Устройство для автоматизированного приготовления питательного раствора в теплице

 

Использование: в сельском-хозяйстве, в растениеводстве защищенного грунта. Цель изобретения: повышение точности регулирования концентрации компонента питательного раствора. Сущность изобретения: устройство имеет канал регулирования кислотности , состоящий из датчика 2 кислотности , блока сравнения 5 сигналов с выхода последнего и сигналов с выхода сумматора 14, исполнительного узла, подключенного к выходу блока сравнения 5 и состоящего из регулятора 6 и насоса-дозатора 7 для изменения подачи кислоты в смесительную емкость 1. На сумматор 14 подаются сигналы с выходов задатчика 15 кислотности и формирователя 16 сигналов коррекции. Работа последнего определяется двумя факторами: отклонением от заданного значения температуры в теплице, отрабатываемым блоком сравнения 23 по сигналам датчика 24 и задатчика 25 температуры, и аналогичным образом , отклонением от заданного значения уровня солнечной радиации (облученности), отрабатываемым блоком сравнения 26 по сигналам датчика 27 и задатчика 28 солнечной радиации. Аналогичным образом построены и работают два других канала регулирования - концентрации ионов калия и ионов азота в смесительной емкости. Первый из них, аналогично каналу регулирования кислотности, имеет датчик 3 содержания ионов калия в растворе, блок сравнения 8, формирователь 19 импульсов коррекции, сумматор 17 и регулятор 9 с насосом-дозатором 10, а второй - датчик 4 содержания ионов азота в растворе, блок сравнения 11, формирователь 22 импульсов коррекции, сумматор 20 и регулятор 12 с насосом-дозатором 13. 1 ил. И 00 00 ю ю Ч|

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4834013/15 (22) 04.06,90 (46) 07.08,93. Бюл. М 29 (71) Научно-производственное обьединение

"Нечерноземагромаш" (72) Ю.С.Бернер, Г.M,×ècòÿêoBà, В.Н,Судаченко, Л.В.Нитовщикова, Е.П.Тусеева, Э.В.Феофилов,. Н.Н.Мякишев, А,К.Аннук, В.В.Пилюгина и Ю.Г,Шейнкин (56) Авторское свидетельство СССР

М 1769815,кл. А 01 G 9/24, G 05 D 11/02, 1989. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИТАТЕЛЬНОГО РАСТВОРА В ТЕПЛИЦЕ (57) Использование: в сельском хозяйстве, в растениеводстве защищенного грунта. Цель изобретения: повышение точности регулирования концентрации компонента питательного раствора. Сущность изобретения: устройство имеет канал регулирования кислотности, состоящий иэ датчика 2 кислотности, блока сравнения 5 сигналов с выхода последнего и сигналов с выхода сумматора

14, исполнительного узла, подключенного к выходу блока сравнения 5 и состоящего из регулятора 6 и насоса-доэатора 7 для изме Ы» 1831997 А1 (si)s А 01 G 9/24, G 05 0 11/02 нения подачи кислоты в смесительную емкость 1. На сумматор 14 подаются сигналы с выходов эадатчика 15 кислотности и формирователя 16 сигналов коррекции. Работа последнего определяется двумя факторами: отклонением от заданного значения температуры в теплице, отрабатываемым блоком сравнения 23 по сигналам датчика 24 и эадатчика 25 температуры, и аналогичным образом, отклонением от заданного значения уровня солнечной радиации (облученности), отрабатываемым блоком сравнения 26 по сигналам датчика 27 и эадатчика 28 солнечной радиации. Аналогичным образом построены и работают два других канала регулирования — концентрации ионов калия и ионов азота в смесительной емкости. Первый из них, аналогично каналу регулирования кислотности, имеет датчик 3 содержания ионов калия в растворе, блок сравнения 8, формирователь 19 импульсов коррекции, сумматор 17 и регулятор 9 с насосом-дозатором 10, а второй — датчик 4 содержания ионов азота в растворе, блок сравнения 11, формирователь 22 импульсов коррекции, сумматор 20 и регулятор 12 с насосом-дозатором 13. 1 ил.

