Установка для содержания водных организмов
(«>997635
ОП ЫСАНИЕ
ЫЗЬБРЕТЕН ЫЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 08.07.8! (21) 3312675/28-13 (51) М.К . с присоединением заявки №вЂ”
А 01 К 61/00
Гвеудврстееллые квмитет
СССР (23) Приоритет—
Опубликовано 23.02.83. Бюллетень № 7 (53) УДК 639.331 (088.8) лв аллам лэевретений к вткрмтий
Дата опубликования описания 28.02.83 (72) Авторы изобретения
Н. А. Луценко, В. В. Казимирчак и М. М. Сидляр
1 : ::(Киевский ордена Ленина государственный университет,, и м. Т. Г. Шевченко 1 (71) Заявитель (54) УСТАНОВКА ДЛЯ СОДЕРЖАНИЯ ВОДНЫХ
ОРГАНИЗМОВ
Изобретение относится к гидробиологии и экологии, в частности к установкам для содержания, выращивания и исследования водных и земневодных организмов.
Известна установка для содержания водных организмов, содержащая резервуар для помещения организмов, выполненный с конусообразным дном и центральным стоком воды, и замкнутый контур циркуляции воды, в который входят емкость подготовки воды и устройство для аэрации воды, связанное с устройством для подачи воздуха (1).
Однако эта установка не позволяет длительное время содержать земноводные организмы в условиях, близких к естественным.
Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является установка для содержания водных организмов, включающая сборно-разборный герметичный резервуар для помещения организмов, имеющий корпус, куполообразную крышку, ложное выпуклое перфорированное дно и конусообразное основное дно с центральным стоком воды, оборудованный датчиками температуры, давления и относительной влажности воздуха, а также замкнутым контуром циркуляции воды, содержащим систему фильтров, насос подачи воды, холодильник, нагреватель и сборно-разборную герметичную емкость для подготовки воды и
5 воздуха заданных параметров с дефлегматором и барботером, подключенным при помощи трубопровода с регулирующим вентилем к устройству для подачи воздуха на аэрацию, систему подачи воздуха, состоя,о щую из линии регулирования давления воздуха с регулирующими вентилями и линией подачи осушенного и увлажненного воздуха, образованных воздухопроводами, двумя теплообменниками, расположенными в емкости для подготовки воды и воздуха задан15 ных параметров над барботером, и осушительной колонкой, связанной с одним из теплообменников, регулятор температуры воды, связанный с холодильником и электронагревателем, и установленные на линиях подачи осуц енного и увлажненного воздуха регулирующие вентили, связанные с датчиком относительной влажности воздуха (2).
Основные недостатки известной установки для содержания водных организмов заключаются в ограниченных ее функциональ997635
2О
ЗО
Э5
41
55 яых возможностях, недостаточной точности и невозможности синхронного воспроизведения климатических параметров в заданном масштабе времени для обеспечения or>тимальных условий содержания живых организмов разных экологических групп.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и 00лее точное и синхронное воспроизведение климатических параметров в заданном масштабе времени для обеспечения оптимальных условий содержания живых организмов разных экологических групп.
Поставленная цель достигается тем, что в установке для содержания водных организмов, включающей сборно-разборный герметичный резервуар для помещения организмов, имеющий корпус, куполообразную крышку, ложное выпуклое перфорированное дно и конусообразное основное дно с центральным стоком, воды, оборудованный датчиками температуры. давления и относительной влажности воздуха, а также замкнутым контуром циркуляции воды, содержащим систему фильтров, насос подачи воды, холодильник, нагреватель и сборно-разборную герметичну о емкость для подготовки воды и воздуха заданных параметров с дефлегмгтором и барботером, подключенным при помощи трубопровода с регулирующим вентилем к устройству для подачи воздуха на аэрацию, систему подачи воздуха, состояц1ую из линии регулирования давления воздуха с регулирующими вентилями и лиHHH подачи осушенного и увлажненного воздуха, образованных воздухопроводами, двумя теплообменниками, расположенными в емкости для подготовки воды и воздуха . заданных параметров над барботером, и осушительной колонкой, связанной с одним из теплообменников, регулятор температуры воды, связанный с холодильником и электронагревателем, и установленные на линиях подачи осушенного и увлажненного воздуха регулирующие вентили, связанные с датчиком относительной влажности воздуха, корпус резервуара для помегцения организмов соединен с конусообразным основным дном посредством кольцевой площадки, куполообразная крышка выполнена внутри из ячеек в форме сот, каждая из которых имеет светоотражающую поверхность и снабжена источником искусственного света, на линии подачи увлажненного воздуха установлена сборно-разборная герметическая емкость для подготовки увлажненного воздуха, подключенная к теплообменнику линии подачи увлажненного воздуха и оснащенная барботером, связанным с устройством для подачи воздуха на аэрацию, при этом система подачи воздуха дополнительно содержит линию подачи термостатированного воздуха заданной влажности, включающую компрессор холодильник и электронагреватель для корректировки температуры воздуха, линии осушенного и увлажненного воздуха посредством регулирующих вентилей, связанных с компрессором линии подачи термостатированного воздуха заданной влажности, а линия регулирования давления воздуха оснащена компрессором.
Причем установка снабжена комплексом автоматического регулирования климатических параметров, резервуар для помещения организмов оснащен датчиком интенсивности светового излучения по спектральным составляющим и датчиком температуры воды, а емкость для подготовки воды и воздуха заданных параметров — датчиком концентрации растворенного в воде кислорода, при этом датчики температуры, давления и влажности воздуха, температуры воды, интенсивности светового излучейия по спектральным составляющим и концентрации растворенного в воде кислорода связаны посредством усилителей с комплексом автоматического регулирования климатических параметров, а последний с помощью регуляторов климатических параметров — с холодильником и электронагревателем контура циркуляции воды, холодильником и нагревателем линии подачи термостатированного воздуха заданной влажности, а также с регулирующими вентилями линий увлажненного и осушенного воздуха, линии регулирования давления воздуха и приводом компрессора этой линии, и с регулирующим вентилем воздухопровода устройства для подачи воздуха на аэрацию.
Кроме того, комплекс автоматического регулирования климатических параметров состоит из пульта ввода и управления заданными климатическими параметрами, управляющего микропроцессора, автономного календаря — часов, системы индикации и фактических параметров и цифровой следящей системы, при этом выходы пульта управления связаны с управляющим микропроцессором системой индикации и календарем — часами, выходы календаря— часов — с входами системы индикации, цифровой следящей системы и управляющего микропроцессора, выходы последнего — с входами цифровой следящей системы и системы индикации, выход цифровой следящей системы подключен к регуляторам климатических параметров, а усилители сигналов климатических параметров связаны с цифровой следящей системой и управляющим микропроцессором.
Причем автономный календарь — часы имеет генератор тактовых импульсов, делитель с регулируемым коэффициентом частоты и счетчики минут, часов, суток, месяцев и годов.
На фиг. I изображена блок-схема предлагаемой установки; на фиг. 2 — резервуар для помещения организмов в вертикальном разряде, общий вид; на фиг. 3 — фрагмент
997635
5 конструкции куполообразного свода резервуара для помещения организмов; на фиг.
4 — функциональная схема работы установки для содержания водных организмов; на фиг. 5 — функциональная схема цифровой следящей системы; на фиг. 6 — функциональная схема управляющего микропроцессора и системы индикации; на фиг. 7 пульт ввода и управления задайными климатическими параметрами и отображения информации об основных рабочих параметрах установки для содержания водных организмов, внешний вид; на фиг. 8 — структурная схема пульта ввода и управления заданными климатическими параметрами и отображения информации об основных рабочих параметрах установки; на фиг. 9— функциональная схема ввода заданных климатических параметров в микропроцессор и схема масштабирования времени; на . фиг. 10 — функциональная схема управления источниками искусственного света.
Установка для содержания водных организмов предназначена для экологических, медико-биологических и генетико-селекционных экспериментальных работ по изучению водных, земноводных и сухопутных растительных и животных организмов в лабораторных условиях, а также для массового культивирования этих организмов для промышленных и производственных целей.
Установка для содержания водных организмов представляет собой агрегат, состоящий из искусственной экологической системы, системы для подготовки воды и воздуха заданных параметров и комплекса автоматического управления климатическими параметрами (фиг. 1) .
Установка состоит из резервуара 1 для помещения организмов (фиг. 2), который совместно с помещенными в него живыми организмами составляет искусственную экологическую систему, функциональные связи которой с остальными блоками регулирования и управления на фиг. 1 обозначены стрелками.
Резервуар 1 (фиг. 2 и 3) состоит из корпуса 2 и основного конусообразного дна 3, соединенных между собой посредством расположенной кольцевой площадки 4. Внутри основного дна 3 расположено перфорированное дно 5 выпуклой формы.
