Способ регулирования микроклимата в теплице и система для его осуществления

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 А 01 G 9/26, 7/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 . (21) 4949715/15 (22) 28.06.91 (46) 07.06.93. Бюл. М 21 (71) Научно-исследовательский институт

ОВОЩНОГО хозяйства (72) А.M.Õðåáòîsè÷, В.M.Ãaðáóç и В.И.Иванов (56) Авторское свидетельство СССР й. 1113040, кл. А 01 G 9/26, 1983. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ МИКРОКЛИМАТА В ТЕПЛИЦЕ И СИСТЕМА ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: автоматизация тепличного комплекса. Цель изобретения заключается в точном поддержании температуры и относительной влажности воздуха в теплице в дневное время суток при экономии расИзобретение 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,; Я2,, 1819537 А1 хода тепловой энергии и распыляемой воды, увеличении урожайности за счет снижения перегрева и переувлажнения растений. Уст. ройство, 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. расчетной температуры воды в системе обогрева на входе в теплицу по основному контуру регулирования; на фиг.3 — 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.б — пример выработки управляющих воздействий на исполнительные механизмы систем вентиляции, увлажнения и обогрева.

П р и и е р 1. На фиг.1 приводится пример формирования по основному контуру регулирования установочных положений регулирующих органов систем обогрева, 1819531 вентиляции и изменения параметров микроклимата под воздействием внешних и внутренних факторов.

Заданные установочные параметры микроклимата определяются тепло- и массопотоками 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-, массопотоками, при тех же заданных уставках параметров микроклимата. До момента времени t1 текущие параметры микроклимата теплицы соответствуют заданным уставкам.

Внешним и внутренним возмущающим воздействиям Г для поддержания заданных уставок температуры и влажности воздуха

20 ставятся в соответствие тепло- и массопотоки, управляемые положением регулирующих органов систем обогрева — r и 25 вентиляции — гф. На фиг.1 представлена динамика Онр — температуры воды системы обогрева на входе в теплицу для.соответствующего положения смесительного клапана — гк. Значение температуры воды — 9 р оп- Зо ределяет теплопоток от системы обогрева.

В момент времени tl происходит изменение общего возмущающего воздействия F, которое регистрируется датчиками системы автоматического управления, Э5

Пропорционально возмущающему воздействию на основе зарегистрированной информации и одновременно с ним вырабатываются новые положения регулирующих органов: в системе отопления — rK и 4О в системе вентиляции — гф. На фиг,1 приводится динамика поведения температуры и влажности воздуха под воздействием возмущающих воздействий — Овр, Nf r и технологических систем — Овир, Явф с учетом 45 транспортного запаздывания и инерционности процессов в теплице. Результирующие значения 94 и Оф определяют динамику изменения регулируемых параметров. Качество установления процессов в 5О теплице определяется в момент времени tz величиной разности между текущими параметрами и заданными уставками: ЛОв и

ЬМ4; Интервал времени tz — е1 определяет время установления переходнога процесса в теплице.

Положение смесительного клапана (базовое) системы обогрева — гк определяется б выражением

= К1 0(p б» где Кр — коэффициент пропорциональности;

Овр — температура расчетной воды системы обогрева на входе.

Температура расчетной воды системы обогрева на входе — 03». определяется выражением

Ойр = 1 v — zZ E + l3 Овз z4 Ой

- z5 Он + z6 Ws где V — скорость ветра;

Š— интенсивность солнечной радиации;

О.з — заданная температура воздуха в теплице;

Оп — температура почвы теплицы;

Он — температура наружного воздуха;

W> — влажность воздуха в теплице; . z1,z2,z3,z4,z5,гб — коэффициенты пропорциональности.

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

Овз=е7 .,1 E Л т, с где E — интенсивность солнечной радиации;

z7 — коэффициент пропорциональности:

t — время интегрирования.

Положение вентиляционных фрамуг (базовое) r определяется выражением б

l"ô = z8 (н Овз) + 79 (Wg — Wa) — е1а v, где ч — скорость ветра;

Овз — заданная температура воздуха в теплице;

Он — температура наружного воздуха;

М4 — влажность воздуха в теплице;

М4 — влажность наружного воздуха; гв,z9,z1o — коэффициенты пропорциональности.

