RU2592101C2 - Method for automatic control of light-temperature mode in greenhouse and system therefor - Google Patents

Method for automatic control of light-temperature mode in greenhouse and system therefor Download PDF

Info

Publication number
RU2592101C2
RU2592101C2 RU2014148358/13A RU2014148358A RU2592101C2 RU 2592101 C2 RU2592101 C2 RU 2592101C2 RU 2014148358/13 A RU2014148358/13 A RU 2014148358/13A RU 2014148358 A RU2014148358 A RU 2014148358A RU 2592101 C2 RU2592101 C2 RU 2592101C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
multidimensional
greenhouse
light
illumination
Prior art date
Application number
RU2014148358/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014148358A (en
Inventor
Светлана Александровна Попова
Мария Александровна Супрун
Нина Михайловна Рычкова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ)
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 бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ)
Priority to RU2014148358/13A priority Critical patent/RU2592101C2/en
Publication of RU2014148358A publication Critical patent/RU2014148358A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2592101C2 publication Critical patent/RU2592101C2/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/25—Greenhouse technology, e.g. cooling systems therefor

Landscapes

  • Greenhouses (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

FIELD: agriculture; machine building.
SUBSTANCE: invention relates to systems and methods for automatic control of light-temperature mode in greenhouses or other structures of protected ground. According to suggested method in definite time intervals there are measured: temperature, illumination, air humidity in greenhouse, age of plants, photoperiod is set for operation of extra-illuminating equipment. Computer computes and setting device sets multidimensional optimal values of temperature and illumination. Besides, for operation of additional lighting equipment computer setter calculates multidimensional optimal values of total radiation by formulas, pause-waiting for motor-reducer and pitch-movement for crane girder with irradiators. System for automatic control of light-temperature mode in greenhouse, implementing proposed method comprises temperature and illumination control circuits. Computer setter generates setting signals for operation of equipment based on calculated multidimensional optimum values by readings of sensors monitoring internal environment. System also contains additional circuits to control switching on of additional lighting equipment arranged on crane, and its movement along rows of plantations during whole specified light period. Movement of crane girder is performed by motor-reducer, which is periodically switched on in operation and is switched off, moving crane girder with definite rate. Motion parameters of crane beam are also evaluated by computer setup unit.
EFFECT: use of method and system enables more accurate maintenance of required illumination in greenhouse, reducing number of radiators as power consumers, reducing duration of period of vegetation and increasing plant productivity.
2 cl, 1 tbl, 1 dwg

Description

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

Известен способ оптимизации факторов среды обитания при выращивании растений [а.с. №456595 СССР, МПК 4 A01G 9/26. Способ оптимизации факторов внешней среды при выращивании растений, опубл. 1975, Бюл. №2.], в котором оптимизация фотосинтеза растений осуществляется с помощью регулирования облученности.A known method of optimizing environmental factors when growing plants [and.with. No. 456595 USSR, IPC 4 A01G 9/26. A method of optimizing environmental factors when growing plants, publ. 1975, Bull. No. 2.], in which the optimization of plant photosynthesis is carried out by means of irradiation regulation.

Этот способ оптимизации фотосинтеза и организации освещения в теплице содержит ряд недостатков:This method of optimizing photosynthesis and organizing lighting in a greenhouse contains a number of disadvantages:

1) оптимизируется лишь один параметр - освещенность без учета температуры;1) only one parameter is optimized - illumination without taking into account temperature;

2) способ реализуется с помощью очень громоздких измерительных приборов, которые удобны для изучения реакций растений на влияние факторов среды лишь на начальном этапе для определения требуемых математических моделей;2) the method is implemented using very cumbersome measuring instruments, which are convenient for studying plant reactions to the influence of environmental factors only at the initial stage to determine the required mathematical models;

3) никак не оптимизируется длительность работы досвечивающей аппаратуры;3) the duration of operation of the backlighting equipment is not optimized in any way;

4) экстремальная система склонна к колебательным режимам работы, что плохо сказывается на функциональных свойствах аппаратуры.4) the extreme system is prone to oscillatory modes of operation, which adversely affects the functional properties of the equipment.

Известен также способ управления световым режимом с помощью фитооблучателя, описанный в патенте РФ №2454066 [МПК 4 A01G 9/20. Светодиодный фитооблучатель, опубл. 27.06.2012, Бюл. №18], позволяющий осуществлять импульсное включение и отключение фитооблучателя, система управления которого вынесена за пределы его корпуса. При этом способе компьютерный задатчик по программе на основе данных, полученных от датчика внешней освещенности, формирует управляющий сигнал и воздействует на группы светодиодов корректируя интенсивность работы источника света в зависимости от внешнего освещения. Интенсивностью светового потока управляют при помощи включения и выключения необходимого количества светодиодов. Кроме того, компьютерный задатчик может формировать различные режимы управления светодиодами и при необходимости может реализовать режим импульсного включения источника света с управлением временем экспозиции и длительности темновых пауз, что позволяет снизить удельное энергопотребление.There is also a method of controlling the light mode using phytoradiator described in RF patent No. 2454066 [IPC 4 A01G 9/20. LED phytoradiator, publ. 06/27/2012, Bull. No. 18], which allows pulsed switching on and off of the phytoradiator, the control system of which is outside its enclosure. In this method, the computer master program based on the data received from the ambient light sensor generates a control signal and acts on the group of LEDs adjusting the intensity of the light source depending on the ambient light. The intensity of the light flux is controlled by turning on and off the required number of LEDs. In addition, the computer master can generate various LED control modes and, if necessary, can implement a pulsed light source switching mode with control of exposure time and duration of dark pauses, which reduces specific energy consumption.

Данный способ имеет несколько недостатков. Неизвестно какова должна быть темновая пауза и каков световой интервал в импульсном режиме работы этого устройства; неизвестно, каким образом должна осуществляться функция управления температурой, поскольку управление светом предполагает и управление температурой, что приводит к значительному и необоснованному перерасходу как и электроэнергии, так и тепловой энергии.This method has several disadvantages. It is not known what should be the dark pause and what is the light interval in the pulsed mode of operation of this device; it is not known how the temperature control function should be implemented, since light control also involves temperature control, which leads to a significant and unreasonable cost overrun of both electricity and thermal energy.

Известен также способ автоматического управления температурно-световым режимом в теплице [патент РФ №2403706, МПК 4 A01G 9/26. Способ автоматического управления свето-температурно-влажностным режимом в теплице и система для его реализации; опубл. 20.11.2010, Бюл. №32], выбранный за прототип, в котором весь период выращивания растений делится на равные промежутки времени, продолжительность которых меньше постоянной времени самого быстродействующего возмущения. В каждом из этих промежутков времени измеряют влажность воздуха внутри теплицы, определяют среднесуточную температуру предыдущей ночи и возраст растений. Далее по результатам измерений определяют и устанавливают многомерные оптимальные по критерию продуктивности дневную температуру воздуха внутри теплицы и освещенность по формулам, полученным из совместного решения системы уравнений, выведенных из уравнения продуктивности растений огурца сорта «Московский тепличный».Also known is a method of automatically controlling the temperature and light conditions in a greenhouse [RF patent No. 2403706, IPC 4 A01G 9/26. A method for automatically controlling the light-temperature-humidity regime in a greenhouse and a system for its implementation; publ. 11/20/2010, Bull. No. 32], selected for the prototype, in which the entire period of growing plants is divided into equal time intervals, the duration of which is less than the time constant of the fastest disturbance. In each of these time periods, the air humidity inside the greenhouse is measured, the average daily temperature of the previous night and the age of the plants are determined. Further, according to the measurement results, multidimensional daytime air temperature inside the greenhouse and light conditions that are optimal according to the productivity criterion and illuminance are determined and established by the formulas obtained from a joint solution of the system of equations derived from the plant productivity equation of the Moscow Greenhouse cucumber.

Решение системы уравнений матричным способом позволяет определить многомерные оптимальные параметры температуры и освещенности. Причем оптимальную освещенность поддерживают постоянной в течение заданной длительности фотопериода. При этом вычисленные матричным способом многомерные значения оптимальных параметров температуры воздуха в теплице и освещенности не зависят друг от друга, что позволяет управлять параметрами температуры и освещенности автономно, не вводя их предварительно в компьютерный задатчик как в случае определения одномерных параметров.Solving the system of equations in a matrix way allows one to determine multidimensional optimal parameters of temperature and illumination. Moreover, the optimal illumination is kept constant for a given duration of the photoperiod. In this case, the multidimensional values of the optimal parameters of the air temperature in the greenhouse and the illumination calculated by the matrix method are independent of each other, which makes it possible to control the temperature and illumination parameters autonomously without first having to enter them into the computer controller as in the case of determining one-dimensional parameters.

