Система газации растений в теплицах

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 14421 01 б 9/18 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ниверси(57) Изобретение отственным системамления параметрамиможет быть использ ИИ РАСТЕНИЙ В осится к сельскохозяивтоматического управикроклимата теплиц и вано для автоматичесУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СС1329677, кл. А 01 6 9/18, 1985 кой газации растений углекислотой (углекислотная подкормка). Целью изобретения является повышение точности работы системы газации растений в теплицах. С помощью задатчиков 1 и 3, элементов сравнения 9 и 10 производятся включение и отключение устройства подачи газа 13 в теплицу 4 по времени, которое отсчитывает таймер 8. В момент начала газации в теплице начинается переходный процесс повышения концентрации, которая фиксируется газоанализатором 5, и данные передаются через аналогоцифровой преобразователь 6 в блок 7, который обеспечивает определение параметро теплицы 4 и оптимальный вывод концентрации на уровень, установленный на задатчике 2, 1 ил.Изобретение относится к сельскохозяйственным системам автоматического управления параметрами микроклимата теплиц и может быть использовано для автоматической газации растений углекислотой (углекислотной подкормки).Целью изобретения является повышение точности работы системы газации растений в теплицах.На чертеже представлена блок-схема системы газации растений в теплицах.Система газа ции растений в теплицах содержит задатчик 1 времени начала газации, задатчик 2 конечной концентрации, задатчик 3 времени конца газации, теплицу 4, газоанализатор 5, аналого цифровой преобразователь (АЦП) 6, программный блокуправления газацией, таймер 8, элементы 9 - 12 сравнения, исполнительное устройство 13 подачи газа в теплицу, блок 14 датчиков внешних параметров, блок 15 осреднения параметров, блок 16 коррекции управления и задатчик 7 стадии развития растений, АЦП 18 освещенности. Блок 7 выполнен е виде счетно-решающего блока, а блок 13 - в виде исполнительного механизма 19 подачи газа в теплицу, триггера 20 и элементов 2 и 22. Блок 4 содержит датчик 23 скорости ветра, датчик 24 освещенности, АЦП 25. Блоки 15 и 16 выполнены в виде счетно- решающих блоков.Автоматизированная система газации растений, например, углекислым газом работает следующим образом. На задатчиках 1 - 3 устанавливают соответственно время начала газации, желаемый (заданный) уровень концентрации углекислоты в теплице Сз и время конца газации, а на четвертом .задатчике 17 - стадию развития растений в виде числа, равного отношению суммарной площади листьев растений в теплице к площади ее основания. Сигнал на выходе таймера 8 постоянно нарастает и в момент начала газации становится равным сигналу с выхода задатчика 1. При этом на выходе элемента 9 сравнения появляется импульс, поступающий на первый вход устройства 13, в результате чего включается подача СО 2 в теплицу на полную мощность (включаются например, все генераторы СО 2). Практически это происходит следующим образом. Импульс с выхода элемента 9 сравнения поступает на пер вый вход элемента ИЛИ 21, количество элементов ИЛИ в которой равно количеству генераторов СО 2 (16 генераторов). Этот импульс поступает на все первые входы элементов ИЛИ, которые об ьединены, в результате чего на 16-ти выходах элемента ИЛИ 21 появляются импульсы, поступающие на входы 16-ти элементарных триггерных ячеек триггера 20, которые перебрасываются в состояние , включая 16 генераторов СО 2 исполнительного механизма 19. 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 В теплице начинается переходный процесс повышения концентрации углекислоты. Одновременно с включением устройства 13 на полную мощность импульс с выхода элемента 9 сравнения включает блок 6 по второму выходу, который начинает запускаться от внутреннего генератора через равные промежутки времени. При этом сигнал с выхода газоанализатора 5 преобразуется в цифровой код, который поступает на третий вход блока 7. Таким образом, в блок 7 поступают измеренные значения концентрации СО на переходном процессе, вызванном включением газации (т. е. поступают реализации разгонной характеристики объекта). Блок 7 с помощью счетно-решающего блока 18 определяют по разгонной характеристике объекта коэффициент передачи Кс и постоянные времени теплицыа такжеиспользуя сигналы с выходов первого 1 и второго 2 задатчиков, определяет момент времени 1, в который следует отключить подачу СО 2 в теплицу с тем, чтобы концентрация углекислоты в ней достигала заданного уровня с нулевой скоростью изменения, и, кроме того, определяет момент времени 1, в который концентрация СО 2 достигает желаемого уровня. Моменты времени 1 и 1 к (в виде цифровых кодов) поступают соответственно с первого и второго выходов блока 7 на первые входы третьего 11 и четвертого 12 элементов сравнения, В блоке 7 вычисляется также управляющее воздействие Уф, которое достаточно приложить к системе, чтобы стабилизировать концентрацию СО 2 в теплице на заданном уровне (если в течение газации коэффициент передачи Кю не изменяется). Это воздействие вычисляется по формулез(1)КюВеличины (/" и К, поступают (в цифровом виде) с третьего выхода блокана шестой вход блока 16.