Учет направления ветра L относительно теплицы вносит дополнительную коррек-. цию положения вентиляционных фрамуг наВЕтРЕННОй Zy» И ПаДВЕтРЕННОй СТОРОНЫ Гфн теплицы. Положение вентиляционных фрамуг(наветренная сторона) гфн определяется выражением гфн=гф — z11 z12 L.

Положение вентиляционных фрамуг (подветренная сторона) гфл определяется выражением гфп = Гф+ z11 212. 1, где L — направление ветра относительно теплицы;

1819537 к12 — коэффициент пропорциональности.

Значение коэффициента г11 = «+ 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 t>, внешние и внутренние параметры имели следующие значения." 4 = 1 С, ив=19 С,6 7=22 С, @p50 С, ч =3 мlс, ЧЧвз = 70$4М/в = 75 .r„=

=48 ), гф - 15, Е - 15 Втlм2, Овз = 19,0 С.

По окончанию переходного процесса, определяемого мометом времени t2, внешние и внутренние параметры имели следующие значения: 6 4 =2 С, @ =19,6 С, gg =21,5 С, Ом=42 С. ч-Э м/с, Wee-70, We=70 т, гк

=40ф„гф=10, Е =48 Вт/м . Овз = 19,2 С.

При этом длительность переходного процесса t2 — ti =24 мин; отклонение температуры воздуха от заданной Ь6 =0,4 С; отклонение влажности воздуха от заданной ЛЧЧв =3 : изменение положения смесительного клапана Лr =8, изменение положения вентиляционных фрамуг Лгф=5 ; изменение заданной температуры воздуха Л6 -0,2 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 обогрера 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 отопитель.ной воды и текущей интегральной

° температуры воды. Дополнительное изменение по основному контуру регулирования положения смесительного клапана - rK" определяется выражением

Пример 3. На фиг.3 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 установочных положений (базовых) смесительного клапана и вентиляционных фрамуг по отклонению текущих значений параметров микроклимата от заданных уставок, Такой

Л гк" = k2 (Ир - %p ), где kz — коэффициент пропорциональности;

O р — температура расчетной воды системы обогрева на входе в теплицу;

Rip — текущая интегральная температура воды системы обогрева на входе в теплицу

Измерение расчетного положения (базово10 го) смесительного клапана — гк с учетом

6 коррекции по отклонению расчетной отопительной воды от текущего значения определяется выражением гкб = з O — Л г,", 15 где kg — коэффициент пропорциональности;

Ogр — температура расчетной воды системы обогрева на входе в теплицу; гкк — коррекция положения базового значения клапана по отклонению температуры расчетной отопительной воды на входе в теплицу от текущей температуры воды обогрева.

До момента времени ti температура

25 расчетной отопительной воды на входе в теплицу О р = 57 С, текущая температура отопительной воды на входе О„р = 50 С. разность между значениями температур расчетной и текущей отопительной воды на входе в теплицу ЛОпр = 7 С. Абсолютное значение этой разности превышает пороговое значение: ЛОрр = 7 С > AOnop= б С.

Расчетной температуре воды О@ = 57 С соответствует положение (базовое) смеси35 тельного клапана гк = 53%. Текущей температуре воды О пр = 50 С соответствует зарегистрированное положение смесительного клапана гк = 47 . Для формирования точного значения расчетного (базового) по40 ложения смесительного клапана производится коррекция на величину, пропорциональную (с учетом знака) отклонению расчетной отопительной воды от текущей, при изменении базового расчетного положения смесительного клапана

45 г„6=7

1819537 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- Ь гк с учетом знака определяется выражением

Ьгк = Ь(Воз -9), где 4> — заданная температура воздуха в теплице;

8, — текущая температура воздуха в теплице;

k<- коэффициент пропорциональности.

Дополнительная коррекция положения вентиляционных фрамуг с учетом знака определяется выражением

Ь гф = к5 (1вз VA), где Ф4з — заданная влажность воздуха в теплице;

В4 — текущая влажность воздуха в теплице;

kg — коэффициент пропорциональности.

