3.5. Автоматизація управління мікрокліматом у теплицях

Управління мікрокліматом в теплиці здійснюється за допомогою виконавчих механізмів для регулювання тем­ператури і витрат теплоносія (змішувальний клапан ТСК), відкривання і закривання вентиляційних фрамуг (багато- обертові механізми МЭМ, МЭМТ). У системах комбінова­ного обігрівання передбачене додаткове обігрівання повіт­ря за допомогою калориферів.

Зволоження повітря здійснюється розпиленням води через форсунки, полив грунту — через систему зрошення за допомогою насосів-дозаторів. Приплив сонячної радіа­ції, як правило, не регулюється. Лише окремі конструкції теплиць передбачають розгортання під дахом теплозахис­ного екрану.

Функціональна схема автоматизації мікроклімату в в теплиці наведена на рис. 3.3.

Системи обігрівання теплиць передбачають грунтове і надгрунтове обігрівання. Теплоносій (вода) надходить з енергопункту і розподіляється між системами обігрівання за допомогою розподільчого колектора. Для грунтового обігрівання використовується частина зворотної води, яка підмішується в розподільчий колектор підмішуючими на­сосами. Управління полягає в підтриманні в системі грун-

тового обігрівання температури води, яка не повинна пере­вищувати 40 °С.

Температура води в системах обігрівання блочних теп­лиць забезпечується триходовим змішувальним клапаном (ТСК), встановленим в енергопункті, єдиним для всього блоку теплиць.

Системи обігрівання кожцої ангарної теплиці під’єд- нують до магістралі через індивідуальний вузол, в зворот­ній лінії якого встановлений двоходовий регулюючий кла­пан.

Сукупність ангарних теплиць, об’єднаних, спільним да­хом у блочну конструкцію, має назву блочних теплиць. Для них характерне управління потужністю всієї системи обігрівання через зміну температури теплоносія, в той час як в ангарних теплицях стабілізація температури досяга­ється зміною витрати теплоносія.

Таким чином, основними управляючими впливами в хо­лодну пору року є зміна температури @_т і витрати О_т теп­лоносія в системі трубного обігрівання, включення кало­риферівК, а в теплу пору року — відкриття вентиляційних фрамуг Ф. Волога М⁷ надходить до теплиці від системи по­ливу і зрошення, а при наявності повітрообміну також з оточуючого середовища.

Контрольованими параметрами мікроклімату в теплиці є: температура повітря @_п; температура грунту 0_Г; темпе­ратура теплоносія 0_Т; вологість повітря 'фп.

'Контрольованими параметрами навколишнього середо­вища (розглядаються як збурення) є: зовнішня темпера­тура 0₃; освітленість Е\ швидкість вітру V; наявність опадів.

Крім контрольованих збурень, на мікроклімат у теп­лиці впливають вологість зовнішнього повітря, атмосфер­ний тиск тощо. На даний час розроблені схеми автоматич­ного управління мікрокліматом у теплиці. Всі вони функ­ціонують за принципом компенсації відхилення режимних параметрів від заданих і відрізняються схемн.ими рішен­нями, функціональною базою і якістю регулювання.

1. Комплект автоматики КТ-1 передбачає два контури регулювання температури. Перший підтримує температу­ру теплоносія 0т в системі трубного обігрівання за допомо­гою ПІ-регулятора, а другий — управляє температурою- повітря 0_П в теплиці за допомогою позиційного регулято­ра з зоною нечутливості +2 °С. При виході температури за межі норми регулятор управляє виконавчими механіз­мами: клапаном розходу теплоносія або вентиляційними фрамугами.

Двічі на добу реле часу змінює задану температуру по­вітря 0зад, узгоджуючи її з рівнем освітленості (вночі ниж­че на 4—6 °С).

При аварійному зниженні температури повітря до 0_тт, що свідчить про недостатню потужність системи водяного обігрівання, автоматично вмикається калорифер з власнок> системою регулювання.

2. Комплект УТ-12 складається з системи автоматично­го управління температурою повітря, температурою грунту, температурою поливної води, поливом грунту і зволожен­ням повітря.

Регулювання температури повітря здійснюється за тим же принципом, що і в попередньому випадку, але для під­вищення точності використаний принцип багатопозиційно­го регулювання (табл. 3.2).

