RU2405308C1 - Method of automatic control of temperature and light modes in greenhouse and system for its implementation - Google Patents

Method of automatic control of temperature and light modes in greenhouse and system for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2405308C1
RU2405308C1 RU2009121213/12A RU2009121213A RU2405308C1 RU 2405308 C1 RU2405308 C1 RU 2405308C1 RU 2009121213/12 A RU2009121213/12 A RU 2009121213/12A RU 2009121213 A RU2009121213 A RU 2009121213A RU 2405308 C1 RU2405308 C1 RU 2405308C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
greenhouse
illumination
optimal
light
Prior art date
Application number
RU2009121213/12A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Феликс Яковлевич Изаков (RU)
Феликс Яковлевич Изаков
Светлана Александровна Попова (RU)
Светлана Александровна Попова
Мария Александровна Супрун (RU)
Мария Александровна Супрун
Дмитрий Николаевич Антонов (RU)
Дмитрий Николаевич Антонов
Игорь Николаевич Антонов (RU)
Игорь Николаевич Антонов
Original Assignee
Федеральное государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный агроинженерный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный агроинженерный университет" filed Critical Федеральное государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный агроинженерный университет"
Priority to RU2009121213/12A priority Critical patent/RU2405308C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2405308C1 publication Critical patent/RU2405308C1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/25Greenhouse technology, e.g. cooling systems therefor

Abstract

FIELD: agriculture.
SUBSTANCE: invention relates to agricultural machinery, namely to methods and systems for automatic control of temperature and light modes in greenhouses or other structures of a protected ground. Automatic control system for temperature and light regime in greenhouse, implementing the claimed method, contains the control loop of temperature in a greenhouse, including a temperature sensor which output is connected with the object of regulation through the comparing element with the adjuster, a signal multiplier of maladjustment the current and the calculated temperatures, as well as an actuator supporting at the facility the calculated temperature, as well as the computing unit, which calculates an optimum temperature. Also the system contains an additional control loop of lighting.
EFFECT: invention enables to improve accuracy of maintaining temperature and lighting in cultivating area and stability of the system operation, as well as increase efficiency of photosynthesis mechanism in plants due to adjustment of such environmental factors as temperature and irradiance.
4 cl

Description

Изобретение относится к сельскохозяйственной технике, а именно к способам и системам автоматического управления температурно-световым режимом в теплицах или других сооружениях защищенного грунта.The invention relates to agricultural machinery, and in particular to methods and systems for automatically controlling the temperature and light regime in greenhouses or other structures of protected soil.

Известен способ автоматического управления температурным режимом в теплице [а.с. СССР №1503711, МПК 4 A01G 9/26], в котором весь период выращивания растений делится на равные промежутки времени, продолжительность которых меньше постоянной времени самого быстродействующего возмущения. Для этого промежутка времени вычисляется оптимальная из условия равенства нулю производной энергозатрат на единицу продукции температура. В соответствие с этой температурой изменяется уставка задатчика температуры, обеспечивающая поддержание ее постоянства в течение выбранного промежутка времени.A known method of automatically controlling the temperature in a greenhouse [a.s. USSR No. 1503711, IPC 4 A01G 9/26], in which the entire period of plant growth is divided into equal time intervals, the duration of which is less than the time constant of the fastest disturbance. For this period of time, the optimum temperature is calculated from the condition that the derivative of energy consumption per unit of production is equal to zero. In accordance with this temperature, the setpoint of the temperature setter changes, ensuring that it remains constant for a selected period of time.

Однако предложенный способ не позволяет решить актуальную задачу производства овощей в защищенном грунте, решением которой является повышение коэффициента полезного действия (КПД) механизма фотосинтеза растений. В условиях естественной облученности средние по густоте посадки используют лишь 1% приходящей энергии солнечного излучения, что значительно ниже теоретически возможного.However, the proposed method does not allow to solve the urgent problem of the production of vegetables in greenhouses, the solution of which is to increase the efficiency (COP) of the photosynthesis mechanism of plants. Under conditions of natural irradiation, average planting densities use only 1% of the incoming energy of solar radiation, which is much lower than theoretically possible.

Считается, что повысить энергетический КПД фотосинтеза растений можно, согласовав основные факторы среды с облученностью. Это тем более важно в настоящий момент времени, при современной интенсификации тепличного овощеводства, которое предполагает загущенную посадку растений на 1 м2 полезной площади (многоярусный способ выращивания), при которой на каждый квадратный метр высаживается до 10 растений, в то время как при традиционном способе посадки всего 3-4 растения. Это позволяет увеличить урожайность с 30 до 300 кг/м2. Такая плотность посадки требует обязательного досвечивания, а это должно приводить к очень большим энергетическим затратам. Однако прибыль от большого урожая покрывает затраты на досвечивание. Хотя иногда в условиях тотального дефицита энергоресурсов бывает желательно снизить затраты как на досвечивание, так и на обогрев защищенного грунта.It is believed that the energy efficiency of plant photosynthesis can be increased by coordinating the main environmental factors with irradiation. This is all the more important at the present time, with the modern intensification of greenhouse vegetable growing, which involves a thickened planting of plants on 1 m 2 of usable area (multi-tier growing method), in which up to 10 plants are planted per square meter, while the traditional method planting only 3-4 plants. This allows you to increase productivity from 30 to 300 kg / m 2 . Such a planting density requires mandatory clarification, and this should lead to very high energy costs. However, the profit from a large crop covers the cost of additional crops. Although sometimes in conditions of a total deficit of energy resources, it may be desirable to reduce the costs of both re-lighting and heating of protected ground.