Известна также система [патент РФ №2403706, МПК 4 A01G 9/26. Способ автоматического управления свето-температурно-влажностным режимом в теплице и система для его реализации; опубл. 20.11.2010, Бюл. №32], выбранная за прототип, которая состоит из компьютерного задатчика, куда подается информация от датчиков контроля состояния внутреннего воздуха и где производится обработка информации и расчет необходимой для управления температуры воздуха в теплице, в соответствии с которой изменяется уставка задатчика, а именно датчика внутренней температуры, который измеряет и передает сигнал от объекта-теплицы элементу сравнения, где происходит сравнение двух значений температур; генератора тактовых импульсов, встроенного в компьютерный задатчик, по сигналу которого происходит сброс предыдущего расчета и начало нового; усилителя, передающего управляющий сигнал на исполнительный механизм, который должен поддерживать вычисленную температуру в течение дискретного промежутка времени.The system is also known [RF patent No. 2403706, IPC 4 A01G 9/26. A method for automatically controlling the light-temperature-humidity regime in a greenhouse and a system for its implementation; publ. 11/20/2010, Bull. No. 32], selected for the prototype, which consists of a computer controller, which receives information from sensors for monitoring the state of internal air and where information is processed and calculated to control the temperature of the air in the greenhouse, in accordance with which the setting of the controller, namely, the sensor temperature, which measures and transmits a signal from the greenhouse object to the comparison element, where two temperatures are compared; a clock generator built into the computer master, the signal of which resets the previous calculation and the beginning of a new one; an amplifier that transmits a control signal to an actuator, which must maintain the calculated temperature for a discrete period of time.

Кроме того, система содержит контур, отвечающий за управление осветительной аппаратурой и включающий в себя датчик освещенности, сигнал от которого подается на другой элемент сравнения, где происходит сравнение двух величин: текущей освещенности и освещенности, вычисленной компьютерным задатчиком по информации, собранной датчиками контроля состояния внутреннего воздуха; усилитель, исполнительный механизм, изменяющий высоту подвеса облучателей; релейный механизм времени, отключающий их питание посредством магнитных пускателей.In addition, the system contains a circuit responsible for controlling the lighting equipment and includes a light sensor, the signal from which is supplied to another comparison element, where two values are compared: the current light and the light calculated by the computer controller from information collected by sensors for monitoring the state of the internal air; amplifier, actuator, changing the height of the suspension of the irradiators; a relay time mechanism that turns off their power by means of magnetic starters.

Предложенный способ и приведенная система не позволяют полностью решить актуальную задачу снижения энергозатрат на производство овощей закрытого грунта, так как этот способ требует обеспечения растений теплицы дополнительным искусственным освещением, а значит вся площадь теплицы снабжается большим количеством ламп, функционирование которых приводит к значительным затратам энергии.The proposed method and the above system do not completely solve the urgent problem of reducing energy costs for the production of vegetables in closed ground, since this method requires providing the greenhouse plants with additional artificial lighting, which means that the entire area of the greenhouse is equipped with a large number of lamps, the operation of which leads to significant energy costs.

Задачей изобретения является повышение коэффициента полезного действия (кпд) механизма фотосинтеза растений за счет согласования таких факторов среды, как температура и облученность, а также оптимизации длительности действия светового фактора и оптимизации количества осветительных устройств за счет изменения способа облучения растений, и, как следствие, экономия как основных средств, идущих на оснащение теплиц облучателями, так и электроэнергии, потребляемой этими устройствами, а также экономия рабочих часов на монтаж, обслуживание и ремонт досвечивающей аппаратуры.The objective of the invention is to increase the efficiency (efficiency) of the mechanism of plant photosynthesis by coordinating environmental factors such as temperature and irradiation, as well as optimizing the duration of the light factor and optimizing the number of lighting devices by changing the method of plant irradiation, and, as a result, saving both fixed assets used to equip greenhouses with irradiators, and the energy consumed by these devices, as well as saving working hours for installation, maintenance dosvechivayuschey repair equipment.

Задача решается тем, что в предлагаемом способе автоматического управления свето-температурным режимом в теплице, включающем разбиение вегетационного периода растений на равные промежутки времени, продолжительность которых на порядок меньше постоянной времени самого быстродействующего возмущения, измерение для каждого промежутка времени влажности воздуха, температуры воздуха и освещенности в теплице с получением сигналов от датчиков влажности воздуха, температуры и освещенности соответственно; измерение возраста растений с получением сигнала от счетчика возраста растений и получением сигнала от счетчика, отмеряющего длительность заданного фотопериода; при этом данные поступают в компьютерный задатчик, который вычисляет среднее значение температуры предыдущей ночи в наступающее дневное время, а затем вычисляет и устанавливает оптимальные свето-температурные параметры воздуха внутри теплицы, такие как оптимальную по критерию продуктивности многомерную температуру и одномерную дневную температуру и поддерживает одну из них постоянной в зависимости от сложившихся условий в течение всего промежутка времени, а также оптимальную по критерию продуктивности многомерную освещенность и одномерную освещенность и поддерживает одну из них с помощью досвечивающей аппаратуры, включенной на заданный агротехником фотопериод, в отличие от прототипа измеряют датчиком суммарную суточную радиацию в течение дня, полученную от солнечного излучения и от перемещающегося светового пятна, организованного подвижными облучателями, сравнивают ее с вычисленной компьютерным задатчиком и обеспечивают посредством досвечивающей аппаратуры многомерную оптимальную суммарную радиацию, определяемую по формулеThe problem is solved in that in the proposed method for automatically controlling the light-temperature regime in a greenhouse, including dividing the vegetative period of plants into equal time intervals, the duration of which is an order of magnitude shorter than the time constant of the fastest disturbance, measuring for each time interval air humidity, air temperature and light exposure in a greenhouse with receiving signals from air humidity, temperature and light sensors, respectively; measuring the age of plants with receiving a signal from a counter of plants age and receiving a signal from a counter measuring the duration of a given photoperiod; at the same time, the data are fed into a computer controller, which calculates the average temperature of the previous night in the coming daytime, and then calculates and sets the optimal light-temperature parameters of the air inside the greenhouse, such as a multidimensional temperature and one-dimensional daytime temperature that is optimal according to the productivity criterion and maintains one of they are constant depending on the prevailing conditions over the entire period of time, as well as the multidimensional illumination optimal according to the productivity criterion and about numbered illumination and supports one of them with the help of illuminating equipment included in the photoperiod set by the agricultural technician, in contrast to the prototype, the sensor measures the total daily radiation during the day received from solar radiation and from a moving light spot organized by mobile irradiators, compare it with the calculated computer by the adjuster and provide, through the irradiation equipment, a multidimensional optimal total radiation, determined by the formula

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где τ2 - возраст растений, сут.;where τ 2 is the age of the plants, days .;

P1, Р2 - многомерные приведенные коэффициенты суммарной интенсивности фотосинтеза, вычисляемые по формуламP 1 , P 2 - multidimensional reduced coefficients of the total intensity of photosynthesis, calculated by the formulas

Figure 00000002
Figure 00000002

где Δ - матрица основная (3×3) и равнаяwhere Δ is the basic matrix (3 × 3) and is equal to

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

где Δ11, Δ21, Δ31 - матрицы второстепенные (2×2), составленные из коэффициентов суммарной интенсивности фотосинтеза следующим образом:where Δ 11 , Δ 21 , Δ 31 are secondary matrices (2 × 2) composed of the coefficients of the total intensity of photosynthesis as follows:

Figure 00000004
;
Figure 00000005
;
Figure 00000006
;
Figure 00000004
;
Figure 00000005
;
Figure 00000006
;

где d1, d2 … и т.д. - коэффициенты регрессии суммарной интенсивности фотосинтеза, определяемые экспериментально.where d 1 , d 2 ... etc. - regression coefficients of the total intensity of photosynthesis, determined experimentally.