Алгоритм управління залежить від знаку і величини відхилення температури від заданої.

Коригування заданої температури здійснюється згідно

з рівнем освітленості на трьох рівнях: £>>10, 2<£-<10 та Е<2 клк.

Система управління температурою грунту підтримує температуру теплоносія в системі підгрунтового обігріван­ня шляхом двопозиційного управління змішуючим клапа­ном.

Управління температурою поливної води і концентра­цією мінеральних добрив також двопозиційне, причому для поліпшення динамічних характеристик використовується імпульсний переривник. Частота і тривалість поливів, під­живлення і досвічення задаються програмно.

Недоліком комплектів КТ-1 і УТ-12 є автономність усіх контурів управління, що суттєво погіршує якісні показни­ки всієї системи управління мікрокліматом.

3. Комплект «Тельтов» є найбільш досконалою систе­мою автоматичного управління мікрокліматом у 10 авто­номних теплицях з коригуванням по збуренням. Регулю­вання температури здійснюється за принципом багатопо- зиційного регулювання, але карта роботи виконуючих механізмів відрізняється від попередньої величиною уста­новок (табл. 3.3).

На рис. 3.4 зображена схема автоматичної системи уп­равління мікрокліматом «Тельтов».

Поточна температура повітря в кожній теплиці 0_П вимі­рюється 4 датчиками температури. Сигнал розбалансу з підсилювача У1 надходить до порогових елементів 04 і ОБ, які спрацьовують в разі досягнення граничних відхи­лень температури ©шах і ©Шіп.

Установка регуляторів температури Р1—Р3 коригуєть­ся підсилювачем — суматором У2 як сума сигналів, про­порційних заданому значенню нічної температури (з еле­мента О6) та рівню освітленості (з елемента О7). Поточ­ний рівень освітленості Е в межах 0—50 клк вимірюється фотодатчиком ВЬ, перетворюється на постійну напругу 0—2,5 В, і через елемент витримки часу Ю та порогові елементи /)б і 07 надходить до підсилювача У2. Витримка часу в елементі Ш потрібна для забезпечення нечутли­вості схеми коригування температури при короткочасних -спалахах світла.

З підсилювача УЗ сигнал надходить до #/-регулятора Р3, який управляє за допомогою виконавчого механізму ВМЗ триходовим регулюючим клапаном КР\ водотрубно­го обігріву, а також на двопозиційні регулятори Р1 і Р2, які управляють за допомогою виконавчих механізмів ВМ1, ВМ2 двома групами калориферів КВ\ і КВ2.

Якщо система обігрівання теплиці має окремі конту­ри управління грунтовим і повітряним обігрівом, то при пониженні температури регулятор РЗ перемикається на управління повітряним обігрівом тільки після того, як грунтовий обігрів працюватиме на повну потужність.

Система автоматичного управління температурою грунту складається з двох контурів: внутрішнього малоінерцій- ного контура стабілізації температури теплоносія 0_Т з ПІ- регулятором Р6 і зовнішнього інерційного контура з П-ре- гулятором Р5, який змінює задану установку ПІ-регуля- тора залежно від температури грунту 0_Г. Відхилення температур грунту і теплоносія від заданих вимірюються відповідними датчиками, через елемент £>15, регулятор РЪ і ■ підсилювач-суматор У8 надходять до регулятора Р6, який за допомогою виконавчого механізму ВМ5 та ре­гулюючого клапана КР2 управляє температурою води в системі грунтового обігріву. При обмеженій потужності системи обігрівання контур управління температурою грун­ту має приорітет по відношенню до контура управління температурою повітря. Переключення ПІ-регулятора тем­ператури теплоносія на обігрів повітря відбувається лише після того, як грунтовий обігрів вмикається на повну по­тужність.

При перегріві повітря до 0тах автоматично вмикається система вентиляції.

Система управління вентиляцією складається з пере­микача SA 1, підсилювача-суматора У4, пропорційного регулятора РА, виконавчого механізму ВМ4 та вентиляцій­них фрамуг Ф. Залежно від стану перемикача 5Л1 регу­лятор РА працює як стабілізатор температури без кори­гування освітленості (положення 2) або регулює темпера­туру відповідно з рівнем освітленості (положення 3) чи працює від датчика відносної вологості г|)₂ в режимі осу­шення повітря методом «сухого опалення» (положення 1). Регулятор РА охоплений жорстким зворотнім зв’язком по положенню виконавчого механізму ВМА, що сприяє підви­щенню якості управління фрамугами Ф.

