автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматическое управление подачей диоксида углерода в сооружения защищенного грунта с использованием микро-ЭВМ

УКРАИНСКАЯ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

НОВИКОВ ЕВГЕНИЙ ПЕТРОВИЧ

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПОДАЧЕЙ ДИОКСИДА УГЛЕРОД В СООРУЙЕНИЯ ЗАЩИЩЕННОГО ГРУНТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРО-ЭШ

Специальность 05.13.07

Автоматизация технологических процессов и производств ( по отрасли - сельское хозяйство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киеп 1991

Работа выполнена в Украинской ордена Трудового Красного Знацени сельскохозяйственной академии и в Институте химии повэрхцооти АН УССР

Научный руководитель- заслуженный деятель науки и техника УССР, академик ВАСХНИЛ, доктор технических наук, профессор Мартшюнво U.M.

Официальные оппоненты: ■

- доктор технических наук,

профессор Грицанко А.Э.

- кандидат технических наук, ст,научн.сотруаник

Герасикчук.B.ß,

Ведущая организация- Украинский научно-иссладоватольский гидроматеорологичэокий институт

Завита диссертации состоится" июня 1991 г<

■ "О -

"часол на заседании специализированного СоЕзга

У?*

К 120,71.02 в Х£ аудитории 3-го учебного корпуса Украинской ордзиа Трудового Красного Унакеии сельскохозяйственной академии.

Просьба принять участий л обсуждении диссертации при её эа-заккта или прислать Шш отзия на автореферат ъ ?-х экземплярах, Еавараниих печатью по адрзоу;

252041, Киав-Л!, Голосевьо, ул. Героев Оборони 15, сектор защити диссартаций С диссертацией можно ознакомиться в библиотека академии. . Автореферат разослан _" мая 1у91 г.

Ученый сакрзтарь специализированного Соната,кандидат технических наук, доцент

^ ' ] ОБЩАЯ ХАРМТЕРЛСТИКЛ РАБОТЫ

}

Лктуаяыюсть. Индустриализация защищенного грунта в послед- . но о десятилетие происходит на основе внедрения современных куль-глпационннх поиещенгей, оийтем мошки и интенсивных технологий. Площади теплиц в СССР постоянно растут, Б области промишлоиного овощеводства возншиа необходимость применения систем автоматизированного управления процессами выращивания, которые при повода электронных вычислительных мамин подцерживали бы рациональные технологические циклы, обеспечивающие минимальные трудовые затраты, наименьшую себестоимость продукции и наилучшее ее качество.

Одной из характерах особенностей сооружений защищенного грунта (СЗГ), как правило, является достаточная обеспеченность растений элементами минерального питания, водой и тепловой энергией, а концзитращш дпокивда углерода в атмосфере СЗГ и освещенность растений выступают в роли лимитирующих факторов. Это связано с ограниченным воздухообменом СЗГ с внешней атмосферой, которая является основным поставщиком СС^, ассимилируемого посевом в дневное время суток. Распространенным приемом поддержания высокой продуктивности тепличных растений является дополнительная подача диоксида углерода от технических источников.

Широкому внедрении процесса автоматизированной подачи диоксида углерода в СЗГ препятствует противоречивость данных о рациональных значениях концентрации СО^ в воздушной среде теплиц. Это заставляет искать методы теоретических и экспериментальных исследований дня обоснования эффективных алгоритмов управления процессом углекислотной подкорлки (7П) тепличных растений.

Из всех параметров микроклимата только концентрацию С(>2 ра-гулируют с помощью разомкнутых программно-временных "систем. Примитивность применяемых методов регулирования находится в противоречии со сложностью процессов роста и развития растений. Такие подходы не учитывают потенциальную продуктивность растений и затраты на проведение процесса.

Поэтому актуальной задачей является совершенствование алгоритмов и систем управления концентрацией СС>2 в атмосфере СЗГ, применение которых позволит более полно использовать ад лтивные свойства конкретного вида выращиваемых растений и уменьшить затрата, которые связаны с подачей С0? от внеиних источников.