Сверху резервуара 1 расположен куполообразный свод 6, имеющий внутри ячеистую структуру (фиг. 2 и 3), каждая сотообразная ячейка 7 которого имеет внутри светоотражающую поверхность. Ячейки 7 выполйены из полированного алюминия и предназначены для размещения в них источников искусственного света.
Резервуар 1 выполнен сборно-разборным, герметичным и снабжен штуцерами для подвода и отвода воды и воздуха (не изображено) .
Посредством штуцеров для подвода воды и воздуха заданных параметров резервуар
5 !
О
36
1 подсоединен к системе подготовки воды и воздуха.
В состав системы подготовки воды и воздуха заданных параметров входит (фиг. 4) емкость 8 для подготовки воды и воздуха заданных параметров. Для уменьшения влияния температурного режима внешней среды на температурный режим установки полезный объем емкости 8 в несколько раз превосходит полезный объем резервуара 1, а для нормального функционирования установки за счет обеспечения естественного перетока воды из емкости 8 в резервуар 1 уровень расположения емкости 8 выше уровня расположения резервуара 1.
Емкость 8 снабжена барботером 9, соединенным посредством воздухопровода с регулирующим вентилем 10 с воздуходувкой 11. Сверху емкость 8 снабжена дефлегматором 12 с змеевиком 13 и патрубками
14 для подачи и отвода хладагента.
Дефлегматор 12 выполнен в виде герметичной куполообразной крышки, имеет регулировочный вентиль 15 с сетчатым конусообразным основанием и предназначен для предотвращения испарения воды из емкости 8.
Контур (система) замкнутой циркуляции воды содержит насос 16 подачи воды, систему фильтров 17, деаэратор воды 18, холодильник 19 (типа труба в трубе или змсевиковый) и двухсекционный электронагреватель 20.
Кроме того, контур замкнутой циркуляции воды содержит регулирующие вентили
21 и 22, предназначенные для изменения соотношения уровней воды в резервуаре 1 и емкости 8, и вентиль 23, который совместно с вентилем 21 предназначен для подачи воды через вентиль 22 по замкнутому циркуляционному контуру (без прямой подачи в резервуар 1), а также вентиль 24 с патрубком, предназначенным для слива воды из установки.
Воздухопроводная коммуникация системы полуоткрытой циркуляции воздуха заданных параметров (температуры, относительной влажности и давления) состоит из линии подачи увлажненного, линии подачи осушенного и линии подачи термостатированного воздуха заданной влажности и линии регулирования давления воздуха в резервуаре 1.
Воздухопроводная коммуникация линии подачи увлажненного воздуха содержит емкость 25 для подготовки увлажненного воздуха, снабженную барботером 26, соединенным посредством трубопровода с вентилем 27 с воздуходувкой 1!. Кроме того, емкость 25 имеет герметическую съемную крышку с вентилем 28 и водосливной патрубок с вентилем 29, теплообменник 30, выполненный в виде змеевика, воздухозаборный патрубок которого расположен внутри емкости 25. Теплообменник 30 расположен над барботером 9 внутри емкости 8
9976 >5
ДЛЯ .О 1ГОТОВКИ ВОДЫ И BO3 1V X>>:III, \Я ННЫХ па ря ме ров.
l5() )схопрово ная коммуникация линии подач(! осушенного воздуха содержи г расположенный над барботером 9 «мкости 8 теплообменник 31, выполненный:ож«в вгде змеевика, воздухозаборный I!;! .. vf)oK K()торого с вентилем 32 ряс(полож(!: снаружi! емкости 8, я т«нлообмснник 31 (и> (с >едине(!
K осуц(((тсл! Иой колонке 33.
ВозД«XOII()oводkf35I КОММУ if(1 K>l il! I H . I i! flHH подачи тер 5(остятировян((о(1(волну (!> заданной влажности сод«рж!.т р«гу. I нру(ощис вентили 34 и 35, комг(рессор 36, двухс(кционный эл«!! òðo!Ik!ãðåi>H.ã;»ü 37, реализованный ня стандартных элсктp(>kl!< I ревателях типа T.=.>1-1, и хол();(H.i»ffик 38 (типы труба в труо(или змеевиковый), нрн этом КоНцы линий подачи унлы;кне (ного H Осушенного воздуха подкл(о и ны к комffncccopy 36, обеспечивающему подачу термостатированного В емкости 8 (юсредством т«плообменникОВ 30 il 3! Воз;1" KH;(а:!анной В;(аж!(Ости в резервуар 1, а электронагр*вятег(ь 37 и хо.(О.(HëükfHK 38 Обеспечивает корректирОВку температуры воздуха для создания в рсзервуаре 1 зя.!((((И«>!.о г«»««paтурного ржима воздуlif!fo! - .: среды.
Возд> х()((p(.;Водн)5! ."((),> .! > Иик-I (ия .1иllHH регулирования,(яв.и нпя вс>здухя в резервуаре 1 содержит ре.,.Iêðóþli(H(,å!ITè IH 39 и 40 H ком((р(ссор 41, li l«K)li!H. f;,i«K«1)o!Ipkiвод.
Вентиль 39 об«сfk(. (ивя«1 рс".,лировк, И 3 О Ы ТО Ч Н О Г 0:I H В, И. I I I 5! В О 3. \ Х Я, I ВЕНТИЛЬ
40 совместно с ком((р««сором 41 об«сне-гиВЯЕТ ГЕГ>, ËÈ Р()ВКУ !IO!!H>K< I! НОГО (ПЯЗПЯЖЕ!!. ного) давления воздуха в роз(.рг>у;>рс
Д (я Обес пеиР юг(я зад>! i i!(>Го с (>eoliоi о режимы сотообразны«ячс.йки i (фиг. 1 и 2) куполоооря kfo! о никами 42 искусстве>гн(н О св(т > (фиг. 4) .
Для автоматического и cHIixpollliof Воспроизведения, регул ирoвания и сгабилизации задан«ых климатических II;, pÿk!fåòpoâ установка для содержания Водных организм О В Ос и я и(« и я к О. (и л е и с О м я В т с) м ы т и ч (. с ко Г О управления климатическими параметрами.
Комплекс автоматического pcãó IHpoâàния климатических параметров установки состоит из пульта ввода и управления заданными климатическими параметрами (задания режимов функционирования, индикации заданных и фактических параметров, текущего времени и другой необходимой информации) управляющего микропроцессора, цифровой следящей системы, системы индикации заданных и фактических параметров (их регулирования, стабилизации и синхронизации заданных климатических параметров), звенья которой показаны на фиг. 4, а также автономного календаря-часов.
Пульт Ввода и управления заданными климатическими параметрами ((риг. 7 и 8) ров, а справя — знаковые ячейки 58 для отобря>кения фактических значений пара25 метров.
Кроме того, ня этоM же пульте расположеня анель 59 аварийной сигнализации
Hм«юн;яя длkl каждого канала управления
i;яряметром световую сигнализацию в виде лампы 60, закрыпгой красным светофильт ц . l)GM.
Пульт и система индикации непосредств«нно связаны с упрявля(о(цим микропроцессором (фиг. 6 и 8). Микропроцессор представляет собой cf ения.(изировянную вычислит«льную машину, состояшую из типовых элс»снтов и реализованную в интегральном исполнснли, характеризуюгцуюся:(алой стон:,(остью, простотой обслуживания. удобством эксплуатации, высокой надежностью в работе и имекицу(о достаточные объемы
46 информации и Долговременной и оперативной памяти, а также простую систему команд программирования, что обеспечивает над«жное и оперативное решение функциональных зависимостей управляемых параметров от текущего в системе времени
45 автономного календаря -- часов.
РД состоит из панели 43 ввода заданных параметров и установки режимов функционирования, на которой расположена клавиатура 44 задания количественных значений, состоящая из четырех рядов десятичных клаВиц(ей 45, клавиатуры 46 выбора параметров, клави .òó:ðû 47 выбора временных парам«тров, клавиши 48 сброся неправильно (набранной информации, клавиши 49 ввода гн((1)ормации в микропроцессор, кнопки 50 пуска системы и сигнальной лампы 51 для контроля системы, расположенной под цветным светофильтром.
В состав пульта также входит панель 52 индикации текущего времени, на которой с помощью знаковых элементов 53 отображаются год, месяц, сутки, часы и минуты.
Рядом расположены панели 54 и 55 индикации счетч:IKa циклов и масштаба времени соотв«тствеHHo. На пульте ввода и управления заданными климатическими параметрами имеется возможность отображать значение управляющих параметров - помо(цью специальной панели 56, на которой слева расположен ряд знаковых ячеек 57 для
Отображения заданных значений параметАвтономный календарь — часы предназначен для синхронизации всей системы л отсчета автономного текущего времени системы в принятой форме измерения и состоит из генератора 61 тактовых импульсов, вырабатывающего сигналы с периодом следования 0,1 с, поступаю(цие на схему 62 масштабирования времени.