1831997

Изобретение относится к сельскому хо. зяйству, в частности к устройствам для авто матического регулирования кислотности и концентрации питательного раствора при выращивании овощей в сооружениях защищенного грунта, Цель изобретения — повышение точности регулирования концентрации компонентов питательного раствора.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит смесительную емкость 1, которая предназначена для приготовления питательного раствора, для смешивания необходимых компонентов минерального питания растений. В ней установлены датчик 2 кислотности, датчик 3 концентрации ионов калия, датчик 4 концентрации ионов азота, предназначенные для измерения соответствующих характеристик раствора, Выходдатчика 2 кислотности связан с первым входом первого блока

5 сравнения, предназначенного для определения рассогласования между фактической измеряемой кислотностью и ее заданным значением. Выход первого блока 5 сравнения соединен со входом первого регулятора

6, предназначенного для управления кислотностью раствора по выбранному заранее закону регулирования, Его выход подключен ко входу исполнительного элемента — первого насоса-дозатора 7, соединенного трубопроводом со смесительной емкостью 1 и подающего в нее кислоту, Выход датчика 3 концентрации ионов калия подключен к первому входу второго блока 8 сравнения, предназначенного для определения рассогласования между фактическим измеренным значением концентрации ионов калия в растворе и ее заданным значением. Выход второго блока

8 сравнения связан со входом второго регулятора 9, предназначенного для управления по выбранному закону регулирования концентрации раствора по калию. Выход второго регулятора 9 подключен ко входу второго насоса-дозатора 10, соединенного трубопроводом со смесительной емкостью 1 и обеспечивающего подачу данного компонента в питательный раствор. Выход датчика 4 концентрации ионов азота подключен к первому входу пятого блока 11 сравнения, предназначенного для определения рассогласования между фактическим измеренным значением концентрации ионов азота и ее заданным значением, Выход пятого блока

11 сравнения связан со входом третьего регулятора 12, предназначенного для управления по выбранному закону регулирования концентрации ионов азота в растворе, Вы5

55 ход третьего регулятора 12 подключен к входу третьего насоса-дозатора 13, соединенного трубопроводом со смесительной емкостью 1 и обеспечивающим подачу данного компонента питательного раствора.

Второй вход первого блока 5 сравнения соединен с выходом первого сумматора 14, предназначенного для определения заданного значения кислотности как суммы ее номинального заданного значения (уставки) и поправки на фактические условия работы в теплице. Один из входов первого сумматора 14 подключен к выходу задатчика 15 кислотности, предназначенного для задания номинального заданного значения кислотности, соответствующего номинальным прогнозируемым условиям работы (температура, освещенность). Другой вход первого сумматора 14 подключен к выходу первого формирователя 16 сигнала коррекции. предназначенного для определения поправки к уставке от задатчика 15 кислотности на изменение фактических условий работы, Второй вход второго блока 8.сравнения соединен с выходом второго сумматора 17, предназначенного для определения заданного значения концентрации ионов калия, как суммы номинального заданного значения (уставки) и поправки на фактические условия работы. Один иэ входов второго сумматора 17 подключен к выходу задатчика 18 концентрации ионов калия, предназначенного для задания номинального заданного значения концентрации ионов калия, соответствующего номинальным прогнозируемым условиям работы. Другой вход второго сумматора 17 подключен к выходу второго формирователя 19 сигналов коррекции, предназначенного для определения поправки к уставке от задатчика 18 концентрации ионов калия на изменения фактических условий работы. Второй вход пятого блока 11 сравнения соединен с выходом третьего сумматора 20, предназначенного для определения заданного значения ионов азота, как суммы номинального заданного значения (уставки) и поправки на фактические условия работы, Один иэ входов третьего сумматора 20 подключен к выходу задатчика 21 концентрации ионов азота, предназначенного для задания номинального заданного значения концентрации ионов азота, соответствующего номинальным прогноэируемым условиям работы. Другой вход третьего сумматора 20 подключен в выходу третьего формирователя 22 сигналов коррекции, предназначенного для определения поправки к уставке от задатчика 21 концентрации ионов азота

1831997 на измерение фактических условий работы.

