Автоматизированная система газоподкормки растений в культивационных сооружениях

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Цель изобретения - повышение качества газоподкормки. Цри включении по времени углекислотной подкормки в воздухе культивационного сооружения (КС) 3 начинается переходный процесс установления новой концентрации СО. Мгновенные значения (Л f0

CQK)3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

A t (19) (Н) (51)4AOI G 9 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3991900/30-15 (22) 17.12.85 (46) 15.08.87. Бюл. !(" 30 (71) Калмыцкий государственный университет (72) Г.Ф,Байдиков (53) 631.581.115(088.8) (56) Рысс А,А. Автоматизация технологических процессов и защищенном грунте. М.: Россельхоэиэдат, 1983, с.4951. (54) АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ CHCTFMA ГАЗОПОДКОРМКИ РАСТЕНИЙ В КУЛЬТИВАЦИОННЫХ

COOPУЖЕНИЯХ (57) Изобретение относится к сельскому хозяйству. Цель изобретения — повышение качества газоподкормки. При включении по времени углекислотной подкормки в воздухе культивационного сооружения (КС) 3 начинается переходный процесс установления новой концентрации СО . Мгновенные значения!

32967 концентрации, измеряемой газоанализатором 2 в течение переходного процесса, преобразуются с помощью аналого-цифрового преобразователя 6 и запоминаются в запоминающем устройстве 8. Первый счетно-решаюшупй блок (СРБ) 10 вычисляет конкретные napaMpTpbl объекта, используя эти мгновенные значения. Второй СРБ 13 по известным параметрам КС 3 вычисляет момент прекращения подачи СО с учетом постоянного запаздывания, величина которого установлена на третьем задатчике 11 концентрации. С помощью второго СРБ 13 определяются также необходимый уровень подачи углекислоты в КС для установления ее концентрации на желаемом значении и момент начала этой подачи с учетом saпаэдывания. С помощью таймера и устройств сравнения осуществляется переключение исполнительного механизма 4 подачи СО в КС по времени.

1 э п ° ф лы 1 иле

Изобретение относится к сельскохозяйственным cHcтемам автоматического управления параметрами микроклимата культивационных сооружений (теплиц, парников, камер искусственного климата) и может быть использовано для автоматической подкормки растений углекислым газом.

На чертеже представлена схема автоматизированной системы гаэоподкормки.

Автоматизированная система гаэоподкормки содержит первый задатчик 1 (ЗД) времени начала гаэоподкормки, газоаналиэатор 2 (ГА), культивационное сооружение 3 (КС), исполнительный механизм 4 (HM), первое устройство 5 сравнения (УС),аналого-цифровой преобразователь 6 (АЦП), первую схему И 7 (И), запоминающее устройство 8 (ЗУ), второй эадатчик 9 (ЗД) времени конца газополкормки, первый счетно-решающий блок 10 (СРБ), третий эадатчик 11 (ЗД) уровня концентрации, четвертый задатчик 12 (ЗД) конечной концентрации газа в культивационном сооружении 3 (КС), второй счетно-решающий блок 13 (СРБ), таймер 14 (ТМ), второе устройство сравнения 15 (УС), третье устройство сравнения 16 (УС), четвертое устройство сравнения 17 (УС), пятое устройство управления 18 (УС), вторую дополнительную схему И 19, первую схему HlIH 20, вторую схему ИЛИ 21 и триггерную схему 22 (ТР). Цифрами вне блоков на чертеже показаны номе5

1О

35 ра входов и выходов блоков, двойными линиями — те связи между блоками, по которым сигнал передается в виде цифрового кода (например, 16-разрядный набор "0" и "1", который передается по 16-ти проводам), в отличие от связей, показанных одной линией, сигнал по которым передается одним проводом.

Выход таймера 14 подключен .к первым входам УС 5, УС 15 и к вторым входам УС 17 и УС 18. Вторые входы

УС! 5, УС2 15 и первые входы УС 17, УС 18 присоединены соответственно к выходам ЗД 1, ЗД 9, второму и третьему выходам СРБ 13. Первый и второй входы дополнительной схемы

И 19 подключены соответственно к выходу УС 18 и к первому выходу СРБ 13, а ее выход присоединен к первому входу первой схемы ИЛИ 20, второй вход которой соединен с выходом УС 5 и с вторым входом АЦП 6. Первый и второй входы второй схемы ИЛИ 21 подключены соответственно к выходам второго 15 и четвертого 17 УС, а ее выход присоединен к R- âõîäó TP 22, S-вход которого подключен к выходу первой схемы ИЛИ 20. Вход исполнительного механизма 4 присоединен к выходу TP 22, а выход соединен с входом КС 3, выход которого. соединен с входом ГА 2.