В момент времени t>: W > = 75%, W> =

=80%. g W -- 5% Я, = 200С, Ов = 190С, gg = 10C . 52% . 22%

Изменение положений регулирующих органов системы отопления и вентиляции, . соответственно Лгф = 4% и Л г = 3%, пропорциональных отклонению текущих величин температуры и влажности воздуха от заданных, устраняет отклонение регулируемых параметров от заданных уставок. В момент времени г теплица переходит в равновесное состояние при заданных значениях уставок температуры и влажности воздуха, при этом конечное положение регулирующих органов систем отопления и вентиляции; rK 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 твлько при превышении интегральной интенсивности солнечной радиации заданного порогового значения. Работа системы увлажнения определяется мометом времени t>. В момент времени tt интегральная интенсивность солнечной радиации — Ел больше порогового значения — Е, а сигнал наличия 10. го в этом случае меньше заданного порога температуры растения, увлажнение отклю50

45 осадков в зоне растения — Ос равен нулю, При выполнении этих условий вырабатывается положение регулирующего органа запорного клапана системы увлажнения — r, равное 100%, соответствующее полному включению системы увлажнения. Чтобы избежать длительного увлажнения воздуха, в результате которого часть влаги неизбежно попадает на растения, температура которочают — гу равно нулю в момет времени tz.

Момент времени tz фиксирует наличие осадков на поверхности датчика и соответственно растения. В момент времени 12 сигнал наличия осадков — Ос равен единице. Разность моментов времени т2 и t> определяется временем осаждения капель воды на поверхность датчика, Повторное включение системы увлажнения, момент времени тэ, производится при осушенных растениях,. что фиксируется сигналом наличия осадков — 0c равно нулю. Между моментом.выключения tz системы увлажнения и повторным ее включением тэ 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 tl или з, влажность будет превышать заданное значение, то системой автоматического управления будет выработан сигнал гд, 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 ц: Е = 101 Вт/м2, Е > Елорог, Овз =23 С, Ч/вз = 75%, Wa = 65%, Ов =23 С, Ос =О. В момент времени t< вырабатывается сигнал Yq - 1 (включение увлажнения).

Момент времени tz: Е - 113 Вт/м, E >

>Епараг, двэ = 23 С, ЧЧвз = 75%, Wa = 72%, О =22,50С, Ос = 1. В момент времени tz вырабатывается сигнал Vy = 0 (отключение увлажнения).

Момент времени тз: Е=114 Вт/м2, Е >

>Enopor, Вщ = 23 C. Was - 75%, We = 72%, 0 =22,5 С, Ос = О. 8 момет времени тэ выра1819537

10 батывается сигнал Yy - 1 (включение увлажнения).

Момент времени tp: Е = 112 Вт/м, Е >

>Епорог Овз = 23 С ЧЧвз = 75о, Ws = 77, 6 - 22 С, Oc = О. В момент времени t4 вырабатывается сигнал Y» = О (отключение увлажнения), Временные интервалы: tz — t> = 10 с, ts — t2 = 3 мин, t4 — тз = 6 с.

Пример 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 t>. В момент времени t> интегральная интенсивность солнечной радиации Е больше порогового значения Еп, интегральное значение температуры растения 6 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 — «г, 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 — г„равно нулю в момент времени тз.

Момент времени тз определяется наличием осадков на поверхности датчика и соответственно растения, а также отрицательным знаком разности интегральных температур растения — Л6,, зарегистрированных на предыдущем и в текущем цикле регистрации. В момент времени t2 сигнал наличия осадков Ос равен единице. Разность моментов времени тз и tt определяется временем осаждения капель воды на поверхность датчика и растения, при этом за интервал времени, равный разности моментов времен отключения увлажнения тзи наличия осадков на поверхность растения будет нанесен тонкий слой влаги. Повторное включение системы увлажнения, момент времени тА, производится при осушенных растениях, что фиксируется сигналом наличия осадков — Ос равно нулю. Между моментом выклю5 чения тз системы увлажнения и повторным

его включением t4, влага попавшая на растение, испаряется за счет совместного действия солнечной радиации, радиационного и конвективного потока тепла от системы