Известен способ оптимизации факторов среды обитания при выращивании растений [а.с. СССР №456595, МПК 4 A01G 9/26], в котором оптимизация фотосинтеза растений осуществляется с помощью регулирования облученности. При этом способ автоматической оптимизации растений сводится к нахождению оптимальной точки на световой кривой фотосинтеза.A known method of optimizing environmental factors when growing plants [and.with. USSR No. 456595, IPC 4 A01G 9/26], in which optimization of plant photosynthesis is carried out by means of irradiation regulation. In this case, the method of automatic optimization of plants is reduced to finding the optimal point on the light curve of photosynthesis.

Обеспечивающая реализацию этого способа система автоматической оптимизации фотосинтеза растений состоит из ассимиляционной камеры, куда помещены растения, которые облучаются регулируемым источником излучения. Показателем интенсивности фотосинтеза растений является концентрация углекислого газа (СО3), которую замеряют прибором «Инфралит-1». Используя информацию о фотосинтезе растений, судить о котором можно по скорости поглощения углекислого газа из объема ассимиляционной камеры, и на основе которой формируют целевую функцию управления с экстремумом в соответствии с принятым критерием. С помощью пускорегулирующего устройства ксеноновой лампы ДКСТВ-6000 управляют уровнем облученности растений, которую измеряют пиранометром Янушевского. Поиск максимума целевой функции осуществляет экстремальный регулятор ЭРБ-5, который впоследствии поддерживает полученное значение облученности. Система содержит вычислительный комплекс для обработки поступающей информации об интенсивности фотосинтеза и облученности растений и на ее основе вырабатывает управляющий сигнал, который поступает в экстремальный регулятор ЭРБ-5. Регулятор изменяет направление вращения электродвигателя, если система не находится в точке оптимума выбранного критерия, а двигатель через редуктор перемещает движок регулятора напряжения РНО, который медленно изменяет мощность дуговой ксеноновой лампы ДКСТВ-6000, меняя тем самым облученность растений.The system for the automatic optimization of plant photosynthesis, which ensures the implementation of this method, consists of an assimilation chamber where plants are placed that are irradiated with a controlled radiation source. An indicator of plant photosynthesis is the concentration of carbon dioxide (CO 3 ), which is measured with an Infralit-1 device. Using information on plant photosynthesis, which can be judged by the rate of absorption of carbon dioxide from the volume of the assimilation chamber, and on the basis of which the target control function with an extremum is formed in accordance with the accepted criterion. Using the DKSTV-6000 xenon lamp ballast, they control the level of plant irradiation, which is measured by the Yanushevsky pyranometer. The search for the maximum of the objective function is carried out by the extreme regulator ERB-5, which subsequently maintains the obtained value of irradiation. The system contains a computer complex for processing incoming information about the photosynthesis rate and plant irradiation and, based on it, generates a control signal that enters the extreme regulator ERB-5. The regulator changes the direction of rotation of the electric motor if the system is not at the optimum point of the selected criterion, and the motor through the gearbox moves the RNO voltage regulator slider, which slowly changes the power of the DKSTV-6000 arc xenon lamp, thereby changing the irradiation of plants.

В данном способе оптимизации факторов среды обитания при выращивании растений и системе, обеспечивающей его реализацию, можно обнаружить ряд недостатков. Во-первых, не учтено взаимодействие двух основных факторов микроклимата - температуры и освещенности. Если при изменении освещенности одновременно не менять температуру воздуха в теплице, делая при этом ряд последовательных шагов, то регулятор так и не найдет действительный максимум интенсивности фотосинтеза. Во-вторых, экстремальное регулирование - не самый быстродействующий и экономичный способ управления режимами микроклимата, так как регулятор должен сделать несколько шагов, чтобы определить максимум, а это снижает надежность системы, постоянно находящейся в режиме автоколебаний. В-третьих, система содержит громоздкие приборы определения CO2-газообмена в ассимиляционной камере, такие приборы пригодны в научных лабораториях, где их будут обслуживать специалисты, в теплицах такие системы мало функциональны.In this method of optimizing environmental factors during plant cultivation and the system ensuring its implementation, one can detect a number of disadvantages. Firstly, the interaction of two main factors of the microclimate - temperature and illumination - has not been taken into account. If, while changing the illumination, the air temperature in the greenhouse is not changed at the same time, making a series of consecutive steps, then the controller will not find the actual maximum photosynthesis intensity. Secondly, extreme regulation is not the fastest and most economical way to control microclimate modes, as the regulator has to take several steps to determine the maximum, and this reduces the reliability of the system that is constantly in self-oscillation mode. Thirdly, the system contains bulky devices for determining CO 2 gas exchange in an assimilation chamber, such devices are suitable in scientific laboratories where they will be serviced by specialists, in greenhouses such systems are not very functional.