Первые входы первого формирователя

16 сигналов коррекции, второго формирователя 19 сигналов коррекции, третьего формирователя 22 сигналов коррекции подключены к выходам третьего блока 23 сравнения, предназначенного для определения рассогласования между фактической величиной температуры воздуха в теплице и ее заданным (номинальным, прогноэируемым) значением. Соответственно первый вход третьего блока 23 сравнения подключен к выходу датчика 24 температуры, предназначенного для измерения фактической температуры воздуха, Второй вход третьего блока 23 сравнения подключен к выходу задатчика 25 номинальной температуры в теплице, который предназначен для задания номинального прогноэируемого значения температуры воздуха. Вторые входы первого, второго. третьего формирователей 16, 19, 22 сигналов коррекции подключены к выходу четвертого блока 26 сравнения, предназначенного для определения рассогласования между фактическим значением радиации (облученностью) и его заданным (поминальным, прогнозируемым) значением, Соответственно первый вход четвертого блока 26 сравнения подключен к выходу датчика 27 (интегратора) солнечной радиации, предназначенного для измерения фактической облученности растений в течение выбранного интервала времени. Второй вход четвертого блока 26 сравнения подключен к выходу задатчика 28 номинальногоуровня радиации(облученности), который предназначен для задания номинального, прогнозируемого значения уровня солнечной радиации (облученности).

Выход первого формирователя 16 сигнала коррекции подключен к третьим входам второго и третьего формирователей

19,22 сигналов коррекции и выход второго формирователя 19 сигналов коррекции подключены к третьему и соответственно четвертому входам первого и третьего формирователей 16, 22 сигналов коррекции, выход третьего 22 формирователя сигналов коррекции подключен к четвертым входам первого и второго формирователей 16, 19 сигналов коррекции.

Устройство может быть построено на известных элементах, В качестве датчика 2 кислотности может быть использован измеритель рН, типа ДМ-5М-2, в качестве датчиков 3, 4 концентрации ионов калия и азота — измерители на основе элементов ЭКОСТ, В качестве датчика 24 температуры может применяться термопреобразователь типа

TOM-0879-01. В устройстве может быть использован датчик 27 уровня солнечной ра диации типа РК1-2ТУ 11 ЭССР 43-86. В качестве исполнительных устройств -- насосов-доэаторов 7, 10, 13 могут применяться насосы-дозаторы типа XM2/25, Регулятор 6 может быть реализован на базе преобразователя типа П-201, а регуляторы 9 и 12 — на базе элементов ЭКОСТ. В качестве сумматоров и блоков 5, 8, 11, 14, 17, 20, 23, 26 сравнения могут использоваться операционные усилители серии К140УД2, Формирователи 16, 19, 22 сигналов коррекции могут быть реализованы на базе операционных усилителей той же серии, как и блоки суммирования, Устройство работает следующим образом.

В режиме "приготовления питательного раствора" в смесительную емкость 1 начинает поступать вода, независимо от режима работы насос-дозаторов: если концентрация ионов кальция и азота и кислотности выше заданного, насосы-дозаторы подачи калия и азота и кислоты (например, фосфорной кислоты — обозначено буквой P) не включаются до тех пор, пока концентрация не станет равной заданному значению.

Если внешние условия (температура и солнечная радиация) соответствуют номинальным прогноэируемым значениям, то сигналы с выходов датчика 24 температуры и задатчика 25 номинальной температуры равны, равны также и сигналы с выходов датчика 27 (интегратора) солнечной радиации и задатчика 28 номинальной радиации (облученности). Поэтому сигналы с выходов третьего и четвертого блоков 23, 26 сравнения не будут равны нулю, вследствие чего будут равны нулю и сигналы на входах первого, второго и третьего формирователей

16, 19, 22 сигналов коррекции. Поэтому сигналы с выходов первого, второго и третьего сумматоров 14, 17, 20 будут равны выходным сигналам задатчика 15 кислотности и эадатчиков 18 и 21 концентрации ионов калия и азота соответственно, Настройка задатчиков 15, 18, 21 осуществляется так, чтобы заданные значения кислотности и концентрации по соотношениям ионов калия и азота оказывались в этом случае соответствующими номинальным прогноэируемым внешним условиям по температуре и освещенности.

