RU1799536C - Система регулировани температуры воздуха в теплице - Google Patents

Abstract

Использование: в сельском хоз йстве, в промышленном растениеводстве в услови х сооружений защищенного грунта. Цель изобретени : повышение надежности и расширение области использовани  системы. Сущность изобретени : система регулировани  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 регулируетс  трехходовым перепускным клапаном 10. Исполнительный орган 9 последнего управл етс  по сигналам двух регул торов 11, 13 основного и корректирующего каналов регулировани . 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 обеспечиваетс  с помощью симистора и задэтчика уровн  температуры, Предусмотрено прекращение выполнени  программы изменени  температуры воздуха в теплице при экстремальных метеоуслови х . 3 з.п.флы, 11 ил. Ё

Description

Изобретение относитс  к сельскому хоз йству , к промышленному растениеводству в сооружени х защищенного грунта.

Цель изобретени  - повышение эксплуатационной надежности и точности регулировани .

На фиг.1 изображена функциональна  схема системы регулировани  температуры воздуха в тешщце; на фиг.2 - функциональна  схема первого вычислительного устройства; на фиг.З - функциональна  схема задатчика температуры воздуха в теплице; на фиг.4 - функциональна  схема второго вычислительного устройства; на фиг.5 - график суточного изменени  температуры воздуха в теплице дл  культуры огурца, при котором получен максимальный урожай; на фиг.6 - графическа  зависимость коэффициента теплопередачи через остекление теплицы в функции от скорости ветра; на фиг.7 - функциональна  схема блока питани ; на фиг.8 - функциональна  схема преобразовател  сигнала уровн  температуры воздуха в теплице; на фиг. 9 и 10 - схемы программного управлени  температуры воздуха в теплице; на фиг. 11 - временные зависимости выходных сигналов блока питани  (а), импульсов пр моугольной формы (б), генератора тактовых импульсов (в), делител  частоты (г), генератора тактируемой частоты (д), сдвигового регистра (е), формировател  управл ющих импульсов (ж) и выходного напр жени  симистора (з).

Система регулировани  температуры воздуха в теплице содержит первое вычислительное устройство 1, датчики метеороло- гических факторов, включа  датчик 2 тепловой солнечной радиации Ет, датчик 3 скорости V ветра, датчик 4 температуры tH наружного воздуха, а также датчик 5 влажности р воздуха в теплице, датчик 6 температуры tn почвы теплицы, задэтчик 7 температуры ta воздуха в теплице и датчик 8 температуры tB воздуха в теплице, исполнительный орган 9 трехходового перепускного клапана 10, основной канал регулировани  температуры tr теплоносител , включающий первый регул тор 11 и датчик 8 температуры воздуха в теплице, корректирующий канал регулировани  температуры if теплоносител , включающий датчик 12 температуры tr теплоносител , второй регул тор 13 и электронный ключ 14, относительную систему 15, второе вычислительное устройство 16, датчик 17 фитооблу- чени  Еф растений и датчик 18 температуры tn листьев растений. При этом выход датчика 2 тепловой солнечной радиации св зан с первым входом первого вычислительного устройства 1, выходы датчика 3 скорости V

ветра и датчика 4 температуры tn 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, п тому, шестому и седьмому входам первого вычислительного

устройства 1, восьмой вход которого соединен с первым выходом датчика 12 температуры IT теплоносител . Первый выход первого вычислительного устройства подключен к второму входу второго регул тора

корректирующего канала регулировани  температуры tT теплоносител , первый вход которого св зан с вторым выходом датчика 12 температуры теплоносител , а выход - с вторым входом электронного ключа 14. Второй выход WT первого вычислительного устройства подключен к четвертому входу второго вычислительного устройства 16, первый вход которого соединен с третьим выходом задатчика 7 температуры t3 воздуха теплицы, третий вход-с выходом датчика 8 температуры воздуха в теплице. Второй и п тый входы второго вычислительного устройства 16 подключены соответственно к выходам датчиков температуры листьев

растений и фиторблучени , а выход второго вычислительного устройства 16 подключен к входу задатчика 7 температуры тэ воздуха в теплице, который включен в сеть источника переменного тока.

Первое вычислительное устройство 1 содержит канал вычислени  теплоотдачи Wn через почву теплицы, включа  блок 19 вычислени  разности Atn температуры tn почвы и температуры ta воздуха, заданной

задатчиком 7, блок 20 вычислени  теплоотдачи Wn и бок 21 задани  площади Sn почвы теплицы и коэффициента kn теплопередачи через почву, канал вычислени  теплопередачи через остекление теплицы, включающий блок 22 вычислени  разности AtB между температурой tH наружного воздуха и температуры t3 воздуха, заданной задатчиком 7, блок 23 задани  коэффициента k теплопередачи через остекление теплицы при скорости ветра, равной нулю,

блок 24 вычислени  поправки kv, учитывающей изменение коэффициента теплопередачи в зависимости от скорости ветра и блок 25 вычислени  теплопередачи Wc через остекление теплицы; канал вычислени  теплопередачи