Известен также способ управления температурным режимом в теплице [а.с. СССР №1438657, МПК 4 A01G 9/26. Способ автоматического управления температурным режимом в теплице / Ф.Л.Изаков, С.А.Попова. Е.В.Стрельникова и Л.В.Гребенкина (СССР). - №3738938/30-15; заявлено 20.01.1984; опубл. 23.11.1988, Бюл. №43], выбранный за прототип, в котором для повышения эффективности весь период выращивания растений делится на равные промежутки времени и для каждого вычисляется оптимальная из условия равенства нулю производной от экономического критерия температура. В соответствии с этой температурой изменяется уставка задатчика температуры.There is also known a method of controlling the temperature in the greenhouse [a.c. USSR No. 1438657, IPC 4 A01G 9/26. The method of automatic temperature control in a greenhouse / F.L.Izakov, S.A. Popova. E.V. Strelnikova and L.V. Grebenkina (USSR). - No. 3738938 / 30-15; claimed January 20, 1984; publ. 11/23/1988, Bull. No. 43], selected for the prototype, in which, to increase the efficiency, the entire period of growing plants is divided into equal time intervals and for each, the optimum temperature is calculated from the condition that the derivative of the economic criterion is equal to zero. In accordance with this temperature, the setpoint of the temperature setter changes.

Система [а.с. СССР №1438657, МПК 4 A01G 9/26], обеспечивающая способ, выбранный за прототип, состоит из вычислительного блока, куда подается информация от датчиков контроля состояния внешней среды и где производится обработка информации и расчет необходимой для управления температуры воздуха в теплице, в соответствии с которой изменяется уставка задатчика; датчика внутренней температуры, который измеряет и передает сигнал от объекта элементу сравнения, где происходит сравнение двух значений температур; усилителя; генератора тактовых импульсов, по сигналу которого происходит сброс предыдущего расчета и начало нового; коммутатора, который передает управляющий сигнал на исполнительный механизм, который должен поддерживать вычисленную температуру в течение дискретного промежутка времени.System [a.s. USSR No. 1438657, IPC 4 A01G 9/26], which provides the method selected for the prototype, consists of a computing unit where information from sensors for monitoring the state of the environment is supplied and where information is processed and the temperature necessary to control the air temperature in the greenhouse is calculated, in accordance with which the setpoint setting is changed; an internal temperature sensor that measures and transmits a signal from the object to the comparison element, where two temperatures are compared; an amplifier; clock generator, the signal of which resets the previous calculation and the beginning of a new one; a switch that transmits a control signal to an actuator that must maintain the calculated temperature for a discrete period of time.

Рассмотренный способ и система, его реализующая, имеют ряд недостатков. Во-первых, до сих пор отсутствуют математические модели урожая как конечного продукта процесса вегетации растений, а значит этот способ трудно реализуем. Во-вторых, цены на тепличную продукцию и топливо в течение срока вегетации нельзя предсказать, они постоянно меняются и сильно влияют на вычисление оптимальной по предложенному критерию температуры. В-третьих, математическая модель урожая не содержит важных показателей фитомикроклимата: длительности действия светового фактора и влажности воздуха. В-четвертых, не предусмотрена возможность изменения естественной освещенности в пользу ее увеличения в случае пасмурных дней, тем более что современные тепличные комбинаты снабжены досвечивающими установками, работа которых может быть регламентирована каким-либо критерием.The considered method and the system that implements it have several disadvantages. Firstly, there are still no mathematical models of the crop as the final product of the plant vegetation process, which means that this method is difficult to implement. Secondly, prices for greenhouse products and fuel during the growing season cannot be predicted, they are constantly changing and greatly affect the calculation of the optimum temperature according to the proposed criterion. Thirdly, the mathematical model of the crop does not contain important indicators of the phytomicroclimate: the duration of the light factor and air humidity. Fourth, there is no possibility of changing the natural light in favor of increasing it in case of cloudy days, especially since modern greenhouse plants are equipped with illuminating plants, the operation of which can be regulated by some criterion.

Целью изобретения является повышение точности поддержания температуры и освещенности в культивационном помещении и устойчивости работы системы, а также повышение КПД механизма фотосинтеза растений за счет согласования таких факторов среды, как температура и облученность, в результате которого повышается продуктивность тепличных культур и сокращается период вегетации до начала плодоношения.The aim of the invention is to increase the accuracy of maintaining temperature and illumination in the cultivation room and the stability of the system, as well as increasing the efficiency of the plant photosynthesis mechanism due to the coordination of environmental factors such as temperature and irradiation, which increase the productivity of greenhouse crops and shorten the growing season before fruiting .

Сущность изобретения состоит в следующем. В предлагаемом способе время выращивания растений в теплице разбивается на равные промежутки времени, продолжительность которых по крайней мере на порядок меньше постоянной времени самого быстродействующего возмущения. В отличие от прототипа измеряют не внешние параметры микроклимата, а в каждом из этих промежутков времени измеряются освещенность, влажность воздуха внутри теплицы, возраст растений, определяется средняя температура предыдущей ночи и продолжительность светового периода. По результатам измерений определяют одномерную оптимальную по критерию продуктивности дневную температуру, которую поддерживают постоянной в течение выбранного промежутка времени. Одномерная оптимальная температура определяется из условия равенства нулю производной от интенсивности фотосинтеза по температуре. В дополнение к этой функции должна быть вычислена одномерная оптимальная по продуктивности освещенность из условия равенства нулю производной от интенсивности фотосинтеза по освещенности. В случае, когда реальная освещенность в теплице ниже расчетной, должна быть включена аппаратура досвечивания на период установленный агротехником.The invention consists in the following. In the proposed method, the time of growing plants in a greenhouse is divided into equal time intervals, the duration of which is at least an order of magnitude less than the time constant of the fastest disturbance. In contrast to the prototype, it is not the external microclimate parameters that are measured, but in each of these time periods, the illumination, the air humidity inside the greenhouse, the age of the plants are measured, the average temperature of the previous night and the duration of the light period are determined. According to the measurement results, a one-dimensional optimum daily temperature is determined by the productivity criterion, which is maintained constant over a selected period of time. The one-dimensional optimal temperature is determined from the condition that the derivative of the photosynthesis rate with respect to temperature is equal to zero. In addition to this function, a one-dimensional illumination optimum in productivity should be calculated from the condition that the derivative of the photosynthesis rate with respect to illumination is equal to zero. In the case when the actual illumination in the greenhouse is lower than the calculated one, the lighting equipment should be turned on for the period set by the agricultural technician.