Для каждого вида растений известны зависимости изменения усвоения питательных элементов в зависимости от внешних условий. Поправка или коррекция концентрации калия(ЛКк, азота Л Км и кислотное и

1831997

ЛКр может быть представлена в следующем виде:

Л Кр = С1 At + С2 ЛЕ:

AKk= C1 At+ С2ЛЕ, Л К/ч = С1 A t + Cz "Л Е; 5 где Л t и Л Е вЂ” изменения от заданных значений температуры и уровня солнечной радиации в теплице, С1, Ci, Ct", и

Съ С, Ср " — весовые коэффициенты. 10

Так, формулируются поправки по 1-му и 2-му входам формирователей 16, 19, 22 сигналов коррекций, Сигналы 3-х и 4-х входов этих же формирователей определяются следующими алгоритмами: 15

Л Кр = C3 AKk + С4 ЛКр;

AKk = C3 AKf4+ С4 AKp, Л K(4 C3 AKk + С4 Л Kp, где Сэ, Сз, Сз" и

С4,. С4, С4" — коэффициенты поправок, представляющие собой крутизну соответствующих характеристик зависимостей соотношений ионов К, N и кислоты от внешних условий (температура и освещенность).

Результирующий сигнал с выходов фор- 25 мирователей 16, 19, 22 сигналов коррекции представляет собой алгебраические суммы соответственно ЛКр+ ЛКр, AKy+ ЛК ; AKN

+ AKg, Если измеренное датчиком 2 кислотно- 30 сти фактическое значение кислотности в смесительной емкости 1 отличается (например, меньше по сравнению с заданным) от номинального заданного значения кислотности, то на выходе первого блока 5 сравне- 35 ния возникает сигнал рассогласования, поступающий на вход первого регулятора 6, на вход первого насоса-доэатора 7 будет поступать сигнал включения до тех пор, пока подача кислоты первым насосом-доэато- 40 ром 7 в смесительную емкость 1 не приведет к такому повышению кислотности раствора, когда сигналы, поступающие на входы первого блока 5 сравнения от датчика 2 кислотности и первого сумматора 14 сравняются. 45

Таким образом обеспечивается равенство значения регулируемой кислотности раствора в смесительной емкости 1 номинальному заданному значению, кислотности, Если измеренное датчиками 3 и 4 кон- 50 центрации ионов калия и ионов азота соответственно фактическое значение концентрации раствора в смесительной емкости 1 отличается (меньше заданного) от заданного номинального значения концен- 55 трации, то на выходах блоков 8 и 11 сравнения соответственно возникает сигнал рассогласования, поступающий на входы второго и третьего регуляторов 9 и 12 соответственно; с выходов которых сигнал включения поступает на входы второго и третьего насосов-доэаторов 10, 13 соответственно до тех пор, пока подача соответствующих компонентов вторым и третьим насосамидозаторами 10 и 13 в смесительную емкость

1 не приведет к такому повышению (или понижению) концентрации ионов калия и азота раствора, когда сигналы, поступающие на входы второго и пятого блоков 8 и 11 сравнения от датчиков 3, 4 концентрации ионов калия и азота соответственно, сравняются с сигналами от второго и третьего сумматоров 17 и 20, Таким образом, обеспечивается равенство регулируемой концентрации ионов калия и азота раствора в смесительной емкости 1 номинальному заданному значению концентраций и соотношения данных элементов.

Если внешние условия, температура и (или) солнечная радиация, не соответствуют номинальным прогнозируемым значениям, то сигналы с выходов датчика 24 температуры воздуха в теплице и задатчика 25 номинальной температуры не будут равны так же, как не будут равны и сигналы с выходов интегратора датчика 27 солнечной радиации и задатчика 28 номинальной радиации (облученности). Поэтому на входах третьего и четвертого блоков 23, 26 сравнения возникнут сигналы, отличные от нуля, и пропорциональные соответственно рассогласования между фактической измеренной и номинальной температурой, а также между фактической и номинальной облученностью. Соответственно на выходе первого формирователя 16 сигналов коррекции появляется сигнал коррекции (поправки к уставке) который вносит поправку к сигналу задатчика 15 кислотности, настроенного с учетом номинальных прогнозируемых условий работы по температуре и освещенности, Этот сигнал коррекции может формироваться, например, как взвешенная сумма рассогласований по температуре и облученности.

