Автоматическое управление температурным режимом в теплицах

Преобразуемый двоичный код аn``, аn``-1, …, а2``, а1`` поступает на сравнивающее устройство СУ (рисунок 6.1), в котором происходит сравнение преобразуемого

Автоматическое управление температурным режимом в теплицах

Дипломная работа

Разное

Другие дипломы по предмету

Разное

Сдать работу со 100% гаранией

Введение

 

Тепличное производство относится к числу наиболее энергоёмких производств в сельском хозяйстве. Затраты на обогрев теплиц составляют 30…50% от себестоимости продукции. Потребности современного производства в тепловой и электрической энергии растут быстрее, чем энергетические мощности. Поэтому энергосистемы вынуждены ограничивать потребление энергии, вводить специальные режимы, требовать от потребителя срочной экономии. Эти ограничительные меры малоэффективны, а в ряде случаев приводят к снижению производства продукции. Отсюда следует, что экономить энергию надо не ограничением её отпуска, а системой научно обоснованных технических мероприятий, основными из которых являются создание энергосберегающих технологий и энергосберегающих систем управления. Для снижения энергоёмкости процесса, прежде всего надо стремиться снизить технологический расход энергии. Эта величина определяется размерами и тепловыми характеристиками помещений, а также расходом воздуха и разностью температур воздуха и окружающей среды. Чем ниже температура воздуха в помещении, тем ниже расход энергии. Однако снижение температуры в помещении ведёт к снижению продуктивности, поэтому её снижение ограничено агротехническими требованиями.

Таким образом, задача обычных САУ сводится к стабилизации температуры на заданном уровне. Системы такой стабилизации являются простейшими энергосберегающими системами автоматического управления. Даже простейшая автоматизация управления температурным режимом способна обеспечить экономию 15-18% тепла. Особенно эффективна автоматика в периоды переменной облачности, когда ручное управление температурным режимом весьма затруднено. Энергия, требуемая для обогрева помещения любого типа, может быть рассчитана по уравнению теплового баланса помещения. Тепловой баланс теплицы складывается из потерь тепловой мощности и мощности, поступающей в теплицу.

Потери тепловой мощности можно разложить на следующие составляющие:

потери теплоты через ограждения;

потери теплоты через грунт;

расход теплоты на испарение влаги;

потери теплоты при инфильтрации наружного воздуха.

Мощность, поступающая в теплицу, складывается из поступления теплоты от солнечной радиации, падающей на открытый грунт, и из поступления теплоты от приборов системы обогрева теплицы. Измерить потери тепловой мощности, которую необходимо затратить на поддержание микроклимата в теплице, можно путём установки в теплице датчика тепловых потерь. Использование таких датчиков позволяет обеспечить автоматическое регулирование температурного режима в теплице, путём замены ряда датчиков одновременно (например, датчик скорости ветра, датчик влажности, датчик потока солнечной радиации).

теплица температурный режим автоматизация

 

1. Обоснование необходимости автоматизации температурного режима в теплице

 

В последние годы во многих сферах деятельности человека, как в промышленном производстве, так и в сельскохозяйственном, проявляется тенденция к автоматизации различных процессов. Этап автоматизации неизбежен на производстве, результатом которого должна быть качественная, конкурентоспособная продукция, призванная удовлетворить потребности государства и отдельных его граждан. Автоматизация производства повышает не только качество продукции, но и производительность труда, уменьшает затраты труда, снижает себестоимость продукции. В лучшую сторону автоматизация влияет и на условия труда. Процессу широкого внедрения автоматизации способствует развитие технических средств автоматизации. Всё это делает доступным достаточно простые, другими словами, оптимальные технические средства автоматизации для небольших предприятий и хозяйств.

В связи с развитием теплоэнергетики стало выгодным строительство тепличных комбинатов возле крупных источников теплоснабжения с целью использования её в тепловых нуждах. В настоящее время потребности сельскохозяйственного производства в тепловой и электрической энергии растут быстрее, чем энергетические мощности, поэтому энергосистемы вынуждены:

ограничивать потребление энергии;

вводить специальные режимы;

требовать от потребителя строгой экономии.

Эти ограничительные меры малоэффективны и приводят к снижению производства продукции. Отсюда следует, что экономить электрическую и тепловую энергию надо не путём ограничения её отпуска, а системой научно обоснованных технических мероприятий, основным из которых является создание энергосберегающих технологий и энергосберегающих систем управления.