воздуху и влаге р воздуха теплицы, включающий блок 26 задани  коэффициента k (p теплопередачи воздуху и влаге воздуха теплицы и блок 27 вычислени  теплопередачи воздуху и влаге воздуха теплицы: канал вычислени  теплопередачи от тепловой солнечной радиации WET , содержащий блок 28 задани  площади Se теплопередачи, блок 29 задани  коэффициента КЕ теплопередачи и блок 30 вычислени  теплопередачи WET от солнечной радиации; блок 31 решени  уравнени  теплового баланса теплицы; канал вычислени  температуры tr.a теплоноси- тел , при которой обеспечиваетс  поддержание температуры воздуха в тепли- це на уровне, предписанном задатчиком 7, который включает блок 32 задани  площади So и коэффициента к0 теплопередачи относительной системы 15, блок 33 вычислени  температуры т.т.з, при этом первый вход бло- ка 19 подключен к выходу датчика 6 температуры tn почвы, первый вход блока 22 подключен к выходу датчика 4 температуры tH наружного воздуха, третий вход блока 27 подключен к выходу датчика 5 влажности р воздуха теплицы, при этом соответствующие входы этих блоков подключены к выходу задатчика 7 температуры t3 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 Ет, выход Sn, kn блока 21 подключен к второму входу блока 20, первый вход Atn которого соединен с выходом блока 19, а выход Wn блока 20 - с пер- вым входом блока 31 решени  уравнени  теплового баланса теплицы, выход К блока 23 подключен к второму входу блока 24, его выход kv - к первому входу блока 25, второй вход которого соединен с выходом Дгв бло- ка 22, а выход Wc - с вторым входом блока 31 решени  уравнени  теплового баланса теплицы; выход блока 26 подключен к первому входу блока 27, второй вход te которого соединен с выходом датчика 8 темпера- туры воздуха в теплице, а выход 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 WT блока 31 подключен к второму входу блока 33 вычислени  температуры т.т.з теплоносител  и к входу второго вычислительного устройства 16, третьим входом блок 33 подключен к выходу датчика 12 температуры гт теплоносите- л , первым входом So, K0 - к выходу блока 32. а выходом - к входу регул тора 13 корректирующего канала регулировани  температуры tr.a теплоносител .

Датчик 2 тепловой солнечной радиации Ет выполнен в виде фотоэлемента с фильтром , пропускающим оптическое излучение солнца инфракрасной области спектра.

Датчик 3 скорости V ветра представл ет собой чашечный анемометр с преобразователем частоты вращени  вала в напр жение посто нного тока.

Датчик 4 температуры tH наружного воздуха , датчик 6 температуры tn почвы, датчик 8 температуры te воздуха в теплице, датчик 12 температуры tr теплоносител  отопительной системы 15 и датчик 18 температуры 1П листьев растений выполнен в виде термопар одинаковой структуры, холодные спаи которых помещены в услови х одинаковой и посто нной температуры (термостат), а гор чие спаи каждой из них в ту среду, температуру которой они контролируют.

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

Задатчик 7 температуры t3 воздуха в теплице (фиг.З) содержит программный блок 34, включающий микропроцессор 35, управл емый делитель 36 частоты F0 посто нное 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 управл ющих импульсов, формирователь 47 импульсов пр моугольной формы, симистор 48, задатчик 49 температуры воздуха в теплице , блок 50 питани , преобразователь 51 сигнала задатчика уровн  температуры воздуха в теплице. При этом первые входы микропроцессора 35 соединены с выходами посто нного 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 управл емого делител  36 частоты, второй вход которого соединен с выходом F0 генератора 40 тактовых импульсов , выход которого соединен с первым входом формировател  46 управл ющих импульсов , второй вход последнего соединен с выходом сдвигового регистра 45, первый вход которого соединен с выходом формировател  47 импульсов пр моугольной формы и с

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 выходом 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 управл емого делител  36 частоты FT, второй вход схемы ПАМЯТЬ 42 через схему ЗАДЕРЖКА 44 соединен с входом задатчика 7 температуры воздуха в теплице, выход формировател  46 управл ющих импульсов соединен с управл ющим входом симисто- ра 48, блок 50 питани  включен в сеть источника переменного тока (фаза Ф - нейтраль N) напр жением 220 В, первый питающий выход U блока 5.0 питани  соединен с входом симистора 48, выход которого соединен с первым и вторым входами задатчика 49 уровн  температуры воздуха в теплице, выход питани  которого подключен к входу U блока 50 питани , второй и четвертый выходы Un, Uon которого соединены соответственно с первым и вторым входами формировател  47 импульсов пр моугольной формы, а выход задатчика 49 уровн  температуры воздуха в теплице через преобразователь 51 его сигнала подключен к первому, второму и третьему выходам задатчика 7.

Второй регул тор 13 корректирующего канала регулировани  температуры tr теплоносител  устроен аналогично первому регул тору 11, но вырабатывает на выходе сигнал положительной пол рности при превышении величиной сигнала на выходе первого вычислительного устройства 1 сигнала tT.3 на выходе датчика 12 температуры теплоносител  в отопительной системе 15.

Второе вычислительное устройство 16 содержит блок 52 вычислени  разности Дг0 между температурой te воздуха в теплице и температурой 1л листьев растений, первый блок 53 вычислени  критери  благопри тности фотосинтеза, блок 54 задани  коэффициентов ki, вход щих в уравнение критери  благопри тности фотосинтеза, блок 55 вычислени  биоэнергетического потенциала W0 при установившейс  температуре , когда она в теплице соответствует заданной задатчиком 7, блок 56 вычислени  разности Д1э между температурой гл листьев растений и заданной задатчиком 7 температурой ta воздуха; второй блок 57 вычислени  критери  /fo благопри тности фотосинтеза при наличии возмущающего

действи  температурой ts, блок 58 вычислени  биоэнергетического потенциала W3 при температуре ta воздуха в теплице, блок 59 вычислени  разности Д W биоэнергетических потенциалов WT и Л/ф, блок 60 вычислени  энергии УУф, при которой имеет место биосинтез за счет повышени  температуры в соответствии с программой задатчика 7, блок 61 задани  КПД /ф биосинтеза растений и площади Sn листьев растений и блок 62 сравнени  энергий WT и Л/ф, потребной дл  поддержани  температуры t3 воздуха в теплице и энергии, используемой на приращение биосинтеза, вызванное повышением

температуры воздуха от значени  tb до значени  ta. При этом первый вход блока 52 подключен к выходу датчика 8 температуры te 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 задани  коэффициентов ki уравнени  благопри тности 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 фитооблучени  Еф, первый вход /Зр блока 55 подключен к выходу блока 53, выход W0 которого подключен к первому входу блока 59, первый вход блока

58 подключен к выходу блока 57, выход W3 которого подключен к второму входу блока 59. выход AW блока 59 - к первому входу блока 60, второй вход которого св зан с выходом блока 61, а выход подключен к первом входу блока 62. сигнал WT на вход которого поступает с выхода блока .31,

вход щего в состав первого вычислительного устройства 1, выход блока 62,  вл ющийс  выходом второго вычислительного устройства 16, подключен к входу задатчика 7 температуры t3 воздуха в теплице.