На выходах второго и третьего формирователей 19, 22 сигнала коррекции соответственно будет возникать сигнал коррекции (поправка к уставке), который вносит поправку по концентрации с учетом изменения соотношения к сигналам второго и третьего эадатчиков 18, 21 концентрации ионов калия и азота, настроенных с учетом номинальных прогнозируемых значений температуры и радиации (облученности), Эти сигналы коррекции могут также формироваться как взвешенная сумма рассогласований по температуре и облученности, но

1831997

10 уже с другими соответствующими весовыми коэффициентами.

Если реальные температура и облученность отличаются от номинальных, то на вход первого блока 5 сравнения с выхода первого сумматора 14 будет поступать заданное значение кислотности с поправкой на фактические условия работы. Это значение будет отрабатываться контурами управления кислотностью, включающего первый регулятор 6 и первый насос-дозатор 7, аналогичнотому, как происходитописанная выше отработка номинального заданного значения кислотности.

Подобно описанному, если реальные температура и солнечная радиация (освещенность) отличаются от номинальных, то на выход второго и пятого блоков 8, 11 сравнения, с выходов второго и пятого сумматоров 17 и 20 будут поступать заданные значения концентрации ионов калия и азота соответственно с поправкой на фактические условия работы. Это значение будет отрабатываться контурами управления концентрацией, включающим второй и третий регулятора 9, 12 и второй и третий насосыдозаторы 10, 13, аналогично тому, как происходит описанная выше отработка номинальных значений концентрации ионов калия и азота, Таким образом, при любых изменениях внешних условий (температуры и солнечной радиации) заданные значения параметров и соотношений ионов калия и азота в растворе для их регулирования будут автоматически определяться в соответствии с фактическими условиями текущего дня. Это приводит к повышению точности управления минеральным питанием, что, в свою очередь, повышает качество продукции и экономит минеральные удобрения.

Экономический эффект от использования описанного устройства достигается за счет снижения отбракованной продукции по причине высокого содержания вредных минеральных соединений, а также за счет экономии минеральных удобрений.

Формула изобретения

Устройство для автоматизированного приготовления питательного раствора в теплице, содержащее смесительную ем5

50 кость с установленным в ней датчиком кислотности и датчиком концентрации ионов калия, подключенными к первым входам первого и второго блоков сравнения, выходы которых через первый и второй регуляторы соединены с первым и вторым насосами-доэаторами, а также последовательно включенные датчик температуры воздуха в теплице, третий блок сравнения, первый формирователь импульсов коррекции и первый сумматор, выход которого подключен к второму входу первого блока сравнения, третий насос-дозатор и последовательно включенные датчик радиации в теплице, четвертый блок сравнения, второй формирователь сигналов коррекции и второй сумматор, выход которого подключен к второму входу второго блока сравнения, причем к вторым входам первого и второго сумматоров подкл ючены соответственно задатчик кислотности и задатчик концентрации ионов калия, а к вторым входам третьего и четвертого блоков сравнения— соответственно эадатчик температуры и эадатчик радиации, при этом выход третьего блока сравнения подключен к второму входу второго формирователя. сигналов коррекции, а выход четвертого блока сравнения— к второму входу первого формирователя сигналов коррекции, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирования концентрации компонентов питательного раствора, устройство снабжено последовательно включенными третьим формирователем сигналов коррекции, третьим сумматором и пятым блоком сравнения, а также датчиком концентрации ионов азота, подключенным к пятому блоку сравнения, эадатчиком концентрации ионов азота, соединенным с вторым входом третьего сумматора, и третьим регулятором, выход которого связан с третьим насосомдозатором, а вход — с выходом пятого блока сравнения, причем первый и второй входы третьего формирователя сигналов коррекции соединены с выходами третьего и четвертого блоков сравнения соответственно, а третьи и четвертые входы каждого из трех формирователей сигналов коррекции соединены с выходами соответственно двух других формирователей сигналов коррекции,