Выход ГА 2 подключен к первому входу

АЦП 6 и к первому входу УС 16, второй вход которого присоединен к выходу третьего ЗД 11, а выход подключен к первому входу первой схемы И 7.

30 з 13296

Второй выход AIUI 6 присоединен к второму входу первой схемы И 7 и к второму входу ЗУ 8, перный вход которого подключен к перному выходу AIIII 6

5 а выход присоединен к первому входу первого СРБ 10. Второй вход первого

СРБ 10 подключен к выходу первой схемы И 7, а первый выход присоединен к перному входу второго СРБ 13 и к тре- Ið тьим входам ЗУ 8 и АЦП 6. Второй, третий и четвертый входы второго СРБ

13 подключены соответственно к второму выходу первого СРБ 10, к выходу первого ЗД I и к выходу четвертого 15

ЗД 12.

Система построена на известных элементах, Таймер, схемы И и ИЛИ, устройстна сравнения, триггер и запоминающее устройство могут быть реа- 2О лизованы на цифровых микросхемах, например серии К155, а счетно-решающие блоки — на больших интегральных схемах, например микропроцессорного комплекта серии КР580. В -качестве 25 аналого-цифрового преобразователя может быть использован цифровой вольтамперметр типа Щ68000, а в качестве газоанализатора — оптико-акустический прибор типа ГОА-4, Автоматизиронанная система газоподкормки, например углекислым газом работает следующим образом.

На ЗД 1, 9, 11 и 12 устанавливают соответственно время начала сеанса подкормки t время окончания сеанса t z, уровень концентрации СО, по достижении которой измеряют сигнал

IA 2 (величину этой установки подбирают при пуско-наладочных работах), 4р и желаемый (заданный) уровень концентрации углекислоты при подкормке растений.

Сигнал на выходе ТМ 14 постоянно нарастает и становится равным сигйа- 45 лу в момент t,. При этом на выходе

УС 5 появляется сигнал, поступающий на второй вход ИЛИ 20. Количество элементов ИЛИ в блоке 20 равно количеству, например, генераторов СО в блоке ИМ 4 (допустим, имеется 16 генераторов). Сигнал с УС 5 поступает одновременно на все вторые входы всех элементов ИЛИ 20 (одним проводом) и прОходит на ныхОд каждого элемента ИЛИ 20 (на выход 16-ти элементов ИЛИ), Далее этот сигнал (16 сигналон или 16 единиц в выходном коде ИЛИ ?О) поступает íà S-вход TP 22, 77 количество элементарных триггеров в котором равно количеству элементов

ИЛИ в блоке 20. Каждый из 16-ти ныходон элемента ИЛИ блока 20 связан с

8-входом одного элементарного триггера блока 22. Поэтому при поступлении с выхода ИЛИ ?О сигнала Hà S-вход TP

22 на выходе последнего появляется сигнал (н виде единиц на выходах всех

16-ти элементарных триггерон) р который включает ИМ 4 на полную мощность (нключает 16 генераторов СО„). При д этом на выходе ИМ 4 появляется сигнал подачи СО и в КС 3 поступает максимальное количество СОд. Количество углекислоты, подаваемой н КС

3, является управляющим воздействием

U в системе. Максимальное U в системе примем равным 1. Таким образом, в момент t, система отрабатывает 11=1 и обеспечивает наиболее быстрое повьппение концентрации СО в КС 3 до уровня С . Известно, что для этого к системе, которая начинает движение в момент t, под действием управления

U=l, необходимо приложить управление

U=0 (прекратить подачу СО ) через промежуток времени t„, отсчитываемый от который определяется из соотношения

К т

4 =

-(— ((— енр(-с„/у, >jI, (() К

) где коэффициент передачи К и постоянные времени Т, и Т вЂ” параметры передаточной функции системы

К е

w(p) (Т, +1) (Т +1) P имеющей чистое запаздывание с .