Схема 62 предназначена для получения из исходной последовательности тактовых импульсов, выдаваемых и нератором 61 для автономного календаря — часов в различIiI>Ix От(и)!)И«ниЯх (1:1, 1:?, 2: I и т.,1.) к
997635 реально текущему времени, и состоит из элемента 63 пуска автономного календаря— часов, двух делителей импульсов, выполненных на двоично-десятичных счетчиках
64 и 65, схемы 66 управления и индикации масштаба времени (фиг. 8), выполненной на параллельных регистрах 67 (фиг. 9), логических элементах 68 и 69 и двоичнодесятичных дешифраторах 70.
Импульсы времени после схемы 62 поступают на счетчики минут (71), часов (72), суток(73), месяцев(74) и годов(?5), в которых предусмотрена возможность предварительной установки начала отсчета автономного времени (минуты, часы, сутки, месяц и год).
Кроме того, в автономном календаре— часах имеется счетчик 76 циклов (фиг. 8), который обеспечивает в случае необходимости воспроизведения в установке климатических условий неполного годового цикла (например, весна — лето — осень) подсчет прошедших циклов. Счетчик 76 представляет собой обычный двоично-десятичный счетчик с возможностью задания начала и конца счета с помошью клавиатуры 46 и клавиши 45, функционально связанных со счетчиками 74 (фиг. 7 и 8).
Выход счетчика 76 связан через дешифратор 77 с панелью 54 индикации счетчика циклов. В -состав управляющего микропроцессора входят функциональные блоки, предназначенные для получения числовых значений функциональных зависимостей климатических параметров от текущего автономного времени в установке. Каждый из этих блоков представляет собой схему, собранную на типовых элементах вычислительной техники (арифметические и логические устройства и элементы в микросхемном исполнении), реализующую математическую функцию, которая задается путем предварительного программирования и ввода необходимых исходных данных с помощью пульта управления.
Для создания заданных климатических условий в установке управляюший микропроцессор содержит функциональные блоки 78 управления изменением во времени давления воздуха, блок 79 относительной влажности воздуха, блок 80 концентрации растворенного в воде кислорода, блок 81 температуры воды, блок 82 температуры воздуха, а также блок 83 освещенности по спектральным составляющим.
Кроме того, в управляющем микропроцессоре расположен функциональный блок
84 имитации влияния на режим освешения облачности и осадков, связанный с датчиком 85 случайных чисел.
Каждый функциональный блок 78 — 84 связан с клавиатурой 46 выбора параметров (фиг. 7 и 8) для изменения, давления влажности, кислородного режима, температуры воды и воздуха, светового режима по спектральным составляющим и режимов осадков.
5
Кроме того, выходы функциональных блоков 78 — 84 связаны с счетчиками вре-мени 71 — 73 для определения климатических параметров в зависимости от числа текущих суток, часов, минут в соответствии с программой, заложенной в функциональных блоках и заданной посредством клавиатуры 46.
В управляющем микропроцессоре имеются регистры для хранения текущих заданных значений климатических параметров в цифровой форме: регистр 86 давления воздуха, регистр 87 относительной влажности воздуха, регистр 88 концентрации растворенного в воде кислорода, регистр 89 температуры воды, регистр 90 температуры воздуха и регистр 91 освешенности по спектральным составляющим.
Регистры 86 — 91 связаны с блоками 78-83. управляющий микропроцессор непосредственно связан с системой индикации. Система индикации предназначена для отображения текущего времени, значения заданных параметров и другой необходимой информации.
Выходы регистров 86 — 91 связаны с дешифраторами 92 панели 56 индикации и знаковыми ячейками 57 системы индикации (фиг. 6 — 8) .
Дешифраторы 92 предназначены для преобразования значений заданных параметров выраженных двоичным кодом, в число, отображенное в десятичной системе счисления.
Выходы счетчиков 71 — 75 автономного календаря — часов связаны с блоком 93 дешифраторов, предназначенным для преобразования текущего значения времени, выдаваемого в двоичном коде с счетчиков времени в десятичные числа для отображения на панели 52 индикации с помошью знаковых элементов 53.
В систему индикации входит распределитель 94, предназначенный для записи фактических значений управляемых климатических параметров в регистры 95. Распределитель 94 управления сигналами генератора 61 тактовых импульсов, а также сигналами выбора параметров и сигналами фактических значений параметров.
Регистры 95 связаны с блоком 96 дешифраторов, предназначенным для преобразования значений климатических параметров из двоичной формы в десятичную и отображения на знаковых индикаторах 58 (фиг. 6 — 8).
Клавиатура 46 выбора пчраметров и клавиатура 47 выбора временных параметров предназначены для подключения регистров
86 — 91, блоков 78 — 84, входов счетчиков времени 71 — 76 регистров 67 и схемы 62 масштабирования времени к десятичным клавишам 45 задания климатических параметров. Клавиатура 46 и 47 реализована на клавишных переключателях с фиксацией и логических элементах 97 (фиг. 6 — 9).
99?635
11
В состав комплекса автоматического управления климатическими параметрами входит цифровая следящая система (фиг. 5), предназначенная для поддержания заданных значений регулируемых климатических параметров. Использование цифровой следящей системы в качестве регулятора климатических параметров обусловлено наличием микропроцессора и большой инерционностью регулируемых процессов. В данном случае дискретное регулирование обеспечивает требуемую точность, скорость и регулирование при минимальных затратах энергии. На входы цифровой следящей системы поступают заданные фактические значения регулируемых параметров в дискретной форме, где они сравниваются и определяются рассогласования, из которых формируются управляющие сигналы регулирования заданными климатическими параметрами.
Цифровая следящая система состоит из селектора 98 заданных значений климатических параметров, управляемого тактовыми импульсами, поступающими от генератора 61 (фиг. 6), и сигналами выбора параметров, поступающими от счетчика 99 параметров.
Селектор 98 связан с арифметическологическим устройством 100, которое производит сравнение заданных и фактических значений параметров в цифровой форме с целью выработки управляющих сигналов.
Цифровая следящая система содержит распределитель 101 управляющих сигналов по соответствующим каналам управления, которые состоят из регистров хранения управляющих сигналов давления воздуха 102, относительной влажности воздуха
103, концентрации растворенного в воде кислорода 104, температуры воды 105, температуры воздуха 106, светового режима 107, цифровых преобразователей 108 †1 соответственно управляющих сигналов давления воздуха, относительной влажности воздуха, концентрации растворенного в воде кислорода, температуры вбды и температуры воздуха, а также выходных усилителей
113 — 117 управляющих сигналов соответственно давлением воздуха, относительной влажностью воздуха, концентрацией растворенного в воде кислорода, температурами воды и воздуха.
В состав цифровой следящей системы также входит селектор 118 фактических значений контролируемых климатических параметров, связанный с аналого-цифровым преобразователем 119 и регистром 120 храНения фактического значения параметра в цифровой форме, выход которого подключен к устройству 100 и распределителю 94 системы индикации для отображения фактических регулирующих параметров (фиг. 6)
В резервуаре 1 для помещения организмов (фиг. 4) расположен датчик 121 фак12 тического давления воздуха, связанный с усилителем 122, датчик 123 относительной влажности воздуха, связанный с усилителем 124, датчик 125 температуры воды, связанный с усилителем 126, датчик 127 температуры воздуха, связанный с усилителем
128, и датчик 129 характеристики освещенности по спектральным составляющим, связанный с усилителем 130.
Датчик 129- характеристики освещенности по спектральным составляющим пред1О ставляет собой корпус с влагонепроницаемыми камерами, в каждой из которых окошком служит светофильтр, пропускающий определенный участок сплошного спектра видимой области светового излучения, и в каждой из которых под светофильтром расположен фотоприемник, например фотодиод, а все светофильтры в совокупности перекрывают видимую область спектра. В емкости 8 расположен датчик 131 концентрации растворенного в воде кислорода, связанный с усилителем 132.
Усилители сигналов 122, 124, 126, 128, 130 и 132 датчиков 121, 123, 125, 127 и 131 связаны с селектором 118.
Выходы усилителей 113 — 117 цифровой следящей системы (фиг. 5) связаны с ре25 гуляторами 133 — 137 (фиг. 4).
Выходы регистров 107 связаны с цифровым регулятором 138 освещенности по спектральным составляющим, состоящим из блоков 1 логики управления 139 и блоков
II реле 140 (фиг. 10). Регуляторы 138 упЗО равляют работой источников 42 искусственного света.
Регуляторы 136 и 13? посредством коммутационных элементов 141 и 142 связаны с регулирующими вентилями 143 и 144 холодильников 19 и 38, а также связаны с двухсекционными электронагревателями 20 и 37, в которых одна секция при нагреве включена постоянно, а другая выполнена управляемой через магнитные пускатели
145 и 146, а регулятор 133 посредством ком40 мутационного элемента 147 управляет работой компрессора 41.
