Автоматическое управление температурным режимом в теплицах
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
его качество. При этом нужно учесть, что растению в различные фазы его жизненного цикла требуется разная температура окружающей среды. Для нормального роста, развития и плодоношения растений необходимы влага и углекислый газ, причём в определённых соотношениях в зависимости от температуры воздуха. Сама же температурная среда должна определяться уровнем освещённости.
Таким образом, на растение оказывают влияние сразу несколько факторов среды. Учесть это влияние и создать оптимальное сочетание параметров микроклимата в теплицах возможно лишь с помощью автоматизации технологического процесса.
Экономия энергии на обогрев помещения может быть достигнута:
за счет установки дополнительных временных ограждений, например, размещения полимерной плёнки между остеклением и трубами обогрева
(экранирование боковых ограждений теплицы способно сэкономить до 20% тепла);
за счет регулярного ремонта остекления и тщательной регулировки привода форточек, обеспечивающей их полное закрытие;
за счет рационального размещения труб обогрева ( в соответствии с требованиями СНиП П-100-75, не менее 40% общего количества тепла должно быть подано в зону высотой 1 м над поверхностью грунта);
за счет увеличения теплоизоляции наружных участков теплотрассы;
за счет автоматического управления температурным режимом, которое может понизить температуру воздуха в теплице без какого-либо нарушения технологического процесса выращивания овощей.
Автоматические устройства способны обеспечить значительную экономию тепла за счет понижения температуры воздуха в ночные часы и в часы недостаточной освещенности.
2. Характеристика теплицы как объекта управления
Современная теплица как объект управления температурным режимом характеризуется крайне неудовлетворительной динамикой и нестационарностью параметров, вытекающими из особенностей технологии производства (изменение степени загрязнения ограждения, нарастание объёма листостебельной массы и т.д.). В то же время агротехнические нормы предписывают высокую точность стабилизации температуры (1С), своевременное её изменение в зависимости от уровня фотосинтетически-активной облученности, фазы развития растений и времени суток. Все эти обстоятельства предопределяют высокие требования к функционированию и качественному совершенствованию оборудования автоматизации. Представим объект управления (теплицу) в виде черного ящика рисунок 1; выходные величины которого указаны справа (температура, влажность, освещенность внутри теплицы).
Управляемые величины на рисунке 1 изображены сверху. К ним относятся параметры теплоносителя. Контролируемые факторы на рисунке изображены слева. К ним относятся: температура наружного воздуха, солнечная радиация, влажность наружного воздуха, скорость ветра. Перечисленные выше контролируемые факторы можно отнести к так называемым возмущениям, вызывающим отклонение от оптимальных режимов. структурная схема теплицы как объекта управления представлена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 -Теплица как объект управления (биологический и технический).
3. Анализ путей автоматизации теплицы
.1 Энергосберегающие системы автоматического управления
Энергосберегающие системы автоматического управления - это системы, алгоритм которых направлен на то, чтобы осуществить технологический процесс при пониженных по сравнению с существующими энергетических затратах. Наиболее эффективны ЭССАУ, которые обеспечивают минимум энергетических затрат:
Q/П min, (3.1.1)
где Q - расход электроэнергии, затраченной на получение продукции, кВтч;
Q=Qт+Qпот, (3.1.2)
где Qт - затраты энергии на выполнение технологического процесса;
Qпот - потери энергии, вызванные несовершенством технологии, оборудования и материалов.
Применительно к теплицам будем условно считать, что Qт - это затраты на компенсацию теплопотерь с поверхности теплицы в окружающую среду. К потерям энергии, вызванным несовершенством технологии, можно отнести потери, связанные с открыванием дверей и ворот теплицы.
Условие (3.1.1) обычно дополняется какими-либо ограничениями, которые характеризуют диапазон изменения факторов и касаются минимально допустимой температуры, ниже которой наступает нарушение развития растений.
Для снижения энергоемкости процесса прежде всего надо стремиться снизить технологический расход энергии Qт. Эта величина определяется размерами и тепловыми характеристиками помещений, а также расходом воздуха и разностью температур воздуха и окружающей среды. Чем ниже температура воздуха в помещении, тем ниже Qт. Однако снижение температуры в помещении ведёт к снижению продуктивности, поэтому её снижение ограничено агротехническими требованиями. Для каждой культуры опытным путём установлена температура воздуха, ниже которой продуктивная способность снижается. Таким образом, задача САУ сводится к стабилизации температуры на заданном уровне. Системы такой стабилизации являются простейшими ЭССАУ.
Однако стабилизация температуры и влажности в теплице не является лучшим решением проблемы. Дело в том, что в реальных условиях развитие растений происходит при постоянно меняющихся параметрах микроклимата. Так, температура воздуха ночью обычно ниже, чем днём, весной и осенью ниже, чем летом. Живые организмы за долгую эволюцию приспособились к таким изменениям. Поэтому необходимая для их развития темпе