Цель работу. Обосновать алгоритм сяегозависшого автоматического управления подачей диоксида углерода в СЯГ о иопользова-1Ш8М микро-ЭШ ( разработать структуру и программное обеспечение цифровой системы автоматического управления концентрацией С02.

Объект исследований. Ацаггашннй процесс подкорики ововдак растений диоксидов углерода в ррошицлешшх сооружениях защищенного грунта,

■ Метода исследования. В работе использованы гае,мента теории »ласооперенооа, методц математической статистики с метод построения феноивнологическцх моделей фотосинтетической продуктивности агросистем. Обоснование алгоритма функционирования системы управления выполнено методом вконсмо-математтгческого анализа и кмнта-циолншл моделированием процесса УЛ на ЦЩ. Исследование дшшики возмущенного движения системы проведено с учетом нелинейкостей и чистого запаздывания ь' объекте управления, В других исследованиях принимались общепринятые допущения, позволявшие анализировать-системы Цак лшейше, Основные теоретические положения Вод5,з0рндзш результатами окслеркмелтазьких исследований в лабораторных и промышленных условиях.

Научная новизна.-Установлены основные закономерности дневной ц счяониой динамики балансовц;: состцьляадпх процесса УП.Обоснован алгоритм формирования эодазецнх воздействий для замкнутой система автошшчесхого регулирования концентраций 00о. Дналити-чй'пт хю'хет оадачц.досйЕшгш мкжмалыгой еобеотоямостй продукции, варощшшо^ а реаулирусаюй газовой ¡зреде, Разработан алго-ратм $уаздонироваяия и структура систша управления с рспольэо-вшвдегл микро~ЭЩ.

Дра?;у1щеекая ценность. Опродзлепн особенности свотоаепйсимо-го Сйд-гадообмеиа двух шдов овоадых культур, которой при низких {до 80 ) иитсискаиооа'лх фэтрскнтетаязски активной редкеют лими-гируятся мяэд уровнями интенсивности, а под воздействиям ваоо-ках (до 350 Вт/аР) интенсивнсстей возрастает в даа раза с увеличатся концентрации СС^ до 2000 ми-1. Предложен метод практического расчета коррекции программных движений скстзвд украшения,

асоашляцкп диоксида углерода в обласгя потонцньльшх 5наченйЗПТЦ^рз^5етй:лсШа— когафьткого рчда растений м повысить оконоаичэакук оффектввность процесса УП. Для более полной реализации результатов теоретического иоеладовшшя разраЗстая субстрат дая шрациаання и $стройот-

so обогрева корневой сйстемы растений, защипанные авторскими свидетельствами СССР* Разработана и проверена экспериментально. ciic-тема автоматического управления процессом подачи гйзойоЙ смесй, обогащенной дооксйцом углерода в СЗГ. Разработан йариант специального программного обеспечения и его техническая реализация о помощью микро-ЭШ»

Основные положения, выносмге Ha защиту»

- Количественная связь между освещенностью растений й скоростью ассимиляция диоксида углерода листьями овощных культур,

- Соотношения меяду основным* составляющими материального баланса процесса УП в течение светового' дня и tto мере роста растений*

- Закон формирования задайцих воздействий по аночейишА концентрации С02, который, с учетом адаптивных свойств посева и условий вентиляции СЗГ, обе опочивает повышение технологической эффективности процесса.

■ - Алгоритм функционирования цифровой сиотемн автоматического управлений, структура и программное обеспечение управляющего устройства, рз влизоввнного на базе мйкро-ЭШ последовательного действия»

Реализация результатов. Результат исследования нсзли практическое применение прй выполнении ОКР-по хоздоговорным работал "Разработка и внедрение в производство способа углекислотой подкормки" (для тепличного комбината колхоза пм,Войкова), "Разработка и внедрение сиотемы автоматического регулирования концентрации углекислоты" (для тепличного комбината "Царникава") при выполнении НИР по тэШн "Разработка приемов регулирования интенсивности фотосинтеза й фотофосфорилированая у сельскохозяйственных растений", "Изучение на различна уровнях dpramraaintti процессов к механизмов, обуславливающих эффективность фотосинтеза и высокую продуктивность растений". Результаты работы исйоль-зованы во ВПМ ГИПЮПРйШШЩА (г.Лугш.ок) пра выполнения проекта для Славяно-сербского тепличного комбината. Экономический эффект от внедрения на 4-х га при выращиваний огурцов а томатов Составил 8,3, а при выращиваний цветочных культур на площади 1,4 га - 8,0 руб/fa2.