Кроме того, куполообразный свод 6 оснащен вентиляционным патрубком с вентилем 148 (фиг. 2 и 4).
Функциональные переходы от одной час45 ти схемы к другой на чертежах обозначены цифрами, где: канал сигналов управления величиной давления воздуха 149, канал сигналов управления значением относительной влажности воздуха 150, канал сигналов управления концентрацией растворенного в о воде кислорода 151, канал сигналов управления температурным режимом водной среды 152, канал сигналов управления температурным режимом воздушной среды 153, канал сигналов управления световым режимом 154, канал сигналов фактического значения давления воздуха 155, канал сигналов фактического значения относительной влажности воздуха 156, канал сигналов
997635 фактического значения концентрации растворенного в воде кислорода 157, канал сигналов фактического значения температуры воды 158, канал сигналов. фактического значения температуры воздуха 159, канал сигналов фактического значения интенсивности света по спектральным составляющим 160, канал сигналов заданных значений давления воздуха 161, канал сигналов заданных значений относительной влажности воздуха
162, канал сигналов заданных значений концентрации растворенного в воде кислорода
163, канал сигналов заданных значений тем= пературы воды 164, канал сигналов заданных значений температуры воздуха 65, канал сигйалов заданных значений интенсивности света по спектральным составляющим 166, канал сигналов выбора параметра 167, канал тактового сигнала 168, канал сигналов фактических значений параметров 169.
Кроме того, на фиг. 6 обозначены функциональные связи каналов комплекса ав-томатического управления заданными параметрами с пульта управления установки для содержания водных организмов: канал сигналов запрограммированного значения давления воздуха 170, канал сигналов запрограммированного значения относительной влажности воздуха 171, канал сигналов запрограммированного значения концентрации растворенного в воде кислорода
172, канал сигналов запрограммированного значения изменения температуры воды 173, канал сигналов запрограммированного режима изменения температуры воздуха 1?4; канал сигналов запрограммированного режима изменения интенсивности света по спектральным составляющим 175,. канал сигналов заданного режима образования осадков 176, канал сигналов заданного масштаба времени 177, канал сигналов уста.новки минут 178, канал сигналов установки часов 179, канал сигналов установки суток 180, канал сигналов установки месяцев 181, канал сигналов установки годов 182.
Установка для содержания водных организмов обеспечивает содержание живых организмов в условиях водной среды, водной среды и суши или же в условиях только суши и может быть использована как аквариум или же как климатиЧеская камера.
Задайные климатические параметры в установке для содержания водных организмов обеспечиваются посредством комплекса автоматического управления, состоящего из многоконтурной системы.
Многоконтурная система комплекса автоматического управления климатическими параметрами содержит систему автоматичес-; кого регулирования (управления) давления воздуха, систему автоматического регулирования относительной влажности воздуха, систему автоматического регулирования
При определенном открытии вентиля 21 вода из емкости 8 поступает самотеком в резервуар 1, при этом воду в резервуар 1
30 подают до тех пор, пока вершина ложного дна 5 не скроется под водой. В данном случае в резервуаре 1 условия содержания живых организмов такие же, как и в обычном аквариуме.
Открыв вентиль 23, посредством цирку ляционного насоса 16 воду подают через напорный фильтр 1/ очистки воды трубопроводной коммуникации через деаэратор
18 в емкость 8. В деаэраторе 18 происходит удаление из воды газов и легколетучих веществ. При постоянной производительности насоса 16 и изменении проводимости вентилей 21 и 23 можно менять уровень воды от максимального заполнения и до полного удаления ее из резервуара 1.
При изменении степени открытия вентиля
45 21 расход воды через него выравнивается с производительностью циркуляционного насоса 16 при новом установившемся значении уровня воды в резервуаре 1 за счет саморегулирования системы..
При этом частично заполняется ложное 1 дно 5 водой (фиг. 4), образуя «остров»
5 о !
2S концентрации растворенного в воде кислорода, систему автоматического регулирования температуры воды, систему автоматического регулирования температуры воздуха и систему автоматического регулирования освещенности по спектральным составляющим.
Условия содержания в заданных климатических условиях живых организмов в установке для содержания водных организмов обеспечивают путем изменения уровня воды в резервуаре 1 следующим образом.
В емкость 8 заливают воду. Поддержание постоянства солевого состава водной среды, например морской, обеспечивают путем предотвращения испарения воды в емкости 8 посредством дефлегматора 12, подключенного через патрубки 14 к холодильнику. Затем включают в работу воздуходувку 1! и »о воздухопроводу через регулирующий вентиль 10 подают сжатый воздух в барботер 9 для насыщения воды кислородом воздуха. Избыточный воздух выпускают наружу последовательно через дефлегматор 12 и регулирующий вентиль 15.
В резервуаре 1 посредством вентилей
21 — 23 и циркуляционного насоса 16 создают условия водной среды, водной среды — суши или только суши. для размещения животных при выходе из воды.
Условия суши в установке создают следующим образом.
Перекрывают вентиль 21 и полностью удаляют воду из резервуара 1 последовательно через вентиль 23 посредством циркуляционного насоса 16. После этого пере15 крыш;.пот вентили 21 и 23 и открывают вентиль 22. В этом случае происходит замкнутая циркуляция воды, минуя резервуар 1, а в самом резервуаре 1 создаются условия суши. По окончании опытов полностью отf(j)I,IH;llof вентиль 15 и сливают воду из емкости 8 в канализацию через патрубок с венти.им 22.
В процессе циркуляции воды по замкнутому циркуляционному контуру вода перед поступлением в емкость 8 попутно подвергается очистке на фильтрах 17, деаэрации на деаэраторе 18 и термостатированию, охлаждаясь в холодильнике 19 или нагреваясь в электронагревателе 20.
Ввод заданных климатических параметров и установка их режимов функционирования осуществляется следующим образом.
Сначала выбирают и устанавливают масштаб времени. Для этого нажимается клавиша «Масштаб» (фиг. 7 — 9) на клавиатуре 46 и с помощью панели 44 набираются посредством клавиш 45 числовые значения масштаба времени, причем для режима замедления времени по отношению к реальному используется клавиша «Масштаб» больше 46, а для режима ускорения — «Масштаб» меньше 46.
Клавиша 45 построена таким образом, что на ее выходах получается значение коэффициента замедления или ускорения времени в двоично-десятичном коде. Эти значения подаются на регистры 67 для управления делителями 64 и 65, а также для отображения «а панели 55 индикации.
Получение импульсов времени в заданном масштабе времени осуществляется следующим образом (фиг. 9).
Импульсы с генератора 61 тактовых импульсов подаются через элемент 63 запуска, который пропускает импульсы тактовой частоты на двоично-десятичный счетчик 64 только нри нажатии кнопки 50 «Пуск».
На выходах счетчика 64 можно получить последовательность импульсов с коэффициентом деления частоты от 1 до 10. Последний выход счетчика позволяет получить импульсы времени с периодом следования в одну секунду, что соответствует масштабу
1:! . Эта последовательность поступает на вход второго счетчика 65, который тоже осуществляет деление с коэффициентом от
1 до 10.
Выходы счетчиков 64 и 65 подключаются к схеме 66 управления и индикации масштаба времени. Сюда подается код регистров 67 в соответствии с выбранным масштабом времени, который открывает тот или иной логический элемент 68, и на вход схемы 62 поступает соответствующая серия импульсов, причем от счетчика 64 поступают импульсы в режиме ускорения времени, а с счетчика 65 — импульсы в режиме замедления времени с заданным масштабным коэффициентом. С выхода схемы
16
62 масштабирования импульсы времени поступают на автономный календарь — часы счетчика 71 минут.
Для установки начала функционирования нажимается последовательно клавиша
47 выбора временного параметра, что приводит к подключению клавиш 45 к счетчикам 71 — 75 для ввода заданных значений минут, часов, суток, месяца и года. После нажатия кнопки 50 «Пуск» начинает функционировать автономный календарь — ча10 сы и вся система управления. С выхода схемы 62 масштабирования времени импульсы времени поступают последовательно на счетчики 71 — 75, в которых производится суммирование текущего времени с установленным начальным значением соответственно в минутах, часах и т. д.
При необходимости воспроизведения в установке климатических условий неполного годового цикла задается его начало и конец, отсчитываемое в сутках годового цикла, с помощью клавиатуры 46 выбора параметров «цикл начало — конец», которые подключают клавиши 45 к счетчику 76 циклов для ввода числовых значений начала и конца цикла. Отображение количества прошедших циклов осуществляется путем дешифрации показаний счетчика 76 циклов дешифратором 77 и выдачей данных на панель 54 индикации счетчика циклов.