Датчик 17 фитооблучени  Еф выполнен в виде фитоэлемента с фильтром, пропускающим фитопоток и отфильтровывающим инфракрасную часть спектра. Ультрафиолетова  часть его отфильтровываетс  остеклением

теплицы, так как оконное стекло эту часть

спектра не пропускает. Датчик 17 установлен

в теплице на уровне расположени  растений.

.. Программный блок 34 выполнен на базе

микропроцессора 35 типа ИК501П, ИК502П

и др., управл емый делитель частоты 36, посто нное запоминающее устройства 37, оперативное запоминающее устройство 39, логические схемы 41 ...44 выполнены на базе типовых цифровых микросхем, а устройство 38 ввода-вывода информации представл ет собой набор замыкающих контактов с клавишным проводом и индикатор в виде восьмисегментных светодиодных элементов , при этом формирователь 46 управл ющих импульсов включает два последовательно соединенных триггера задержки , а оперативное запоминающее устройство 39 выполнено на базе регистра.

Формирователь 47 импульсов пр моугольной формы - это логическа  схема И- НЕ, на первый вход которой подаетс  пульсирующее напр жение Оп выпр мленного переменного тока, а на второй вход - напр жение Don соответствующее уровню логической 1, при этом входы формировател  47 соединены соответственное вторым и четвертым выходами блока 50 питани .

Задатчик 49 уровн  температуры Тз выполнен на базе переменного резистора, первый и второй входы которого соединены с выходом симистора 48, первый выход за- датчика 49 через преобразователь 51 соединен с первым, вторым и третьим выходами задатчика 7 температуры воздуха в теплице, а второй выход задатчика 49 подключен к второму выходу питани  U блока 50 питани .

Блок 50 (фиг.7) питани  содержит последовательно соединенные понижающий трансформатор 63, первый выпр митель 64, выполненный на диодах, включенных по мостовой схеме, фильтр 65, образованный дву- м  конденсаторами и дросселем, подключенными к выходу выпр мител  по П-образной схеме, стабилизатор 66 напр жени , образованный стабилитроном и то- коограничивающим сопротивлением, включенными последовательно между собой и подключенными к выводам выпр мител  и фильтра, делитель 67 напр жени , представл ющий собой последовательную цепочку посто нных резисторов, с которых снимаетс  напр жение Urm питани  микросхем , напр жение Don. при этом первична  катушка понижающего трансформатора 63 включена в сеть источника переменного тока напр жением 220 В, выводы вторичной катушки образуют выход 1) блока питани  и соединены с входами выпр мител  64 напр жени , второй выход Un которого образует второй выход блока питани .

Преобразователь 51 (фиг.8) сигнала задатчика 49 уровн  температуры воздуха в теплице включает выпр митель 68 напр жени , выполненный аналогично первому выпр мителю 64, выход которого соединен с фильтром 69, устроенным аналогично фильтру 65, выход которого соединен с выходами задатчика 7 температуры воздуха в теплице.

Система регулировани  температуры воздуха в теплице работает следующим образом . С помощью датчика 2 измер етс  интенсивность солнечной радиации Ет, с по- мощью датчика 3 - скорость V ветра, с помощью датчика 4 измер етс  температура tH наружного воздуха, с помощью датчика 6 измер етс  температура tn почвы в теплице и с помощью датчика 8 измер етс  температура т,в воздуха в теплице. Информаци  от датчиков 2...4,6 и 8, а также от задатчика 7 температуры 1з воздуха в теплице и датчика 12 температуры tr теплоносител  поступает на входы первого вычислительного устройства 1, где с учетом влажности р , измер емой датчиком 5, вырабатываетс  сигнал, поступающий на вход второго регул тора 1 корректирующего канала регулировани  температуры tr теплоносител  отопительной системы 15. Если текущее значение температуры tT теплоносител  обеспечивает температуру tu воздуха в соответствии с предписанным задатчиком 7 значением, сигнал на выходе вычислительного устройства 1 равен нулю. При неравенстве этих температур, а именно когда tr., сигнал на выходе устройства 1.положительный, через второй регул тор 13 корректирующего канала он поступает на вход электронного

ключа 14, последний открываетс  и по вившимс  вследствие этого сигналом на выходе первого электронного ключа 14 трехходовой перепускной клапан 10 с помощью исполнительного органа 9 перемещаетс  в

положение, при котором подача теплоносител  (гор ча  вода) в отопительную систему 15 увеличиваетс . При этом температура

теплоносител  возрастает, что способствует повышению температуры te воздуха в

теплице до значени , заданного задатчиком 7. При достижении температурой теплоносител  заданного значени  сигнал на выходе первого вычислительного устройства 1 становитс  равным нулю и клапан 10 остаетс  зафиксированным в данном положении .

Управл ющий сигнал на выходе вычислительного устройства 1 вырабатываетс  следующим образом. Информаци  о температуре tn почвы от датчика 6 поступает на вход блока 19, где сравниваетс  с информацией , поступающей на его второй вход от задатчика 7 температуры t3 и на основании этих данных вычисл етс  разность Atn температур . Полученный результат поступает на первый вход блока 20. От блока 21, настраиваемого вручную, в блок 20 вводитс  информаци  о площади Sn поверхности почвы теплицы и коэффициенте kn теплопередачи от воздуха почве и наоборот. В блоке 20 на основании алгоритма

Wn Sn:kn. Atn,(1) где Wn - теплота, передаваема  через поверхность почвы теплицы;

Sn - площадь теплицы;

kn - коэффициент теплопередачи, завис щий от свойств почвы, назначаемый в соответствии с рекомендаци ми Строительные нормы и правила (СНиП);

Atn - разность температуры воздуха и почвы, вычисл етс  теплота, передаваема  от почвы в воздух или наоборот, что учитываетс  знаком полученного результата.