Импульс с выхода первого устройства 9 сравнения включает также блок 14 по первому входу, конкретнее АЦП 25, который начинает запускаться от внутреннего генератора, преобразуя каждый раз сигнал с выхода датчика 23 скорости ветра в цифровой код. По окончании каждого преобразования на втором выходе преобразователя 25 появляется импульс готовности, запускающий АЦП 26, который преобразует сигнал с выхода датчика 24 освещенности в цифровой код. Импульс готовности преобразователя 26 поступает на первый вход блока 15 (по одному проводу), запуская каждый раз счетно- решающий блок 27, который вычисляет по рекуррентным формулам средние значения скорости ветра и освещенности, импользуя данные, поступающие на его входы от преобразователей 25 и 26. Таким образом, каждый раз по окончании работы блока 27 на выходе блока 5 будут осредненные зна 1442132чения величин внешних параметров за время, прошедшее после начала газации.При достижении текущим временем момента времени переключения управления 1, сигнал с выхода таймера 8 становится равным сигналу на первом выходе блока 7, в результате чего на выходе третьего элемента 11 сравнения появляется сигнал, который поступает на четвертый вход блока 7 и на второй вход блока 15, запрещая дальнейшую работу этих блоков. При этом сигналы на выходах блоков 7 и 15 (величины(1 ф, Ко и осредненные значения внешних параметров соответственно) сохраняются. Сигнал с выхода третьего элемента 11 сравнения поступает также на третий вход устройства 13 и отключает подачу СО в теплицу. Это происходит следующим обрааом, Импульс с выхода третьего элемента 11 сравнения поступает на первые входы всех 16-ти элементов ИЛИ 22, которые объединены, в результате чего на 16-ти выходах схемы элементов ИЛИ 22 появляются импульсы, поступающие на входы 16-ти элементарных триггерных ячеек триггера 20, которые перебрасываются в состояние О, отключая все генераторы СО исполнительного механизма 19.В момент времени 1 концентрация углекислоты в теплице достигает заданного уровня с нулевой скоростью изменения, а сигналы на входах четвертого элемента 12 сравнения становятся равными, при этом на его выходе появляется сигнал, включающий в работу блок 16, который начинает запускаться каждый раз с приходом импульса готовности от блока 14 (запускается счетно-решающий блок 28 блока 16 импульсом готовности с второго выхода АЦП 26, приходящим на блок 28 по одному проводу). После каждого запуска блок 16 определяет необходимое управляющее воздействие (1 для поддержания концентрации углекислоты в теплице на заданном уровне с учетом изменений внешних параметров, а также в зависимости от отклонения текущего значения концентрации СО от ее заданного значения, Управляющее воздействие 11 определяется с помощью счетно-решающего блока 28 путем вычисления его, например, по формуле1.1=0+ Сз КЯ - Уо)+К Р(1 - 1 о)+ +(С - С)/Ко, (2) а затем вычисляется необходимое количест во Л работающих генераторов СО по фор муле(3)где К и К, - коэффициенты, учитывающие влияние.изменения скорости ветра и освещенности соответственно; Р стадия развития растений; о и 1 о - средние,и 1 - текущие значения, соответственно скорости вет 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ра и освещенности; С - текущее значение концентрации углекислоты в теплице. Переменные, необходимые для этих вычислений (Ки 1, ои 1 о, С, Сз, Уи Ко, Р); поступают на входы блока 16 соответственно с выхода блока 14, блока 15, АЦП 6, второго датчика 2, блока 7 и четвертого задатчика 17, а постоянные (К, и К) предусмотрены в блоке 16.Сигнал, пропорциональный (1, в виде цифрового кода поступает с выхода блока 16 на четвертый вход устройства 13, в результате чего в теплицу подается такое количество газа, которое достаточно для поддерживания концентрации углекислоты на заданном уровне. Это осуществляется следующим образом. Число М в виде кода, количество единиц в котором равно М (например, если У=10, то код 0000001111111111), поступает на второй вход схемы элементов ИЛИ 21, а это же число в обратном коде (1111110000000000) поступает на третий вход схемы элементов ИЛИ 22. В результате прохода этих кодов соответственно на 5- и Я-входы триггера 20 в нем перебрасываются в 1 М (десять) элементарных триггерных ячеек, а 16=% (шесть) ячеек - в состояние О, обеспечивая включение необходимого количества генераторов СО исполнительного механизма 19.При изменении внешних параметров, которые определяются блоком 14 (скорость ветра, освещенность), а также при отклонении текущего значения концентрации СО от заданного значения, что может произойти изза изменения неопределяемых параметров (например, состав минерального питания), управление (/ корректируется, например, по формуле (2) и, тем самым, обеспечивается стабилизация концентрации углекислоты в геплице на желаемом уровне,В момент времени конца газации на выходе второго элемента 10 сравнения появляется сигнал, который поступает на второй вход блока 14, останавливая его работу (включая АЦПВ 25), а также поступает на третий вход АЦП 6 и выключает его. Этот же сигнал поступает на второй вход устройства 13, прекращая подачу газа, аналогично тому, как это делается сигналом с выхода третьего элемента 11 сравне- ния, описанным путем. Газация прекращается.