После чего устанавливают многомерную оптимальную по критерию продуктивности паузу-ожидание для работы двигателя-редуктора, перемещающего облучатели вдоль рядков, определяемую по формулеAfter that, a multidimensional pause-expectation pause-expectation is established for the operation of the gear motor, which moves the irradiators along the rows, determined by the formula

Figure 00000007
Figure 00000007

где τ2 - возраст растений, сут.;where τ 2 is the age of the plants, days .;

М1, М2 - многомерные приведенные коэффициенты суммарной интенсивности фотосинтеза, вычисляемые по формуламM 1 , M 2 - multidimensional reduced coefficients of the total intensity of photosynthesis, calculated by the formulas

Figure 00000008
Figure 00000008

где Δ, Δ12, Δ22, Δ32 - матрицы основная (3×3) и второстепенные (2×2), составленные из коэффициентов суммарной интенсивности фотосинтеза следующим образом:where Δ, Δ 12 , Δ 22 , Δ 32 are the primary (3 × 3) and secondary (2 × 2) matrices composed of the coefficients of the total photosynthesis intensity as follows:

Figure 00000009
;
Figure 00000010
;
Figure 00000011
;
Figure 00000009
;
Figure 00000010
;
Figure 00000011
;

где d1, d2 … и т.д. - коэффициенты регрессии суммарной интенсивности фотосинтеза, определяемые экспериментально.where d 1 , d 2 ... etc. - regression coefficients of the total intensity of photosynthesis, determined experimentally.

Далее устанавливают многомерную оптимальную по критерию продуктивности длину шага-перемещения для кран-балки, обеспечиваемую двигателем-редуктором и определяемую по формулеNext, establish a multidimensional optimum length criterion for productivity by the criterion of productivity for the crane beam provided by the gear motor and determined by the formula

Figure 00000012
,
Figure 00000012
,

где τ2 - возраст растений, сут.;where τ 2 is the age of the plants, days .;

N1, N2 - многомерные приведенные коэффициенты суммарной интенсивности фотосинтеза, вычисляемые по формуламN 1 , N 2 - multidimensional reduced coefficients of the total intensity of photosynthesis, calculated by the formulas

Figure 00000013
Figure 00000013

где Δ, Δ13, Δ23, Δ33 - матрицы основная (3×3) и второстепенные (2×2), составленные из коэффициентов суммарной интенсивности фотосинтеза следующим образом:where Δ, Δ 13 , Δ 23 , Δ 33 are the primary (3 × 3) and secondary (2 × 2) matrices composed of the coefficients of the total photosynthesis intensity as follows:

Figure 00000014
;
Figure 00000015
;
Figure 00000016
;
Figure 00000014
;
Figure 00000015
;
Figure 00000016
;

где d1, d2 … и т.д. - коэффициенты регрессии суммарной интенсивности фотосинтеза, определяемые экспериментально.where d 1 , d 2 ... etc. - regression coefficients of the total intensity of photosynthesis, determined experimentally.

Для решения задачи система автоматического управления свето-температурным режимом в теплице, содержащая датчик влажности и счетчик возраста растений, имеющая контур управления внутренней температурой в теплице, включающий датчик внутренней температуры, выход которого связан с объектом регулирования через элемент сравнения с компьютерным задатчиком, усилитель сигнала рассогласования температуры текущей и вычисленной, исполнительный механизм, поддерживающий в объекте вычисленную температуру; имеющая контур управления освещенностью, состоящий из датчика освещенности, элемента сравнения, усилителя, исполнительного механизма и осуществляющий управление досвечивающей аппаратурой по значениям параметров освещенности, определенных компьютерным задатчиком, магнитного пускателя для включения и выключения досвечивающей аппаратуры, получающего сигнал от релейного механизма времени, а также компьютерный задатчик, производящий расчеты и формирование сигналов в виде многомерных оптимальных значений температуры воздуха и освещенности, в отличие от прототипа предлагаемая система содержит еще один контур управления двигателем-редуктором, включающий дополнительный релейный механизм времени, который через магнитный пускатель периодически подключает двигатель-редуктор к питанию, перемещающий кран-балку с облучателями с определенной скоростью, полученной как совокупность времени паузы между шагами кран-балки и времени для совершения оптимальной длины шага-перемещения последней, вычисленных и сформированных компьютерным задатчиком в качестве задания. Кроме того, система содержит датчик суммарной суточной радиации, выход которого связан с двумя релейными механизмами времени через коммутатор-переключатель и усилитель. Причем на усилитель поступает сигал рассогласования от элемента сравнения между сигналом датчика суммарной суточной радиации и вычисленным и сформированным компьютерным задатчиком его значением.To solve the problem, a system for automatic control of the light-temperature regime in the greenhouse, containing a humidity sensor and a plant age counter, has 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 computer master, an error signal amplifier temperature current and calculated, an actuator that maintains the calculated temperature in the object; having an illumination control circuit, consisting of an ambient light sensor, a comparison element, an amplifier, an actuator and controlling the illumination equipment according to the values of the illumination parameters determined by the computer setter, a magnetic starter for turning on and off the illumination equipment receiving the signal from the relay time mechanism, and also computer a setter that calculates and generates signals in the form of multidimensional optimal values of air temperature and lighting In fact, unlike the prototype, the proposed system contains another control circuit for the gear motor, including an additional relay time mechanism, which periodically connects the gear motor via a magnetic starter, moving the crane beam with irradiators at a certain speed, obtained as a set of pause times between the steps of the crane beam and the time for making the optimal step-moving length of the last, calculated and generated by the computer master as a task. In addition, the system contains a sensor of total daily radiation, the output of which is connected to two relay time mechanisms through a switch-switch and an amplifier. Moreover, the amplifier receives a mismatch signal from the comparison element between the sensor signal of the total daily radiation and its value calculated and generated by the computer master.

В теплице используют нестационарные облучатели, размещенные по всей площади теплицы, а подвижные, которые могут перемещаться не только по вертикали, но и по горизонтали, что позволяет сократить их количество, например, для теплицы площадью в один га с 900 шт. до 150 шт. светодиодных облучателей.In the greenhouse, non-stationary irradiators are used, located throughout the entire area of the greenhouse, and mobile ones, which can move not only vertically, but also horizontally, which reduces their number, for example, for a greenhouse with an area of one hectare from 900 pcs. up to 150 pcs. LED irradiators.

Для обеспечения необходимой освещенности, позволяющей осуществить оптимальный фотосинтез, необходимо перемещать вдоль рядков посадок растений подвешенные вертикально на тросах облучатели, выполненные в виде цилиндров с набором из светодиодных элементов. Эти тросы позволяют изменять высоту подвеса облучателей и погружать их по мере роста растений вглубь посадки, что позволяет обеспечить комфортный доступ к свету всем ярусам растений. Кроме того, такой способ позволяет изменить технологию посадки растений, сделав их более загущенными, и обеспечить большую урожайность овощей с квадратного метра [Савенко Л.М. ГУСП Совхоз "Алексеевский". - Уфа: ООО "Издательство "Диалог", 2008].To provide the necessary illumination, allowing optimal photosynthesis, it is necessary to move along the rows of plantings irradiators suspended vertically on cables made in the form of cylinders with a set of LED elements. These cables allow you to change the suspension height of the irradiators and immerse them as the plants grow deeper into the planting, which allows for comfortable access to light for all tiers of plants. In addition, this method allows you to change the technology of planting plants, making them more thickened, and to provide greater productivity of vegetables per square meter [Savenko L. M. GUSP State Farm "Alekseevsky". - Ufa: LLC Dialog Publishing House, 2008].