В блоке 22 вычисл етс  разность между температурой |н наружного воздуха и температурой ta и результат вводитс  в блок 25 вычислени  теплопотерь Wc через остекление теплицы. В блок 24 от датчика 3 поступает информаци  о скорости V ветра, а через второй его вход от блока 23 вводитс  значение коэффициента k, соответствующее коэффициенту теплопередачи через остекление при скорости ветра, равной нулю, на основании алгоритма kv f(k,v), представленного на фиг.6 в виде графика, вычисл етс  значение коэффициента kv, соответствующее скорости ветра в данный момент времени и это значение вводитс  в блок 25, где на основании алгоритма

Wc kvSc A IB,(2) где Sc - площадь остеклени  теплицы;

We - теплопотери через остекление теплицы;

kv - коэффициент теплопередачи с учетом скорости V ветра;

AtB - перепад температур наружного воздуха и воздуха в теплице, вычисл етс  величина теплопотерь Wc.

Информаци  о влажности р воздуха в теплице, поступающа  отдатчика 5 и о значении температуры ta, заданной задатчиком 7, а также о значении температуры воздуха в теплице, измеренном датчиком 8, поступает на соответствующие входы блока 27, куда одновременно вводитс  информаци  k f о теплоемкости и объеме воздуха в теплице, где на основании алгоритма

Wp Vy ty At m kip At, (3) где V - объем воздуха в теплице; у-удельный вес воздуха;

m - масса воздуха в теплице;

k p суммарна  теплоемкость воздуха и влаги воздуха теплицы;

At - разность температуры tB внутреннего воздуха и температуры а, заданной задатчиком 7, вычисл етс  теплота W р передаваема  воздуху и влаге воздуха.

Информаци  от датчика 2 солнечной тепловой радиации Ет поступает на вход

блока 30. в который с помощью блоков 28 и 29 вводитс  информаци  о площади SE теплицы и о коэффициенте kE теплопогло- щени  и на основании алгоритма WET SE k E ET, (4) где ke - коэффициент теплопоглощени  энергии солнца;

SE - площадь теплопоглощени ;

Ет- поток тепловой энергии солнца, из- 0 мер емой датчиком 2, в блоке 30 вычисл етс  количество теплоты WET , поступившей в теплицу от солнечной радиации.

Результаты, полученные в блоках 20, 25,

27 и 30 через соответствующие входы вво5 д тс  в блок 31, где на основании алгоритма

WT Wn + Wc + W p + WET(5)

определ етс  тепловой баланс теплицы .

Результат решени  уравнени  (5) вво- 0 дитс  в блок 33, через третий вход которого вводитс  информаци  о температуре т.т теплоносител  отопительной системы 15 теплицы , а через первый вход от блока 32 поступает информаци  о площади S0 отопи- 5 тельной системы и о коэффициенте k0 теплопередачи и на основании алгоритма

tl.3. WT/(S0ko) + tl,(6)

где т.т.3. - температура теплоносител , которую необходимо установить трехходовым

0 перепускным клапаном 10 с помощью исполнительного органа 9 дл  поддержани  температуры t3 воздуха;

WT - количество теплоты, определ емое из уравнени  (5) теплового баланса тепли5 цы;

k0 - коэффициент теплопередачи от поверхности отопительной системы;

So - площадь отопительной системы 15: tr - текущее значение температуры теп0 лоносител  отопительной системы 15, вычисл етс  значение температуры теплоносител , при которой будет обеспечена требуема  температура т,3 воздуха, и полученный результат поступает на второй

5 вход второго регул тора 13 корректирующего канала. Здесь этот сигнал сравниваетс  с текущим значением температуры tT теплоносител , поступающим от датчика 12, и при условии tT.3.tT на первый вход электронного

0 ключа 14 поступает разрешающий сигнал, в результате чего трехходовой клапан 10 устанавливаетс  в положение, обеспечивающее повышение температуры теплоносител , как изложено выше. В случае, когда tT.,

5 электронный ключ 14 отключает корректирующий канал регулировани  и поддержание температуры теплоносител  обеспечиваетс  функционированием основного канала регулировани  следующим образом .

Первый регул тор основного канала регулировани  сравнивает значени  температур , измеренных датчиком 8 и вырабатываемых задатчиком 7. При условии , на выходе регул тора 11 по вл етс  сигнал отрицательной пол рности, поступающий на вход электронного ключа 14 и на вход исполнительного органа 9 трехходового перепускного клапана 10. Перепускной клапан переводитс  в положение, при кото- .ром увеличиваетс  количество теплоносите- л , направл емого на перепуск, и температура tr теплоносител  в отопительной системе снижаетс , что ведет к снижению температуры тв воздуха в теплице до выполнени  услови  к снижению температуры tB воздуха в теплице до выполнени  услови  tB t3.

При понижении температуры tB воздуха в теплице нижезаданной, изменение температуры IT теплоносител  в сторону повышени  по команде, поступающей с первого выхода первого вычислительного устройства 1, аналогично рассмотренному ранее.

Формирование заданной температуры t3 задатчика 7 в интервале времени ночь, рассвет, день и закат осуществл ютс  программным блоком 34, при этом генератор 40 тактовых импульсов fT работает непрерывно , независимо от времени суток (фиг.11в). Управление частотой с генератора осуществл етс  посредством делител  36 частоты (фиг.11 г) по программе цикла вегетации выращиваемой культуры (фиг.9).

