Система регулирования температуры воздуха в теплице

 

Использование: в сельском хозяйстве, в промышленном растениеводстве в условиях сооружений защищенного грунта. Цель изобретения: повышение надежности и расширение области использования системы. Сущность изобретения: система регулирования температуры воздуха в теплице содержит два вычислительных устройства 1, 16, датчики 2,3.4 метеопараметров и датчики 5, 6, 8, 17 и 18 параметров внутренней среды теплицы. Степень теплоотдачи относительно агрегата 15 регулируется трехходовым перепускным клапаном 10. Исполнительный орган 9 последнего управляется по сигналам двух регуляторов 11, 13 основного и корректирующего каналов регулирования . Программируемый задатчик 7 температуры воздуха в теплице в течение суток и цикла вегетации снабжен программным блоком с микропроцессором. Регулирование величины задаваемой температуры в течение суток обеспечивается с помощью симистора и задэтчика уровня температуры, Предусмотрено прекращение выполнения программы изменения температуры воздуха в теплице при экстремальных метеоусловиях . 3 з.п.флы, 11 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s А 01 G 9/24

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ф

Ью

Ъ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4916401/15 (22) 04.03.91 (46) 07,03.93. Бюл. ¹ 9 (71) Кировский сельскохозяйственный институт (72) А,И.Панкратов (56) Авторское свидетельство СССР № 1628954, кл, А 01 G 9/24. (54) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕPATYPbl ВОЗДУХА В ТЕПЛИЦЕ (57) Использование: в сельском хозяйстве, в промышленном растениеводстве в условиях сооружений защищенного грунта, Цель изобретения: повышение надежности и расширение области использования системы.

Сущность изобретения: система регулирования температуры воздуха в теплице содержит два вычислительных устройства 1,,, Ы3 „„1799536 Al

16, датчики 2, 3, 4 метеопараметров и датчики 5, 6, 8, 17 и 18 параметров внутренней среды теплицы. Степень теплоотдачи относительно агрегата 15 регулируется трехходовым и ерепускн ым клапа ном 10.

Исполнительный орган 9 последнего управляется по сигналам двух регуляторов 11, 13 основного и корректирующего канЪлов регулирования. Программируемый задатчик T температуры воздуха в теплице в течение суток и цикла вегетации снабжен программнымм блоком с микропроцессором. Регулирование величины задаваемой температуры в течение суток обеспечивается с помощью симистора и задатчика уровня температуры, Предусмотрено прекращение выполнения программы изменения температуры воздуха в теплице при зкстремальных метеоусловиях, 3 з.п.флы, 11 ил.

1799536

Изобретение относится к сельскому хозяйству, к промышленному растениеводству в сооружениях защищенного грунта.

Цель изобретения — повышение эксплуатационной надежности и точности регулирования, На фиг.1 изображена функциональная схема системы регулирования температуры воздуха в теплице; на фиг,2 — функциональная схема первого вычислительного устройства; на фиг,3 — функциональная схема задатчика температуры воздуха в теплице; на фиг.4 — функциональная схема второго вычислительного устройства; на фиг.5 — график суточного изменения температуры воздуха в теплице для культуры огурца, при котором получен максимальный урожай; на фиг,6 — графическая зависимость коэффициента теплопередачи через остекление теплицы в функции от скорости ветра; на фиг.7 — функциональная схема блока питания; на фиг.8 — функциональная схема преобразователя сигнала уровня температуры воздуха в теплице; на фиг, 9 и 10 — схемы программного управления температуры воздуха в теплице; на фиг.11 — временные зависимости выходных сигналов блока питания (а), импульсов прямоугольной формы (б), генератора тактовых импульсов (в), делителя частоты (г), генератора тактируемой частоты (д), сдвигового регистра (е), формирователя управляющих импульсов (ж) и выходного напряжения симистора (з).

Система регулирования температуры воздуха в теплице содержит первое вычислительное устройство 1, датчики метеорологических факторов, включая датчик 2 тепловой солнечной радиации Е>, датчик 3 скорости V в еeтTрpа, датчик 4 температуры 1, наружного воздуха, а также датчик 5 влажности р воздуха в теплице, датчик 6 температуры tn почвы теплицы, задатчик 7 температуры t> воздуха в теплице и датчик

8 температуры t> воздуха в теплице, исполнительный орган 9 трехходового перепускного клапана 10, основной канал регулирования температуры tT теплоносителя, включающий первый регулятор 11 и датчик 8 температуры воздуха в теплице, корректирующий канал регулирования температуры t> теплоносителя, включающий датчик 12 температуры t> теплоносителя. второй регулятор 13 и электронный ключ 14, относительную систему 15, второе вычислительное устройство 16, датчик 17 фитооблучения Еф растений и датчик 18 температуры

t> листьев растений. При этом выход датчика

2 тепловой солнечной радиации связан с первым входом первого вычислительного устройства 1, выходы датчика 3 скорости V ветра и датчика 4 температуры „наружного воздуха соединены с вторым и третьим входами первого вычислительного устройства, причем выход датчика 6 температуры tn почвы, датчик 5 влажности р воздуха в теплице, задатчика 7 и датчика 8 температуры воздуха в теплице подключены соответственно к четвертому, пятому, шестому и седьмому входам первого вычислительного

"0 устройства 1, восьмой вход которого соединен с первым выходом датчика 12 температуры tT теплоносителя. Первый выход первого вычислительного устройства подключен к второму входу второго регулятора корректирующего канала регулирования температуры t> теплоносителя, первый вход которого связан с вторым выходом датчика

12 температуры теплоносителя, а выход — с вторым входом электронного ключа 14. Второй выход W> первого вычислительного устройства подключен к четвертому входу второго вычислительного устройства 16, первый вход которого соединен с третьим выходом задатчика 7 температуры t> воздуха теплицы, третий вход — с выходом датчика

8 температуры воздуха в теплице. Второй и пятый входы второго вычислительного устройства 16 подключены соответственно к выходам датчиков температуры листьев растений и фитооблучения, а выход второго вычислительного устройства 16 подключен к входу задатчика 7 температуры тз воздуха в теплице, который включен в сеть источника переменного тока.