Критерий продуктивности получен с использованием математической модели роста огурца сорта «Московский тепличный» [Попова С.А. Энергосберегающая система автоматического управления температурным режимом в теплице: Дис. канд. техн. наук 05.13.06. Челябинск, 1995]. В общем виде математическая модель СО3-газообмена, полученная в ходе эксперимента в камере искусственного микроклимата, записывается следующим образом:The productivity criterion was obtained using the mathematical model of the growth of cucumber varieties "Moscow greenhouse" [Popova S.A. Energy-saving system of automatic temperature control in a greenhouse: Dis. Cand. tech. Sciences 05.13.06. Chelyabinsk, 1995]. In general terms, the mathematical model of CO 3 gas exchange, obtained during the experiment in an artificial microclimate chamber, is written as follows:

Figure 00000001
Figure 00000001

где t1 - текущее значение дневной температуры воздуха в культивационном помещении, °С;where t 1 - the current value of the daily temperature in the cultivation room, ° C;

E1 - текущее значение освещенности;E 1 - the current value of illumination;

T2 - среднеарифметическое значение температуры предыдущей ночи, °С;T 2 is the arithmetic mean of the temperature of the previous night, ° C;

τ1 - длительность фотопериода, час;τ 1 - the duration of the photoperiod, hours;

τ2 - возраст растения, сутки;τ 2 - plant age, day;

φ1 - текущее значение влажности воздуха в теплице, %;φ 1 - the current value of the humidity in the greenhouse,%;

а 0, a 1, а 2 и т.д. - коэффициенты математической модели интенсивности фотосинтеза. a 0 , a 1 , a 2 , etc. - coefficients of a mathematical model of photosynthesis intensity.

Для заявляемого способа и системы автоматического управления температурно-световым режимом в теплице используется критерий максимальной продуктивности, то есть приравнивают к нулю частные производные от интенсивности фотосинтезаFor the proposed method and system for automatic control of the temperature and light regime in the greenhouse, the criterion of maximum productivity is used, that is, partial derivatives of the intensity of photosynthesis are equal to zero

Figure 00000002
Figure 00000002

и определяют одномерные значения температуры и освещенности, при которых имеет место максимум интенсивности фотосинтеза, косвенного показателя продуктивности.and determine the one-dimensional values of temperature and illumination at which there is a maximum intensity of photosynthesis, an indirect indicator of productivity.

Одномерную оптимальную дневную температуру t21 вычисляют по формуле:The one-dimensional optimal daily temperature t 21 is calculated by the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

где a 2, a 12, a 22 и т.д. - коэффициенты математической модели интенсивности фотосинтеза;where a 2 , a 12 , a 22 , etc. - coefficients of a mathematical model of photosynthesis intensity;

а 2=0,1881; a 2 = 0.1881;

а 12=0,0125; and 12 = 0.0125;

а 22=-0,0215; a 22 = -0.0215;

а 23=0,0014; and 23 = 0.0014;

а 24=-0,0087; a 24 = -0.0087;

а25=0,0000;and 25 = 0.0000;

а 26-0,0107; a 26 -0.0107;

E1 - установившееся в результате функционирования системы и учитывающее действие солнечной радиации, текущее значение освещенности, клк;E 1 - established as a result of the functioning of the system and taking into account the effect of solar radiation, the current value of illumination, klk;

Т2 - среднеарифметическое значение температуры предыдущей ночи, °С;T 2 - arithmetic mean temperature of the previous night, ° C;

τ1 - заданная оператором-техником длительность фотопериода или досвечивания, час;τ 1 - the duration of the photoperiod or after-exposure set by the technician, hour;

τ2 - возраст растения, сутки;τ 2 - plant age, day;

φ1 - текущее значение влажности воздуха в теплице, %.φ 1 - the current value of the humidity in the greenhouse,%.

Одномерную оптимальную освещенность в теплице Е21 вычисляют по формуле:One-dimensional optimal illumination in the greenhouse E 21 is calculated by the formula:

Figure 00000004
Figure 00000004

где а 1, а 11 и т.д. - коэффициенты математической модели интенсивности фотосинтеза;where a 1 , a 11 , etc. - coefficients of a mathematical model of photosynthesis intensity;

а 1=1,9788; a 1 = 1.9788;

а 11=-0,0141; a 11 = -0.0141;

а 12=0,0125; and 12 = 0.0125;

а 13=-0,0034; a 13 = -0.0034;

а 14=-0,0046; a 14 = -0.0046;

а 15=-0,0174; a 15 = -0.0174;

а 16=-0,0147; a 16 = -0.0147;

t1 - установившееся в результате функционирования системы, текущее значение температуры, °С;t 1 - established as a result of the functioning of the system, the current temperature, ° C;

T2 - среднеарифметическое значение температуры предыдущей ночи, °С;T 2 is the arithmetic mean of the temperature of the previous night, ° C;

τ1 - заданная оператором-техником длительность фотопериода (или досвечивания), час;τ 1 - the duration of the photoperiod (or exposure) specified by the operator-technician, hours;

τ2 - возраст растения, сутки;τ 2 - plant age, day;

φ1 - текущее значение влажности воздуха в теплице, %.φ 1 - the current value of the humidity in the greenhouse,%.