Формирователь 46 управл ющих импульсов создает импульсы управлени  открытием симистора 48 в моменты фронта импульсов, задержанных сдвиговым регистром 45 (фиг.11е). Длительность управл ющих импульсов составл ет 1/F0 (фиг. 11 ж) тактовой частоты генератора 40. Формирователь 46 управл ющих импульсов выполн ет функцию дифференциального устройства, подобранного в аналоговой технике . При управлении симистором 48 импульсами с выхода сдвигового регистра 45 невозможно управление по заданному алгоритму , так как в этом случае симистор 48 будет открыт на врем , равное длительности импульса на выходе сдвигового регистра 45.

Перед началом работы в микропроцессор 35 через блок ввода-вывода информации заноситс  код NI, который соответствует началу рассвета. В процессе работы импульсы Un с второго выхода блока 50 питани , преобразованные в переменную частоту 100 Гц выпр мителем 64 напр жени  (фиг.11 а), поступают на формирователь 47 импульса, который под их воздействиемвырабатывает импульсы пр моугольной формы, уровень которых со- 5 ответствует уровню напр жени  логической 1 (фиг. 11 б), что соответствует напр жению Uon. поступающему на второй вход формировател  47 с четвертого выхода блока 50 питани . Пр моугольные импульсы поступа10 ют на счетный вход оперативного запоминающего устройства 39, на выходе которого по вл етс  текущий код NJ, пропорциональный времени т , где 0 ri 5 мс. Когда текущий код NJ на выходе оперативного за15 поминающего устройства 39 станет равным NJ NI, непрерывно сравнива сь с кодом NI конца ночи, в микропроцессоре 35 произойдет переход к режиму рассвет.

Режим перехода к плавному рассвету

0 и закату создаетс  следующим образом. В момент равенства кодов NJ NI с генератора 40 тактовой частоты на управл емый делитель 36 поступает фиксированна  частота FO (фиг.11в), в котором при помощи опреде5 ленного кода, поступающего с микропроцессора 35 и тактовых импульсов F0 вырабатываетс  частота FT F0/N (фиг,11д). Сигнал с выхода делител  36 поступает через схему ЗАПРЕТ 41 и схему ИЛИ 43 на

0 тактовый вход сдвигового регистра 45, на счетный вход которого поступают импульсы , вырабатываемые формирователем 47 (фиг.116). Сдвиговый регистр сдвигает пульсирующую частоту на фазу (р . Этот сдвиг

5 соответствует определенному времени т задержки (сдвига) т Ni.n/F0, где п - число разр дов сдвигового регистра

(фиг.11е). Сигнал, сдвинутый на фазу (fi , и тактируема  частота FT поступает на форми0 рователь 46 управл ющих импульсов, на выходе которого по вл етс  импульс по фронту сигнала сдвигового регистра 45 (фиг.11ж). Этот импульс поступает на управл ющий вход симистора 48, обеспечива  ре5 гулировку напр жени  за счет открыти  его в каждый полупериод через врем  т в соответствии с фазой (р( , определ емой кодом NI (фиг.11з). В соответствии с этим на резисторе 47 уровн  температуры 1з воздуха в

0 теплице будет измен тьс  напр жение, соответствующее плавному рассвету и закату в соответствии с графиком (фиг.5).

Между плавным рассветом и закатом находитс  режим день, который определ 5 етс  временем конца рассвета (начало дн )Ыз. В период дн  код NI остаетс  посто нный на прот жении некоторого времени (между NS и Мз). Симистор 48 открыт на весь полупериод (фиг. 11 з) и на задатчик 49 посту- лает максимум напр жени .

В посто нном запоминающем устройстве 37 хранитс  программа всего цикла вегетации данной культуры. Эта программа предназначена дл  введени  ее в микропроцессор 35, например, при аварийном отключении электроснабжени .

Пульсирующее переменное напр жение , снимаемое с задатчика 49 уровн  температуры воздуха в теплице, поступает на преобразователь 51 сигнала, где выпр мителем 68 (фиг.8) преобразуетс  в посто нное напр жение, а затем пульсации его сглаживаютс  фильтром 69 и отфильтрованный сигнал t3 поступает на выходы задатчика 7 температуры. Минимальное значение выхода t3 устанавливаетс  ручной настройкой путем перемещени  подвижного вывода переменного резистора задатчика 49 в соответствии с агротехническими требовани ми дл  данной культуры, а максимальное значение обеспечиваетс  программными средствами, как изложено выше.

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

Составл етс  обща  программа цикла вегетации. В нее вводитс  число суток N0. Каждые сутки из N0 будет вычитатьс  величина Ni-текущие сутки, а разность А N их поступает на элемент сравнени  в пам ти микропроцессора 35. Если , цикл программы повтор етс  сначала и это будет происходить до тех пор, пока число суточных циклов (дней) не сравниваетс  с циклом вегетации, т.е. AN 0. и цикл повторитс .

Подпрограмма А суточного цикла состоит из подпрограммы I Ночь, II Рассвет, 111 День, IV Закат, т.е. сутки (24 часа) делит на четыре части. Так как прин то, что каждые сутки подпрограммы День будут увеличиватьс  на 2 мин за счет сокращени  подпрограммы I Ночь, то в  чейку текущих суток прибавл етс  I, что производитс  в микропроцессоре 35. Начало рассвета наступает на 1 мин раньше за счет сокращени  ночи (увеличени  дн ), т.е. NH- ANi, а также начинаетс  на 1 мин позже за счет сокращени  ночи, т.е. на врем  (Мз + А N3, где A Ni - шаг изменени  ночи, а ЛЫз - шаг изменени  дн , которые задаютс  в соответствии с требовани ми дл  выращивани  каждой культуры индивидуально на основе практических данных, или остаютс  неизменными на весь период вегетации, что решаетс  на основании экономических рассчетов.

Плавные рассвет и закат остаютс  неизменными на прот жении всего цикла вегетации, что соответствует природным  влени м , дл тс  15 мин. Однако в силу инерционности отопительной системы и самой

теплицы как объекта управлени  процесс изменени  температурного режима будет несколько отличатьс  от задаваемого задат- чиком 7 и будет соответствовать приведенному на графике (фиг.5).