Первое вычислительное устройство 1 содержит канал вычисления теплоотдачи

Ю4 через почву теплицы, включая блок 19 вычисления разности At> температуры почвы и температуры t> воздуха, заданной

40 задатчиком 7, блок 20 вычисления теплоотдачи

94 и бок 21 задания площади S< почвы теплицы и коэффициента k> теплопередачи через почву, канал вычисления теплопередачи через остекление теплицы, включающий блок 22 вы45 числения разности Ьъ междутемпературойт наружного воздуха и температуры тз воздуха, заданной задатчиком 7, блок 23 задания коэффициента теплопередачи через остекление .теплицы при скорости ветра, равной нулю, блок 24 вычисления поправки ky, учитывающей изменение коэффициента теплопередачи в зависимости от скорости ветра и блок 25 вычисления теплопередачи W< через остекление теплицы; канал вычисления теплопередачи воздуху и влаге р воздуха теплицы, включающий блок 26 задания коэффициента k p теплопередачи воздуху и влаге воздуха теплицы и блок 27 вычисления теплопередачи Иlр воздуху и влаге воздуха теплицы: канал вычис1799536

10

25

35

45

55 пения теплопередачи от тепловой солнечной радиации WEy, содержащий блок 28 задания площади Se теплопередачи, блок

29 задания коэффициента kE теплопередачи и блок 30 вычисления теплопередачи М/ет от солнечной радиации; блок 31 решения уравнения теплового баланса теплицы; канал вычисления температуры tT.З теплоносителя, при которой обеспечивается поддержание температуры воздуха в теплице на уровне, предписанном эадатчиком 7, который включает блок 32 задания площади

S< и коэффициента ko теплопередачи относительной системы 15, блок 33 вычисления температуры tT.з. при этом первый вход блока 19 подключен к выходу датчика 6 температуры t> почвы, первый вход блока 22 подключен к выходу датчика 4 температуры т„наружного воздуха, третий вход блока 27 подключен к выходу датчика 5 влажности rp воздуха теплицы, при этом соответствующие входы этих блоков подключены к выходу задатчика 7 температуры t воздуха в теплице, первый вход блока 24 подключен к выходу датчика 3 скорости V ветра, третий вход блока 30 подключен к выходу датчика

2 солнечной радиации Е>, выход Ял, kn блока

21 подключен к второму входу блока 20, первый вход At> которого соединен с выходом блока 19, а выход W блока 20 — с первым входом блока 31 решения уравнения теплового баланса теплицы, выход К блока

23 подключен к второму входу блока 24, его выход k — к первому входу блока 25, второй вход которого соединен с выходом At> блока 22, а выход W — с вторым входом блока

31 решения уравнения теплового баланса теплицы; выход ку блока 26 подключен к первому входу блока 27, второй вход t которого соединен с выходом датчика 8 температуры воздуха в теплице, а выход Wp блока

27 подключен к третьему входу блока 31, выходы блоков 28 и 29 подключены к первому и второму входам блока 30, а его выход WET к четвертому входу блока 31, выход W4 блока

31 подключен к второму входу блока 33 вычисления температуры tT,3 теплоносителя и к входу второго . вычислительного устройства

16, третьим входом блок 33 подключен к выходу датчика 12 температуры tT теплоносителя, первым входом S<, Ko — к выходу блока 32. а выходом — к входу регулятора 13 корректирующего канала регулирования температуры тт.3 теплоносителя.

Датчик 2 тепловой солнечной радиации

Ет выполнен в виде фотоэлемента с фильтром, пропускающим оптическое излучение солнца инфракрасной области спектра.

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

ПостОЯнного TOKB.

Датчик 4 температуры t< наружного воздуха, датчик 6 температуры t> почвы, датчик

8 температуры te воздуха в теплице, датчик

12 температуры tT теплоносителя отопительной системы 15 и датчик 18 температуры тп листьев растений выполнен в виде термопар одинаковой структуры, холодные спаи которых помещены в условиях одинаковой и постоянной температуры (термастат), а горячие спаи каждой из них в ту среду, температуру которой они контролируют.

Датчик 5 влажности р выполнен натриево-кадмиевым, наоснове фольгированного стеклотекстолита, на котором методом травления изготовлена решетка в виде полосок фольги, промежутки между которыми заполнены натриево-кадмиевым составом, проводимость которого зависит от влажности воздуха.

Задатчик 7 температуры з воздуха в теплице (фиг.3) содержит программный блок 34, включающий микропроцессор 35, управляемый делитель 36 частоты F0 постоянное запоминающее устройство 37, устройство 38 ввода-вывода информации и оперативное запоминающее устройство 39, генератор 40 тактовых импульсов, логическую схему ЗАПРЕТ 41, схему ПАМЯТЬ 42, схему ИЛИ 43, схему ЗАДЕРЖКА 44, сдвиговый регистр 45, формирователь 46 управляющих импульсов, формирователь 47 импульсов прямоугольной формы, симистор

48, задатчик 49 температуры воздуха в теплице, блок 50 питания, преобразователь 51 сигнала задатчика уровня температуры воздуха в теплице. При этом первые входы микропроцессора 35 соединены с выходами постоянного запоминающего устройства, вторые входы микропроцессора соединены с выходами оперативного запоминающего устройства 39, входы которого соединены с первыми выходами микропроцессора, третьи входы которого соединены с выходами устройства 38 ввода-вывода информации, входы которого соединены с вторыми выходами микропроцессора, третьи выходы которого соединены с первыми входами управляемого,целителя 36 частоты. второй вход которого соединен с выходом F генератора 40 тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом формирователя 46 управляющих импульсов, второй вход последнего соединен с выходом сдвигового регистра 45, первый вход которого соединен с выходом формироватепя 47 импульсов прямоугольной формы и с