Цей же канал управління виключає можливість над­ходження до теплиці холодного повітря при зниженні тем­ператури зовнішнього повітря ©з До мінімальної. Сигнал від датчика зовнішньої температури через підсилювачі У5, У6 і перемикач SA2 надходить до регулятора Р4, який за допомогою ВМ4 закриває фрамуги.

По другому каналу через порогові елементи D9 і D10 до регулятора Р4 надходить сигнал блокування, який за­бороняє відкриття фрамуг від команд, що надходять з пе­ремикача 5/41. Робота регулятора Р4 на відкриття фрамуг блокується в разі зниження зовнішньої температури до (0—15 °С).

Система вентиляції має змінне обмеження ступеня від­криття фрамуг, яке залежить від зовнішньої температури. Величина зовнішньої температури обмежує відкриття вен­тиляційних фрамуг в діапазоні 4—40 %/град.

При зниженні зовнішньої температури до мінімальної, а також при підвищеній швидкості вітру відбувається при­мусове закриття вентиляційних фрамуг.

Швидкість вітру вимірюється анемометром BR, напруга з якого надходить до порогових елементів D11 і D12, які ви­значають відповідно мінімальне і максимальне значення швидкості вітру. Якщо при закритих фрамугах швидкість вітру досягне максимального значення, то через пороговий елемент D12, логічний елемент «АБО» D14 та підсилювач У7 на регулятор Р4 .надходить сигнал, що блокує відкрит­тя фрамуг від будь-яких інших сигналів.

Якщо фрамуги б$яи відкриті, то сигнал з елемента D14 через елемент витримки часу 3D (< 1 хв) та підсилювач У7 надходить до регулятора Р4 і викликає примусове за­криття фрамуг. Таким чином, короткочасне підвищення швидкості вітру не.викликає закриття фрамуг, а лише бло­кує їх відкриття.

При зменшенні швидкості вітру спрацьовує пороговий елемент ДІЇ і після витримки часу (2D) сигналами на ви­ходах елементів D13 і D14 заборона на відкриття фрамуг знімається.

Управління зволоженням повітря в теплиці здійснюєть­ся двопозиційним регулятором Р і виконавчим клапаном КР системи зволоження за сигналами від датчика воло­гості я|)і або датчиків температури повітря ©_п.

Задане значення мінімальної відносної вологості по­вітря коригується через елемент D3 від датчика BL залеж­но від освітленості. Датчик і|)і контролює відносну воло­гість в межах від 45 до 83 %, а коригування по освітле­ності відбувається в межах 1...7 %. При зменшенні освіт­леності до заданого рівня елемент D2 блокує схему вклю­чення зволоження.

Управління поливами здійснюється за програмою в та­кій послідовності: пуск, робота, повторний пуск, перери­вання програми поливу в разі появи команди па зволо­ження, відновлення поливу після закінчення циклу зво­ложення і зупинка.

Зупинка програми відбувається також при підвищенні температури поливної води або в разі припинення її пода­чі, а також при зниженні освітленості нижче 2 клк.

Система управління мікрокліматом «Тельтов» перед­бачає автоматичне трипозиційпе регулювання вологості повітря. При відхиленні відносної вологості від заданої вмикається система автоматичного управління зволожен­ням або осушенням повітря. Осушення повітря здійснюєть­ся методом «сухого опалення» шляхом підвищення темпе­ратури-повітря за рахунок калориферного обігрівання з на­ступним відкриванням вентиляційних фрамуг. При цьому автоматична система управління температурою повітря бло­кується.

При зменшенні вологості або критичному зростанні тем­ператури повітря на 10° вище заданої «сухе опалення» при­пиняють.

Вночі для зменшення теплових витрат під дахом розгор­тається теплозахисний екран. Вдень він запобігає радіа­ційному перегріванню рослин, автоматично розгортаючись при освітленості Е>Е_тах-

Система автоматичного управління підживленням рос­лин вуглекислим газом функціонує лише за умов Е^>Е_т\_п, і|)<С'фтах по концентрації С0₂, яка вимірюється газоаналі­затором. Виконавчі механізми приводяться в дію двопози- ційними регуляторами.