10 обогрева и вентиляционного воздухообмена, усиленной теплоотдачи растения, при этом температура растения интенсивно снижается. Повторное включение системы увлажнения в момент времени t4 происхо15 дит при температуре растения ф, меньшей, чем температура растения в момент времени t1, В момент времени а регистрируется наличие осадков в зоне растения — Ос = 1, при этом, если температура расте20 ния ниже пороговой температуры растения (что не противоречит условию: ф.пред > б >.тек, т.е. температура растения на предыдущем шаге измерения больше, чем в текущем), та система увлажнения отключает25 ся. Таким образом достигается цель снижения температуры растения и исключения переувлажнения растения при эффективном использовании распыляемой воды. При работе системы увлажнения наряду с пони30 жением температуры растения одновременно происходит снижение температуры воздуха и повышение влажности. Устранение отклонений влажности ¹ температуры воздуха от заданных уставок производится

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

40 Момент времени t <: Е - 167 Вт! м, Е > Е ohio,4в "25оС.В4 75®.Nt-65

6 26,3 С, 6 37 С, g >Q.поро. Ос-О. В момент времени tt вырабатывается сигнал

Уу 1 (включение увлажнения). Ьб г= О.

45 Епорог 90 Вт/аР, 6 .порог = 35 С.

Момент времени t2: Е = 172 Втlм2, Е >

>Епорог, Йвз 25 С, 9Чвз - 75$, Wg = 72, %25,5 С бр 37 С. ф >6р.порог, Ос 1. р.пред. = р.тек. В момент времени t2 cvrHan

Y - 1 (работает увлажнение). Лб, = О, Е порог - 90 Втlм, 6 .порог= 35 С.

Момент времени 1з: Е - 164 Втlм, Е >

>Епорог, 64 * 25оС, Nl - 75 . Ws = 76, 4 24,7 С, 6р 35,7 С, бр >+.порог, Oc = 1 ° @.äðåä, ) 6(>.тек. В момент времени тз сигнал Yp " 0 (отключение увлажнения).

Л6,1,3 С. Епорог = 90 Вт/м, 2

35 С.

11

1819537

Момент времени Ы Е = 168 Вт/м, Е >

>Епорог, Аз= 25 С Юез = 75%, Wq

77% Ое=25 С, б >=- 35,7 С, 6 > >Op,порои

Ос - О. Ор.пре =фл„. В момент времени

t4 сигнал Y = 1 (включение увлажнения).

ЬОрт = 0 Гпорог = 90 В г/м, Ор.порог= 35 С.

Момент времени В: Е - 169 Вт/м, Е >

>Епоро,, Овз =25 С, 4э - 75%, Бе -79%, Ое 24,5 С, Ор =34,6 С, бр > Ор.порог Ос = 1.

Ор.пред. — Орлек. В момент BpelI48HH t5 сигнал

Yy = 0 (отключение увлажнения). ЛОрт=

=1,1 С, Епорог=90 Вт/м, ф.порог=-35 С.

Временные интервалы: t2 — t< = 10 с, 13 12=33 с и, 13=6мин 15 м=9с, tr — tg = 3 мин.

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

Выработка управля ащего воздействия на исполнительные механизмы системы увлажнения — насос и запорный клапан, производится синхронно с определением положения запорного клапана увлажнения, при этом, если r„равно 100%, т.е. условия в теплице соответствуют отключению увлаж нения, то одновременно вырабатываются сигналы включения насоса и открытия запорного клапана системы увлажнения, сооТ ветственно Y „è У, равные единице. В случае, если уславил в теплице соответствуют отключению увлажнения, при.этом гу равно кулю, та одновременно обнуллются сигналы Уу„и У, что приводит к отключению насоса и запорного клапана системы увлажненил.

Управляющие воздействия на исполнительный механизм системы вентиляции фармируютсл n a me временнагоинтервала рабо ы 40 электропривада данного механизма и направленияя движения регулиру ащего органа, Временной интервал работы исполнительного механизма вентиляции Уф

Уф -- Тф (гф2 — гф>)/100, где гф1 — начальное положение вентиллцианной фрамуги; гф2 — конечное положение вентиляционНоА фрамуги;

Тф — время полного хада вентиляционной фрамуги.

Направления движения регулирующего органа определяется по знаку разности между конечным — гф2 и начальным паложением— гф1 вентиляционной фрамуги, при этом сигнал открытия — Уфп 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 насоса системы обогрева. Временной интервал работы исполнительного механизма системы обогрева — Ук.

Ук = Тк (гк2 гк1)/100 где r<1 — начальное положение плунжера смесительного клапана;

Гк2 — КОНЕЧНаЕ ПОЛОЖЕНИЕ ПЛУНжЕРа смесительнаго клапана;

Тк — время полного хода плунжера клаfl3HB.