1799536

Второе вычислительное устройство 16 содержит блок 52 вычисления разности At> между температурой t> воздуха в теплице и температурой t< листьев растений, первый блок 53 вычисления критерия /9, благоприятности фотосинтеза, блок 54 задания коэффициентов Кь входящих в уравнение критерия благоприятности фотосинтеза, блок 55 вычисления биоэнергетического потенциала Ф/о при установившейся температуре, когда она в теплице соответствует заданной задатчиком 7, блок 56 вычисления разности hb между температурой t> листьев растений и заданной задатчиком 7 температурой t> воздуха; второй блок 57 вычисления критерия Pz благоприятности фотосинтеза при наличии возмущающего

55 вторым входом оперативного запоминающего устройства 39, второй вход сдвигового регистра 45 соединен с выходом схемы ИЛИ

43, первый вход которой соединен с выходом схемы ЗАПРЕТ 41, второй вход — с вы- 5 ходом схемы ПАМЯТЬ 42, запрещающий вход схемы ЗАПРЕТ 41 соединен с выходом второго вычислительного устройства 16. второй вход схемы ЗАПРЕТ 41 и первый вход схемы ПАМЯТЬ 42 соединен с выходом 10 управляемого делителя 36 частоты FT, второй вход схемы ПАМЯТЬ 42 через схему

ЗАДЕРЖКА 44 соединен с входом задатчика

7 температуры воздуха в теплице, выход формирователя 46 управляющих импульсов 15 соединен с управляющим входом симистора 48, блок 50 питания включен в сеть источника переменного тока (фаза Ф вЂ” нейтраль

N) напряжением 220 В, первый питающий выход U - блока 50 питания соединен с 20 входом симистора 48. выход которого соединен с первым и вторым входами задатчика 49 уровня температуры воздуха в теплице, выход питания которого подключен к входу U- блока 50 питания, второй и 25 четвертый выходы U, Up которого соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя 47 импульсов прямоугольной формы, а выход задатчика 49 уровня температуры воздуха в теплице че- 30 рез преобразователь 51 его сигнала подключен к первому, второму и третьему выходам задатчика 7, Второй регулятор 13 корректирующего канала. регулирования температуры tT теп- 35 лоносителя устроен аналогично первому регулятору 11, но вырабатывает на выходе сигнал положительной полярности при превышении величиной сигнала на выходе первого вычислительного устройства 1 сигнала 40

tT,з на выходе датчика 12 температуры теплоносителя е отопительной системе 15. действия температурой тз, блок 58 вычисления биоэнергетического потенциала W> при температуре t воздуха в теплице, блок 59 вычисления разности Л W биоэнергетических потенциалов Wr и И/ф, блок 60 вычисления энергии Ф/ф, при которой имеет место биосинтез за счет повышения температуры в соответствии с программой задатчика 7, блок 61 задания КПД /ф биосинтеза растений и площади S> листьев растений и блок

62 сравнения энергий WT и ЧЧф, потребной для поддержания температуры t> воздуха в теплице и энергии, используемой на приращение биосинтеза, вызванное повышением температуры воздуха от значения Ъ до значения t . При этом первый вход блока 52 подключен к выходу датчика 8 температуры

t воздуха в теплице, первый вход блока 56 подключен к выходу задатчика 7 температуры t3, вторые входы блоков 52 и 56 подключены к выходу датчика 18 температуры tn листьев растений, вторые входы блоков 53 и

57 подключены к выходам блока 54 задания коэффициентов ki уравнения благоприятности фотосинтеза, первый вход блока 53 подключен к выходу блока 52, первый вход блока 57 подключен к выходу блока 56, вторые входы блоков 55 и 58 подключены к выходу датчика 17 фитооблучения Еф, первый вход Д блока 55 подключен к выходу блока 53, выход Wp которого подключен к первому входу блока 59, первый вход блока

58 подключен к выходу блока 57, выход W> которого подключен к второму входу блока

59, выход AW блока 59 — к первому входу блока 60, второй вход которого связан с выходом блока 61, а выход подключен к пер- вом входу блока 62. сигнал WT на вход которого поступает с выхода блока 31, входящего в состав первого вычислительного устройства 1, выход блока 62, являющийся выходом второго вычислительного устройства 16, подключен к входу задатчика

7 температуры t> воздуха в теплице.

Датчик 17 фитооблучения Еф выполнен в виде фитоэлемента с фильтром, пропускающим фитопоток и отфильтровывающим инфракрасную часть спектра. Ультрафиолетовая часть его отфильтровывается остеклением теплицы, так как оконное стекло эту часть спектра не пропускает. Датчик 17 установлен в теплице на уровне расположения растений, .. Программный блок 34 выполнен на базе микропроцессора 35 типа ИК501П, ИК502П . и др., управляемый делитель частоты 36, постоянное запоминающее устройства 37, оперативное запоминающее устройство 39, логические схемы 41...44 выполнены на базе типовых цифровых микросхем. а устрой1799536 10

15 снимается напряжение 0 м питания микросхем, напряжение О«, при этом первичная 45

55 ство 38 ввода-вывода информации представляет собой набор замыкающих контактов с клавишным проводом и индикатор в виде восьмисегментных светодиодных элементов, при этом формирователь 46 управляющих импульсов включает два последовательно соединенных триггера задержки, а оперативное запоминающее устройство 39 выполнено на базе регистра.

Формирователь 47 импульсов прямоугольной формы — это логическая схема ИНЕ, на первый вход которой подается пульсирующее напряжение U выпрямленного переменного тока, а на второй вход— напряжение U«соответствующее уровню логической 1, при этом входы формирователя 47 соединены соответственно с вторым и четвертым выходами блока 50 питания, Задатчик 49 уровня температуры ts выполнен на базе переменного резистора, первый и второй входы которого соединены с выходом симистора 48, первый выход задатчика 49 через преобразователь 51 соединен с первым, вторым и третьим выходами задатчика 7 температуры воздуха в теплице, а второй выход эадатчика 49 подключен к второму выходу питания U - блока 50 питания, Блок 50 (фиг,7) питания содержит последовательно соединенные понижающий трансформатор 63, первый выпрямитель 64, выполненный на диодах, включенных по мостовой схеме, фильтр 65, образованный двумя конденсаторами и дросселем, подключенными к выходу выпрямителя по

П-образной схеме, стабилизатор 66 напряжения, образованный стабилитроном и токоограничивающим сопротивлением, включенными последовательно между собой и подключенными к выводам выпрямителя и фильтра, делитель 67 напряжения, представляющий собой последовательную цепочку постоянных резисторов, с которых катушка понижающего трансформатора 63 включена в сеть источника переменного тока напряжением 220 В, выводы вторичной катушки образуют выход U- блока питания и соединены с входами выпрямителя 64 напряжения, второй выход Un которого образует второй выход блока питания.