В соответствии с определенными таким способом значениями температуры и освещенности изменяют уставки задатчиков.In accordance with the values of temperature and illumination determined in this way, the settings of the adjusters are changed.

Система автоматического управления температурно-световым режимом в теплице, реализующая данный способ, содержит контур управления внутренней температурой в теплице, включающий датчик внутренней температуры, выход которого связан с объектом регулирования через элемент сравнения с задатчиком, усилитель сигнала рассогласования температуры текущей и вычисленной, а также исполнительный механизм, поддерживающий в объекте вычисленную температуру, а также вычислительный блок, производящий расчеты оптимальной температуры. В отличие от прототипа система содержит дополнительный контур управления освещенностью, состоящий из датчика освещенности, сравнивающего элемента, усилителя и исполнительного механизма и осуществляющий управление досвечивающей аппаратурой по значениям параметров освещенности определенным компьютерным задатчиком, включение и выключение осветительной аппаратуры осуществляется магнитным пускателем посредством сигнала от релейного механизма времени, задание длительности светового периода от которого также поступает на вход компьютерного задатчика, а также система снабжена датчиком влажности воздуха, счетчиком возраста растений, а вычислительный блок и задатчик объединены в компьютерный задатчик, который формирует сигналы в виде значений оптимальной температуры и оптимальной освещенности для двух контуров управления.The automatic temperature-light control system in the greenhouse implementing this method comprises an internal temperature control loop in the greenhouse, including an internal temperature sensor, the output of which is connected to the control object through a comparison element with a setpoint, an amplifier of the signal of the temperature and current temperature mismatch, as well as an executive a mechanism that maintains the calculated temperature in the object, as well as a computing unit that calculates the optimal temperature. Unlike the prototype, the system contains an additional illumination control circuit, consisting of an ambient light sensor, a comparing element, an amplifier, and an actuator, which controls the lighting equipment according to the values of the illumination parameters by a specific computer setter, the lighting equipment is turned on and off by a magnetic starter by means of a signal from a time relay , setting the duration of the light period from which the computer also enters the input Terni setpoint and the system is provided with a sensor the air humidity, plant age counter and a computing unit and dial the dial are combined in the computer, which generates signals as the optimal temperature and the optimal illumination for the two control loops.

Совокупность признаков заявляемого способа и системы для его реализации не известны и не следуют явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критериям «новизна» и «изобретательский уровень».The set of features of the proposed method and system for its implementation are not known and do not follow explicitly from the prior art, which allows us to conclude that the technical solution meets the criteria of "novelty" and "inventive step".

На чертеже представлена схема системы автоматического управления температурно-световым режимом в теплице по критерию продуктивности. Система контура автоматической оптимизации температуры воздуха, реализующая данный способ, состоящая из датчика 5, сравнивающего элемента 1, усилителя 2, исполнительного механизма 3 и регулирующего органа 4, поддерживает вычисленную компьютерным задатчиком 12 температуру до наступления момента нового вычисления.The drawing shows a diagram of a system for automatically controlling the temperature and light regime in a greenhouse according to the productivity criterion. The system of the automatic optimization of air temperature, which implements this method, consisting of a sensor 5, a comparing element 1, an amplifier 2, an actuator 3, and a regulator 4, maintains the temperature calculated by the computer controller 12 until a new calculation occurs.

Система контура автоматической оптимизации освещенности, состоящая из датчика 9, сравнивающего элемента 6, усилителя 7, исполнительного механизма 8, релейного механизма 10 и магнитного пускателя 11, осуществляет регулирование досвечивающей аппаратурой по значениям параметров освещенности определенным компьютерным задатчиком 12.The automatic illumination optimization loop system, consisting of a sensor 9, a comparative element 6, an amplifier 7, an actuator 8, a relay mechanism 10, and a magnetic starter 11, controls the illumination equipment according to the values of the illumination parameters determined by a computer setter 12.