Эффект повышения точности регулирования предлагаемой системой по сравнению с известной поясним на примере их работы в условиях изменения скорости ветра и освещенности.Пусть заданное значение концентрации СО в теплице, которое выставлено на втором задатчике 2 равно С=0,125 о, а коэффициент передачи объекта, вычисленный в блоке 7, равен Ко=0,25. Тогда на третьем выходе блока 7 11=0,5, что соответствует включению %=8 генераторов СО.Такое количество генераторов работает в теплице в течение всего времени газации по прототипу. Предположим, что после 2 ч газации скорость ветра увеличилась на 2 м/с (т. е.- 1"о=2 м/с), а освещенность увеличилась на 10000 лк (т. е. 1 - 10= =10000), в результате чего коэффициент передачи объекта уменьшился до К=0,2. Тогда концентрация СО 2 в теплице, газируемой с помощью известной системы, после 2 ч газацииС=КО Уф=0,1 Я,т. е. ошибка регулирования по прототипу составит 2 О 4., 1.)В блоке 16 предлагаемой системы при таком изменении ветра и освещенности управляющее воздействие корректируется в соответствии с формулой (2) 0=0,625, а количетсво работающих генераторов СО составляет И=10. Тогда концентрация углекисло ты в теплице, газируемой с помощью предлагаемой системы, после 2 ч газацииС=Ко 0=0,125/25 т, е. также равна заданной, в чем и проявляется эффект повышения точности регули рования,Кроме того, управляющее воздействие в предлагаемой системе изменяется также и в случае отклонения текущего значения концентрации от его заданного значения, что повышает точность ее работы. Корректировка управляющего воздействия по этому отклонению производится с учетом величины коэффициента Ко (формула 2), которая вычисляется в блоке 7 и используется в блоке 16, что также приводит к выигрышу в точности. Иными словами, совместная работа блоков 7 и 16 дает больший эффект повышения точности, чем суммарный эффект от их работы по отдельности (без использования Ко при корректировке управляющего воздействия).Формула изобретенияСистема газации растений в теплицах, содержащая четыре элемента сравнения, программный блок управления газацией, первый вход которого подключен к задатчику времени начала газации, выход которого соединен с первым входом первого элемента сравнения, задатчик времени конца газации, который подключен к первому входу второго элемента сравнения, а первые входы третьего и четвертого элементов сравнения соединены соответственно с первым выходом программного блока управления газацией, второй вход которого подключен к задатчику 55 конечной концентрации, а третий вход - к выходу аналого-цифрового преобразователя, при этом первый вход последнего связан с выходом газоанализатора, вход которого сообщен с теплицей, а вторые входы первого, второго, третьего, четвертого элементов сравнения подключены к выходу таймера, выход первого элемента сравнения соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя и первым входом первого элемента ИЛИ устройства подачи газа, выход второго элемента сравнения подключен к третьему входу аналого-цифрового преобразователя и первому входу второго элемента ИЛИ устройства подачи газа, выход третьего элемента сравнения соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ устройства подачи газа и четвертым входом программного блока управления газацией, выходы первого и второго элементов ИЛИ устройства подачи газа подключены к входам триггера устройства подачи газа, выход которого соединен с входом наполнительного механизма устройства подачи газа, выход которого подключен к входу теплицы, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности работы системы газации растений в теплицах, в нее введены блок датчиков внешних параметров, блок осреднения параметров, блок коррекции управления и задатчик стадии развития растений, причем блок датчиков внешних параметров выполнен в виде датчика скорости ветра и датчика освещенности, выходы которых соответственно подключены к первым входам аналого-цифрового преобразователя скорости ветра и аналого-цифрового преобразователя освещенности, второй и третий входы аналого-цифрового преобразователя скорости ветра соединены соответственно с выходами первого и второго элементов сравнения, а первый вход подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя освещенности, первый вход которого соединен с первым входом блока коррекции управления и первым входом блока определения параметров, второй выход подключен к второму входу блока коррекции управления и второму входу блока осреднения параметров, третий вход которого соединен со вторым выходом аналого-цифрового преобразователя скорости ветра, который подключен к второму входу блока коррекции управления, третий вход последнего соединен с выходом задатчика стадии развития растений, четвертый вход подключен к выходу блока соединения параметров, а пятый вход соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, шестой вход подключен к выходу задатчика конечной концентрации, седьмой вход соединен с третьим выходом программного блока управления газацией, восьмой вход подключен к выходу четвертого элемента сравнения, первый выход блока коррекции управления соединен с третьим входом элемента ИЛИ исполнительного устройства, а второй выход подключен к второму входу первого элемента ИЛИ устройства подачи газа, четвертый вход блока осреднения параметров соединен с выходом четвертого элемента сравнения.