Но для того чтобы уменьшить количество облучателей на всей площади теплицы, нужно сделать их подвижными, то есть позволить им перемещаться не только по высоте, но и по горизонтали вдоль рядков растении. Для обеспечения горизонтального перемещения облучатели по нескольку штук подвешивают к кран-балке, которая по направляющим перемещается с помощью двигателя-редуктора на некоторую длину шага-перемещения и останавливается, делая паузу-ожидание, затем опять включается двигатель-редуктор и осветительная установка опять изменяет свое местоположение в пространстве. При этом облучатели на светодиодах непрерывно испускают свет нужного спектра, а световое пятно, образованное ими, будет постепенно перемещаться вдоль посадок с некоторой скоростью, достаточной для обеспечения активного фотосинтеза. При достижении кран-балки противоположной стенки теплицы установка начинает перемещаться в противоположную сторону, по-прежнему делая паузы в своем движении. Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала достаточно организовать технические дорожки между рядками, где не будет осветителей, а ширина дорожек вполне обеспечит комфортный доступ естественной освещенности к растениям с противоположной стороны от облучателей.But in order to reduce the number of irradiators over the entire area of the greenhouse, you need to make them mobile, that is, allow them to move not only in height, but also horizontally along the rows of plants. To ensure horizontal movement, several pieces of irradiators are suspended from a crane-beam, which is guided by a gear motor for a certain length of the step-movement and stops, pausing, waiting, then the gear motor is turned on again and the lighting system again changes its location in space. In this case, LED illuminators continuously emit light of the desired spectrum, and the light spot formed by them will gradually move along the landings at a certain speed sufficient to ensure active photosynthesis. Upon reaching the crane beam of the opposite wall of the greenhouse, the installation begins to move in the opposite direction, still pausing in its movement. To ensure the safety of staff, it is enough to organize technical paths between rows where there will be no illuminators, and the width of the paths will completely provide comfortable access to natural light from plants on the opposite side from the irradiators.

Работа досвечивающей аппаратуры должна быть организована с помощью системы автоматического управления свето-температурным режимом, в которую входит компьютерный задатчик, необходимый для расчета оптимальных параметров: суммарной радиации, получаемой растениями за период, равный одним суткам, и достаточной для активизации фотосинтеза растений; суммарной освещенности, которая складывается из естественной от солнца и искусственной, созданной досвечивающей аппаратурой; температуры воздуха, которая должна быть установлена в теплице системой обогрева и длины шага-перемещения кран-балки и времени паузы-ожидания в работе двигателя-редуктора, перемещающего кран-балку с облучателями вдоль рядков. Кроме того, система содержит датчики, измеряющие освещенность над посадками и внутри них; датчик влажности; датчик температуры; счетчик возраста растений и счетчик, встроенный в компьютерный задатчик, фиксирующий длительность работы двигателя-редуктора, перемещающего вдоль рядков кран-балку с облучателями.The operation of the illumination equipment should be organized using an automatic control system for the light and temperature conditions, which includes a computer controller necessary to calculate the optimal parameters: the total radiation received by plants for a period of one day and sufficient to activate plant photosynthesis; total illumination, which consists of natural from the sun and artificial, created by illuminating equipment; air temperature, which must be installed in the greenhouse by the heating system and the step-movement length of the crane beam and the pause-wait time in the operation of the gear motor moving the crane beam with irradiators along the rows. In addition, the system contains sensors that measure the illumination above and inside the landings; humidity sensor; temperature sensor; a plant age counter and a counter built into a computer controller that records the duration of the gear motor, which moves a crane beam with irradiators along the rows.

Для заявляемого способа и системы автоматического управления свето-температурным режимом в теплице используется критерий максимальной продуктивности, то есть приравнивают к нулю частные производные от интенсивности суммарного фотосинтеза по таким параметрам, как суммарная активная суточная радиация QΣ, длительность паузы в работе двигателя-редуктора τП и длина шага-перемещения кран-балки между остановками LШ. Таким образом, имеемFor the proposed method and system for automatic control of the light-temperature regime in the greenhouse, the criterion of maximum productivity is used, that is, the partial derivatives of the total photosynthesis intensity are equal to zero by such parameters as the total active daily radiation Q Σ , the duration of the pause in the operation of the gear motor τ P and the length of the step-movement of the crane beam between stops L W Thus, we have

Figure 00000017
Figure 00000017

При этом модель интенсивности суммарного фотосинтеза ФΣ должна быть получена путем активного эксперимента в виде уравнения регрессии второго порядка следующего типа:In this case, the model of the intensity of total photosynthesis Φ Σ should be obtained by an active experiment in the form of a second-order regression equation of the following type:

Figure 00000018
Figure 00000018

где QΣ - суммарная суточная радиация, Вт/м2;where Q Σ is the total daily radiation, W / m 2 ;

τП - длительность паузы-ожидания в работе двигателя-редуктора, ч;τ P - the duration of the pause-wait in the operation of the gear motor, h;

LШ - длина шага-перемещения кран-балки, м;L W - the length of the step-movement of the crane beam, m;

τ2 - возраст растений, сут.;τ 2 - age of plants, days .;

d0, d1 … и т.д. - коэффициенты регрессии, определяемые математически после обработки экспериментальных данных.d 0 , d 1 ... etc. - regression coefficients determined mathematically after processing the experimental data.

При этом параметр ФΣ будет считаться суммарным, так как световое пятно от подвижных облучателей постоянно перемещается и освещенность зафиксированной точки будет меняться от максимальной к минимальной и, наоборот, по мере того, отдаляется кран-балка с облучателями или приближается к этой точке.In this case, the parameter Ф Σ will be considered cumulative, since the light spot from the movable irradiators is constantly moving and the illumination of the fixed point will change from maximum to minimum and, conversely, as the crane beam with irradiators moves away or approaches this point.

Продифференцировав модель (2), получаем систему уравненийDifferentiating model (2), we obtain the system of equations

Figure 00000019
Figure 00000019

решая которую можно определить оптимальные параметры работы механизмов, обслуживающих досвечивающую аппаратуру: многомерную оптимальную суммарную радиацию QΣM, многомерную оптимальную паузу-ожидание двигателя-редуктора τПМ, многомерный оптимальный шаг-перемещение кран-балки с облучателями LШМ.solving which it is possible to determine the optimal parameters of the mechanisms serving the lighting equipment: multidimensional optimal total radiation Q ΣM , multidimensional optimal pause-wait for the gear motor τ PM , multidimensional optimal step-movement of the crane beam with irradiators L ШМ .

Эксперимент следует проводить в специальной теплице или в оборудованном специальной техникой ограниченном пространстве обычной теплицы. Измерять интенсивность фотосинтеза удобно с помощью камеры-"клипсы", перемещая источник света с различными уровнями освещенности и скоростями мимо исследуемого растения. Скоростными показателями будут являться длина шага-перемещения LШ и время паузы-ожидания τП. Кроме того, организация различного уровня освещенности во время исследований может обеспечить различные значения суммарной суточной радиации QΣ, необходимые для экспериментального анализа. Сам эксперимент проводят по специально разработанному плану. Температурно-влажностный режим при этом следует выдерживать оптимальным для соответствующей культуры, то есть должны быть оптимальными температура и влажность во время всего эксперимента, что значительно сократит количество опытов.The experiment should be carried out in a special greenhouse or in a limited space of a conventional greenhouse equipped with special equipment. It is convenient to measure the intensity of photosynthesis using a “clip” camera, moving a light source with different levels of illumination and speeds past the plant under investigation. Speed indicators will be the step-movement length L W and the pause-wait time τ P. In addition, the organization of different levels of illumination during research can provide different values of the total daily radiation Q Σ necessary for experimental analysis. The experiment itself is carried out according to a specially developed plan. In this case, the temperature and humidity conditions should be kept optimal for the corresponding culture, that is, the temperature and humidity should be optimal during the entire experiment, which will significantly reduce the number of experiments.

Данные о проведенных исследованиях должны помещаться в компьютерный задатчик, который и будет формировать задания для работы досвечивающей аппаратуры. Кроме того, в компьютерный задатчик заносят данные о суммарной радиации QΣ, которую должно получить растение за сутки для своего успешного роста. Досвечивающая аппаратура отключится на ночной период после достижения оптимального значения этого параметра.Data on the conducted studies should be placed in a computer controller, which will form tasks for the operation of the transmission equipment. In addition, data on the total radiation Q Σ , which the plant must receive per day for its successful growth, are entered into the computer master. The lighting equipment will turn off for the night period after reaching the optimal value for this parameter.