Управление температурным режимом вручную связано с определёнными трудностями. В этом случае оператор не всегда в состоянии реагировать на все изменения регулируемых факторов, и поэтому пределы колебания температуры воздуха при ручном режиме в 5…10 раз превышают допустимые. Даже простейшая автоматизация управления температурным режимом способна обеспечить экономию 15…18% тепла. Особенно эффективна автоматика в периоды переменной облачности, когда ручное управление температурным режимом весьма затруднительно.

Условия температурного режима, в которых развивается растение, оказывают огромное влияние на все процессы его жизнедеятельности:

фотосинтез;

дыхание;

испарение;

корневое питание.

Всякое отклонение от благоприятного для растений температурного режима отрицательно влияет на величину урожая и его качество. При этом нужно учесть, что растению в различные фазы его жизненного цикла требуется разная температура окружающей среды. Для нормального роста, развития и плодоношения растений необходимы влага и углекислый газ, причём в определённых соотношениях в зависимости от температуры воздуха. Сама же температурная среда должна определяться уровнем освещённости.

Таким образом, на растение оказывают влияние сразу несколько факторов среды. Учесть это влияние и создать оптимальное сочетание параметров микроклимата в теплицах возможно лишь с помощью автоматизации технологического процесса.

Экономия энергии на обогрев помещения может быть достигнута:

за счет установки дополнительных временных ограждений, например, размещения полимерной плёнки между остеклением и трубами обогрева

(экранирование боковых ограждений теплицы способно сэкономить до 20% тепла);

за счет регулярного ремонта остекления и тщательной регулировки привода форточек, обеспечивающей их полное закрытие;

за счет рационального размещения труб обогрева ( в соответствии с требованиями СНиП П-100-75, не менее 40% общего количества тепла должно быть подано в зону высотой 1 м над поверхностью грунта);

за счет увеличения теплоизоляции наружных участков теплотрассы;

за счет автоматического управления температурным режимом, которое может понизить температуру воздуха в теплице без какого-либо нарушения технологического процесса выращивания овощей.

Автоматические устройства способны обеспечить значительную экономию тепла за счет понижения температуры воздуха в ночные часы и в часы недостаточной освещенности.

 

 

2. Характеристика теплицы как объекта управления

 

Современная теплица как объект управления температурным режимом характеризуется крайне неудовлетворительной динамикой и нестационарностью параметров, вытекающими из особенностей технологии производства (изменение степени загрязнения ограждения, нарастание объёма листостебельной массы и т.д.). В то же время агротехнические нормы предписывают высокую точность стабилизации температуры (1ºС), своевременное её изменение в зависимости от уровня фотосинтетически-активной облученности, фазы развития растений и времени суток. Все эти обстоятельства предопределяют высокие требования к функционированию и качественному совершенствованию оборудования автоматизации. Представим объект управления (теплицу) в виде черного ящика рисунок 1; выходные величины которого указаны справа (температура, влажность, освещенность внутри теплицы).

Управляемые величины на рисунке 1 изображены сверху. К ним относятся параметры теплоносителя. Контролируемые факторы на рисунке изображены слева. К ним относятся: температура наружного воздуха, солнечная радиация, влажность наружного воздуха, скорость ветра. Перечисленные выше контролируемые факторы можно отнести к так называемым возмущениям, вызывающим отклонение от оптимальных режимов. структурная схема теплицы как объекта управления представлена на рисунке 2.1.

 

Рисунок 2.1 -Теплица как объект управления (биологический и технический).

3. Анализ путей автоматизации теплицы

 

.1 Энергосберегающие системы автоматического управления

 

Энергосберегающие системы автоматического управления - это системы, алгоритм которых направлен на то, чтобы осуществить технологический процесс при пониженных по сравнению с существующими энергетических затратах. Наиболее эффективны ЭССАУ, которые обеспечивают минимум энергетических затрат:

Q/П min, (3.1.1)

где Q - расход электроэнергии, затраченной на получение продукции, кВт·ч;

Q=Qт+Qпот, (3.1.2)

где Qт - затраты энергии на выполнение технологического процесса;

Qпот - потери энергии, вызванные несовершенством технологии, оборудования и материалов.

Применительно к теплицам будем условно считать, что Qт - это затраты на компенсацию теплопотерь с поверхности теплицы в окружающую среду. К потерям энергии, вызванным несовершенством технологии, можно отнести потери, связанные с открыванием дверей и ворот теплицы.

Условие (3.1.1) обычно дополняется какими-либо ограничениями, которые характеризуют диапазон изменения факторов и касаются минимально допустимой температуры, ниже которой наступает нарушение развития растений.

Для снижения энергоемкости процесса прежде всего надо с

Похожие работы

1 2 3 4 5 > >>