Направление движения регулирующего органа смесительного клапана определяется по знаку разности между конечным tK2 и начальным положением гк плунжера клапана, при этом сигнал открытия равен единице, а закрытия клапан — Ук равен минус единице. При этом, если конечное положеНИЕ РЕГУЛИРУЮЩЕГО ОРГаНа Гк2 РаВНО НУЛЮ, то формируется сигнал отключения насоса системы обогрева Укп = О, а если конечное

ПОЛОЖЕНИЕ ПЛУНжЕРа КЛаПаНа Гк2 НЕ РаВНО нулю, то поступающий сигнал на насос Уп поддерживается равным единице. В момент времени t< зарегистрированы положения регулирующих органов: rK> =40%, гф1=23%.

Перевод регулирующих органов данных систем в новые поло>кения: гк2 = 50%, гф2 =

=30% начинается в момент времени ti u заканчивается в момент времени t2 для смесительного клапана системы обогрева, а для вентиляционных фрамуг — t3, При этом

Л гк = 10%, Ь гф = 7%, Y = 2 С, Уф = 18 с.

Время работы системы увлажнения определяется временным интервалом ts — t4 включения и отключения системы увлажнения.

На фиг.7 представлена функциональная схема предлагаемой автоматической системы управления; на фиг.8 — алгоритм приема, анализа информации, расчета положений регулирующих органов и выработки управляющих воздействий на исполнительные механизмы систем вентиляции, обогрева, увлажнения.

На фиг.7 приводятся следующие условные обозначения датчиков, блоков автоматической системы управления, исполнительных механизмов технблогических систем:

1 — датчик скорости ветра; . 2 — датчик направления ветра относительно теплицы;

3 — датчик температуры наружного воздуха;

4 — датчик влажности наружного воздуха:

5-датчик интенсивности солнечной радиации;

1819537

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 — злектропривод насоса системы увлажнения;

29 — злектропривод смесительного кла. пана системы обогрева;

30 — злектропривод насоса системы обогрева;

31 — форсунки мелкодисперсного распыла 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;

50 определение направления перемещения . регулирующих органов;

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

55 53 — программный блок отключения насосов систем увлажнения, обогрева, вентиляции;

54-программный блок определения достоверности сформированных управляющих воздействий.

35- программный блок расчета базовых положений регистрирующих органов систем обогрева и вентиляции, температуры отопительной воды на входе в теплицу;

36 — программный блок анализа отклонения расчетной температуры отопительной воды на входе в теплицу от текущей;

37 — программный блок коррекции расчетной отопительной воды на входе в теплицу

38 — программный блок сравнения текущей интенсивности солнечной радиации с пороговым значением:

39 — программный блок сравнения текущей температуры растения с пороговым значением;

40- программный блок определения наличия осадков в зоне растения;

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

42- программный блок определения наличия осадков в зоне растения;

43 — программный блок сравнения текущей влажности воздуха в теплице с заданной установкой;

44 — программный блок включения системы увлажнения;

45 — программный блок отключения системы увлажнения;

46- программный блок определения состояния системы увлажнения;

47 — программный блок отключения системы увлажнения;

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

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

50 — программный. блок сравнения расчетных и текущих положений регулирующих органов систем вентиляции и обогрева;

51 — программный блок расчет управляющих воздействий на исполнительные механизмы систем вентиляции и обогрева и

1819537

Пример конкретной работы устройства.

Устройство в процессе реализации способа работает следующим образом. Таймер

21 через определенные промежутки времени вырабатывает код реального времени, 5 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, апре- 10 деляющий соответствующий датчик 1-14.

Код номера канала по общей шине вводавывода вычислительного устройства 22 поступает в блок 17 функционального управления устройствам. Блок функцио- 15 нального управления устройством вырабатывает сигнал, поступающий на коммутатор

15, посредством которого подключается соответствующий датчик 1-14 в зависимости от номера, задаваемого программным бло- 20 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- 25 ния устройством команды завершения установки значений управляющих воздействий в регистрах блока вывода 24. Сигналы от датчиков 1 — 14 поступают на соответствующий вход коммутатора 15. Выбор канала 30 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 35 вычислительного устройства 22. С соответствующего выхода коммутатора 15 код но-мера канала через усилитель- преобразователь 19 поступает на . блок ввода 20 регистрируемой информации, 40 который подсоединен к общей шине-вводавывода вычислительного устройства 22.