Апробация работы. Основные положения диосертациокной работы докладывались и обсуждались на конференций " Энергосбережение в сельском хозяйстве" (г,Киев, 1990г.), на семинара "Химия поверх-'

ности и технология модифицированных дисперсных твердых тал" (г,Киев,1982г.), на республиканском совещании УССР "Углекиелот-ная подкормка растений защищенного грунта" (г.Киев,1980г.), на ежегодных конференциях молодых исследователей в Институте физиологии растений Ail УССР (г.Киев, 1976,1977г,г.), на симпозиуме "Биохимические и системные исследования в лесной биогаоценоло-гии" (г,Петрозаводск,1976г.), на "Четвертой всесоюзной конференции по фотоэнергетике растений" (г.Киев,1975г.), Разработка по теме диссертации прошла государственную регистрацию ( И 01,82,0087815).

Публикации. По результатам исследования и выполненных разработок опубликовано 10 печатных работ, в том числе получено два авторских'свидетельства.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, списка основной использованной литературы и приложений. Работа изложена на 181 странице,включает 16 таблиц, 40 рисунков и 17 приложений. Список литературы содержит 109 наименований (10 стр.). Основное содержание работы составляет 148 страниц.

СОДЕШШЕ РАБ01Ъ1

Введение. Обоснована актуальность теш и определена область исследования, дана краткая характеристика результатов исследования, изложены новизна и практическая ценность работы для прошащеиного растениеводства в сооружениях зачищенного груша, сформулированы положения, вннаешке на аавдту.

Состояние технологии автоматизированного снабке;мя растений защищенного грунта диоксидом углерода. Проведен анализ литературных 'источников, который показал, что поглощаемый лкстьк-ми из атмосферы теплиц диоксид углерода служит основным источником углерода для растений. Строгая теория роста растений к настоящему времени не создана, но на основании разработок концептуальных моделей продукционного процесса, наполненных cobst-. скшн учегаии: Ничипоровичш Л.Л., Шульгиным К.А., Сяротвнко ОД.-

Гаяицким В. ___

нкм С.Ф., Гуляевым Б.И., Белоноговш А.Н. и других - модно допустить, что биологической основой управления процессами формирования урожая служат закономерности фотоскнтотич-есиой продук-

тивности (ФП) листьев зелв!шх растений. Наиболее часто ФП характеризуют скоростью реакции восстановления диоксида углерода (скоростью ассимиляции С02), которая зависит как от концентрации С02, так и от интенсивности фотосиктетически активной радиации (ФАР).

В проведенных в настоящее время исследованиях представлены противоречивые количественные дашшо о скорости ассимиляции СО,, посевом овощных культур, выращиваемых в промышленных СЗГ, недостаточно полно измены резервные возможности растони'1 при повы-шошмх значениях концентрации диоксида углерода в атмосфере теплиц. Кроме того, ни одна из известных моделей газодинамики С02 в культивационных соорулениях не учитывает светозависимое изменение потока диоксида углерода, потребляемого посевом и не позволяет учесть ограничение эффективности процесса УП за счет непроизводительного расход? СОо во внешнюю среду.