Способ осуществляется следующим образом. Сигналы от датчиков температуры 5, освещенности 9, влажности воздуха 13 и счетчика возраста растений 14 поступают в компьютерный задатчик 12, где по формулам (3) и (4) происходит расчет оптимальных по продуктивности температуры и освещенности. Сначала определяют оптимальную дневную температуру t21 из учета заданных агротехниками начальных параметров режима работы досвечивающей аппаратуры E1 и τ1. Внутри теплицы поднимается температура, соответствующая дневному периоду. Затем вычисляют оптимальную освещенность E21 с учетом установившейся внутри теплицы дневной температуры воздуха. После чего в работу вступает осветительная аппаратура. Порядок включения программы заложен в алгоритм компьютерного задатчика. Последующие вычислительные операции происходят по факту изменения какого-либо параметра, входящего в уравнение (3) или (4). Например, при изменении возраста τ2 или влажности φ2. Расчет оптимальных значений производится на промежуток времени, длительность которого на порядок меньше постоянной времени самого быстродействующего возмущения (например 0,1 мин).The method is as follows. The signals from temperature sensors 5, illumination 9, air humidity 13 and the plant age counter 14 are fed to a computer control unit 12, where, according to formulas (3) and (4), temperature and light conditions that are optimal for productivity are calculated. First, the optimal daily temperature t 21 is determined from the initial parameters of the operating mode of the irradiating equipment E 1 and τ 1 specified by the agricultural technicians. Inside the greenhouse, the temperature corresponding to the daily period rises. Then, the optimal illumination E 21 is calculated taking into account the daily air temperature established inside the greenhouse. Then the lighting equipment comes into operation. The order of inclusion of the program is embedded in the algorithm of the computer master. Subsequent computational operations occur upon the fact of a change in a parameter included in equation (3) or (4). For example, when changing age τ 2 or humidity φ 2 . The calculation of the optimal values is carried out for a period of time, the duration of which is an order of magnitude less than the time constant of the fastest perturbation (for example, 0.1 min).

Система, отвечающая за контур автоматической оптимизации освещенности по заявленному способу, работает следующим образом. По данным датчиков 5, 13, 14 и установленной вручную длительности фотопериода, что соответствует длительности работы досвечивающей аппаратуры, осуществляемой при помощи релейного механизма 10, компьютерный задатчик 12 вырабатывает выходной сигнал E21 по уравнению (4), являющемуся заданием для системы оптимизации освещенности. На элементе сравнения 6 происходит сравнение задания E21 с сигналом датчика освещенности 9, который учитывает еще и естественную освещенность (поступающую от солнца), значение рассогласования двух сигналов усиливается элементом 7, и затем происходит включение исполнительного механизма осветительной аппаратуры, который изменяет высоту подвески ламп, что приводит к изменению текущего значения освещенности. В свою очередь, это изменение отслеживает датчик освещенности 9. После окончания установленного техниками времени досвечивания срабатывает релейный механизм 10 и отключает магнитные пускатели досвечивающей аппаратуры 11. Так как загущенные требующие досвечивания посадки высаживают многоярусным способом, досвечивающая аппаратура опускается между растениями. Датчик освещенности по этой причине так же должен быть расположен между растениями, так как нижние ярусы посадок сильно страдают от нехватки света.The system responsible for the contour of automatic optimization of illumination according to the claimed method, works as follows. According to the sensors 5, 13, 14 and manually set the duration of the photoperiod, which corresponds to the duration of the irradiation equipment carried out using the relay mechanism 10, the computer controller 12 generates an output signal E 21 according to equation (4), which is the task for the lighting optimization system. On the comparison element 6, the reference E 21 is compared with the signal from the light sensor 9, which also takes into account natural illumination (coming from the sun), the value of the mismatch of the two signals is amplified by element 7, and then the actuator of the lighting equipment is switched on, which changes the height of the lamp suspension, which leads to a change in the current value of illumination. In turn, this change is monitored by the light sensor 9. After the expiration of the dwell time set by the technicians, the relay mechanism 10 is activated and the magnetic starters of the dyeing equipment 11 are turned off. Since thickened plantings requiring dyeing are planted in a multi-tier way, the dosing device is lowered between the plants. For this reason, the light sensor should also be located between the plants, since the lower tiers of the plantations suffer greatly from a lack of light.

Работа системы, отвечающей за канал автоматической оптимизации температуры, осуществляется следующим образом. Компьютерный задатчик по данным датчиков 13 и 14, значениям предварительного светового режима Е1 и τ1, установленного техниками, и значению средней температуры предшествующей ночи вырабатывает по уравнению (3) задающий сигнал t21, поданный на элемент сравнения 1. Другой сигнал на сравнивающее устройство поступает от датчика 5 температуры воздуха в теплице, который учитывает изменение температуры вследствие включения досвечивающей аппаратуры или влияние внешних условий среды. Сигнал рассогласования, полученный на выходе устройства 1, преобразуется в соответствии с необходимым законом управления и усиливается устройством 2, после чего поступает на исполнительный механизм 3, который приводит в движение регулирующий орган 4, изменяющий подачу теплоносителя в системе трубного обогрева теплицы.The system responsible for the automatic temperature optimization channel is as follows. According to the sensors 13 and 14, the values of the preliminary light mode E 1 and τ 1 established by the technicians, and the average temperature of the previous night, the computer adjuster generates, according to equation (3), the driving signal t 21 supplied to the comparison element 1. Another signal to the comparison device comes from the air temperature sensor 5 in the greenhouse, which takes into account the temperature change due to the inclusion of additional equipment or the influence of external environmental conditions. The mismatch signal received at the output of the device 1 is converted in accordance with the necessary control law and amplified by the device 2, after which it is supplied to the actuator 3, which drives the regulating body 4, which changes the coolant supply in the pipe heating system of the greenhouse.

Совместное использование способа и системы значительно повышает эффективность использования световой энергии солнца и облучательной установки культивируемыми растениями, а значит, позволяет сократить длительность периода вегетации до начала плодоношения, увеличить продуктивность самих растений, а также повысить товарные качества плодов и содержание в них сахаров и витаминов.The combined use of the method and system significantly increases the efficiency of the use of the light energy of the sun and the irradiation plant by cultivated plants, which means that it reduces the duration of the growing season before fruiting, increases the productivity of the plants themselves, and also improves the commercial quality of the fruits and the content of sugars and vitamins in them.