Подпрограмма ночь суточной подпрограммы А реализуетс  следующим образом . От времени конца ночи Мч отнимаетс  текущее врем  NI. Затем разность между

0 Ni-Ni AN - шаг изменени  ночи - поступает на элемент сравнени  микропроцессора 35. Если , цикл повтор етс  снова до тех пор, пока A Ni - 0, тогда вычитаетс  от кода Ночи NI шаг изменени  Ночи A NI,

5 затем возвращаетс  подпрограмма I Ночь в суточную подпрограмму А - II.

Подпрограмма II Рассвет суточной подпрограммы А реализуетс  следующим образом. Врем  конца рассвета № умень0 шаетс  на врем  текущих суток NI. Затем эта разность. ANp поступает на элемент сравнени . Если , уменьшаетс  код  чейки Мз в пам ти микропроцессора 35 на величину шага ANa и цикл подпрограммы

5 повтор етс  до тех пор, пока ANP 0. Возвращаетс  подпрограмма II Рассвет в суточную подпрограмму А - III.

Подпрограмма III День суточной подпрограммы А осуществл етс  таким обра0 зом. От времени Дн  N3 вычитаетс  текущее врем  NI. Разность А N3 сравниваетс  микропроцессором 35. Если врем  , цикл снова повтор етс  до тех пор, пока AN3 0. Тогда прибавл етс  в код

5  чейки Дн  шаг ДЫз и подпрограмма II возвращаетс  в суточный цикл подпрограммы А - IV.

Подпрограмма IV Закат суточной подпрограммы А реализуетс  таким образом.

0 От времени конца Заката N4 вычитаетс  текущее врем  Ы. Разность AN4 - текущее врем  Заката поступает на элемент сравнени . Если , увеличиваетс  код  чейки NS на шаг А N2 в микропроцессоре

5 35, и цикл повтор етс , пока 0, затем возвращаетс  в подпрограмму IV Закат суточной подпрограммы А - I.

Если в течение суток наступает резкий расход теплоты, что требует соответственного повышени  температуры теплоносител , например при шквальном ветре или резком похолодании, изменение программы превышаетс  задатчиком 7 температуры 1з воздуха в теплице, что осуществл етс  по команде второго вычислительного устройства следующим образом.

В блоке 52 (фиг.4) происходит вычитание значени  температуры воздуха в теплице из значени  температуры листьев растений и полученный результат At0 вводитс  в блок

0

5

53, куда через второй вход с блока 54 вводитс  информаци  о значении коэффициентов ki и на основании алгоритма /30 ki At0kVk3to,(7) где ki ЯЕф), ka ЯЕф), ks f() - посто нные коэффициенты, определ емые экспериментально;

A to (1л - tB) - разность температур листьев и воздуха;

1л - температура листьев растений; tB - температура воздуха в теплице, вычисл етс  критерий благопри тности фотосинтеза при установившемс  режиме воздуха в теплице-и информаци  вводитс  в блок 55, на второй вход которого поступает информаци  о фитооблучении Еф от датчика 17. В блоке 55 вычисл етс  биоэнергетический потенциал W0 растений по формуле

W0 /oVo ЕФ(т)аХ(8)

где O...t - интервал времени интегрировани ;

- критерий благопри тности фотосинтеза при температуре te воздуха в теплице;

Еф - поток фитооблучени .

Полученный при решении уравнени  (8) результат поступает в блок 59 равнени , на второй вход которого аналогична  информаци  поступает с блоков 56...58, котора  вычисл етс  дл  возмущенного состо ни  температурой t3, а это приводит к изменению температуры ъ листьев растений и воздуха на величину Дт,3, значение которой подставл етс  в уравнение (7) критери  благопри тности фотосинтеза, а на его основе при том же значении фитооблучени  Еф вычисл етс  биоэнергетический потенциал W3 дл  заданной температуры. В блоке 59 вычисл етс  разность биоэнергетических потенциалов W0 и W3 и результат вводитс  в блок 60, через второй вход которого с блока 61 вводитс  информаци  о значении КПД 7ффотосинтеза и о площади Sn поверхности листьев растений в теплице. На основании поступившей в блок 60 информации вычисл етс  количество энергии Л/ф, которое обеспечивает увеличение фотосинтеза с приращением температуры воздуха до значени  t3 на основании алгоритма

Л/Ф Д Л/Ф5л/ ;ф,(9) где ЛУУф - приращение энергии, участвующей в фотосинтезе растений;

г)ф- энергетический КПД растений; , Sn - площадь поверхности листьев растений теплицы, определ етс  путем замера их в двух измерени х и вычисл етс  по формуле 5л1 (0,285ab + 0.343). (10) где а - длина листа:

b - ширина листа;

5л1 - площадь листьев одного растени .

Полученный по формуле (10) результат

дл  всех измерений листьев одного расте5 ни  суммируетс  и дл  вычислени  площади

5л умножаетс  на число растений в теплице.

Результат, вычисленный в блок 60, в

блоке 62 сравниваетс  с энергозатратами

WT дл  поддержани  температуры в соот0 ветствии с программой и на выходе блока 62 по вл етс  сигнал положительной или отрицательной пол рности, что свидетельствует о том, что энерги , затрачиваема  на поддержание заданной температуры воздуха в

5 теплице, может или не может быть преобразована в энергию фотосинтеза растений и повышать температуру воздуха целесообразно или не целесообразно.

Тактовые импульсы fT с управл емого

0 делител  36 частоты на вход сдвигового регистра 45 поступают последовательно через второй вход схемы ЗАПРЕТ 41 и первый вход схемы ИЛИ 43. Если по вилс  отрицательный выход второго вычислительного ус5 тройства, он поступает на запрещающий вход схемы ЗАПРЕТ 41 и ее выход обращаетс  в логический 0, то есть импульсы тактовой частоты на схему ИЛИ не поступают. Однако их поступление на вход сдвигового

0 регистра не прекращаетс , так как они одновременно поступают и на информационный вход схемы ПАМЯТЬ 42. При нормальных услови х второй вход на эту схему не поступает и ее выход отсутствует.