Функциональные блоки микропроцессора перед их изготовлением программируются на основе наперед составленных закономерностей изменения во времени каждого климатического параметра, т. е. предварительно вводятся в программированное постоянное запоминающее устройство параметры математической функции, описывающей
З5 изменение данного климатического параметра во времени, что позволяет свести к минимуму число оперативно задаваемых характеристик.
Таким образом, для задания режима изменения климатического параметра доста4О точно с помощью панели 41 пульта управления вводить либо среднее значение управляемого параметра, либо пределы его изменений (максимум — минимум).
Установка (задание) режимов функционирования достаточно упрощена и сводится к выбору задаваемого параметра с помощью клавиатуры 46 выбора параметров и набора его количественного значения (среднее или пределы изменения) на клавиатуре 45 (фиг. 7).
При нажатии любой из клавиш клавиатуры 45 к выходным регистрам функциональных блоков 78 — 84 подключается цифровая клавиатура 44 с клавишами 45 и поступает разрешение на считывание информации через логические элементы 97 (фиг. 8 и 9).
После нажатия клавиши 49 осуществляется считывание набранной информации в
997635
17 функциональные блоки микрокопрессора.
Одновременно происходит отображение вводимой информации на индикаторах знаковых ячеек 57 с помощью дешифраторов 92.
В случае обнаружения ошибки нажимается клавиша 48 «Сброс» и осуществляется очистка входного регистра данного функционального блока. После этого возможен повторный ввод необходимого климатического параметра. Аналогичным образом осуществляется ввод и сброс требуемых значений начала отсчета времени, масштаба и цикла.
После задания и установки всех климатических параметров осуществляется пуск подготовленной к работе установки для содержания водных организмов нажатием на кнопку 50 «Пуск», при этом должна загорется сигнальная лампа 51. Дальнейшее поддержание заданных климатических параметров и режимов функционирования осуществляется автоматически.
В случае аварии одного из каналов управления климатических параметров срабатывает сигнализация (загорается лампа
60 панели 59) и дополнительно подается звуковой сигнал для извещения об возникшей а вари и.
В режиме работы установки для содержания водных организмов, как аквариума, систему автоматического регулирования температуры воды, систему автоматического регулирования концентрации растворенного в воде кислорода и систему автоматического регулирования освешенности по спектральным составляющим включают в работу согласно задаваемой программы изменения этих климатических параметров во времени, вентиль 148 открыт, а система автоматического регулирования давления, влажности и температуры воздуха в работу не включены. Вентиляционный патрубок с вентилем 148 обеспечивает воздухообмен водной среды резервуара 1 с окружающей воздушной средой.
В режиме работы установки для содержания водных организмов, как террариума, системы автоматического регулирования давления, влажности и температуры воздуха, концентрации растворенного в воде кислорода, температуры воды и освещенности по спектральным составляющим включают в работу согласно задаваемой программы.
В режиме работы этой же установки, как климатической камеры, систему автоматического регулирования концентрации растворенного в воде кислорода переводят в режим стабилизации концентрации растворенного в воде кислорода, т. е. без изменения во времени величины этого параметра.
Заданный режим давления воздуха в резервуаре 1 поддерживается системой автоматического регулирования давления воздуха комплекса автоматического регулиро18 вания климатических параметров в установке.
Режим изменения давления воздуха во времени определяется исходными данными (предельным изменением давления воздуха и функциональной его зависимостью от времени) и текущим временем.
Задание текущего времени осуществляется автономным календарем — часами (фиг. 6) . Изменение заданного значения давления воздуха в зависимости от установленного режима и текущего времени осуществляется по программе блоком 78 управления изменением во времени давления воздуха. Текущее время (минуты, часы, сутки) па блок 78 поступает с счетчиков 71 — 73.
На выход блока 78 в цифровой форме выдается заданное значение давления воздуха для данного момента времени, которое записывается в регистр давления воздуха 86.
Из регистра 86 заданное значение давления воздуха поступает в контур регулирования (фиг. 5). Кроме этого, задайное текущее значение давления воздуха поступает на дешифратор 92 системы индикации (фиг. 6 и 8), где отображается на знаковых ячейках 57 для контроля и регистрации.
Система индикации позволяет также отображать текущее автономное время в естественной форме. Для этого с счетчиков
71 — 75 сигналы поступают на блок 93 дешифраторов, где декодируются и отобразп жаются на знаковых элементах 53 (фиг.
6 и 8).
Заданное текушее значение давлении воздуха поступает на селектор 98 (фиг. 5); который осуществляет выбор управляемого параметра и выдачу его в арифметическологическое устройство 100 многоканальной следящей системы для сравнения с фактическим значением параметра и получения управляюшего сигнала.
Выбор и выдача заданных значений па4О раметров давления воздуха в резервуаре 1 осуществляется селектором 98 по сигналам, поступающим от генератора 61 тактовых импульсов, и сигналам выбора параметров, поступаюшим от счетчика 99 (фиг. 5).
Управляющие сигналы из арифметичес4> ко-логического устройства 100 в цифровой форме поступают через распределитель 101 управляющих сигналов, далее на регистр
102, где хранятся в течение цикла регулирования. С выхода регистра 102 управляк>о ший сигнал пост :пает на преобразова50 тель 108. После преобразования аналоговый управляющий сигнал усиливается усилителем 113 и поступает (фиг. 4) на регулятор 133, который управляет работой регулируемых вентилей 39 и 40 и работой компрессора 41 посредством включения его электропривода через коммутационный элемент
147 в случае работы установки в режиме пониженного давления воздуха (в этом слу997635
5
1О
2О
ЗО
55 чае вентиль 40 открыт, а компрессор 41 работает только на отсос воздуха из резервуара 1). Таким образом, заданное давление воздуха в резервуаре 1 поддерживается при непрерывной подаче по воздухопроводу компрессором 36 воздуха заданной влажности и его выпуска из резервуара 1 либо через управляемый регулятором 133 регулирующий вентиль 39 при обеспечении избыточного давления, либо через управляемый регулятором 133 регулирующий вентиль 40 посредством компрессора 41 при обеспечении пониженного давления.
Фактическое значение давления воздуха в резервуаре 1 измеряется датчиком 121 фактического давления воздуха (фиг. 4), сигнал с которого поступает на усилитель 122.
С выхода усилителя 122 сигнал фактического значения давления воздуха через селектор 118 поступает на преобразователь
119 (фиг. 5), затем на регистр 120, далее с помощью распределителя 94, регистра 95, дешифратора 96 и знаковых ячеек 58 осущсствляется отображение фактического значения давления воздуха для контроля и регистрации (фиг. 6).
Заданную относительную влажность воздуха в резервуаре 1 обеспечивают следующим образом.
Посредством воздуходувки 11 сжатый воздух Но воздухопроводу через открытый вентиль 27 подают в барботер 26 емкости 25.
Посредством барботера 26 сжатый воздух распыляется на мелкие пузырьки и, контактируя с водой, увлажняется до полного насыщения. Избыток увлажненного до полного насьпцения воздуха выходит наружу из емкости 25 через приоткрытый вентиль 28.
Посредством компрессора 36 при открытом регулировочном вентиле 32 и открытых регулирующих вентилях 34 и 35 увлаженный до полного насыщения воздух из емкости 25 через воздухозаборный патрубок засасывается в теплообменник 30, а также через воздухозаборный патрубок при открытом вентиле 32 из окружающей среды засасывается в теплообменник 31, проходит далее теплообменники 30 и 31, осушительную колонну 33, открытые регулирующие вентили 34 и 35, объединяется в общий поток и в конечном итоге компрессором 36 по воздухопроводу нагнетается в резервуар 1.
Поскольку линии подачи увлажненного и осушенного воздуха посредством регулирующих вентилей 34 и 35 объединены в общую линию, соединенную с компрессором
36, то, регулируя соотношение расходов увлажненного и осушенного воздуха посредством регулирующих вентилей 34 и 35, в компрессор 36 поступает воздух заданной относительной влажности, который и обеспечивает подачу по воздухопроводу в резервуар 1 воздуха от 0 до 96 †10/О влажности, так как при закрытом регулирующем вентиле 35 в резервуар 1 поступает воздух
96 — 1000/О влажности, а при закрытом же регулирующем вентиле 34 в резервуар 1 поступает . воздух с 00/О влажйостью. При изменении степени открытия регулируемых вентилей 35 и 34 соответственно изменяется и влажность воздуха.
Заданный режим относительной влажности в резервуаре 1 поддерживается системой автоматического регулирования относительной влажности воздуха комплекса автоматического регулирования климатических параметров в установке.
Задание режима изменения относительной влажности воздуха (фиг. 6) осуществляется с помощью блока 79 по исходным данным и текущему времени. На выходе блока 79 получается заданное значение относительной влажности воздуха, которое фиксируется в регистре 87. С выхода регистра 87 заданное значение относительной влажности воздуха поступает через селектор 98 на арифметическо-логическое устройство 100, где сравнивается с фактическим значением параметра и вырабатывается управляющий сигнал уже по параметру относительной влажности воздуха. Этот управляющий сигнал через распределитель
101 записывается в регистре 103, затем преобразуется в преобразователе 109, усиливается в усилителе 114 и подается в регулятор 35, который обеспечивает степень открытия регулирующих вентилей 34 и 35, обеспечивая таким образом подачу увлажненного и осушенного воздуха в определенном соотношении для корректировки заданного значения относительной влажности воздуха в резервуаре.
