ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Система автоматического управления температурным режимом в теплице (рис. 1) включает в себя объект управления 3 в виде теплицы с нагревательными элементами первой 1 и второй 2 групп системы обогрева, первый 4 и второй 6 исполнительные элементы, усилительные элементы 5 и 7, а также вычислительное устройство 9. Регулирование нагревательных элементов первой группы организовано следующим образом: нагревательные элементы первой группы через исполнительный элемент 4, усилительный 5 и цифроаналоговый (ЦАП) 24 подключены к блоку расчета мощности 10 вычислительного устройства. Управление нагревательными элементами второй группы осуществляется через исполнительный элемент 6 и усилитель 7, подключенные к выходу сравнивающего элемента 8, на входе которого подаются сигналы от датчика температуры воздуха в теплице 12 и, подключенного через ЦАП 24, блока расчета оптимального значения температуры 11 вычислительного устройства. Устройство 9 помимо блоков 11 и 10 содержит блок расчета коэффициента теплопотерь 20, блок ввода данных 21, таймер возраста растений и продолжительности светового дня 15 и блок аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 22, преобразующих в цифровой аналоговые сигналы от датчиков температуры воздуха в теплице 12, наружного воздуха 13, уровня освещенности растений 14, влажности воздуха в теплице 16 и наружного воздуха 25, скорости ветра 18, плотности потока солнечной радиации 19, а также реле освещенности 17.

Рис. 1. Структурно-функциональная схема системы автоматического управления температурным режимом в теплице

Система автоматического управления работает следующим образом. Блок 11 определяет значение оптимальной температуры воздуха в теплице, получая в зависимости от времени суток, определяемого реле освещенности, цифровую информацию от блока 21 (коэффициенты регрессии математических моделей, параметры теплицы и т. д.); АЦП 22, к которому подводятся аналоговые сигналы от датчиков; таймера и от блока расчета коэффициента теплопотерь через внешнее ограждение теплицы 20.

По сигналам блоков 11 и 20, таймера 15, АЦП 22 блок 10 рассчитывает значение мощности, которое через ЦАП 23 и усилитель 5 реализуется исполнительным элементом 4, управляющим первой группой нагревательных элементов.

Кроме того, вычисленное оптимальное значение температуры воздуха в теплице через первый ЦАП 24 подается в качестве задания на сравнивающий элемент 8, в котором производится сравнение заданного значения оптимальной температуры воздуха с ее текущим значением в теплице. По результатам сравнения сигнал рассогласования через усилитель 7 поступает на исполнительный элемент 6, который управляет нагревательными элементами второй группы.

Если значение естественной температуры окажется больше значения температуры, оптимальной по критерию максимальной продуктивности, то система автоматически переходит на режим работы вентиляции (на схеме не показана), а система обогрева и сам обогрев отключаются.

Переключение с дневного на ночной режим работы осуществляется с помощью реле освещенности, которое вместо коэффициентов регрессии математической модели интенсивности фотосинтеза подключает от блока ввода данных 21 к блоку 11 коэффициенты регрессии математической модели интенсивности темнового дыхания, значения которых вводятся при запуске системы. Одновременно с этим в блоке 11 происходит усреднение освещенности и дневной температуры воздуха теплицы, а в блоке 15 рассчитывается продолжительность светового дня, происходит фиксация времени перехода на другой режим работы (день/ночь). Одновременно с этим от вычислительного устройства отключаются датчики 14 и 19. Переключение с ночного режима на дневной происходит аналогично.

Основную мощность, необходимую для обогрева теплицы, обеспечивают нагревательные элементы первой группы, управляемые по возмущению.

Вычислительное устройство подсчитывает и реализует такую мощность, которая необходима для поддержания текущего значения оптимальной температуры воздуха в теплице. Если бы такие расчеты можно было выполнить с достаточной точностью, то группа нагревателей, управляемая по отклонению, была бы ненужной. Однако открывания и закрывания дверей, разрывы пленки или разрушение стекла, появление на нем пыли, изменение объема зеленой массы растений и другие причины вызывают необходимость их компенсации путем применения дополнительных нагревательных элементов первой группы, управляемых по отклонению.

Описанная выше структурно-функциональная схема, представленная на рисунке 1, носит общий характер и применима для любого способа обогрева. Однако в теплицах, имеющих системы обогрева, использующие тот или иной вид энергии, возможны некоторые видоизменения.

Так, при использовании предлагаемой системы в теплицах с электрообогревом, где в качестве исполнительного блока 4 используется тиристорный регулятор, первый блок преобразования 5 будет состоять из цифроаналогового преобразователя 23 и преобразователя "напряжение - число импульсов" 26 (рис. 2, а).

Рис. 2. Схема первого блока преобразования при использовании системы автоматического управления температурным режимом: а) - в теплице с электрообогревом; б) - в ангарных теплицах с комбинированным обогревом

При использовании предлагаемой системы в ангарных теплицах с комбинированным обогревом, где в качестве исполнительного блока 4, управляющего клапаном расхода теплоносителя, применен шаговый двигатель, первый блок преобразования 5 будет выполнять функции расчета величины перемещения регулирующего органа и преобразования типа "код - величина перемещения" (рис. 2, б), определяя тем самым величину перемещения клапана системы обогрева теплицы. В этом случае первый блок преобразования будет состоять из блока расчета величины перемещения регулирующих органов, состоящего из генератора импульсов 27, реверсивного двоичного счетчика 28, сравнивающего устройства 29, преобразователя "код - величина перемещения", состоящего из логического устройства 30 и фазочувствительного усилителя 31.

При этом генератор импульсов предназначен для питания шагового двигателя (первого исполнительного блока), реверсивный двоичный счетчик - для фиксации его угла поворота, сравнивающее устройство - для сравнения расчетного значения мощности (угла поворота) с его фактическим значением, а фазочувствительный усилитель - для изменения направления вращения шагового двигателя (открывания или закрывания клапанов). Логическое устройство включает счет и подачу импульсов в случае несоответствия значений мощности (угла поворота), рассчитанных вычислителем и записанных на счетчике.