Преобразователь 51 (фиг,8) сигнала задатчика 49 уровня температуры воздуха в теплице включает выпрямитель 68 напряжения, выполненный аналогично первому выпрямителю 64, выход которого соединен с фильтром 69, устроенным аналогично фильтру 65, выход которого соединен с выходами задатчика 7 температуры воздуха в теплице.

Г

Система регулирования температуры воздуха в теплице работает следующим образом. С помощью датчика 2 измеряется интенсивность солнечной радиации Ет, с помощью датчика 3 — скорость Vветра,,с помощью датчика 4 измеряется температура tH наружного воздуха, с помощью датчика 6 измеряется температура t> почвы в теплице и с помощью датчика 8 измеряется температура t> воздуха в теплице. Информация от датчиков 2...4,6 и 8, а также от эадатчика 7 температуры Ь воздуха в теплице и датчика

12 температуры tT теплоносителя поступает на входы первого вычислительного устройства 1, где с учетом влажности р, измеряемой датчиком 5, вырабатывается сигнал, поступающий на вход второго регулятора 1 корректирующего канала регулирования температуры t теплоносителя отопительной системы 15. Если текущее значение температуры tT теплоносителя обеспечивает температуру te воздуха в соответствии с предписанным задатчиком 7 значением, сигнал на выходе вычислительного устройства 1 равен нулю, При неравенстве этих температур, а именно когда tT.3.>to, сигнал на выходе устройства 1,положительный, через второй регулятор 13 корректирующего канала он поступает на вход электронного ключа 14, последний открывается и появившимся вследствие этого сигналом на выходе первого электронного ключа 14 трехходовой перепускной клапан 10 с помощью исполнительного органа 9 перемещается в положение, при котором подача теплоносителя (горячая вода) в отопительнуЮ систему

15 увеличивается. При этом температура теплоносителя возрастает, что способствует. повышению температуры te воздуха в теплице до значения, заданного задатчиком

7, При достижении температурой теплоносителя заданного значения сигнал на выходе первого вычислительного устройства 1 становится равным нулю и клапан 10 остается зафиксированным в данном положении, Управляющий сигнал на выходе вычислительного устройства 1 вырабатывается следующим образом. Информация о температуре t> почвы от датчика 6 поступает на вход блока 19, где сравнивается с информацией, поступающей на его второй вход от задатчика 7 температуры t3 и на основании этих данных вычисляется разность At> температур. Полученный результат поступает на первый вход блока 20, От блока 21, настраиваемого вручную, в блок 20 вводится информация о площади Sn поверхности почвы теплицы и коэффициенте k> теплопере1799536

50 дачи от воздуха почве и наоборот. B блоке

20 на основании алгоритма

Wn = Sn, 1<п, тп, (1) где Р4 — теплота, передаваемая через поверхность почвы теплицы;

Sï — площадь теплицы;

k< — коэффициент теплопередачи, зависящий от свойств почвы, назначаемый в соответствии с рекомендациями

"Строительные нормы и правила" (СНиП);

A t< — разность температуры воздуха и почвы, вычисляется теплота, передаваемая от почвы в воздух или наоборот, что учитывается знаком полученного результата.

В блоке 22 вычисляется разность между температурой tH наружного воздуха и температурой t3 и результат вводится в блок 25 вычисления теплопотерь Wc через остекление теплицы. В блок 24 от датчика 3 поступает информация о скорости Ч ветра, а через второй его вход от блока 23 вводится значение коэффициента К соответствующее коэффициенту теплопередачи через остекление при скорости ветра, равной нулю, на основании алгоритма kv = 1(Кч), представленного на фиг,6 в виде графика, вычисляется значение коэффициента k, соответствующее скорости ветра в данный момент времени и это значение вводится в блок 25, где на основании алгоритма

Wc = М>с Лтв, (2) где Sс — площадь остекления теплицы;

М/с — теплопотери через остекление теплицы; коэффициент теплопередачи с учетом скорости V ветра;

A t> — перепад температур наружного воздуха и воздуха в теплице, вычисляется величина теплопотерь Wc, Информация о влажности тр воздуха в теплице, поступающая от датчика 5 и о значении температуры t3, заданной задатчиком

7, а также о значении температуры воздуха в теплице, измеренном датчиком 8, поступает на соответствующие входы блока 27, куда одновременно вводится информация k ф о теплоемкости и объеме воздуха в теплице, где на основании алгоритма

Wy=Vy kp At =mk(p At, (3) где V — объем воздуха в теплице; у- удельный вес воздуха;

m — масса воздуха в теплице;

k <р — суммарная теплоемкость воздуха и влаги воздуха теплицы;

At — разность температуры t внутреннего воздуха и температуры t3, заданной задатчиком 7, вычисляется теплота W p передаваемая воздуху и влаге воздуха, Информация от датчика 2 солнечной тепловой радиации Ет поступает на вход

45 блока 30, в который с помощью блоков 28 и

29 вводится информация о площади SE теплицы и о коэффициенте kE теплопоглощения и на основании алгоритма

WET =SE kЕ Ет, (4) где kE — коэффициент теплопоглощения энергии солнца;

SE — площадь теплопоглощения;

Ет — поток тепловой энергии солнца, измеряемой датчиком 2, в блоке 30 вычисляется количество теплоты Р/ет, поступившей в теплицу от солнечной радиации, Результаты, полученные в блоках 20, 25, 27 и 30 через соответствующие входы вводятся в блок 31, где на основании алгоритма от = Wn + с + W ф + WET (5) определяется тепловой баланс теплицы, Результат решения уравнения (5) вводится в блок 33, через третий вход которого вводится информация о температуре tT теплоносителя отопительной системы 15 теплицы, а через первый вход от блока 32 поступает информация о площади Зс отопительной системы и о коэффициенте Мс теплопередачи и на основании алгоритма тт.3. = ЧЧт/(Soko) + tT, (6) где tT в. — температура теплоносителя, которую необходимо установить трехходовым перепускным клапаном 10 с помощью исполнительного органа 9 для поддержания температуры t> воздуха;