5 С по влением выхода задатчика 7 и запрещающего сигнала схемы ЗАПРЕТ уровень выхода тактовой частоты 42 запоминаетс  с поступлением выхода со схемы ЗАДЕРЖКА 44. Этот уровень тактовой частоты будет по0 ступать на счетный вход сдвигового регистра 45 до тех пор, пока не будет сн т вход задатчика 7 с выхода второго вычислительного устройства, что произойдет при нормализации метеорологических условий. После

5 этого уровень температуры t3 скачкообразно принимает значение, предписанное программой суточного цикла, так как последн   не прерывалась.

Применение системы регулировани 

0 температуры воздуха в теплице позвол ет использовать ее без дополнительных конструктивных изменений при выращивании разных культур, то есть расширить область применени  с одновременным повышени5 ем надежности.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и   1. Система регулировани  температуры воздуха в теплице, содержаща  первое вычислительное устройство, выход которого подключен к первому входу второго вычислительного 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 теплоносител  в отопительном агрегате, температуры воздуха в теплицею задатчикэ температуры воздуха в теплице, а второй и третий выходы последнего соединены с вторым входом второго вычислительного устройства и первым входом первого регул тора, второй вход которого св зан 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 п тым входами второго вычислительного устройства, а выход первого регул тора подключен к первым входам электронного ключа и исполнительного органа трехходового перепускного клапана отопительного агрегата, второй вход которого св зан с вторым выходом электронного ключа, а вход последнего, соединен через второй регул тор с вторыми выходами первого вычислительного устройства и датчика температуры теплоносител  в отопительном агрегате, от личающа .с  тем, что, с целью повышени  эксплуатационной надежности и точности регулировани , выход второго вычислительного устройства соединен с входом задатчика температуры воздуха в теплице, входы питани  которого подключены к источнику переменного тока. 2. Система поп. 1,отличающа с  тем, что первое вычислительное устройство содержит канал вычислени  теплопередачи через почву теплицы,канал вычислени  теплопередачи через остекление теплицы, канал вычислени  теплоты на нагрев воздуха и влаги воздуха теплиц, канал вычислени  теплоты от солнечной радиации, блок решени  уравнени  теплового баланса, канал вычислени  температуры теплоносител  отопительного агрегата, при этом канал вычислени  теплопередачи через почву теплицы состоит из блока вычислени  разности температуры почвы и заданной задатчиком температуры воздуха теплицы, первый и второй входы которого  вл ютс  соответственно первым и восьмым входами первого вычислительного устройства, а выход подключен к первому блока вычислени  теплопередачи через почву теплицы, при этом второй вход последнего св зан с выходом задатчика площади почвы теплицы и коэффициента теплопередачи через почву, а канал вычислени  теплопотерь через остекление теплицы включает блок вычислени  разности температуры наружного воздуха и заданной задатчиком температуры воздуха в теплице, первый вход которого  вл етс  четвертым входом первого вычислительного устройства, а второй вход объединен с вторым входом блока вычислени  разности температуры почвы и заданной задатчиком температуры воздуха в теплице, блок задани  коэффициента теплопередачи

0 через остекление теплицы при скорости ветра , равной нулю, блок вычислени  поправки на изменение скорости ветра, первый вход которого  вл етс  третьим входом первого вычислительного устройства, второй вход

5 подключен к выходу задатчика коэффициента теплопередачи через остекление теплицы , а выход - к первому входу блока вычислени  теплопотерь через остекление, второй вход которого св зан с выходом бло0 ка вычислени  разности температуры наружного воздуха и заданной задатчиком температуры воздуха в теплице, причем канал вычислени  теплоты на нагрев воздуха и влаги воздуха теплицы включает блок за5 дани  коэффициента теплопередачи воздуху и влаге воздуха , который выходом подключен к первому входу блока вычислени .теплопередачи воздуху и влаге воздуха теплицы, при этом второй и третий входы

0 последнего  вл ютс  п тым и седьмым входами первого вычислительного устройства, а четвертый вход соединен с седьмым входом задатчика температуры воздуха в теплице , причем канал вычислени 

5 теплопередачи от тепловой солнечной радиации содержит блок задани  площади теп- лопередачии коэффициента теплопередачи, выходы которых подключены к первому и второму входам блока вычис0 лени  теплопередачи от тепловой солнечной радиации, при этом третий вход последнего  вл етс  вторым входом первого вычислительного устройства, а канал вычислени  температуры теплоносител 

5 отопительного агрегата включат блок задани  площади и коэффициента теплопередачи отопительного агрегата, выход которого подключен к первому входу блока вычислени  температуры теплоносител , при этом