Задания для досвечивающей аппаратуры будут вычислены по уравнениям:Tasks for the lighting equipment will be calculated by the equations:

для параметра многомерной оптимальной суммарной радиацииfor the parameter of multidimensional optimal total radiation

Figure 00000020
Figure 00000020

для параметра многомерной оптимальной паузы-ожидания двигателя-редуктораfor the parameter of the multidimensional optimal pause-standby of the gear motor

Figure 00000021
Figure 00000021

для параметра многомерного оптимального шага-перемещения кран-балкиfor the parameter of the multidimensional optimal step-movement of the crane beam

Figure 00000022
Figure 00000022

где P1, P2, М1, М2, N1, N2 - многомерные приведенные коэффициенты интенсивности суммарного фотосинтеза;where P 1 , P 2 , M 1 , M 2 , N 1 , N 2 are multidimensional reduced coefficients of intensity of total photosynthesis;

τ2 - возраст растений, сут.τ 2 - age of plants, days

Многомерные приведенные коэффициенты интенсивности суммарного фотосинтеза должны быть получены через решение системы уравнений (3) матричным способом [Пискунов В.И. Курс математического анализа. - М. Наука, 1976.] и равны соотношениям, которые, в свою очередь, имеют матрицы более низкого уровня, составленные, в свою очередь, из коэффициентов регрессии уравнения (2). Уравнения многомерных приведенных коэффициентов представлены в таблице.Multidimensional reduced coefficients of the intensity of total photosynthesis should be obtained through solving the system of equations (3) in a matrix way [Piskunov V.I. Course of mathematical analysis. - M. Nauka, 1976.] and are equal to the relations, which, in turn, have matrices of a lower level, composed, in turn, from the regression coefficients of equation (2). The equations of multidimensional reduced coefficients are presented in the table.

Figure 00000023
Figure 00000023

где Δ, Δ11 … Δij матрица основная (3×3) и второстепенные матрицы (2×2), вырезанные из основной и составленные при этом по определенным правилам из коэффициентов уравнения (2).where Δ, Δ 11 ... Δ ij is the main matrix (3 × 3) and secondary matrices (2 × 2), cut from the main one and made up according to certain rules from the coefficients of equation (2).

Так, основная матрица Δ (3 строки и 3 столбца) будет иметь следующий вид:So, the main matrix Δ (3 rows and 3 columns) will have the following form:

Figure 00000024
Figure 00000024

Вырезанная из Δ матрица Δ11 будет равна оставшейся после исключения первой строки и первого столбца, поэтому матрица получит индекс 11 (одиннадцать), напримерThe matrix Δ 11 cut out from Δ will be equal to the remainder after the first row and the first column are excluded, therefore, the matrix will receive the index 11 (eleven), for example

Figure 00000025
Figure 00000025

Все прочие матрицы Δij составляются аналогично вышеизложенным методом, при этом номер i соответствует номеру строки, а номер j соответствует номеру столбца, исключенными из основной матрицы Δ. Остальные столбцы и строки входят в новую матрицу (2×2). Решают матрицы по правилам математики и получают многомерные оптимальные значения суммарной радиации QΣM, паузы-ожидания двигателя-редуктора τПМ, шага-перемещения кран-балки LШМ.All other matrices Δ ij are compiled similarly to the above method, with the number i corresponding to the row number and the number j corresponding to the column number excluded from the main matrix Δ. The remaining columns and rows are included in the new matrix (2 × 2). Matrices are solved according to the rules of mathematics and get multidimensional optimal values of the total radiation Q ΣM , pause-wait of the gear motor τ PM , step-movement of the crane beam L ШМ .

На сегодняшний момент времени существуют специальные программы для решения сложных математических выражений.To date, there are special programs for solving complex mathematical expressions.

В соответствии с определенными таким способом многомерными значениями QΣM, τПМ, LШМ, а также многомерными значениями освещенности и температуры воздуха (патент №2403705), изменяют задания для работы системы.In accordance with certain manner multidimensional values Q ΣM, τ TM, L CMM and multidimensional values of illuminance and temperature (patent №2403705), change the task for system operation.

На чертеже представлена схема системы автоматического управления свето-температурным режимом в теплице по критерию продуктивности, включающая контур управления внутренней температурой воздуха, реализующий предлагаемый способ, состоящий из датчика температуры 5, элемента сравнения 1, усилителя 2, исполнительного механизма 3 и регулирующего органа 4, поддерживающий вычисленную компьютерным задатчиком 12 температуру в теплице до наступления момента нового вычисления; контур управления освещенностью, состоящий из датчика 9 суммарной освещенности и датчика 15 суммарной суточной радиации, элементов сравнения 6 и 16, усилителей 7 и 21, исполнительного механизма 8 и двигателя-редуктора 20, релейных механизмов времени 10 и 18, магнитных пускателей 11 и 19, осуществляющий регулирование досвечивающей аппаратурой по значениям параметров, обеспечивающих освещенность, определенную компьютерным задатчиком 12 до наступления момента нового вычисления, коммутатора-переключателя 17, а также датчика 13 влажности и счетчика 14 возраста растений.The drawing shows a diagram of a system for automatic control of the light-temperature regime in a greenhouse by productivity criterion, including an internal air temperature control loop that implements the proposed method, consisting of a temperature sensor 5, a comparison element 1, an amplifier 2, an actuator 3, and a regulator 4, supporting the temperature in the greenhouse calculated by the computer controller 12 until the moment of a new calculation; the illumination control circuit, consisting of a sensor 9 of total illumination and a sensor 15 of total daily radiation, elements of comparison 6 and 16, amplifiers 7 and 21, an actuator 8 and a gear motor 20, relay mechanisms of time 10 and 18, magnetic actuators 11 and 19, adjusting the lighting equipment according to the values of the parameters providing the illumination determined by the computer setter 12 before the moment of a new calculation, the switch-switch 17, as well as the humidity sensor 13 and the counter 14 in plant growth.

Способ осуществляется следующим образом. В компьютерный задатчик 12, который должен вырабатывать для системы автоматического управления (САУ) задание оптимальных по критерию продуктивности значений температуры и освещенности, суммарной радиации в теплице, времени паузы-ожидания и шага-перемещения кран-балки, поступают сигналы от датчиков температуры 5, освещенности 9, датчика 13 влажности воздуха в теплице и счетчика 14 возраста растений.The method is as follows. In the computer controller 12, which should generate for the automatic control system (ACS) the task of optimal temperature and light values, total radiation in the greenhouse, pause-wait time and step-movement of the crane beam according to the productivity criterion, signals from temperature sensors 5, light 9, a humidity sensor 13 in a greenhouse and a plant age counter 14.

Далее компьютерный задатчик 12 по формулам, приведенным в прототипе (патент №2403706), рассчитывает многомерные оптимальные по продуктивности значения температуры воздуха t21M, освещенности Е21М. Полученные оптимальные значения температуры и освещенности сравниваются с показаниями датчиков температуры 5 и освещенности 9.Next, the computer adjuster 12 according to the formulas given in the prototype (patent No. 2403706), calculates multidimensional optimal in productivity values of air temperature t 21M , illumination E 21M . The obtained optimal values of temperature and light are compared with the readings of temperature sensors 5 and light 9.

Последующие вычислительные операции происходят при изменении какого-либо параметра, входящего в уравнения оптимизирующих факторов, например, при изменении возраста растений, который фиксируется счетчиком 14 возраста растений, или при поступлении сигнала генератора тактовых импульсов, встроенного в компьютерный задатчик 12.Subsequent computational operations occur when a parameter that is included in the equations of optimizing factors changes, for example, when the age of the plants changes, which is recorded by the plant’s age counter 14, or when a signal from a clock generator integrated in the computer 12 is received.

Если один из управляемых параметров (текущие значения температуры воздуха или освещенности в теплице) по величине превысят значения многомерного оптимального по критерию продуктивности параметра температуры или значения многомерного оптимального по критерию продуктивности параметра освещенности, то в этом случае вычисляются одномерные оптимальные по критерию продуктивности значения температуры воздуха в теплицы и освещенности.If one of the controlled parameters (current values of the air temperature or illumination in the greenhouse) exceeds the values of the multidimensional temperature parameter optimal according to the productivity criterion or the multidimensional optimum parameter according to the productivity criterion, then the one-dimensional optimal air temperature values in terms of productivity are calculated in greenhouses and lighting.

Далее компьютерный задатчик 12 по формулам (5 и 6) рассчитывает многомерные оптимальные по продуктивности значения паузы-ожидания τПМ и длины шага-перемещения кран-балки LШМ.Further, the computer controller 12 by the formulas (5 and 6) calculates multidimensional productivity-optimal values of the pause-wait τ PM and the step-movement lengths of the crane beam L CM .