WT — количество теплоты, определяемое из уравнения (5) теплового баланса теплицы, ko — коэффициент теплопередачи от поверхности отопительной системы;

So — площадь отопительной системы 15;

tT — текущее значение температуры теплоносителя отопительной системы 15, вычисляется значение температуры теплоносителя, при которой будет обеспечена требуемая температура t3 воздуха, и полученный результат поступает на второй вход второго регулятора 13 корректирующего канала. Здесь этот сигнал сравнивается с текущим значением температуры тт теплоносителя, поступающим от датчика 12, и при условии tT,>,>t< на первый вход электронного ключа 14 поступает разрешающий сигнал, в результате чего трехходовой клапан 10 устанавливается в положение, обеспечивающее повышение температуры теплоносителя, как изложено выше. В случае, когда tT в<от, электронный ключ 14 отключает корректирующий канал регулирования и поддержание температуры теплоносителя обеспечивается функционированием основного канала регулирования следующим образом.

1799536

Первый регулятор основного канала регулирования ср внивэет значения температур, измеренных датчиком 8 и вырабатываемых задатчиком 7, При условии

t>>t>, на выходе регулятора 11 появляется сигнал отрицательной полярности, поступающий на вход электронного ключа 14 и на вход исполнительного органа 9 трехходового перепускного клапана 10. Перепускной клапан переводится в положение, при кото;ром увеличивается количество теплоносителя, направляемого на перепуск, и температура tr теплоносителя в отопительной системе снижается, что ведет к снижению температуры t воздуха в теплице до выполнения условия к снижению температуры tB воздуха в теплице до выполнения условия Ь = t>, При понижении температуры t воздуха в теплице ниже заданной, изменение температуры tT теплоносителя в сторону повышения по команде, поступающей с первого выхода первого вычислительного устройства 1, аналогично рассмотренному ранее, Формирование заданной температуры

t, задатчика 7 в интервале времени "ночь", "рассвет", "день" и "закат" осуществляются программным блоком 34, при этом генератор 40 тактовых импульсов fT работает непрерывно, независимо от времени суток (фиг.11в). Управление частотой с генератора осуществляется посредством делителя 36 частоты (фиг.11г) по программе цикла вегетации вырэщиваемой культуры (фиг.9).

Формирователь 46 управляющих импульсов создает импульсы управления открытием симистора 48 в моменты фронта импульсов, задержанных сдвиговым регистром 45 (фиг,11е). Длительность управляющих импульсов составляет 1/Fp (фиг.11ж) тактовой частоты генератора 40, Формирователь 46 управляющих импульсов выполняет функцию дифференциального устройства, подобранного в аналоговой технике. При управлении симистором 48 импульсами с выхода сдвигового регистра 45 невозможно управление по заданному алгоритму, так кэк в этом случае симистор 48 будет открыт на время, равное длительности импульса на выходе сдвигового регистра 45.

Перед началом работы в микропроцессор 35 через блок ввода-вывода информации заносится код N>, который соответствует началу рассвета. В процессе работы импульсы U> с второго выхода блока

50 питания, преобразованные в переменную частоту 100 Гц выпрямителем 64 напря5

55 жения (фиг.11а), поступают на формирователь 47 импульса, который под их воздействием вырабатывает импульсы прямоугольной формы, уровень которых соответствует уровню напряжения логической

1 (фиг.11б), что соответствует напряжению

Оо, поступающему на второй вход формирователя 47 с четвертого выхода блока 50 питания. Прямоугольные импульсы поступают на счетный вход оперативного запоминающего устройства 39, на выходе которого появляется текущий код Ni, пропорциональный времени т1, где 0 т 5 мс, Когда текущий код Ц на выходе оперативного запоминающего устройства 39 станет равным

М; = N>, непрерывно сравниваясь с кодом N> конца ночи, в микропроцессоре 35 произойдет переход к режиму "рассвет".

Режим перехода к плавному "рассвету" и "закату" создается следующим образом. В момент равенства кодов й; = Nt с генератора 40 тактовой частоты на управляемый делитель 36 поступает фиксированная частота

Fp (фиг,11в), в котором при помощи определенного кода, поступающего с микропроцессора 35 и тактовых импульсов Fo вырабатывается частота Fr = Fo/N (фиг.11д).

Сигнал с выхода делителя 36 поступает через схему ЗАПРЕТ 41 и схему ИЛИ 43 на тактовый вход сдвигового регистра 45, на счетный вход которого поступают импульсы, вырабатываемые формирователем 47 (фиг.11б). Сдвиговый регистр сдвигает пульсирующую частоту на фазу р, Этот сдвиг соответствует определенному времени т задержки (сдвига) ri = N .п/F, где и— число разрядов сдвигового регистра (фиг.11е). Сигнал, сдвинутый на фазу р, и тактируемая частота FT поступает на формирователь 46 управляющих импульсов, на выходе которого появляется импульс по фронту сигнала сдвигового регистра 45 (фиг.11ж), Этот импульс поступает на управляющий вход симистора 48, обеспечивая регулировку напряжения за счет открытия его в каждый полупериод через время t1 в соответствии с фазой р, определяемой кодом

М; (фиг.11з). В соответствии с этим на резисторе 47 уровня температуры тз воздуха в теплице будет изменяться напряжение, соответствующее плавному "рассвету" и "закату" в соотвегствии с графиком (фиг.5).

Между плавным рассветом и закатом находится режим "день", который определяется временем конца "рассвета" (начало дня) йз. В период дня код Ni остается постоянный на протяжении некоторого времени (между йг и йз). Симистор 48 открыт на весь полупериод(фиг,11з) и на задатчик 49 поступает максимум напряжения, 15

1799536

В постоянном запоминающем устройстве 37 хранится программа всего цикла вегетации данной культуры. Эта программа предназначена для введения ее в микропроцессор 35, например, при аварийном отключении электроснабжения.