В современных тепличных комплексах предусмотрены техниадс-* кие возможности дая обогащения атмосферы теплиц диоксидом углерода. Наиболее доступным и экономичным источником С02 признаны отходящие газы котолышх. По мере изучения особенностей вегетации растений в атмосфере, обогащенной диоксидом углерода, исследователя проали путь от решения простой заданй о подачо С02 к растениям с постоянной скоростью в программно-временном реаимэ, до создания систем стабилизации значений концентрации С02 на фиксированном уровне,

Иа протяжении последних лет в зарубежной литературе сообщается о разработке автоматизированного оборудования Для провеяе-ния процесса УП, Однако, отсутствуют'публикации, посвященные алгоритмам и программам, реализованным на ЭШ, структуре и эффективности функционирования этого оборудования.

На основании анализа современного состояния вопроса сформулированы следующие основные задачи:

- исследовать особенности С02-газо~бшЫа растений и культивационного сооружения в процессе углекислотной подкормки;

- обосновать алгоритм адаптивного управления рациональными значениями концентрации диоксида углерода и атмосфере промышленной теплица{

- разработать атгорхга функционирования и структуру системы автоматизированной подачи диоксида углерода;

- разработать вариант реализации системы с использованием микро-ЭВМ,

Исследование процессов ССЬ-газообмена тепличник растений овощных культур. Исследование количественных значений скорости ассимиляции С02 овощными культурами (огуречной - сорта "ТСХА-2П" и томатной - сорта "Украинский тешпгпшй") в проточном биохимическом реакторе показало (рис.1), что при низких (до 80 Вт/м2) интенсивноотях ФАР наблюдается ограничение этой ско|юсга на уровне 0,12. .,0,20 иг/ (м2 с). Резерв пошгшния продуктивности

Ч 0,6

<Г

0,4

с

■8 0,2|

в

а

g о

I

2

3 у,—

ЕксЛ. Зависимость скорости ассимиляции листовой поверхностью огурачной культуры от концентрации диоксида углерода в окружшаеы воздухе: I - при интенсивное«! ФАР, равной 380; 2 - при интенсивности <МР, равной 170; 3 -пол дойстшадтого жа фзггора, равного ВО Вт/м",

.^оншнтрацня СОр,млн

-I

(от 0,32 до 0,68) достигается при высоких интенсивное«« ФАР (до 38Q Вт/i^) аа счет увеличения концентрации СОо до уров»ш 2000 щн""*, Установлено, что скорость ассимиляции листьями томатов в два раза ниже, чем у огурцов. Результаты'обработки экспериментам,-1Ш данных показали, что гипотеза об адекватности математического одаевная статической характеристики скорости аосшалшда С(>2 /жтжла шладованашх культур в яда , -f\-i

ripa на$дешш£ внгдевияя параметров,представленных в таблице, удовлетворяет уровня аначшостк F -критерии Яшюра-равното 0,05. -Нзучеюю-ДШ^Ш! кокхм»р&шх СО,, в блочной прошаганной теплице показало (рис.2), 4VO

I) ) по сравз'чнию с остест-ннмм газообмокш (график 2) ограничено ув&тадаш расхода диоксида углерода как во вкешгаз среду,та:: и на тшржшза поишняах втчтзй- скорости ассимиляции С(м по-

Культура I_Параметра модели (?)

_1 с1 | г 1 Г I #

огурцы 3,73.ю~3 2,57.КГ3 0,333 9,9

томаты 1,65.Ю~3 0.82.Ю"3 0,105 2,1

Рис.2. Пример экспериментальной зависимости концентрации С02 в -течение светового дня: I - под действием импульсной подачи (Х>2 в промтеплицу; 2 - естественный газообмен (без дополнительной подачи С02); 3 - плотность потока солнечной радиации,

севом (см. послегалудзн-9 ц 13 14 ' нов уменьшение концент-Текудее время,чао рации С02 после прекра-

щения подачи диоксида

углерода на графике I).

