Система газации растений в теплицах

 

Изобретение относится к сельскохозяйственным системам автоматического управления параметрами микроклимата теплиц и может быть использовано для автоматической 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4 А 01 С 9/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГосудАРственный кОмитет сссР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4230775/30-15 (22) 15.04.87 (46) 07.12.88. Бюл. № 45 (71) Калмыцкий государственный университет (72) Г. Ф. Байдиков, В. П. Шарупич и Н. Н. Рогачев (53) 541.144.75.6812 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1329677, кл. А 01 G 9/18, 1985. (54) СИСТЕМА ГАЗАЦИИ PACTEHHA В

ТЕПЛИЦАХ (57) Изобретение относится к сельскохозяйственным системам автоматического управления параметрами микроклимата теплиц и может быть использовано для автоматичес,.Я0„„1442132 A 1 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.

1442132

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 газации 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 блок 7 управления 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 v виде счетно-решающего блока, а блок 13— в виде исполнительного механизма 19 подачи газа в теплицу, триггера 20 и элементов 21 и 22. Блок !4 содержит датчик 23 скорости ветра, датчик 24 освещенности, АЦП 25.

Блоки 15 и 16 выполнены в виде счетнорешающих 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 в теплицу на полную мощность (включаются,, например, все генераторы СО ). Практически это происходит следующим образом. Импульс с выхода элемента 9 сравнения поступает на первый вход элемента ИЛИ 21, количество элементов ИЛИ в которой равно количеству генераторов СО (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 исполнительного механизма 19.

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. посту пают реализации разгонной характеристики объекта). Блок 7 с помощью счетно-решающего блока 18 определяют по разгонной характеристике объекта коэффициент передачи Кс и постоянные времени теплицы, а также„используя сигналы с выходов первого 1 и второго 2 задатчиков, определяет момент времени 1„, в который следует отключить подачу СО в теплицу с тем, чтобы концентрация углекислоты в ней достигала заданного уровня с нулевой скоростью изменения, и, кроме того, определяет момент времени t„, в который концентрация СО достигает желаемого уровня.

Моменты времени 1„и t (в виде цифровых кодов) поступают соответственно с первого и

aTcporo выходов блока 7 на первые входы третьего 11 и четвертого 12 элементов сравнения. В блоке 7 вычисляется также управляющее воздействие U ", которое достаточно чриложить к системе, чтобы стабилизировать концентрацию СО> в теплице на заданном уровне (если в течение газации коэффициент передачи К0 не изменяется). Это воздействие вычисляется по формуле

U":= —

C (!)

КО

Величины U" и К поступают (в цифровом виде) с третьего выхода блока 7 на 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 счетнорешающий 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 15 будут осредненные зна1442132 чения величин внешних параметров за время, прошедшее после начала газации.

При достижении текущим временем момента времени переключения управления t 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

U, 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 „ 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 Uдля 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 U определяется с помощью счетно-решающего блока

28 путем вычисления его, например, по формуле

U= U + Ca(I(i(V — Vp)+As. P(I — А))) +

+(C> — C)/Êp, (2) а затем вычисляется необходимое количест во N работающих генераторов СО по фор муле (3) N=16. Ug где К> и К вЂ” коэффициенты, учитывающие влияние .изменения скорости ветра и освещенности соответственно; P стадия развития растений; Vp u Ip — средние, V u I — текущие значения, соответственно скорости вет5

55 ра и освещенности; С вЂ” текущее значение концентрации углекислоты в теплице.

Переменные, необходимые для этих вычислений (V H I, Vp H Ip, С, Сз, U* H Kp, P), 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 (Ki и К ) предусмотрены в блоке 16.

Сигнал, пропорциональный U, 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 N в виде кода, количество единиц в котором равно N (например, если N=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 S- u

R-входы триггера 20 в нем перебрасываются в «1» N (десять) элементарных триггерных ячеек, à 16=N (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 U 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 C=0,125Î, а коэффициент передачи объекта, вычисленный в блоке 7, равен Kp=0,25. Тогда на третьем выходе блока 7 1/*=0,5, что соответствует включению N=8 генераторов СО .

1442132

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. V — V0=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 в теплице, газируемой с помощью известной системы, после 2 ч газации

С вЂ” Êii U"=0,1Я, т. е. ошибка регулирования по прототипу составит 2О4.

1 .Э

В блоке 16 предлагаемой системы при таком изменении ветра и освещенности управляющее воздействие корректируется в соответствии с формулой (2) U=0,625, а количетсво работающих генераторов СО составляет N=10. Тогда концентрация углекисло- 20 ты в теплице, газируемой с помощью предлагаемой системы, после 2 ч газации

С=Ко U=O 125ог т. е. также равна заданной, в чем и прояв25 ляется 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

Кц при корректировке управляющего воздействия).

Формула изобретения

Система 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 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.