Принятый вычислительным устройством 22 код номера канала в программном блоке 32 сравнивается с заданным и в случае несоот- 45 ветствия заданного и принятого номера канала производится установка соответствующего канала и подключение датчика через общую шину ввода-вывода вычислительного устройства 22, блок 17 50 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 55

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 t — 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 15синхронизирован с сигналом, поступающим от блока

17 функцинального управления устройством в аналого-цифровой преобразователь

18. Через промежуток времени преобразования аналогового сигнала в двоична-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 про17

1819537

18 граммном блоке 36 производят анализ отклонения расчетной температуры отопительной воды на входе в теплицу от текущей. В случае превышения абсолютного значения этого отклонения заданной установки 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 s 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 уставкой, при этом, если текущая влажность превышает уставку, то переход производят в программный блок 45, а если текущая влажность меньше заданной уставки, то пеблок 48.

В программном блоке 46 проверяют состояние работы системы увлажнения, при

15 этом, если управляющие воздействия равны единице, то производят переход в программный блок 47, а если система увлажнения

30

40

50 блоке 52 производят сравнение положений регулирующих органов клапанов системы увлажнения и обогрева на полное их эакры55 тие, при этом, если расчетные положения регулирующих органов равны нулю, то производят переход в программный блок 53, а

10 реход производят в программный блок 44.

B программном блоке 44 формируют единичные управляющие воздействия на ofкрытие запорного клапана и включение насоса системы увлажнения, после чего переход производят в программный блок 48.

В программном блоке 45 обнуляют управляющие воздействия в системе увлажнения, при этом закрывают эапорный клапан и отключают насос в системе увлажнения, после чего переход производят в программный отключена, то переход производят в программный блок 48. В программном блоке 48 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

49, а если текущие температура и влажность воздуха равны соответственно заданным уставкам, то переход производят в программный блок 50, В программном блоке 49 производят дополнительную коррекцию базовых положений регулирующих органов систем вентиляции и обогрева на величины, с учетом знаков пропорциональные отклонениям текущих значений температуры и влажности соответственно от заданных уставок, 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 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 блоке 51 по расчетным и текущим значениям положений регулирующих органов формируют направления перемещения регулирующих оганов и временные управляющие воздействия на исполнительные механизмы, после чего производят переход в программный блок 52. В программном если расчетные положения регулирующих органов не равны нулю, то формируют поло19

1819537

20 жительные 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 сформированные управляющие воздействия на исполнительные механизмы систем увлажнения, вентиляции и обогрева проверяют на достоверность путем сравнения с заданными диапазонами минимальных. и максимальных значений положений регулирующих органов, при этом, если ошибки зафиксированы, то пройсходит 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 изменейий, то происходит переход на блок вывода 24, в соответствующие регистры которого заносят в двоичном коде команды, определяющие работу электроприводов 26-30 исполнительных механизмов и направление перемещение регулирующих органов.

От таймера 21 с определенной периодичностью в блок вывода 24.приходят импульсы, которые поступают в регистры, содержащие временные задания, и вычисляются из регистров 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 пареметрами микроклимата 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 парамет. ров микроклимата, при этом отклонения темепрэтуры и влажности воздуха от заданных уставок при регулировании.предлагаемой АСУТП соответствуют эгротехническим требованиям. предъявляемым к средствам автоматики, используемой в технологическом процессе выращивания овощной про30

55 ных условий, формируют одновременно с моментом регистрации возмущающих воздействий на теплицу, а дополнительные управля ющие воздействия, 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 отличающийся 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 интеграл ьной 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 параметров вырабатываются по основному дукции: отклонение температуры воздуха от заданной не более +1 С, отклонение влажности воздуха от заданной не более +57;.

Это дало экономию энергии в опытной теп5 лице по сравнению с контрольной 14,1ф,. В результате снижения перегревов растения (при включении увлажнения температура растения снижалась на 5-7 С) и улучшения фитосанитарного состояния растений уро10 жайность овощной продукции повысилась на 8 .