Фактическое значение относительной влажности воздуха измеряется датчиком
123 относительной влажности воздуха, сигнал с которого поступает на усилитель 124, где, усиливаясь, далее поступает на селектор 1 18 (фиг. 4 и 5) .
С выхода селектора 118 аналоговый сигнал фактического значения относительной влажности воздуха преобразуется и поступает на систему индикации (фиг. 6), где отображается с помощью распределителя 94 регистра 95, дешифратора 96 и знаковых ячеек 58 для контроля и регистрации.
Регулирование газового режима водной среды обеспечивают следующим образом.
Циркулируемая по контуру циркуляции вода очищается на фильтрах 17, затем деаэрируется на деаэраторе 18 и поступает по трубопроводу в емкость 8. В процессе деаэрации из воды удаляются легколетучие вещества и растворимые в ней газы.
Очищенная и деаэрированная вода в емкости 8 подвергается процессу аэрации сжатым воздухом для обогащения ее кислородом воздуха, подаваемого воздуходувкой г!
997635 гг
11 по воздухопроводу через открытый регулирующий вентиль 10 и барботер 9.
Регулирование концентрации растворенного в воде кислорода осуществляется системой автоматического регулирования концентрации растворенного в воде кислорода комплекса автоматическоГо регулирования климатических параметров. Для этой цели заданный режим изменения концентрации растворенного в воде кислорода обеспечивают с помощью блока 80 по исходным данным и текущему времени. Заданное значение концентрации растворенного в воде кислорода с блока 80 подается в регистр 88, где фиксируется, далее поступает через селектор 98 на арифметическо-логическое устройство
100 для сравнения с фактическим значением этого параметра и выработки управляющего сигнала этого параметра. Далее через распределитель 101 управляющий сигнал записывается в регистре 104, затем преобразуется в преобразователе 1 10, усиливается в усилителе 115 и поступает на регулятор 135 (фиг. 4 — 6), который управляет степенью открытия регулирующего вентиля 10 для увеличения или уменьшения количественной подачи сжатого воздуха от воздуходувки 11 в барботер 9, и таким образом заданная концентрация растворенного в воде кислорода обеспечивается путем количественной подачи сжатого воздуха в процессе аэрации воды в емкости 8.
-Фактическое значение концентрации растворенного в воде кислорода измеряется датчиком 131 концентрации растворенного в воде кислорода, сигнал с которого поступает на усилитель !32 и через селектор 118, преобразователь 119 и регистр 120 (фиг 4 и 5) поступает на систему индикации (см. фиг. 6), где отображается с помощью распределителя 94, регистра 95, дефширатора 96, и знаковых ячеек 58 для контроля и регистрации.
Заданный температурный режим водной среды в установке для содержания водных организмов поддерживается системой автоматического регулирования температуры воды комплекса автоматического регулирования климатических параметров. Система автоматического регулирования температуры воды также состоит из контура управления режимом и контура регулирования температуры.
Режим изменения температуры воды определяется исходными данными (предельным изменением значения температуры и функциональной зависимостью от времени) и текущем временем. Задание текущего времени осуществляют автономным календарем — часами (фиг. 6). Изменение заданного режима температуры воды в зависимости от установленного режима и текущего времени осуществляется по программе:.функциональным блоком 81. Текущее время (минуты, часы, сутки) на функциональный блок 81 поступает с счетчиков 71 — 73 На выход блока 81 в цифровой форме выдается заданное значение температуры воды для данного момента времени, которое записывается в регистр 89. Из регистра 89 заданное значение температуры воды поступает в контур регулирования (фиг. 5), а также отображается на знаковых ячейках 57 для контроля и регистрации.
Система индикации позволяет также отображать текущее автономное время в естественной форме. Для этого с счетчиков
71 — 74 сигналы поступают на дешифраторы
93, где декодируются и отображаются на знаковых элементах 53 (фиг. 6 и 8).
Заданное текущее значение температуры воды поступает иа селектор 98 (фиг. 5) который осуществляет выбор управляемого параметра и выдачу его в арифметическо-логическое устройство 100 многоканальной цифровой следящей системы для сравнения с фактическим значением пара2р метра и получения управляющего сигнала.
Выбор и выдача заданных значений параметров температуры воды осуществляется селектором 98 по сигналам, поступающим от генератора 6! тактовых импульсов . (фиг. 6), и сигналам выбора параметров, поступающим от счетчика 99 параметров (фиг. 5).
Управляющие сигналы из арифметическо-логического устройства 100 в цифровой форме поступают через распределитель 101
Эр на регистр 105, где хранятся в течение цикла регулирования. С выхода регистра 105 управляющий сигнал поступает на преобразователь 111.
После преобразования аналоговый управляющий сигнал усиливается усилителем
1!б и поступает (фиг. 4) на регулятор 136, который через коммутационный элемент 141 управляет работой регулирующего вентиля 143 для подачи хладагента в холодильник 19 для охлаждения циркулируемой во4р ды или управляет работой электронагревателя 20 посредством включения его основной мощности на постоянный режим и позиционного включения регулирующей мощности этого же электронагревателя 20 через магнитный пускатель 145.
45 Таким образом, управляя работой холодильника 19 и электронагревателя 20, циркулируемая вода соответственно охлаждается или нагревается до заданной согласно программы температуры.
Фактическое значение температуры воды (фиг. 4) измеряется датчиком 125 температуры воды, сигналы которого усиливаются усилителем 126 и подаются как фактическое значение температуры воды на селектор 118, который работает аналогично селектору 98. С выхода селектора 118 сигнал этого параметра поступает на преобразователь 119. Преобразованный в цифровую форму сигнал поступает в регистр 120, пос997635
24 лс чего фактическое значение температуры воды поступает на систему индикации (фиг. 6).
Через распределитель 94 фактическое значение температуры -воды записывается в одном из регистров 95. С выхода регистра 95 сигнал постугает на блок 96 дешифраторов и знаковую ячейку 58 для контроля и регистрации.
Заданный температурный режим воздушной среды создают посредством термостатирования циркулируемого воздуха следующим образом.
Открывают вентили 27 и 32, затем посредством воздуходувки 11 сжатый воздух по воздухопроводу подают в барботер 26 емкости 25..Распыляемый барботером 26 воздух, проходя через толщу воды в емкости 25, контактирует с водой и увлажняется до полного насьицейия. Засасываемый через воздухозаборный патрубок теплообменника 30 из емкости 25 и воздухозаборный патрубок с открытым вентилем 32 теплообмеччика 31 воздух проходит теплообменники 30 и 31, осушительную колонку 33 и регулирующие вентили 34 и 35 и нагнетается далее компрессором 36 по воздухопроводу" в резервуар 1. При циркуляции воздуха описанным путем в теплообменниках 30 и 31 осуществляеТся его термостатирование до температуры воды.
Термостатированный до температуры воды воздух посредством электронагревателя 37 и холодильника 38 корректируется до заданной температуры и поступает в резервуар 1 с величиной температуры согласно заданному программой температурному режиму.
Заданный температурный режим воздушной среды поддерживается системой автоматического регулирования температуры воздуха комплекса автоматического регулирования климатических параметров согласно заданной программы следующим образом.
Задание режима изменения температуры воздуха (фиг. 4 — 6) осуществляется с помощью блока 82 по исходным данным и текущему времени. На выходе функционального блока 82 получается заданное значение температуры воздуха, которое фиксируется в регистре 90. С выхода регистра 90 заданное значение температуры воздуха поступает через селектор 98 на арифметическо-логическое устройство 100, где сравнивается с фактическим значением параметра и вырабатывается управляющий сигнал (уже по параметру температуры воздуха). Этот управляющий сигнал через распределитель 101 записывается в регистре
106, затем преобразуется в преобразователе 112, усиливается в усилителе 117 и подается в регулятор 137, который через коммутационный элемент 142 управляет работой холодильника 38 путем подачи хладагента через открытый вентиль 144 или вклю50
Необходимость в моделировании светового режима заданной местности или географической зоны возникает при определении акклиматизационной способности изучаемого организма для данной конкретной местности, а так же для выполнения генетико-селекционных работ и выполнения . ряда экологических исследований.
Заданный световой режим в виде наперед заданной программы реализуется системой автоматического регулирования освещейности по спектральным составляющим комплекса автоматического регулирования климатических параметров.