Установлено, что при распределении диоксина углерода по площади теплицы с помощью перфорированных шлангов процессы С02-газообмэна между атмосферой СЗГ и окружающей средой, могут бать • описаны ияерщгашжм звеном первого порядка с переменными пара-метрами, Значения этих параметров определяются кратностью воздухообмена //р, которач, в зависимости от положения вентиляционных фрамуг (8£), представляется аналитической зависимостью

ЯР = Яро ехр '(¿4 оО)> „ (2)

где Кро - кратность воздухообмена при закрытых фрамугах (иУ =0); - эмпирический коэффициент,зависящий от конструкции теплица, Математическое моделирование процесса в эксплуатационно^ области состояний и возмущений. В работе исследовались основные

- в -

физиологические и технологические закономерности ассимиляции и непроизводительного расхода С02 во внешнюю среду. Па основе решения уравнения материального баланса изучались управляющие и возмущающие воздействия процесса УК. В качестве моделирующей гидродинамической структуры использовался периодический реактор объемного типа, полного перемешивания газовой среды. Было показано, что статическое приближение задачи о перераспределении потоков СОр описывается системой уравнений

~ О< =

где (яи, (гу - производительность источника, расход во внешняя среду и скорость потребления диоксида углерода посевом;^, Ь - зависимости, учитывающие рост листовой поверхности в абсолютных и относительных (к площади теплице) значениях соответственно; С - среднее значение концентрации С02 в объеме СЭР; £ -средняя по высоте растешй интенсивность ФАР с учетом прозрачности ограждений, доли потока <МР в общйм потоке и коэффициента пропускания ФАР зеленым листом, определенные коэффициэнгад ; £ - удельный вес 002} V - объем СЗГ; Са- концентрация С02 во внешнем воадухе. •

На примере расчета балансовых составляющих процесса УП в ангарной теплице (площадью 0,1 га) показано, что предельные значения полезной составляющей равны 0,5 (при развитой листовой поверхности» высокой освещенности и предельных значениях концентрация С02). Расход С02 во внешни» среду при тех яе условиях зависит от полоквния ВФ, например, изменяется в диапазона от 2 до 6 мгССОгЛ/м^ при открывании последних на 50$.

В работа использовался экономико-математический метод оценки эф*октав:юсти функционирования альтернативных вариантов САУ -1»10»нгрШ1а8. В .качество деловой функции разрабатн-

вашого процесса припадали интег^щшагггерн^ерви-слщщнлк

йоотошоств выращиваемой продукции, В общем случае этот критерий- имеет елвдуодий шд

- относительное и абсолютное снижение себестоимос-ти;^ - себестоимость продукции, получаемой при использовании базового варианта системы автоматизации; ил ср приращение затрат на проведение процесса я продукции; - средняя урожайность растений по базовому варианту в течение исследуемого периода времени.

Аналитически решалась задача стшгсл свбзст тюсти продукции.. Для общего случал получена нелинейная зависимость рациональных значений концентрации С02 в атмосфере СЗГ при управлении процессом УП: __|

с3 - /Л*/™

где ёп/> - коэффициент эффективности С02-газообглеиа по продукции; 2 - стоимость килограмма СС^;

Показано, что формирование текущих значений задающих воздействий по концентрация СО., целесообразно форлировать по сигналам текущих еначенлй датчиков интенсивности ФАР и положения ВФ. В результате имитационного моделирования на ЭШ систем с альтернативными закопали упрашеяйя (рю,3) установлено, что эффективность при-

Рис.З. Зависимость относительных значений снижения, себестоимости выращиваемой продукции от стоимости ресурсов управления (диоксида углерода): 1,2 - при сравнении с режимом естественного газообмена, I - для режима стабилизации С02 на уровне 1500 млн"1; 2 - для системы управления с формированием уставок по критерию (3); 3 - для той жа системы при сравнении с режимом стабилизации концентрации СОз»

менени.ч система стабилизации концентрацш С02 по сравнению с рзжшои вцрацивания растений в естественной газовой среде обратно пропорциональна стошости ресурсов {график I). При стоимости диоксида углерода провышащей 0,04 руб за кг такое управление убыточно. Показано, что управление концентрацией СОг, по

- ю -

предложенному закону формирования рациональных значений (4) более эффективно как при сравнении с естественным режимом (зависимость 2), так и относительно режима стабилизации концентрации С02 на верхнем фиксированном уровне (зависимость 3). Установлено, что при незначительном снижении эффективности процесса УП (на 75? для огурцов и на 13$ для томатов) нелинейная зависимость (4) аппроксимируется линейным аналогом

(¡¿ = 100 +Со* С,иЭ+(С2*С>*))Е* (6>

где Её - интенсивность ФАР на верхней границе посева. Это позволяет использовать зависимость (5) для упрощения технической реализации устройства управления процесс™.