Тогда через промежуток времени отсчитываемый от t который равен

Т, Tz 1-ехр(-t„/Tz)

+ — — — — 1n — — — — — — ---, (2)

Т i Тд 1 -exp (tn/Т ) концентрация углекислоты достигнет

С с нулевой скоростью ее изменения.

Если в это время начать подачу СО н количестве, соответствующем управлению U

С

U (3)

К то концентрация углекислоты будет поддерживаться на уровне С . При таном управлении (по временит чистое

5 132967 запаздывание в системе не оказывает влияния на характер процесса повышения и стабилизации концентрации.

Для описанного управления необходимо знание параметров К, Т, и Т . Эти параметры зависят от скорости и направления ветра. В течение сеанса подкормки (1-3 ч) характеристики ветра практически не изменяются, поэтому и параметры К, Т, и Т постоянны 10 в течение сеанса. Однако в разных сеансах подкормки эти параметры могут иметь различные значения из-за изменения ветра в течение длительного промежутка времени между сеанса- 15 мие

Параметры К, Т, и Т определяются по разгонной.характеристике. При включении подкормки концентрация СО в

КС 3 начинает повышаться, а сигнал 20

ГА 2 нарастает пропорционально концентрации, но с запаздыванием .

Измерение сигнала ГА 2 (получение реализации разгонной характеристики)

25 и вычисление параметров производится следующим образом.

В момент t< сигнал с УС 5 поступает на второй вход АЦП 6 и включает его в работу. При этом АЦП 6 запускается от внутреннего генератора импульсов через равные промежутки времени g t и выходной сигнал ГА 2 преобразуется им в цифровой код, а по окончании каждого преобразования на втором выходе АЦП 6 вырабатывается импульс готовности, поступающий на вторые входы И 7 и ЗУ 8. Получив первый импульс готовности, ЗУ 8 sanoминает цифровой код, поступающий с первого выхода АЦП 6, соответствующий первому измерению С, в первой ячейке памяти, получив второй импульс готовности ЗУ 8 запоминает код поУ

45 ступающий с первого выхода АЦП 6, соответствующий второму измерению С во второй ячейке, и т.д. Таким образом, в ЗУ 8 запоминаются измерения

С; (i = 1, 2, 3,..., n) на переходном процессе, вызнанном приложением постоянного управления U=l. При достижении сигналом ГА 2 уровня сигнала С

ЗД ll на выходе УС 16 появляется сигнал, поступающий на первый вход И 7.

При этом очередной импульс готовности проходит через схему И 7 на ее выход.

Сигнал с выхода И .7 поступает иа второй вход СРБ IO и запускает его.

Последний вычисляет К, Т и Т

2 используя измерения С, поступающие

1 на его первый вход с выхода ЗУ 8. Эти вычисления осуществляютсяметодом регрессионного анализа, причем время запаздывания ь также может быть определено этим методом, но оно н алгоритме управления не используется и на величины параметров К, Т и Т

2. влияния ие оказывает, Дальнейшая работа системы осуществляется следующим образом. В момент окончания работы СРБ 10 на первом его выходе появляется импульс, поступающий на третьи входы ЗУ 8, АЦП 6 и на первый вход СРБ 13. Этот импульс обнуляет ЗУ 8, выключает АЦП 6 и запускает СРБ 13. Последний вычисляет промежутки времени t используя (1), t„ по формуле (2) и U» по формуле (3).

Затем СРБ 13 вычисляет моменты времени С и и, в которые необходимо производить переключения управления по выражениям (4)

4 И

Данные, необходимые для этих вы-. числений: С,, К, Т,, Т, t — поступают соответственно на четвертый, второй и третий входы СРБ 13. В момент времени (окончание вычисле6 ний) на втором выходе, блока 13 появляется выходной сигнал — время t, а на его третьем выходе сигнал — время t . В этот же момент времени на

e первом выходе СРБ 13 появляется сигнал, пропорциональный U в виде цифрового кода, количество единиц в котором равно количеству генераторов СО, которые необходимо включить для поддержания концентрации СО на заданном уровне (например, если U

= O 75 то необходимо включить

О 75 х 16 = 12 генераторов СО ). При достижении сигналом ТМ 14 уровня сигнала времени t на выходе УС 17 в момент появляется сигнал, который проходит через схему ИЛИ 21 на