Пульсирующее переменное напряжение, снимаемое с задатчика 49 уровня температуры воздуха в теплице, поступает на преобразователь 51 сигнала, где выпрямителем 68 (фиг,8) преобразуется в постоян. ное напряжение, а затем пульсации его сглаживаются фильтром 69 и отфильтрованный сигнал t3 поступает на выходы задатчика 7 температуры. Минимальное значение выхода t3 устанавливается ручной настройкой путем перемещения подвижного вывода переменного резистора эадатчика 49 в соответствии с агротехническими требованиями для данной культуры, а максимальное значение обеспечивается программными средствами, как изложено выше.

Пример, Программа управления температурой воздуха в теплице (фиг.9, 10).

Составляется общая программа цикла вегетации. В нее вводится число суток No, Каждые сутки из No будет вычитаться величина Ni-текущие сутки, а разность Л N ux поступает на элемент сравнения в памяти микропроцессора 35. Если Лй>0, цикл программы повторяется сначала и это будет происходить до тех пор, пока число суточных циклов (дней) не сравнивается с циклом вегетации, т.е. Л N = О, и цикл повторится.

Подпрограмма А суточного цикла состоит из подпрограммы I "Ночь", il "Рассвет", liI "День", IV "Закат", т.е. сутки (24 часа) делит на четыре части. Так как принято, что каждые сутки подпрограммы "День" будут увеличиваться на Я мин за счет сокращения подпрограммы I "Ночь", то в ячейку текущих суток прибавляется I, что производится в микропроцессоре 35. Начало "рассвета" наступает на 1 мин раньше эа счет сокращения ночи (увеличения дня), т.е. N<- Л Йъ а также начинается на 1 мин позже за счет сокращения "ночи", т,е. на время йз+ Л Мз, где h N<

-- шаг изменения ночи, а Лйз — шаг изменения дня, которые задаются в соответствии с требованиями для выращивания каждой культуры индивидуально на основе практических данных, или остаются неизменными на весь период вегетации, что решается на основании экономических рассчетов, Плавные "рассвет" и "закат" остаются неизменными на протяжении всего цикла вегетации, что соответствует природным явлениям, длятся 15 мин. Однако в силу инерционности отопительной системы и самой теплицы как объекта управления процесс изменения температурного режима будет несколько отличаться от задаваемого задатчиком 7 и будет соответствовать приведен5 ному на графике (фиг.5).

Подпрограмма "ночь" суточной подпрограммы А реализуется следующим образом. От времени конца ночи N< отнимается текущее время Ni. Затем разность между

10 N<-й = Л N — шаг изменения ночи — поступает на элемент сравнения микропроцессора 35. Если N»0, цикл повторяется снова до тех пор, пока Л N = О, тогда вычитается от кода "Ночи" N< шаг изменения "Ночи" Л N>, 15 затем возвращается подпрограмма "Ночь" в суточную подпрограмму А — Ii, Подпрограмма II "Рассвет" суточной подпрограммы А реализуется следующим образом. Время конца рассвета М2 умень20 шается на время текущих суток Ni. Затем эта разность hNp поступает на элемент сравнения. Если hNp>0, уменьшается код ячейки йз в памяти микропроцессора 35 на величину шага ЛЙ2 и цикл подпрограммы повторяется до тех пор, пока Лйр = О. Возвращается подпрограмма II "Рассвет" в суточную подпрограмму А — lli

Подпрограмма ill "День" суточной подпрограммы А осуществляется таким образом. От времени "Дня" йз вычитается текущее время йь Разность Л Из сравнивается микропроцессором 35, Если время

ЛМз>0, цикл снова повторяется до тех пор, пока Лйз = О. Тогда прибавляется в код ячейки "Дня" шаг Лйз и подпрограмма III возвращается в суточный цикл подп рограммы А — IV, Подпрограмма И "Закат" суточной подпрограммы А реализуется таким образом.

От времени конца "Заката" N4 вычитается текущее время Мь Разность ЛИ4 — текущее время "Заката" поступает на элемент сравнения. Если hN4>0, увеличивается код ячейки Кз на шаг Л Nz в микропроцессоре

35, и цикл повторяется, пока AN4 = О, затем возвращается в подпрограмму IV "Закат" суточной подпрограммы А — I.

Если в течение суток наступает резкий расход теплоты, что требует соответственного повышения температуры теплоносителя, например при шквальном ветре или резком похолодании, изменение программы превышается задатчиком 7 температуры

ts воздуха в теплице, что осуществляется по команде второго вычислительного устройства следующим образом.

В блоке 52 (фиг.4) происходит вычитание значения температуры воздуха в теплице из значения температуры листьев растений и полученный результат @to вводится в блок

1799536

5

35

55

53, куда через второй вход с блока 54 вводится информация о значении коэффициентов ki и на основании алгоритма

Po = ki At> e" " ", (7) где kt = 1(Еф), kz = 1(Еф), Iu = т(Еф) — постоянные коэффициенты, определяемые экспериментально;

Лt, = (tJ — Ь) — разность температур листьев и воздуха;

t> — температура листьев растений;

t> — температура воздуха в теплице, вычисляется критерий /A благоприятности фотосинтеза при установившемся режиме воздуха в теплице и информация вводится в блок 55, на второй вход которого поступает информация о фитооблучении Еф от датчика 17, В блоке 55 вычисляется биоэнергетический потенциал Wo растений по формуле !

Wp = ), Pp Eg(t)dt, (8) где О„.t — интервал времени интегрирования;

Д вЂ” критерий благоприятности фотосинтеза при температуре t> воздуха в теплице;

Еф — поток фитооблучения.