Для этой цели расположенные в сотообразных ячейках 7 источники 42 искусственчением основной и дополнительной мощностей двухсекционного электронагревателя
37 через магнитный пускатель.146, включая таким образом в работу холодильник 38 и электронагреватель 37 для нормальной корректировки температуры поступающего в резервуар 1 воздуха.
Фактическое значение температуры воздуха измеряется датчиком 127, сигнал которого усиливается в усилителе 128 и поступает далее на селектор 118 (фиг. 4 — 6) .
10 С выхода селектора 118 аналоговый сигнал фактического значения температуры воздуха поступает на аналого-цифровой преобразователь 119, затем записывается в регистре !20. С регистра 120 фактическое значение температуры воздуха в цифровой форме поступает на арифметическо-логическое устройство 100 и систему индикации, состоящую из распределителя 94, регистра 95, блока дешифраторов 96 и знаковых ячеек
58 контроля и регистрации. р0 Свет служит первичным источником энергии, без которого невозможна жизнь, и является одним из важнейших условий существования живых организмов.
Свет представляет собой электромагнитные волны оптического диапазона, составляющего 290 — 760 нм, и в ясный летний полдень у поверхности земли может достигать энергии, измеряемой 1,34 кал/см в мин.
Световая энергия, достинающая земной поверхности в ясный полдень, состоит из
10% ультрафиолетового излучения, 45% видимого света и 45% инфракрасного излучения.
Спектр солнечного излучения в разное время года разных географических широт, а также влияние на него характера и рельефа местности и атмосферного состояния изучены достаточно. Это позволяет при дополнительных уточнениях характеристики освещенности по спектральным составляющим заданной местности без особых затруднений составить характеристику светового режима
40 этой местности и воспроизвести световой режим за определенный сезон, период года или за год в целом в искусственных условиях.
26
25 його света представлены как минимум тремя группами, одна из которых обеспечивает ультрафиолетовое излучейие, другая— видимый свет, третья — инфракрасное излучение, а совместйо все три группы источйиков искусственного света охватывают весь диапазон спектра светового излучения от дальнего ультрафиолетового и до инфракрасйого излучения.
Количество источников 42 искусственного света в каждой группе должно быть не менее 6 — 8 шт. В настоящее время в широком ассортименте выпускают источники искусствеййого света, обеспечивающие ультрафиолетовое излучение, световое излучение видимой области и спектра и инфракрасное излучение в отдельности, что- дает возможность воспроизводить освещенность по заданйым спектральным. составляющим.
В природных условиях наиболее оптимальным эталоном спектра солнечного излучения является спектр солнечного излучения йа уровне моря в ясный день.
Для воспроизведения с повышенной точйостью светового режима заданйой местности, как необходимое условие, весь набор (комплекс) источников 42 искусственного света должен обеспечивать освещенность по спектральным составляющим, адекватную солнечному излучению на уровне моря в ясный день, так как солнечное излучение на уровне моря в ясный день является наименее искаженным.
Корректировку заданного светового спектра источников 42 света целесообразно осуществлять предварительно посредством отдельных светофильтров, устанавливаемых под отдельными источниками 42 искусственного света.
Для создания пространственного однородного спектрального поля в резервуаре 1 источники 42 искусственного света в сотообразных световых ячейках 7 расположены таким образом, что каждый отдельный источник искусственного света отделен от другого источника искусственного света одной и той же спектральной характеристики как минимум одним — двумя источниками, имеющими другие спектральйые характеристики.
Таким образом, все источники искусственного света совместйо перекрывают всю видимую область спектра от ультрафиолетового и до инфракрасйого излучения в целом и дают йзлучейие, максимально приближенное к эталонному (т. е. спектру солйечйого излучения йа уровйе моря в ясный день). Изменение интенсивности излучения по отдельным составляющим спектра и общей интенсивности достигается путем включения разных групп источников 42 искусственного света, т. е. включение всех источников позволяет получить максимальную освещенность по спектральным составляюшим, а последовательное выключение отдельных тавляюшим, которые через распределитель
101 записываются в соответствующие регистры 107.
Управляющие значения освещенности по спектральным составляющим в цифровой форме хранятся в регистрах в течение цикла регулирования.
Непосредственное управление источниками 42 искусственного света осушествляется регулятором 138 освещенности по спект50
55 источников позволяет с заданной точностью уменьшить освещенность по спектральному составу до минимума как в целом по всему спектру, так и по отдельным его составляющим.
Заданный световой режим (изменение освещенности по спектральным составляющим) в установке для содержания водных организмов поддерживается системой автоматического регулирования освещенности по спектральным составляющим комплекса автоматического регулирования климатических параметров.
Задание параметров светового режима (фиг. 4 — 6) осуществляется в функциональном блоке 83 с учетом влияния на этот па1З раметр режима образования осадков или других природных факторов, приводящих к искажению эталонного спектра путем ослабления отдельных его спектральных участков.
Поскольку на световой режим заданной местности непосредственное влияние оказывают осадки, для точного воспроизведения светового режима данной местности в установке для содержания водных организмов необходимо учитывать характер влияния
25 осадков на световой режим той местности, с которой осушествляют моделирование светового режима.
Задание режима образования осадков осуществляется в функциональном блоке
84. Так как процесс образования осадков
30 в природных условиях носит случаиный характер и оказывает непосредственное влияние на световой режим заданной местности, для имитации этого процесса необходимо реализовать случайные зависимости. Для з этих целей используется датчик 85 случайных чисел. На выходе блока 84 получаем сигнал коррекции освещенности по спектральным составляющим, который поступает в функциональный блок 83, где формируются заданные текущие значения освешен4О ности по спектральным составляющим. С выхода блока 83 полученные значения освешенности по спектральным составляюшим подаются для хранения в регистр 91.
После этого, сигналы заданных значе4 ний в соответствующие моменты времени через селектор 98 подаются на арифметическо-логическое устройство 100 (фиг. б и
5), где вырабатываются управляющие сигналы освещенности по спектральным сос997635 ральным составляющим (фиг. 5 и 4). Подробная функциональная электрическая схема регулятора 138 изображена на фиг. 10.
Он состоит из блока I логики управления
139 и блока II реле 140 для каждой спектральной составляющей. Блоки I логики управления 139 реализованы на логических элементах И вЂ” ИЛИ, которые преобразуют четырехразрядный двоичный код управляющего сигнала (ЛI — Л8). Блок II реле 140 состоит из усилителей и реле, с помощью которых подключается питающее напряжение 4 к выбранным логикой управления источникам 42 искусственного света. Питание блока II реле 140 осуществляется напряжением Чр.
Измерение фактических значений интенсивности света по спектральным составляющим осуществляется датчиком 129 (фиг. 4 и 5), сигналы которого усиливаются усилителем 130 и поступают на селектор 118.
Таким образом, в строго определенные моменты времени фактические значения интенсивности света по спектральным составляющим преобразуются из аналоговой формы в цифровую в аналого-цифровом преобразователе 119 (фиг. 5 и 6), записываются в регистре 120 и подаются на арифметическо-логическое устройство 100 для сравнения с заданными значениями и «а систему индикации.
Индикация фактических значений интенсивности света по спектральным составляющим осуществляется (фиг. 6) с помощью распределителя 94, регистра 95, блока 96 дешифраторов и знаковых ячеек 58.
Система индикации позволяет отображать текущее время (блоки 93 дешифраторов и знаковые элементы 53), фактическое значение всех регулируемых климатических параметров (распределитель 94, регистры 95, блоки 96 дешифраторов и знаковые ячейки 58) и заданное текущее значение климатических параметров (блоки дешифратора 92 и знаковые ячейки 57).
Заданное значение климатических параметров для отображения сйимается с блоков 86 — 91.
Система управления климатическими параметрами в установке для содержания водных организмов является многоконтурной системой автоматического регулирования, в которои управляющие сигналы по каждому контуру вырабатываются в строго определенные моменты времени. В эти же моменты времени производится выдача заданных значений климатических параметров, измерение фактических значений и отображение этих же параметров.
Заданные и фактические значения климатических параметров поступают от селектора 98 и регистра 120 в цифровой форме на арифметическо-логическое устройство
28
100, где производится сравнение фактических значений параметров с заданными и определяется рассогласование по каждому каналу управления климатическими параметрамии.
Арифметическо-логическое устройство
IOO выполняет функцию сумматора и компаратора, т. е. определяет величину и знак отклонения фактического значения от задаваемого в данный момент времени значения климатического параметра.
Получаемый таким образом сигнал рассогласования по каждому климатическому параметру используется в дальнейшем как сигнал управления регуляторами климатических параметров в резервуаре 1 для помещения организмов.
Для этого выдаваемый в цифровой форме сигнал рассогласования с выхода арифметическо-логического устройства 100 поступает на распределитель 101, который последовательно осуществляет запись этого сигнала в регистры 102 — 107 для хранения сигналов управления в течение цикла регулирования. Использование дискретной системы автоматического регулирования обусловлено большой инерционностью изменения климатических параметров, что приводит к необходимости хранения значений управляюгцих сигналов до момента поступления следующего сигнала.