Claims (4)

1. Способ автоматического управления температурно-световым режимом в теплице, включающий разбиение вегетационного периода растений в теплице на равные промежутки времени, продолжительность которых на порядок меньше постоянной времени самого быстродействующего возмущения, вычисление для каждого промежутка времени оптимальной температуры и поддержание этой оптимальной температуры постоянной в течение всего промежутка времени, отличающийся тем, что измеряют влажность воздуха, температуру воздуха и освещенность в теплице с получением сигналов от датчиков воздуха, температуры и освещенности соответственно, измеряют возраст растений с получением сигнала от счетчика возраста растений, определяют продолжительность светового периода, при этом данные поступают в компьютерный задатчик, который вычисляет среднее значение ночной температуры, затем определяет одномерную оптимальную по критерию продуктивности дневную температуру воздуха и далее определяет одномерную оптимальную по продуктивности освещенность, после чего в соответствии с определенными значениями температуры и освещенности изменяют уставки задатчиков.1. A method for automatically controlling the temperature and light conditions in a greenhouse, including dividing the vegetation period of plants in the greenhouse into equal time intervals, the duration of which is an order of magnitude shorter than the time constant of the fastest disturbance, calculating an optimal temperature for each time interval and maintaining this optimum temperature constant for the entire period of time, characterized in that they measure air humidity, air temperature and illumination in the greenhouse to obtain of signals from air, temperature, and light sensors, respectively, measure the age of the plants to obtain a signal from the plant’s age counter, determine the duration of the light period, and the data are fed to a computer controller that calculates the average value of the night temperature, then determines the one-dimensional day temperature optimal by the productivity criterion air and further determines the one-dimensional optimum in terms of productivity illumination, after which, in accordance with certain values of the tempo Aturi and illumination change setpoint. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что устанавливают одномерную оптимальную по продуктивности температуру воздуха в теплице для дневного времени суток по формуле:
Figure 00000005

где a2, a12, a22 и т.д. - коэффициенты математической модели интенсивности фотосинтеза;
а2=0,1881;
а12=0,0125;
а22=-0,0215;
а23=0,0014;
а24=-0,0087;
а25=0,0000;
а26=0,0107;
E1 - установившееся в результате функционирования системы и учитывающее действие солнечной радиации текущее значение освещенности, клк;
Т2 - среднеарифметическое значение температуры предыдущей ночи, °С;
τ1 - заданная оператором-техником длительность фотопериода или досвечивания, ч;
τ2 - возраст растения, сут;
φ1 - текущее значение влажности воздуха в теплице, %.
2. The method according to claim 1, characterized in that they establish a one-dimensional productivity-optimal air temperature in the greenhouse for daytime using the formula:
Figure 00000005

where a 2 , a 12 , a 22 , etc. - coefficients of a mathematical model of photosynthesis intensity;
a 2 = 0.1881;
12 = 0.0125;
a 22 = -0.0215;
23 = 0.0014;
a 24 = -0.0087;
and 25 = 0.0000;
26 = 0.0107;
E 1 - established as a result of the functioning of the system and taking into account the effect of solar radiation, the current value of illumination, klk;
T 2 - arithmetic mean temperature of the previous night, ° C;
τ 1 - the duration of the photoperiod or after-exposure specified by the operator-technician, h;
τ 2 - plant age, days;
φ 1 - the current value of the humidity in the greenhouse,%.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что устанавливают одномерную оптимальную по продуктивности освещенность по формуле:
Figure 00000006

где a1, a11 и т.д. - коэффициенты математической модели интенсивности фотосинтеза;
a1=1,9788;
а11=-0,0141;
а12=0,0125;
a13=-0,0034;
a14=-0,0046;
a15=-0,0174;
a16=-0,0147;
t1 - установившееся в результате функционирования системы текущее значение температуры, °C;
T2 - среднеарифметическое значение температуры предыдущей ночи, °C;
τ1 - заданная оператором-техником длительность фотопериода или досвечивания, ч;
τ2 - возраст растения, сут;
φ1 - текущее значение влажности воздуха в теплице, %.
3. The method according to claim 1, characterized in that they establish a one-dimensional optimal performance lighting according to the formula:
Figure 00000006