Формула изобретения

1. Способ регулирования микроклимата в теплице. снабженной системами обогрева

15 и увлажнения, включающий регистрацию температуры наружного воздуха, интенсивности солнечной радиации, скорости ветра, температуры и влажности воздуха в теплице, температуры почвы, температуры воды в

20 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 дополнительно25 му контурам регулирования, причем управляющее воздействие на исполнительный механизм смесительного клапана системы обогрева по основному контуру регулирования, пропорциональное изменению погод21

1819537

30

45

55 контуру регулирования управляющие воздействия на исполнительные механизмы систем обогрева и вентиляции, при этом постоянно определяют величины отклонений текущих значений температуры и влаж- 5 ности 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 ув- 3 лажнения 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. Способпоп.1,отл ичающийся 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 расстения и наличии осадков в зоне растения.

6. Способ по п.1, о тл и ч а ю щи и с я тем, что управляющее. воздействие на исполнительный механизм смесительного клапана системы обогрева дополнительно корректируют с учетом знака на величину, пропорциональную разности расчетной температуры воды обогрева на входе в теплицу и текущей регистрируемой температуры воды, причем коррекцию производят при превышении абсолютной величиной этой разности соответствующей уставки.

7. Система регулирования микроклимата в теплице, включающая датчики температуры наружного воздуха, интенсивности солнечной радиации, скорость ветра, температуры и влажности воздуха в теплице, температуры почвы, температуры воды в системе обогрева на входе в теплицу, задатчик заданной температуры воздуха в теплице, реле времени периодического запуска исполнительного механизма запорного клапана системы увлажнения, вычислительный блок, блок управления смесительным клапаном свстемы обогрева и блок управления системой увлажнения, форсунки мелкодисперсного распыла воды, встроенные в трубопровод системы увлажнения, и электронный ключ а т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности поддержания установочных расчетных значений температуры и влажности воздуха в дневное время, исключения перегревов и переувлажнения растений, снижения расхода тепловой энергии и распыляемой воды, теплица с задействованными системами вентиляции, увлажнения и обогрева дополнительно снабжена датчиками направления ветра относительно теплицы, интегральной температуры растения, наличия осадков в зоне растения, влажности наружного воздуха, положения регулирующего органа вентиляционных фрамуг, положения регулирующего органа запорного клапана системы увлажнения, положения регулирующего органа смесительного клапана системы обогрева, а также коммутатором, нормирующим преобразователем, усилителем-преобразователем, аналого-цифровым преобразователем, блоком ввода регистрируемой информации, блоком вывода управляющих воздействий, блоком

1819537

24 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 вычислительного устройстве, сообщенной также с таймером, синхронизированным с блаком функционального управления устройством, блоками контроля аварийной ситуации и вывода управляющих воздействий. подсоединенных 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 злектроприводами исполнительных механизмов системы обогрева, вентиляции и увлажнения. причем функции зэдатчиков температуры и влажности воздуха, порога интенсивности солнечной радиации, 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 кла паном системы обогрева, реле периодического запуска исполнительного механизма запорного клапана системы увлажнения вы5 полняет вычислительное устройство.

8. Система про п.7, отличающаяся тем, что реле времени для периодического запуска исполнительного механизма зэподного клапана системы увлажнения, блок уп10 равления 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 соот15 ветствующие исполнительные механизмы этих систем, причем текущее положение данных регулирующих органов определяется датчиками соответствнено, положения смесительного клапана системы обогрева и

20 запорного клапана системы увлажнения.

9. Система по п.7. отличающаяся тем, что задэтчики температуры и влажности воздуха в теплице, nopora интенсивности солнечной радиации, порога

25 интегральной температуры растения, максимальной абсолютной величины отклонения расчетной температурой отопительной воды от текущей, моментов времени включения или отключения системы увлажнения

30 выполнены в виде микроЭВМ, хранящей данные заданные уставки в соответствующих регистрах памяти вычислительного устройства.

10. Система по и. 7, отличающаяся

35 тем,что датчик интенсивности солнечной радиации размещен внутри теплицы.

18i9537

ОС С) Mif3 g(f, 1819537

1819537

1819537 — ввз в

8it) stQ Н М

1819537

4, 1819537

Составитель В.Гарбуз

Техред М.Мортентал Корректор М.Самборская

Редактор

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

Закаэ 1989 Тираж .. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

f13035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5