Полученный при решении уравнения (8) результат поступает в блок 59 равнения, на второй вход которого аналогичная информация поступает с блоков 56...58, которая вычисляется для возмущенного состояния температурой t,, а это приводит к изменению температуры tJ листьев растений и воздуха на величину At>, значение которой подставляется в уравнение (7) критерия благоприятности фотосинтеза, а на его основе при том же значении фитооблучения Еф вычисляется биоэнергетический потенциал W> для заданной температуры. B блоке 59 вычисляется разность биоэнергетических потенциалов Р4 и W> и результат вводится в блок 60, через второй вход которого с блока

61 вводится информация о значении КПД ффотосинтеза и о площади S< поверхности листьев растений в теплице. На основании поступившей в блок 60 информации вычисляется количество энергии М/ф, которое обеспечивает увеличение фотосинтеза с приращением температуры воздуха до значения t> на основании алгоритма

ЧЧф = AWyS / ф, (9) где Лиф — приращение энергии. участвующей в фотосинтезе растений; уф — энергетический КПД растений;, S — площадь поверхности листьев растений теплицы, определяется путем замера их в двух измерениях и вычисляется по формуле Sn = (0,285ab + 0.343). (10) где а — длина листа:

Ь вЂ” ширина листа;

Sä — площадь листьев одного растения.

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

S> умножается на число растений в теплице, Результат, вычисленный в блок 60, в блоке 62 сравнивается с энергозатратами

WT для поддержания температуры в соответствии с программой и на выходе блока 62 появляется сигнал положительной или отрицательной полярности, что свидетельствует о том, что энергия, затрачиваемая на поддержание заданной температуры воздуха в теплице, может или не может быть преобразована в энергию фотосинтеза растений и повышать температуру воздуха целесообразно или не целесообразно.

Тактовые импульсы fT с управляемого делителя 36 частоты на вход сдвигового регистра 45 поступают последовательно через второй вход схемы ЗАПРЕТ 41 и первый вход схемы ИЛИ 43. Если появился отрицательный выход второго вычислительного устройства, он поступает на запрещающий вход схемы ЗАПРЕТ 41 и ее выход обращается в логический О, то есть импульсы тактовой частоты на схему ИЛИ не поступают.

Однако их поступление на вход сдвигового регистра не прекращается, так как они одновременно поступают и на информационный вход схемы ПАМЯТЪ 42. При нормальных условиях второй вход на эту схему не поступает и ее выход отсутствует

С появлением выхода задатчика 7 и запрещающего сигнала схемы ЗАПРЕТ уровень выхода тактовой частоты 42 запоминается с поступлением выхода со схемы ЗАДЕРЖКА

44. Этот уровень тактовой частоты будет поступать на счетный вход сдвигового регистра 45 до тех пор, пока не будет снят вход эадатчика 7 с выхода второго вычислительного устройства, что произойдет при нормализации метеорологических условий. После этого уровень температуры t> скачкообразно принимает значение, предписанное программой суточного цикла, так как последняя не прерывалась.

Применение системы регулирования температуры воздуха в теплице позволяет использовать ее без дополнительных конструктивных изменений при выращивании разных культур, то есть расширить область применения с одновременным повышением надежности.

Формула изобретения

1. Система регулирования температуры воздуха в теплице. содержащая первое вычислительное устройство, выход которого подключен к первому входу второго вычис20

1799536

19 лительного устройства, а входы — к выходам датчиков температуры почвы в теплице, тепловой солнечной радиации, скорости ветра, температуры наружного воздуха, влажности воздуха в теплице, к первым выходам датчиков температуры теплоносителя в отопительном агрегате, температуры воздуха в теплице и задатчика температуры воздуха в теплице, а второй и третий выходы последнего соединены с вторым входом второго вычислительного устройства и первым входом первого регулятора, второй вход которого связан с вторым выходом датчика температуры воздуха в теплице, при этом третий выход последнего и выходы датчиков фитооблученности растений и температуры листьев растений соединены с третьим, четвертым и пятым входами второго вычислительного устройства, а выход первого регулятора подключен к первым входам электронного ключа и исполнительного органа трехходового перепускного клапана отопительного агрегата, второй вход которого связан с вторым выходом электронного ключа, а вход последнего, соединен через второй регулятор с вторыми выходами первого вычислительного устройства и датчика температуры теплоносителя в отопительном агрегате,от лича ющая сятем,что, с целью повышения эксплуатационной надежности и точности регулирования, выход второго вычислительного устройства соединен с входом задатчика температуры воздуха в теплице, входы питания которого подключены к источнику переменного тока, 2. Система по и, 1, отл и ч а ю ща я ся тем, что первое вычислительное устройство содержит канал вычисления теплопередачи через почву теплицы, канал вычисления теплопередачи через остекление теплицы, канал вычисления теплоты на нагрев воздуха и влаги воздуха теплиц, канал вычисления теплоты от солнечной радиации, блок решения уравнения теплового баланса, канал вычисления температуры теплоносителя отопительного агрегата, при этом канал вычисления теплопередачи через почву теплицы состоит из блока вычисления разности температуры почвы и заданной задатчиком температуры воздуха теплицы, первый и второй входы которого являются соответственно первым и восьмым входами первого вычислительного устройства, а выход подключен к первому входу блока вычисления теплопередачи через почву теплицы, при этом второй вход последнего связан с выходом задатчика площади почвы теплицы и коэффициента теплопередачи через почву, а канал вычисления теплопотерь через остекление теплицы включает блок вычисле5

55 ния разности температуры наружного воздуха и заданной задатчиком температуры воздуха в теплице, первый вход которого является четвертым входом первого вычислительного устройства, а второй вход объединен с вторым входом блока вычисления разности температуры почвы и заданной задатчиком температуры воздуха в теплице, блок задания коэффициента теплопередачи через остекление теплицы при скорости ветра, равной нулю, блок вычисления поправки на изменение скорости ветра, первый вход которого является третьим входом первого вычислительного устройства, второй вход подключен к выходу задатчика коэффициента 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 температурывоздуха в теплице, причем канал вычисления теплоты на нагрев воздуха и влаги воздуха теплицы включает блок задания коэффициента теплопередачи воздуху и влагевоздуха, который выходом подключен к первому входу блока вычисления теплопередачи воздуху и влаге воздуха теплицы, при этом второй и третий входы последнего являются пятым и седьмым входами первого вычислительного устройства, а четвертый вход соединен с седьмым входом задатчика температуры воздуха в теплице, причем канал вычисления теплопередачи от тепловой солнечной радиации содержит блок 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 отопительного агрегата включат блок задания площади и коэффициента теплопередачи отопительного агрегата, выход которого подключен к первому входу блока вычисления температуры теплоносителя, при этом входы блока решения уравнения теплового баланса теплицы соединены с выходами блоков вычисления теплопередачи через почву, через остекление теплицы, воздуху и влаге воздуха теплицы и от тепловой солнечной радиации, а выход пОдключен к второму входу блока вычисления температуры теплоносителя отопительного агрегата и является первым выходом первого вычислительного устройства, при этом третий вход и выход блока вычисления темпе21

179Q536

22 ратуры теплоносителя отопительного агрегата является шестым входом и вторым выходом первого вычислительного устройства.