R-вход ТР 22. R-входы всех элементарных триггеров в TP 22 объединены, поэтому сигнал приходит на них одним проводом. При этом выход TP 22 обнуляется и ИМ 4 отключается, прекращая подачу СО, а концентрация углекислоты начинает устанавливаться на уронне С . При достижении сигналом TM 14 уровйя сигнала t4 на выходе УС 18 появляется сигнал в момент tä . Этот

1 Автоматизированная система газоподкормки растений в культивационных сооружениях, включающая таймер, подключенный к входам первого и второго устройств сравнения, вторые входы которых подключены соответственно к первому задатчику времени начала и

7 1329677 8 сигнал поступает на первый вход схе- к второму эадатчику времени конца мы И !9. Количество элементов И в газоподкормки, а выходы — через перблоке 19 равно количеству разрядов в вую и вторую схемы ИЛИ к S- u R âõîкоде, поступающем с первого выхода дам триггерной схемы управления испол5

СРБ 13, и равно количеству элементов нительным механизмом подачи газа в

ИЛИ в блоке 20. Первые входы всех культивационное сооружение, оснащенэлементов И в блоке !9 объединены, ное газоанализатором, выход которого поэтому сигнал с выхода УС 18 подает- подключен к аналого-цифровому преобся одним проводом. На второй вход !О раэователю и к третьему устройству каждого элемента И схемы 19 посту- сравнения, к второму входу которого пает один разряд цифрового кода с пер- подключен третий задатчик уровня конвого выхода СРБ 13, в котором может центрации, а выход — к программному

It 1! ЕЕ 1! быть 0 или . Поэтому п р и п о я в - блоку управления г а э о и од к о рмк о и, и риле нии си г нала с выхода У С 1 8 н а п е р - Б ч ем выход третьего устройства с р авн евом входе сх емы И 1 9 на е е выходе ния через первую схему И подключен к (в выходном цифровом коде) появляется программному блоку управления гаэоtl 1( столько 1, сколько их содержится B подкормкой, а выход первого устройкоде на первом выводе СРБ !3, т.е. ства сравнения — к аналого-цифровому сколько генераторов необходимо вклю- 20 преобразователю, о т л и ч а ю щ а ячить (например, 12 генераторов). Сиг- с я тем, что, с целью повышения канал с выхода схемы И 19 проходит че- чества газоподкормки, например углерез ИЛИ 20 на S-вход TP 22 и перебра- кислым газом, система снабжена четсывает в нем столько элементарных вертым эадатчиком конечной концентратриггеров, сколько единиц поступило 25 ции газа в культивационном сооружес выхода И 19, включая необходимое нии, подключенным к программному блоколичество генераторов СО, При этом ку управления гаэоподкормкой, четверв КС 3 подается количество СО, ко- тым и пятым устройствами сравнения, торое необходимо для поддержания входы которых подключены к таймеру

1 концентрации углекислоты на заданном д0 и дополнительной схемой И, выход коуровне, торой подключен к второму входу перПри достижении сигналом с выхода вой схемы ИЛИ, а входы — к выходам

ТМ 14 уровня сигнала времени конца пятого устройства сравнения и прогазоподкормки на выходе УС 15 появля- граммного блока управления газоподется сигнал, который проходит через

35 кормкой подключенного выходами к

Э

ИЛИ 21 на Квход TP 22 и обнуляется четвертому и пятому устройствам сравего выход..1!одкормка заканчивается. нения, выходы которых подключены со1 ответственно к второму входу второй

Улучшение качества регулирования схемы ИЛИ и к. второму входу дополнив предлагаемой системе состоит в мак- 4р тельной схемы И. симально быстром затухании переходно- 2. Система по и.1, о т л и ч а юго процесса, который не сопровождает- щ а я с я тем, что программный блок ся перерегулированием и автоколеба- управления гаэоподкормкой выполнен ниями, обеспечивая повышение точнос- в виде последовательно подключенных ти регулирования до заданного уровня. 4Б к аналого-цифровому преобразователю запоминающего устройства, а также

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я первого и второго счетно-решающих блоков, выход первого из которых подключен также к запоминающему устрой5О ству и к аналого-цифровому преобразователю, а дополнительные входы второго связаны с выходами четвертого эадатчика конечной концентрации и первого задатчика времени начала гаэо55 подкормки