Выбор и обоснование системы автоматизированного управления. Показано, что состояние СЗГ по концентрации СО2, в основном, определяется освещенностью Е и положением ВФ - ^ . Это приводит к вариации как статических, так и динамических свойств объекта регулирования. С учетом того, что в настоящее время не удается контролировать все возмущения внешней среды, задача оперативной коррекции управляющего воздействия, для объекта регулкроиа-ния, динамика которого описывается линеаризованным уравнением

ССги - А Ж. - (Щ/эс

Т0 = Ло Уу; Х£ = ЛС эц/эя (7)

Я, - Хро /К/4 - С.) Щ/эь?

решается с помощью командного блока, функционирующего в разомк-

Рис.4. Структура замкнутой САУ концентрацией С02: КБ - командный блок; Per - релзйшй регулятор.

В соответствии со структурной схемой (си. рис.4) разработана функциональная схема светозависшого управления процессом подачи диоксида углерода. Командный блок выполнен в виде решающего устройства, реализующего функциональную зависимость (5), ■значения шторой корректируются по сигналам текущей информации об освещенности и наложении ВФ. В процессе функционирования система в реальном масштабе времени поддеркание концентрации С02 иа уровне задювцих воздействий производится с помощью релейного регулятора. Обоснована целесообразность использования мияро-ЭШ для решения задачи управления (внешний разомкнутый контур на рис.4) и задачи отслеживания управляющего воздействия во внутреннем контуре регулирования. На основании анализа особенностей тех шло п? г э с ког о процесса, разрабатывается алгоритм функционирования цифровой системы автоматизированного управления. Исследованы зависимости параметров автоколебаний от контролируемых воэчудашй (рис.5). Установлено, что при высокой освещенности (график 3) длительность импульса подачи С02 нелинейно

Рис.5. Зависимость времени подачи диоксида углерода от положения вентиляционных фрамуг при низкой освещенности, равной 50 (I), равной 200 (2) и высокой освещенности, равной 350 Вт/м2 (3).

зависит от положения ВФ и имеет экстремальный характер. При нцзкйх освещенностях наблюдается большая стабильность этого параметра (зависимость I). Показано, что общий диапазон длительностей включения подачи имеет значения в диааизоне от 400 до 1500 с. Расчетным путем установлено, что в диапазоне открывшая Щ от О до 30$ к при изменении освещенности от 100 до 350 ВтДг, усредненные значения периода автоколебаний рдлайной САР, с оаибкой нв превышающей 1%, не зависят от полакхпш Ж>, но от второго контролируемого возмущающего воздействия (митоиюшюста ФЛР) мшетт нелинейно и достя-

\ 1 ч

1 8 _1_ N

30 60 % ,90 из----

гаат минимальных значений (800 с) при средних (200...250 Вт/м?) значениях этого воздействия. Проведенные исследования подтвердили актуальность разработки технических средств для реализации-предложенной структуры СЛУ. Микропроцессорное устройства, лдя выполнения функций КБ (см. рис,4) выбиралось с учетом требуемого быстродействия измерения контролируемых возмущений в разошс-нутом контуре управления. Установлено, что максимальное быстро-' действие преобразователей частота-код, используемых для измерения этих возмущений в режиме реального времени, не превышает 2 Гц. Показано, что такое быстродействие может обеспечить недорогой, доступный в программировании широкому кругу пользователей микропроцессорный комплект серии К 145, основу которого составляют микрокалькуляторные ЭШ последовательного действия.