Полученные оптимальные значения времени паузы-ожидания и длины шага-перемещения кран-балки с облучателями, перемещаемой двигателем-редуктором 20, управляемым релейным механизмом времени 18 и магнитным пускателем 19, являются заданиями для кран-балки, которая движется вдоль рядков с определенной скоростью, обеспечивая тем самым скольжение светового пятна по растениям, организуя их максимальный фотосинтез.The obtained optimal values of the pause-wait time and the step-movement length of the crane beam with irradiators, driven by a geared motor 20, controlled by a time relay mechanism 18 and a magnetic starter 19, are tasks for a crane beam that moves along rows with a certain speed, providing thereby gliding the light spot over the plants, organizing their maximum photosynthesis.

Далее компьютерный задатчик 12 по формуле (7) рассчитывает многомерную оптимальную по продуктивности суммарную радиацию QΣM, достаточную для осуществления максимального фотосинтеза растений. Полученное оптимальное значение сравнивается с показанием соответствующего датчика 15 суммарной суточной радиации. Сигнал, превышающий задание, через коммутатор-переключатель 17 отключает релейные механизмы времени 10 и 18, наступает ночной отдых до прихода следующих суток.Next, the computer controller 12 by the formula (7) calculates a multidimensional optimal productivity total radiation Q ΣM , sufficient to maximize plant photosynthesis. The resulting optimal value is compared with the corresponding sensor 15 of the total daily radiation. A signal exceeding the task through the switch-switch 17 turns off the relay mechanisms of time 10 and 18, night rest occurs before the next day arrives.

Расчет оптимальных значений производится на промежуток времени, длительность которого на порядок меньше постоянной времени самого быстродействующего возмущения (например, 0,1 мин).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 disturbance (for example, 0.1 min).

Система, отвечающая за контур автоматической оптимизации освещенности по заявляемому способу, работает следующим образом. По данным счетчика 14 возраста растений, датчика 13 текущей влажности, значению средней температуры предыдущей ночи и установленной вручную длительности фотопериода, что соответствует длительности работы досвечивающей аппаратуры, включаемой в работу при помощи релейного механизма времени 10 и магнитного пускателя 11, компьютерный задатчик 12 вычисляет многомерное оптимальное значение освещенности по уравнению (патент №2403706) и формирует сигнал, являющийся заданием для системы оптимизации освещенности. На элементе сравнения 6 происходит сравнение задания оптимального многомерного значения освещенности Е21М сигналом датчика 9 суммарной освещенности, который учитывает еще и естественную освещенность (поступающую от солнца), значение рассогласования двух сигналов усиливается усилителем 7, и затем происходит включение исполнительного механизма 8 досвечивающей аппаратуры, который изменяет высоту подвеса облучателей, что приводит к изменению текущего значения освещенности. В свою очередь, это изменение отслеживает датчик 9 суммарной освещенности. После окончания установленного техниками времени досвечивания и срабатывания коммутатора-переключателя 17 срабатывает релейный механизм времени 10 и отключает магнитный пускатель 11 досвечивающей аппаратуры. Так как загущенные требующие досвечивания посадки высаживают многоярусным способом, досвечивающая аппаратура опускается между растениями. Датчик 9 суммарной освещенности по этой причине также 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 counter 14 of the age of the plants, the sensor 13 of the current humidity, the average temperature of the previous night and the manually set duration of the photoperiod, which corresponds to the duration of the illumination equipment included in the operation using the relay mechanism of time 10 and the magnetic starter 11, the computer controller 12 calculates the multidimensional optimal the illumination value according to the equation (patent No. 2403706) and generates a signal, which is the task for the lighting optimization system. The comparison element 6 compares the task of the optimal multidimensional illumination value E 21M with the signal from the sensor 9 of the total illumination, which also takes into account the natural illumination (coming from the sun), the mismatch value of the two signals is amplified by the amplifier 7, and then the actuator 8 of the illumination equipment is turned on, which changes the suspension height of the irradiators, which leads to a change in the current value of illumination. In turn, this change is monitored by the sensor 9 of the total illumination. After the completion of the dwell time set by the technicians and the operation of the switch-switch 17, the relay mechanism of time 10 is activated and the magnetic starter 11 of the dyeing equipment is turned off. Since thickened plantings requiring additional irradiation are planted in a multi-tier way, the irradiating equipment is lowered between the plants. For this reason, the sensor 9 of the total illumination should also be located between the plants, since the lower tiers of the plants suffer greatly from a lack of light.

Кроме того, компьютерный задатчик 12 по уравнению (4) вырабатывает сигнал QΣM, являющийся заданием для системы контроля над работой досвечивающей аппаратуры. На элементе сравнения 16 происходит сравнение с сигналом датчика 15 суммарной суточной радиации, который должен учитывать всю радиацию, поступающую к растениям и от естественного и от искусственных источников света за весь период работы контура управления освещенностью. Значения рассогласования двух сигналов усиливается усилителем 21 и происходит переключение коммутатора-переключателя 17, который в случае отрицательной разницы должен отключить питание сети для досвечивающей аппаратуры, так как оптимум фотосинтеза прошел и дальнейшие затраты электроэнергии приведут к ее перерасходу. Заблокировать сигнал отключения может лишь введенный агротехником параметр фотопериода τ1 до тех пор, пока время его действия не прекратится, коммутатор-переключатель в работу по отключению электропитания сети не вступает. Если значение рассогласования двух сигналов на элементе сравнения 16 положительно, то есть суммарной суточной радиации недостаточно, то коммутатор-переключатель 17 замыкает цепи электропитания сети для досвечивающей аппаратуры, и даже сигнал об окончании фотопериода от параметра τ1 не сможет заблокировать это действие. После подключения сети релейный механизм времени 10 включает облучатели через магнитный пускатель 11. Кроме того, компьютерный задатчик 12 по уравнению (5) вырабатывает сигнал многомерного оптимального значения паузы-ожидания τПМ и по уравнению (6) вырабатывает сигнал многомерного оптимального значения шага-перемещения LШМ, которые являются заданиями для двигателя-редуктора 20 кран-балки с подвешенными к нему облучателями. По сигналу LШМ от компьютерного задатчика 12, релейный механизм времени 18 подключает через магнитный пускатель 19 двигатель-редуктор 20, который начинает перемещение кран-балки с облучателями от одной стенки теплицы к другой. Движение длится недолго и равно длине шага-перемещения LШМ, затем двигатель-редуктор 20 отключается и наступает пауза-ожидание, равная τПМ, после окончания которой двигатель-редуктор 20 перемещает кран-балку еще на один шаг, равный LШМ и т.д. до момента достижения противоположной стенки теплицы, после чего происходит реверс движения кран-балки в противоположную сторону.In addition, the computer controller 12 according to equation (4) generates a signal Q ΣM , which is the task for the control system over the operation of the illumination equipment. On the comparison element 16, a comparison is made with the signal of the sensor 15 of the total daily radiation, which should take into account all the radiation coming to the plants from both natural and artificial light sources for the entire period of operation of the illumination control circuit. The values of the mismatch of the two signals are amplified by the amplifier 21 and the switch-switch 17 is switched, which, in the case of a negative difference, should turn off the network power for the lighting equipment, since the optimum of photosynthesis has passed and further energy costs will lead to its overuse. The shutdown signal can be blocked only by the parameter of the photoperiod τ 1 introduced by the agricultural technician until the time of its action stops, the switch-switch does not enter into work to disconnect the power supply to the network. If the value of the mismatch of the two signals on the comparison element 16 is positive, that is, the total daily radiation is insufficient, then the switch-switch 17 closes the power supply circuits for the lighting equipment, and even the signal about the end of the photoperiod from parameter τ 1 will not be able to block this action. After connecting the network, the relay mechanism of time 10 turns on the irradiators through a magnetic actuator 11. In addition, the computer controller 12, according to equation (5), generates a signal of a multidimensional optimal pause-wait value τ PM and, according to equation (6), generates a signal of a multidimensional optimal value of step-displacement L CMM , which are tasks for the gear motor 20 of the crane beam with irradiators suspended from it. The signal L CMM from the computer master 12, the relay mechanism of time 18 connects through a magnetic starter 19 a gear motor 20, which begins to move the crane beam with irradiators from one wall of the greenhouse to another. The movement does not last long and is equal to the length of the moving step L ШМ , then the gear motor 20 is turned off and there is a pause-wait equal to τ PM , after which the gear motor 20 moves the crane beam one more step, equal to L ШМ , etc. d. until the opposite wall of the greenhouse is reached, after which there is a reverse movement of the crane beam in the opposite direction.

