устройства, причем третий вход блока вычисления температуры теплоносителя отопительной системы объединен с третьим входом блока вычисления теплопередачи воздуху и влаге воздуха теплицы, а выход является первым вьгходом первого вычислительного

1устройства.

3. Система цо пп. 1 и 2, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что,второе вы19

20 энергетического потенциала при изменившейся температуре воздуха в теплице, при этом вторые входы последнего и блока вычисления биоэнергетического потенциала при установившемся режиме объединены и являются вторым входом второго вычислительного блока, а выход блока вычисления биоэнергетического потенциала при изменившейся температуре воздуха в теплице соединен с вторым входом блока вычисления разности биоэнергетических потенциалов при установившемся режиме и при изменившейся температуре воздуха в теплице, при этом выход последнего связан с первым входом блока вычисления энергии фотосинтеза, второй вход которого подключен к выходу блока задания

КПД площади листьев растений, а выход — к первому входу блока сравнения энергозатрат на отопление теплицы и фотосинтеза растений, причем второй вход и выход последнего является четвертым входом н выходом второго вычислительного устройства.

4. Система по пп. 1-3, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что задатчик температуры воздуха теплицы содержит потечциометр, подключенный к клеммам стабилизированного источника питания, а поводок подвижного контакта потенциометра кинематически связан с выходом логической схемы ЗАПРЕТ и установлен на толкателе с возможностью перемещения вдоль последнего, при этом привод задатчика температуры воздуха теплицы включает синхронный мотор-редуктор, на выходном валу которого жестко закреплен,кулачок, а на конце толкателя установлен ролик для контактирования с ку.лачком, причем толкатель подпружинен, относительно кулачка, а поводок расположен между двумя пружинами, каждая из которых другими своими концами жестко соединена с толкателем.

154428 числительное устройство снабжено блоком вычисления разности температур воздуха теплицы и листьев растений, первым и вторым блоками вычисления критерия благоприятности фотосинтеза, 5 блоком задания коэффициентов уравнения критерия благоприятности фотосинтеза, блоками вычисления биоэнергетического потенциала при установившемся режиме и при изменившейся температуре воздуха в теплице, блоком вычис.ления разности значений биоэнергетических потенциалов при установившемся режиме и при изменившейся температуре 15 воздуха в теплице, блоком вычисления разности температур листьев растений

:и заданной задатчиком температуры, воздуха теплицы, блоком вычисления

;энергии фотосинтеза, блоком задания О

;КПД фотосинтеза и площади листьев ,растений и блоком сравнения энерго:затрат на отопление теплицы и фотосинтеза растений, при этом первый и второй входы блока вычисления раз- 25 ности температур воздуха теплицы и листьев растений являются третьим и пятым входами второго вычислительного устройства, а выход подключен к

;первому входу первого блока вычисле- Зр ния критерия благонриятности фото, синтеза, второй вход которого связан

1 с первым выходом блока задания коэффициентов уравнения критерия благойриятности фотосинтеза, а выход - c первым входом блока вычисления биоэнергетического потенциала, при установившемся режиме, йри этом выход последнего соединен с первым входом блока вычисления разности значений биоэнергетических потенциалов при установившемся режиме и при.изменившейся температуре в теплице„ кроме того, первый вход блока вычисления разности температур листьев растений 45 и заданной эадатчиком температуры воздуха в теплице является шестым входом второго вычислительного устройства, второй вход объединен с вто" рым входом блока вычисления разности температур воздуха теплицы и листьев растений, а выход подключен к пер вому входу второго блока вычисления критерия благоприятности фотосинтеsa второй вход которого связан с вторым выходом блока задания коэффици= ентов уравнения критерия благоприятности фотосинтеза а выход соединен с первым входом блока вычисления био5. Система по пп. 1-4, о т л ич а ю щ а я с я тем, что.логическая схема ЗАПРЕТ включает второй электронный ключ и электромагнитный тормоз подвижного контакта потенциометра задатчика температуры воздуха теплицы с подвижной и неподвижной колодками и сердечником электромагнита, при этом неподвижная и подвижная колодки установлены параллельно одна другой и кинематически связаны!

544283

21

22 с поводком подвижного контакта потенциометра задатчика температуры воздуха теплицы, кроме того, подвижная колодка жестко соединена с сердечником электромагнита, причем управляющий вход электронного ключа является запрещающим входом логической схемы

ЗЛПРЕТ, другой вход которого соединен с источником питания, а выход связан с сердечником электромагнита.

1544283 дж

V»

О 2 < б 8 10 п/с

Фиаб

Составитель Л,Пантелеева

Редактор Н.Бобкова Техред А.Кравчук Корректор . Э,Лончакова

Заказ 445 Тираж 482 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

- Производственно-издательский комбинат "Патент", р. Ужгород, ул. Гагарина, 101