where a 1 , a 11 , etc. - coefficients of a mathematical model of photosynthesis intensity;
a 1 = 1.9788;
a 11 = -0.0141;
12 = 0.0125;
a 13 = -0.0034;
a 14 = -0.0046;
a 15 = -0.0174;
a 16 = -0.0147;
t 1 - established as a result of the functioning of the system, the current temperature, ° C;
T 2 - arithmetic mean temperature of the previous night, ° C;
τ 1 - the duration of the photoperiod or after-exposure specified by the operator-technician, h;
τ 2 - plant age, days;
φ 1 - the current value of the humidity in the greenhouse,%.
4. Система автоматического управления температурно-световым режимом в теплице, содержащая контур управления температурой в теплице, включающий датчик температуры, выход которого связан с объектом регулирования через сравнивающий элемент с задатчиком, усилитель сигнала рассогласования температуры текущей и вычисленной, а также исполнительный механизм, поддерживающий в объекте вычисленную температуру, а также вычислительный блок, производящий расчеты оптимальной температуры, отличающаяся тем, что система содержит дополнительный контур управления освещенностью, состоящий из датчика освещенности, сравнивающего элемента, усилителя и исполнительного механизма и осуществляющий управление досвечивающей аппаратурой по значениям параметров освещенности определенным компьютерным задатчиком, включение и выключение осветительной аппаратуры осуществляется магнитным пускателем посредством сигнала от релейного механизма времени, задание длительности светового периода от которого также поступает на вход компьютерного задатчика, а также система снабжена датчиком влажности воздуха, счетчиком возраста растений, а вычислительный блок и задатчик объединены в компьютерный задатчик, который формирует сигналы в виде значений оптимальной температуры и оптимальной освещенности для двух контуров управления. 4. A system for automatically controlling the temperature and light regime in the greenhouse, comprising a temperature control loop in the greenhouse, including a temperature sensor, the output of which is connected to the control object through a comparing element with a setter, an amplifier for the signal of the temperature and current temperature mismatch, as well as an actuator supporting the object the calculated temperature, as well as a computing unit that calculates the optimal temperature, characterized in that the system contains an additional con ur lighting control, consisting of a light sensor, a comparing element, an amplifier and an actuator and controlling the lighting equipment according to the values of the lighting parameters by a specific computer setter, the lighting equipment is turned on and off by a magnetic starter by means of a signal from a relay time mechanism, setting the duration of the light period from which also enters the input of the computer master, and the system is equipped with a wet sensor air STI, plant age counter and a computing unit and dial the dial are combined in the computer, which generates signals as the optimal temperature and the optimal illumination for the two control loops.
RU2009121213/12A 2009-06-03 2009-06-03 Method of automatic control of temperature and light modes in greenhouse and system for its implementation RU2405308C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009121213/12A RU2405308C1 (en) 2009-06-03 2009-06-03 Method of automatic control of temperature and light modes in greenhouse and system for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009121213/12A RU2405308C1 (en) 2009-06-03 2009-06-03 Method of automatic control of temperature and light modes in greenhouse and system for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2405308C1 true RU2405308C1 (en) 2010-12-10

Family

ID=46306146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009121213/12A RU2405308C1 (en) 2009-06-03 2009-06-03 Method of automatic control of temperature and light modes in greenhouse and system for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2405308C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2552033C1 (en) * 2014-03-12 2015-06-10 Сергей Михайлович Яковлев Control method of forming harvest in greenhouse and system for its implementation
RU2586923C1 (en) * 2014-11-27 2016-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинская государственная агроинженерная академия" Method of automatic control of light-temperature mode in greenhouse
RU2589163C2 (en) * 2014-10-06 2016-07-10 Михаил Леонидович Лазаренко Method for automatic temperature control of greenhouse
RU2592101C2 (en) * 2014-12-01 2016-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ) Method for automatic control of light-temperature mode in greenhouse and system therefor

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2552033C1 (en) * 2014-03-12 2015-06-10 Сергей Михайлович Яковлев Control method of forming harvest in greenhouse and system for its implementation
RU2589163C2 (en) * 2014-10-06 2016-07-10 Михаил Леонидович Лазаренко Method for automatic temperature control of greenhouse
RU2586923C1 (en) * 2014-11-27 2016-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинская государственная агроинженерная академия" Method of automatic control of light-temperature mode in greenhouse
RU2592101C2 (en) * 2014-12-01 2016-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ) Method for automatic control of light-temperature mode in greenhouse and system therefor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Stanghellini Environmental control of greenhouse crop transpiration
EP3003009A1 (en) Dynamic light recipe for horticulture
CN111096130B (en) Unmanned intervention planting system using AI spectrum and control method thereof
WO2020133669A1 (en) Plant factory
KR20130041702A (en) The inside green house strawberry grawing method and system by variable artificial light source
WO2020073635A1 (en) Method and system for supplemental lighting control for plant based on daily accumulated light exposure
RU2405308C1 (en) Method of automatic control of temperature and light modes in greenhouse and system for its implementation
JP6091927B2 (en) Auxiliary light system
RU2403706C1 (en) Method of automatic control of temperature-light regime in greenhouse and system for its implementation
CN106888864A (en) A kind of control system for acting on hothouse plants growth
RU2403705C1 (en) Method of automatic control of temperature-light regime in greenhouse
RU2592101C2 (en) Method for automatic control of light-temperature mode in greenhouse and system therefor
KR101979258B1 (en) Growth environment control system of plant grower and Method thereof
CN206713617U (en) A kind of control system for acting on hothouse plants growth
JPH0548090B2 (en)
KR20140082289A (en) Irrigation control method
CA3201051A1 (en) Method for operating a culture facility for aquatic plants, and culture facility itself, and computer program product
KR102134397B1 (en) An environmental condition control system based on plant activity index for controlled horticulture and method thereof
CN111683440A (en) LED light environment control system for plant factory seedling exercising and production method
JP7059558B2 (en) Tree growth method and tree growth system
KR20120045721A (en) Real-time supplementary lighting control system by using a lux sensor inside a greenhouse
CN109857178B (en) Greenhouse intelligent management system based on big data
CN116594453A (en) Greenhouse intelligent control method and system based on accumulated temperature theory
RU2400968C2 (en) Method of automatic temperature control in greenhouse
RU2552033C1 (en) Control method of forming harvest in greenhouse and system for its implementation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110604