Работа системы, отвечающей за контур управления температурой, осуществляется следующим образом. Компьютерный задатчик 12 по данным счетчика 14 возраста растений, датчика 13 текущей влажности, значению средней температуры предыдущей ночи и установленной вручную длительности фотопериода, что соответствует длительности работы досвечивающей аппаратуры, вырабатывает по уравнению (патент №2403706) задающий сигнал, соответствующий многомерной оптимальной по критерию продуктивности температуре t21М в теплице, поданный на элемент сравнения 1. Другой сигнал на элемент сравнения 1 поступает от датчика 5 температуры воздуха в теплице, который, кроме того, учитывает изменение температуры вследствие включения досвечивающей аппаратуры или влияния внешних условий среды. Сигнал рассогласования, полученный на выходе элемента сравнения 1, усиливается усилителем 2, после чего поступает на исполнительный механизм 3, который приводит в движение регулирующий орган 4, изменяющий подачу теплоносителя в системе трубного обогрева теплицы.The operation of the system responsible for the temperature control loop is as follows. The computer controller 12 according to the counter 14 of the age of the plants, the sensor 13 of the current humidity, the average temperature of the previous night and the manually set duration of the photoperiod, which corresponds to the duration of the illumination equipment, generates a signal according to the equation (patent No. 2403706) that corresponds to a multidimensional optimal productivity criterion temperature t 21M in the greenhouse, supplied to the comparison element 1. Another signal to the comparison element 1 comes from the air temperature sensor 5 in the greenhouse, which In addition, it 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 comparison element 1 is amplified by an amplifier 2, after which it is supplied to the actuator 3, which drives the regulating body 4, which changes the flow of coolant in the pipe heating system of the greenhouse.

Совместное использование способа и системы позволяет более точно поддерживать необходимую освещенность в теплице, сократив количество облучателей как потребителей энергии, уменьшить длительность периода вегетации и увеличить продуктивность самих растений, а также повысить товарные качества плодов. Кроме того, их совместное применение позволяет эффективно выращивать светокультуру, сократив ее вегетационный период до плодоношения, несмотря на то, что она возделывается в самый темный зимний период времени.The combined use of the method and system allows more accurately maintain the necessary illumination in the greenhouse, reducing the number of irradiators as energy consumers, reducing the duration of the growing season and increasing the productivity of the plants themselves, as well as improving the commercial quality of the fruits. In addition, their combined use allows you to effectively grow light culture, reducing its growing season to fruiting, despite the fact that it is cultivated in the darkest winter time.

Claims (2)

1. Способ автоматического управления свето-температурным режимом в теплице, включающий разбиение вегетационного периода растений на равные промежутки времени, продолжительность которых на порядок меньше постоянной времени самого быстродействующего возмущения, измерение для каждого промежутка времени влажности воздуха, температуры воздуха и освещенности в теплице с получением сигналов от датчиков влажности воздуха, температуры и освещенности соответственно, измерение возраста растений с получением сигнала от счетчика возраста растений и счетчика, отмеряющего длительность заданного фотопериода, при этом эти данные поступают в компьютерный задатчик, который вычисляет среднее значение ночной температуры, а затем вычисляет и устанавливает оптимальные свето-температурные параметры воздуха внутри теплицы, такие как оптимальную по критерию продуктивности многомерную температуру и одномерную дневную температуру, и поддерживает одну из них постоянной в зависимости от сложившихся условий в течение всего промежутка времени, а также оптимальную по критерию продуктивности многомерную освещенность и одномерную освещенность и поддерживает одну из них с помощью досвечивающей аппаратуры, включенной на заданный агротехником фотопериод, отличающийся тем, что измеряют датчиком-счетчиком суммарную суточную радиацию в течение дня, полученную от солнечного излучения и от перемещающегося светового пятна, организованного подвижными облучателями, сравнивают ее с вычисленной компьютерным задатчиком и обеспечивают посредством досвечивающей аппаратуры многомерную оптимальную суммарную радиацию, определяемую по формуле
Q∑M=P1τ2+P2,
где τ2 - возраст растений, сут.;
P1, P2 - многомерные приведенные коэффициенты суммарной интенсивности фотосинтеза, вычисляемые по формулам
Figure 00000026

Figure 00000027

где Δ - матрица основная (3×3) и равная
Figure 00000028

где Δ11, Δ21, Δ31 - матрицы второстепенные (2×2), составленные из коэффициентов суммарной интенсивности фотосинтеза следующим образом:
Figure 00000029

где d1, d2 … и т.д. - коэффициенты регрессии суммарной интенсивности фотосинтеза, определяемые экспериментально;
далее устанавливают многомерную оптимальную по критерию продуктивности паузу-ожидание для работы двигателя-редуктора, перемещающего кран-балку с облучателями вдоль рядков, определяемую по формуле
τПМ=M1τ2+M2,
где τ2 - возраст растений, сут.;
M1, M2 - многомерные приведенные коэффициенты суммарной интенсивности фотосинтеза, вычисляемые по формулам
Figure 00000030

Figure 00000031

где Δ, Δ12, Δ22, Δ32 матрицы основная (3×3) и второстепенные (2×2), составленные из коэффициентов суммарной интенсивности фотосинтеза следующим образом:
Figure 00000032

где d1, d2 … и т.д. коэффициенты регрессии суммарной интенсивности фотосинтеза, определяемые экспериментально;
кроме того, устанавливают многомерную оптимальную по критерию продуктивности длину шага-перемещения для кран-балки, обеспечиваемую двигателем-редуктором и определяемую по формуле
LШМ=N1τ2+N2,
где τ2 - возраст растений, сут.;
N1, N2 - многомерные приведенные коэффициенты суммарной интенсивности фотосинтеза, вычисляемые по формулам
Figure 00000033

Figure 00000034

где Δ, Δ13, Δ23, Δ33 - матрицы основная (3×3) и второстепенные (2×2), составленные из коэффициентов суммарной интенсивности фотосинтеза следующим образом:
Figure 00000035

где d1, d2 … и т.д. - коэффициенты регрессии суммарной интенсивности фотосинтеза, определяемые экспериментально.1. A method for automatically controlling the light-temperature regime in a greenhouse, including dividing the vegetative period of plants into equal time intervals, the duration of which is an order of magnitude shorter than the time constant of the fastest disturbance, measuring for each time interval air humidity, air temperature and illumination in the greenhouse with receiving signals from air humidity, temperature and light sensors, respectively, measuring the age of plants with receiving a signal from a counter of age of races a meter and a meter that measures the duration of a given photoperiod, and this data is sent to a computer controller that calculates the average value of the night temperature, and then calculates and sets the optimal light-temperature parameters of the air inside the greenhouse, such as a multidimensional temperature and one-dimensional daytime temperature optimal for productivity temperature, and keeps one of them constant, depending on the prevailing conditions over the entire period of time, as well as productively optimal by criterion multidimensional illumination and one-dimensional illumination, and supports one of them with the help of illuminating equipment included in a photoperiod set by an agricultural technician, characterized in that the total daily radiation during the day, obtained from solar radiation and from a moving light spot organized by mobile irradiators, is measured by a counter counter , compare it with the calculated computer set-up and provide multidimensional optimal total radiation, determined by the illuminating equipment, determined according to the formula
Q ΣM = P 1 + P 2 τ 2
where τ 2 is the age of the plants, days .;
P 1 , P 2 - multidimensional reduced coefficients of the total intensity of photosynthesis, calculated by the formulas
Figure 00000026

Figure 00000027

where Δ is the basic matrix (3 × 3) and is equal to
Figure 00000028

where Δ 11 , Δ 21 , Δ 31 are secondary matrices (2 × 2) composed of the coefficients of the total intensity of photosynthesis as follows:
Figure 00000029

where d 1 , d 2 ... etc. - regression coefficients of the total intensity of photosynthesis, determined experimentally;
then establish a multidimensional pause-expectation optimum performance criterion for the operation of the gear motor moving the crane beam with irradiators along the rows, determined by the formula
τ PM = M 1 τ 2 + M 2 ,
where τ 2 is the age of the plants, days .;
M 1 , M 2 - multidimensional reduced coefficients of the total intensity of photosynthesis, calculated by the formulas
Figure 00000030