0 входы блока решени  уравнени  теплового баланса теплицы соединены с выходами блоков вычислени  теплопередачи через почву , через остекление теплицы, воздуху и влаге воздуха теплицы и от тепловой солнеч5 ной радиации, а выход подключен к второму входу блока вычислени  температуры теплоносител  отопительного агрегата и  вл етс  первым выходом первого вычислительного устройства, при этом третий вход и выход блока вычислени  температуры теплоносител  отопительного агрегата  вл етс  шестым входом и вторым выходом первого вычислительного устройства. 3. Система попп.1 и2,отличающа - с   тем, что второе вычислительное устройство включает блок вычислени  разности температур воздуха в теплице и листьев растений, первым и вторым блоками вычислени  критери  благопри тности фотосинтеза, блоком задани  коэффициентов уравнени  критери  благопри тности фотосинтеза, блоками вычислени  биоэнергетического потенциала при установившемс  режиме и при изменившейс  температуре воздуха в теплице, блоком вычислени  разности значений биоэнергетических потенциалов при установившемс  режиме и при изменившейс  температуре воздуха в теплице, блоком вычислени  разности температуры листьев растений и заданной задатчиком температуры воздуха в теплице, блоком вычислени  энергии фотосинтеза, блоком задани  КПД фотосинтеза и площади листьев растений и блоком сравнени  энергозатрат на отопление теплицы и фотосинтез растений , при этом первый и второй входы блока вычислени  разности температур воздуха в теплице и листьев растений  вл ютс  третьим и п тым входами второго вычислительного устройства, а выход подключен к первому входу перового блока вычислени  критери  благопри тности фотосинтеза, второй вход которого св зан с первым выходом блока задани  коэффициентов уравне- ни  критери  благопри тности фотосинтеза, а выход - с первым входом блока вычислени  биоэнергетического потенциала при установившемс  режиме, при этом выход последнего соединен с первым входом блока вычислени  биоэнергетического потенциала при установившемс  режиме и при изменившейс  температуре воздуха в теплице, причем первый вход блока вычислени  разности температур листьев растений и заданной задатчиком температуры воздуха в теплице  вл етс  вторым входом второго вычислительного устройства , второй вход объединен с вторым входом блока вычислени  разности температур воздуха теплицы и листьев растений, а выход подключен к первому входу второго блока вычислени  критери  благопри тности фотосинтеза, второй вход которого соединен с вторым выходом блока задани  коэффициента уравнени  критери  благопри тности фотосинтеза, а выход соединен с первым входом блока вычислени  биоэнергетического потенциала при изменившейс  температуре воздуха в теплице, при этом вторые вхЪды последнего и блока

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

вычислени  биоэнергетического потенциала при установившемс  режиме объединены и  вл ютс  четвертым входом второго вычислительного устройства, а выход блока вычислени  биоэнергетического потенциала при изменившейс  температуре воздуха в теплице соединен с вторым входом блока вычислени  разности биоэнергетических потенциалов при установившемс  режиме и при изменившейс  температуре воздуха в теплице, при этом выход последнего св зан с первым входом блока вычислени  энергии фотосинтеза, второй вход которого подключен к выходу блока задани  КПД фотосинтеза и площади листьев растений, а выход - к первому входу блока сравнени  энергозатрат на отопление теплицы и фотосинтез растений , причем второй вход и выход последнего  вл етс  первым входом и выходом второго вычислительного устройства.

4. Система по пп.1 -З.отличающа - с   тем, то задатчик температуры воздуха в теплице включает генератор тактовых им: пульсов, логические схемы ЗАПРЕТ, ПАМЯТЬ , ИЛИ, ЗАДЕРЖКА, сдвиговый регистр, формирователь управл ющих импульсов, формирователь импульсов пр моугольной формы, симистор, задатчик уровн  температуры воздуха в теплице, блок питани , преобразователь сигнала задатчика уровн  i температуры воздуха в теплице и программный блок, включающий посто нное запоминающее устройство, устройство ввода-вывода информации, оперативное запоминающее устройство и управл емый делитель частоты и микропроцессор, первые входы которого соединены с выходами посто нного запоминающего устройства, а вторые входы подключены к выходам оперативного запоминающего устройства, при этом последние св заны с первыми выходами микропроцессора, третьи входы которого соединены с выходами устройства ввода-вывода информации, а входы последнего подключены к вторым выходам микропроцессора, третьи выходы которого соединены с первым входом управл емого делител  частоты, причем второй вход последнего подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выход которого св зан с первым входом формировател  управл ющих импульсов, а второй вход последнего соединен с выходом сдвигового регистра, первый вход которого св зан с выходом формировател  импульсов пр моугольной формы и с зторым входом оперативного запоминающего 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 запрещающий вход схемы ЗАПРЕТ  вл етс  входом задатчика температуры воздуха в теплице , второй вход схемы ЗАПРЕТ и первый вход схемы ПАМЯТЬ соединены с выходом управл емого делител  частоты, второй вход схемы ПАМЯТЬ через схему ЗАДЕРЖКА соединен с запрещающим входом схемы ЗАПРЕТ, а выход формировател  управл ющих импульсов соединен с управл ющим входом симистора, при этом входы питани  блока питани   вл ютс  входами питани  задатчика температуры воздуха в теплице, причем первый питающий выход блока питани  соединен с входом симистора, выход

которого соединен с первым и вторым входами задатчика уровн  температуры воздуха в теплице, а выход питани  последнего подключен к второму входу питани  блока питани , третий и четвертый выходы питани  которого соединены соот- ветств енно с первым и вторым входами. формировател  импульсов пр моугольной формы, а выход задатчика уровн  температуры воздуха в теплице подключен к входу преобразовател  его сигнала, выходы ко- торого  вл ютс  первым, вторым и третьим выходами задатчика температуры воздуха в теплице.

(В (Ь) (3) (7) (5)(2)

jV tg fjfr

i y ysT Ф ФФ

Ii« i % /. -ч.- Ъ.

as)

Фие Ъ

(f) (Ю №)

Обща программа цикла lewmaum

() () @§)

Подпрограмма А & точного цокла

Подпрограмма Т „Уочь

Фиг. 9

Подпрограмма Tl Лодпзсгг-2 WD- Ј/. Пздпрогрз WQ-IY „Рассвет ..Дънь „Закат

( Начало j( ъ

V/

Текиш, ее врем  N L

/

РРА7)

paccffema M2

Ј

fBosSpa/n 6twdnp. A-Jf/J

ъ

Начале j

( Начале j

| j

Т ЛУЙРГ

i брем  л с

конца Nb

8ррп  конца заката НА

JL

У$Елишт ь код  чейки Л7 5 найА/1,а.е.

1Л

50

Возбрагх tiednp.A-tV

Ј

/ ВозбрситГ в пъ$пр. А-1 )

Фиг-fO

Фиг.Н