В комплексе автоматического регулирования климатических параметров предлагаемой установки используются два вида регуляторов климатических параметров: аналоговые и цифровые. Применение аналоговых регуляторов (133 — 137) обусловлено имеющимися в широком ассортименте типовыми регуляторами, которые выпускаются отечественной промышленностью и широко используются в ряде отраслей народного хозяйства, что позволяет в данном случае их использовать в стандартном исполнении.
В качестве .регулятора освещенности по спектральным составляющим используются цифровые регуляторы (блоки 138), функциональная схема одного из которых изображена на фиг. 10.
Применение цифровых регуляторов обусловлено удобством эксплуатации, удобством включения их в схему цифровой следящей системы (фиг. 5 и 4) и простотой конструкции.
Исходя из этого, сигналы управления каналами освещенности по спектральным составляющим (канал 154) непосредственно (фиг. 4 и 5) поступают на регуляторы
138 с выходов регистров 107, а по остальным каналам (каналы 149 †1) производится преобразование управляющих сигналов с помощью цифроаналоговых преобразователей 113 — 117 и подача сигналов на аналоговые регуляторы 133 — 137.
997635
29
Регуляторы 133 — 138 в соответствии с величиной и знаком поступающего управляющего сигнала (рассогласование) устанавливают согласно программы требуемые значения климатических параметров посредством исполнительных механизмов (элементов).
При реализации одного цикла регулирования селекторы 98 и 118 (фиг. 4 — 6) и распределители 101 и 94 работают синхронно.
Синхронизация работы селекторов 98 и 118 и распределителей 101 и 94 осуществляется посредством генератора 61 тактовых импульсов и счетчика 99, который осуществляет подсчет тактовых импульсов с заданным периодом следования. После первого тактового импульса на счетчике 99 записывается число 1 (один), а сигналы с выхода счетчика 99 подаются на селекторы 98 и
118 и распределители 101 и 94 для подключения канала, соответствующему первому регулирующему параметру. Одновременно на эти же селекторы 98 и 118 и распределители 101 и 94 подается тактовый импульс, который разрешает прохождение сигнала заданного значения первого параметра в селекторе 98, управляющего сигнала по первому параметру в распределителе 101, сигнала фактического значения первого параметра в селекторе 118 и распределителе 94, При приходе второго тактового импульса на счетчике 99 фиксируется число 2, что соответствует необходимости автоматического подключения канала регулирования по второму климатическому параметру в селекторах 98 и 118 и распределителях 101 и
94 и выполнения регулирования и отображения в значениях второго параметра. После прихода на счетчик 99 числа тактовых импульсов соответствующему числу регулируемых параметров счетчик 99 автоматически устанавливается в нулевое положение и цикл автоматического регулирования климатических параметров повторяется. В промежутках между моментами регулирования заданные значения климатических параметров хранятся в регистрах 86 — 91, а фактические значения параметров последовательно выдаются с помощью селектора
1!8, преобразователя 119 и регистра 120 в устройство 100 и на систему отображения.
Современная радиоэлектронная элементарная база позволяет реализовать управляющий микропроцессор и систему индикации (фиг. 6), а также цифровую следящую систему (фиг. 5) на типовых интегральных схемах и компактных знаковых элементах индикации, что позволяет получить малогабаритную и высоконадежную систему автоматического управления климатическими параметрами в установке для содержания водных организмов.
Предлагаемая установка для содержания водных организмов характеризуется следующими параметрами.
В зависимости от целевого назначения. установки резервуар 1 для помещения ор5 ганизмов целесообразно выполнять с полезным рабочим объемом от 3 до 1200 мз для реализации регулирования давления воздуха от 450 до 950 мм рт. ст. относительной влажности воздуха от 0 до 100О/о и температурного диапазона воздуха от — 35 до 100 С, температуры воды от -4 С (точка замерзания морской воды) до 100 С и с концентрацией растворенного в воде кислорода в диапазоне от 0 до 12 мг/л, а также освещенности по спектральным составляю1S щим с энергией светового излучения до
1,25 кал/см в мин.
Предлагаемая установка применима в экологии, гидробиологии, генетике и селекции изучения вопросов акклиматизации животных и растительных организмов и может служить одной из моделей для серийного промышленного производства.
Формула изобретения
2S 1. Установка для содержания водных организмов, включающая сборно-разборный герметический резервуар для помещения организмов, имеющий корпус, куполообразную крышку, ложное выпуклое перфорированное дно и конусообразное основное дно с центральным стоком воды, оборудованный датчиками температуры, давления и относительной влажности воздуха, а также замкнутым контуром циркуляции воды, содержащим систему фильтров, насос подачи воз ды, холодильник, нагреватель и сборноразборную герметичную емкость для подготовки воды и воздуха заданных параметров с дефлегматором и барботером, подключенным при помощи трубопровода с регулирующим вентилем к устройству для по4О дачи воздуха на аэрацию, систему подачи воздуха, состоящую из линии регулирования давления воздуха с регулирующими вентилями и линий подачи осушенного и увлажненного воздуха, образованных воздухопроводом, двумя теплообменниками, расположенными в емкости для подготовки воды и воздуха заданных параметров над барботером, и осушительной колонкой, связанной с одним из теплообменников, регулятор температуры воды, связанный с холодильником и электронагревателем, и установленные на линиях подачи осушенного и увлажненного воздуха регулирующие вентили, связанные с датчиком относительной влажности воздуха, отличающаяся тем, что, с целью расширения ее функциональных возможностей и более точного синхронного воспроизведения климатических параметров в заданном масштабе времени для обеспече997635 зг ния оптимальных условий содержания живых организмов разных экологических групп, корпус резервуара для помещения организмов соединен с конусообразным основным дном посредством кольцевой площадки, куполообразная крышка выполнена внутри из ячеек в форме сот, каждая из которых имеет светоотражающую поверхность и снабжена источником искусственного света, на линии подачи увлажненного воздуха установлена сборно-разборная герметичная емкость для подготовки увлажненного воздуха, подключенная к теплообменнику линии подачи увлажненного воздуха, и оснащена барботером, связанным с устройством для подачи воздуха на аэрацию, при этом система подачи воздуха дополнительно содержит линию подачи термостатированного воздуха заданной влажности, имеющую компрессор, холодильник и электронагреватель для корректировки температуры воздуха, линии осушенного и увлажненного воздуха .при помощи регулирующих вентилей связаны с компрессором линии подачи термостатированного воздуха заданной влажности, а линия регулирования давления воздуха оснащена компрессором.
2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена комплексом автоматического регулирования климатических параметров, резервуар для помещения организмов оснащен датчиком интенсивности светового излучения по спектральным состав- . ляющим, и датчиком температуры воды, а ЗО емкость для подготовки воды и воздуха заданных параметров — датчиком концентрации растворенного в воде кислорода, при этом датчики температуры, давления и влажности воздуха, температуры воды, интенсивности светового излучения по спектральным зз составляющим и концентрации растворенного в воде кислорода связаны посредством усилителей с комплексом автоматического регулирования климатических параметров, а последний с помощью регуляторов климатических параметров — с холодильником и электронагревателем контура циркуляции воды, холодильником и нагревателем линии подачи термостатированного воздуха заданной влажности, а также с регулирующими вентилями линий увлажненного и осушенного воздуха, линии регулироВания давления воздуха и приводом компрессора этой линии, а также с регулирующим вентилем воздухопровода устройства для подачи воздуха на аэрацию.
3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что комплекс автоматического регулирования климатических параметров состоит из пульта ввода и управления заданными климатическими параметрами, управляющего микропроцессора, автономного календаря— часов, системы индикации заданных и фактических параметров и цифровой следящей системы, при этом выходы пульта управления связаны с управляющим микропроцессором, системой индикации и календарем-часами, выход календаря — часов с входами системы индикации, цифровой следящей системы и управляющего микропроцессора, выходы последнего — с входами цифровой следящей системы и системы индикации, выход цифровой следящей системы подключен к регуляторам климатических параметров, а усилители сигналов климатических параметров связаны с цифровой следящей системой и управляющим микропроцессором.
4. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что автономный календарь — часы имеет генератор тактовых импульсов, делитель с регулируемым коэффициентом частоты и счетчики минут, часов, суток, месяцев и годов.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент США № 3116712, кл. 119 вЂ, опублик. 1964.
2. Авторское свидетельство СССР № 646963, кл. А 01 К 63/00, 1979. +< а ал
Фиг, 7g
СL!t:тавите1t3 11 IL lt(ико
Редактор 11, t(myt ttt 1 екргд И. Е3ерсс K
Заказ 980/1 Тираж 719 H(),tttèt:I (:ñ
ВНИИГ!И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! 13035, Москва, jK —:35. Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4