Figure 00000031

where Δ, Δ 12 , Δ 22 , Δ 32 of the matrix are the primary (3 × 3) and secondary (2 × 2), composed of the coefficients of the total intensity of photosynthesis as follows:
Figure 00000032

where d 1 , d 2 ... etc. regression coefficients of the total intensity of photosynthesis, determined experimentally;
in addition, they establish a multidimensional optimum length criterion for productivity based on the productivity criterion for the crane beam provided by the gear motor and determined by the formula
L WBM = N 1 τ 2 + N 2 ,
where τ 2 is the age of the plants, days .;
N 1, N 2 - Multidimensional reduced coefficients photosynthesis total intensity calculated by the formulas
Figure 00000033

Figure 00000034

where Δ, Δ 13 , Δ 23 , Δ 33 are the primary (3 × 3) and secondary (2 × 2) matrices composed of the coefficients of the total photosynthesis intensity as follows:
Figure 00000035

where d 1 , d 2 ... etc. - regression coefficients of the total intensity of photosynthesis, determined experimentally. 2. Система автоматического управления свето-температурным режимом в теплице, содержащая датчик влажности и счетчик возраста растений; контур управления внутренней температурой в теплице, включающий датчик температуры, выход которого связан с объектом регулирования через элемент сравнения с задатчиком, усилитель сигнала рассогласования между температурой текущей и вычисленной, исполнительный механизм, поддерживающий в объекте вычисленную температуру; контур управления освещенностью, состоящий из датчика освещенности, элемента сравнения, усилителя, исполнительного механизма, осуществляющего управление досвечивающей аппаратурой по значениям параметров освещенности, определенным компьютерным задатчиком, магнитного пускателя, установленного для включения и выключения досвечивающей аппаратуры и получающего сигнал от релейного механизма времени; а также компьютерный задатчик, производящий расчеты и формирование сигналов в виде многомерных оптимальных значений температуры воздуха и освещенности, отличающаяся тем, что система содержит дополнительный контур управления двигателем-редуктором кран-балки, включающий дополнительный релейный механизм времени, который через магнитный пускатель периодически подключает к питанию двигатель-редуктор, перемещающий кран-балку с облучателями с определенной скоростью, полученной как совокупность времени паузы между шагами кран-балки и времени для совершения оптимальной длины шага-перемещения последней, вычисленных и сформированных компьютерным задатчиком в качестве задания, кроме того, система содержит датчик суммарной суточной радиации, выход которого связан с релейными механизмами времени через коммутатор-переключатель и усилитель, получающий сигнал рассогласования от элемента сравнения между сигналом датчика и вычисленным и сформированным компьютерным задатчиком значением оптимальной суточной суммарной радиации. 2. A system for automatically controlling the light-temperature regime in a greenhouse, comprising a moisture sensor and a plant age meter; an internal temperature control loop in the greenhouse, including a temperature sensor, the output of which is connected to the control object through a comparison element with the master, an error signal amplifier between the current and calculated temperature, an actuator that maintains the calculated temperature in the object; an illumination control circuit, consisting of an ambient light sensor, a comparison element, an amplifier, an actuator that controls the lighting equipment according to the light parameters defined by the computer master, a magnetic starter installed to turn the lighting equipment on and off and receiving a signal from the time relay; as well as a computer controller that performs calculations and generation of signals in the form of multidimensional optimal values of air temperature and illumination, characterized in that the system contains an additional control circuit for the crane gear motor-reducer, including an additional relay time mechanism, which is periodically connected to the power supply through the magnetic starter gear motor moving a crane beam with irradiators at a certain speed, obtained as the sum of the pause time between the steps of the crane beam and the time change the optimal step length for moving the last calculated and generated by the computer master as a task, in addition, the system contains a sensor of total daily radiation, the output of which is connected to the relay mechanisms of time through a switch-switch and an amplifier receiving an error signal from the comparison element between the sensor signal and the calculated and generated computer setpoint value of the optimal daily total radiation.
RU2014148358/13A 2014-12-01 2014-12-01 Method for automatic control of light-temperature mode in greenhouse and system therefor RU2592101C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014148358/13A RU2592101C2 (en) 2014-12-01 2014-12-01 Method for automatic control of light-temperature mode in greenhouse and system therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014148358/13A RU2592101C2 (en) 2014-12-01 2014-12-01 Method for automatic control of light-temperature mode in greenhouse and system therefor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014148358A RU2014148358A (en) 2016-06-20
RU2592101C2 true RU2592101C2 (en) 2016-07-20

Family

ID=56131873

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014148358/13A RU2592101C2 (en) 2014-12-01 2014-12-01 Method for automatic control of light-temperature mode in greenhouse and system therefor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2592101C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107219801A (en) * 2017-07-23 2017-09-29 杨明 A kind of intensity of illumination monitoring system
CN107390576A (en) * 2017-07-23 2017-11-24 杨明 A kind of method based on intensity of illumination monitoring system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2049380C1 (en) * 1992-10-13 1995-12-10 Попова Светлана Александровна Method for automated control of temperature in greenhouse
CN1286020A (en) * 1999-09-01 2001-03-07 陈九如 Microcomputerized overall measuring and control method and equipment for greenhouse
RU2403706C1 (en) * 2009-06-29 2010-11-20 Федеральное государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный агроинженерный университет" Method of automatic control of temperature-light regime in greenhouse and system for its implementation
RU2405308C1 (en) * 2009-06-03 2010-12-10 Федеральное государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный агроинженерный университет" Method of automatic control of temperature and light modes in greenhouse and system for its implementation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2049380C1 (en) * 1992-10-13 1995-12-10 Попова Светлана Александровна Method for automated control of temperature in greenhouse
CN1286020A (en) * 1999-09-01 2001-03-07 陈九如 Microcomputerized overall measuring and control method and equipment for greenhouse
RU2405308C1 (en) * 2009-06-03 2010-12-10 Федеральное государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный агроинженерный университет" Method of automatic control of temperature and light modes in greenhouse and system for its implementation
RU2403706C1 (en) * 2009-06-29 2010-11-20 Федеральное государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный агроинженерный университет" Method of automatic control of temperature-light regime in greenhouse and system for its implementation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107219801A (en) * 2017-07-23 2017-09-29 杨明 A kind of intensity of illumination monitoring system
CN107390576A (en) * 2017-07-23 2017-11-24 杨明 A kind of method based on intensity of illumination monitoring system

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014148358A (en) 2016-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105159257B (en) A kind of plant factor's integrated control system and method
CN113966680B (en) Plant light supplementing method, system, device, equipment and storage medium
US11895954B2 (en) System and method for plant indexing in a hydroponic farming environment and a hydroponic farming environment
US20230143014A1 (en) Optimizing growing process in a hybrid growing environment using computer vision and artificial intelligence
Fernandes et al. Hydroponic greenhouse crop optimization
RU2592101C2 (en) Method for automatic control of light-temperature mode in greenhouse and system therefor
Puengsungwan et al. Internet of Things (IoTs) based hydroponic lettuce farming with solar panels
RU2405308C1 (en) Method of automatic control of temperature and light modes in greenhouse and system for its implementation
CN104216445A (en) Greenhouse flower auto-irrigation control system and control method thereof
RU2403706C1 (en) Method of automatic control of temperature-light regime in greenhouse and system for its implementation
KR20180029381A (en) Appratus for controlling environment in the protected horticulture and method for using the same
CN113190059A (en) Greenhouse automatic control system and method based on crop feedback
KR20200053833A (en) Plant cultivating apparatus
RU2403705C1 (en) Method of automatic control of temperature-light regime in greenhouse
KR101772121B1 (en) Apparatus and Method for controlling plant growth in city farm control system
RU2586923C1 (en) Method of automatic control of light-temperature mode in greenhouse
CN104396627A (en) Intelligent perturbing flow rice seedling breeding device
TW202000010A (en) Cultivation system and lighting control method for cultivation system
TW201437980A (en) Environmental control system
RU2552033C1 (en) Control method of forming harvest in greenhouse and system for its implementation
RU2049380C1 (en) Method for automated control of temperature in greenhouse
Yulianto et al. Temperature and Lighting Control of Deep Water Culture Hydroponic System in Automatic Miniroom Space
CN104641980A (en) Ventilation heat-preservation type plant planting and cultivation device
RU2827480C1 (en) Method of determining optimal conditions for growing crops in artificial climate in cabinet with controlled microclimate
Alipon et al. Design of an Automated Irrigation and Lighting System for a Two-Tier Nutrient Film Technique Hydroponics

Legal Events

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

Effective date: 20161202