3. Система по пп,1 и 2, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что второе вычислительное устройство включает блок вычисления разности температур воздуха в теплице и листьев растений, первым и вторым блоками вычисления критерия благоприятности фотосинтеза, блоком задания коэффициентов уравнения критерия благоприятности фотосинтеза, блоками вычисления биоэнергетического потенциала при установившемся режиме и при изменившейся температуре воздуха в теплице, блоком вычисления разности значений биоэнергетических потенциалов при установившемся режиме и при изменившейся температуре воздуха в теплице, блоком вычисления разности температуры листьев растений и заданной задатчиком температуры воздуха в теплице, блоком вычисления энергии фотосинтеза, блоком задания КПД фотосинтеза и площади листьев растений и блоком сравнения энергозатрат на отопление теплицы и фотосинтез растений, при этом первый и второй входы блока вычисления разности температур воздуха в теплице и листьев растений являются третьим и пятым входами второго вычислительного устройства, а выход подключен к первому входу перового блока вычисления критерия благоприятности фотосинтеза, второй вход которого связан с первым выходом блока задания коэффициентов уравнения критерия благоприятности фотосинтеза, а выход — с первым входом блока вычисления биоэнергетического потенциала при установившемся режиме, при этом выход последнего соединен с первым входом блока вычисления биоэнергетического потенциала при установившемся режиме и при изменившейся температуре воздуха в теплице, причем первый вход блока вычисления разности температур листьев растений и заданной задатчиком температуры воздуха в теплице является вторым входом второго вычислительного устройства, второй вход объединен с вторым входом блока вычисления разности температур воздуха теплицы и листьев растений, а выход подключен к первому входу второго блока вычисления критерия благоприятности фотосинтеза, второй вход которого соединен с вторым выходом блока задания коэффициента уравнения критерия благоприятности фотосинтеза, а выход сое= динен с первым входом блока вычисления биоэнергетического потенциала при изменившейся температуре воздуха в теплице, при этом вторые входы последнего и блока вычисления биоэнергетического потенциала при установившемся режиме обьединены и являются четвертым входом второго вычислительного устройства, 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 фотосинтеза и площади листьев растений, а выход — к первому входу блока сравнения энергозатрат на отопление теплицы и фотосинтез растений, причем второй вход и выход последнего является первым входом и выходом второго вычислительного устройства.

4, Система по пп.1 — 3, о т л и ч а ю щ а яс я тем, то задатчик температуры воздуха в теплице включает генератор тактовых импульсов, логические схемы ЗАПРЕТ, ПАМЯТЬ, ИЛИ, ЗАДЕРЖКА, сдвиговый регистр, формирователь управляющих импульсов, формирователь импульсов прямоугольной формы, симистор, задатчик уровня температуры воздуха в теплице, блок питания, преоб3О разователь сигнала задатчика уровня температуры воздуха в теплице и программный блок, включающий постоянное запоминающее устройство, устройство ввода-вывода информации, оперативное запоминающее устройство и управляемый делитель частоты и микропроцессор, первые входы которого соединены с выходами постоянного запоминающего устройства, а вторые входы подключены к выходам оперативного запоминающего устройства, при этом по"О следние связаны с первыми выходами микропроцессора, третьи входы которого соединены с выходами устройства ввода-вывода информации, а входы последнего подключены к вторым выходам микропроцессора, третьи

45 выходы которого соединены с первым входом управляемого делителя частоты, причем второй вход последнего подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выход которого связан с первым входом формирователя уп50 равляющих импульсов, а второй вход последнего соединен с выходом сдвигового регистра, первый вход которого связан с выходом формирователя импульсов прямоугольной формы и с зторым входом оперативного запоминаю55 щего устройства, при этом второй вход сдвигового регистра подключен к выходу схемы

ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом схемы ЗАПРЕТ, второй вход — с выходом схемы ПАМЯТЬ, причем эапре—

1799536

24 (Й A) ® 0) (5) щающий вход схемы ЗАПРЕТ является входом задатчика температуры воздуха в теплице, второй вход схемы ЗАПРЕТ и первый вход схемы ПАМЯТЬ соединены с выходом управляемого делителя частоты, второй вход схемы ПАМЯТЬ через схему ЗАДЕРЖКА соединен с запрещающим входом схемы

ЗАПРЕТ, а выход формирователя управляющих импульсов соединен с управляющим входом симистора, при этом входы питания блока питания являются входами питания эадатчика температуры воздуха в теплице, причем первый питающий выход блока питания соединен с входом симистора, выход которого соединен с первым и вторым входами задатчика уровня температуры воздуха в теплице, а выход питания последнего подключен к второму входу питания блока питания, третий и четвертый выходы питания которого соединены соответственно с первым и вторым входами, формирователя импульсов прямоугольной формы, а выход задатчика уровня темпера"О туры воздуха в теплице подключен к входу преобразователя его сигнала, выходы которого являются первым, вторым и третьим выходами эадатчика температуры воздуха в теплице.

1799536 зоЕ

f5

f0

0 Ф 8 f8 8 20 Тц

ФуЗ.Ю

ky

Аю Z.e

0 2 4 6 8 f0 Чм/с

ФиГ 5

1799536

1799536

ПРдпРоРРамча -!! I о2алг" з- «(I .. =грагра, а-l7

„РассВет",.Д а нь „Закат"

Составитель А.Панкратов

Техред М.Моргентал Корректор Н. Кешеля

Редактор

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

Зак аз 1120 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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