Структурная организация, особенности функционирования и результата испытании системы автоматизированного регулирования. Разработано микропроцессорное устройство управления технологическим процессам УП (рис,6)

управления

Рас.6. Структурная схема устройства управления: УБЙС - блок вре-

глегаюго разделения каналов измерения} ИТ - интервальный таймер; Ш - блок клавиатуры; БЖ - большая интегральная схема р-каналь-ной МОП технологии; Ун - схема управления, Ил - схема интерфейсных функций; ШЭШ - однокристальная микро-ЭЩ последовательного действия; ШС-037 - оперативное запоминающее устройство; УБ -устройство Енвода сигнала управления подачи С02. Временное разделение операций сбора, программной обработай и форлирование сигнала управления происходит по внешним сигналил "Взан" (внешний запуск), 1(11У (конец вша управления).

Архитектура устройства (рис.6) позволяет работать в трех режимах: ''Автоматическая работа", "Программирование", "Работа с внешними устройствами". Для проверки достоверности исследования изготовлен экспериментальный образец систем (рис.?). Подробно обсуждаются технические возможности по быстродействию и погрешности намерения трвхканалытой подсистемы сбора информации, випол-невдой по схеме пншюго-частотного преобразования сигналов потен-циометрических датчиков, В процессе испытаний системы микро-ЭВМ*

Рис.7. Структурная организация системы управления подачей каталитически очищенных отходящих газов в промышленную теплицу.

з те?.ше технологического процесса УП, рассчитывала задающее воздействие з размерь;ых единицах

. е** с:+'сл - [(с^сулг ш ™

где + £>*-?{ к г, С,к!<г;

¡(1 амасштабный коэффициент и число импульсов й соответствующем измерительном канале за фиксированный промежуток времени 71 . . Для случая релейного закона регулирования получена формула для вычисления ошибки регулирований / /

с+ «л

■В работа показано» что представление исходных за&исимоотей в виде их цифровых экшвалентоЭ (8) и (9) позволяет минимизировать объем памяти специального программного обеспечения дня микро-ЭШ, которое состоит из 16-ти блоков» содержащих 69 команд мшсро-ЭШ "Электроника МС ПОЗ". Промышленные испытания системы (рис.7) показали, что на начальном втапе вегетации растений, который отличается коротким световым днем я низки,га температурами внешней среды, расчетные значения задающих воздействий синхронизируются только плотностью потока ФАР. В период активного плодоношения формирование и отработка задающих воздействий, рассчитанных устройством управления (рио.6), происходит о учетом положения БФ. Показано, что работа системы в полуденные часы отличается квазк-стабилыюстью парметров автоколебаний, что связано как с медленным изменением освещенности, так и с Мали® вариациями №. В этом режиме достижение критерия минимальной себестоимости продукции (3) связано с формированием пониженных значений управляющих воздействий. Таким образом решается задача адаптивного управления концентрацией С02 в атмосфере промышленной теплицы. В работе установлено, что даухлозиционное регулирование позволяет решить задачу слежения за вначениями задающих воздействий с погрешностью не превышащей погрешность современного С02-газоана-лкзатора типа ШМ-5. Первый вариант разработанной системы испытан в шсной зона - ■ тепличном комбинате колхозу им.Войкова (Крымская обл.). Результаты наблюдений динамики образования цвет ков (рис.8) и образовавшихся плодов в течение тридцати дней на даадцати растениях показали, что существует сопряженное изменение показателей жизнедеятельности растений как в опытной, так и в контролыгой^геплкцах,--------

Установлено, что для исследованной культуры огурца отношение количества образовавшихся плодов к количеству ранее завязавшихся цветков равно 0,2. Однако, скорость образования плодов в •< опытной теплице превосходит 8гот показатель контрольной в поято-

4М8

Я

14

о а

8

ю

ö «

о

S

о,

хз о

о

р

о а

0

/с

V а/ /

/ У 2 -уъ

V

Ч

10

20 30 Дата от напела цветения, день

Ркс.8. Зависимость образования цветков на растениях огурца от продолжительности углекяслотной подкорлгаи женские соцветия, опыт (I), контроль (2); мужские соцветия (3).

ра раза. Экспериментально пока- , аано, что применение УЛ приводит как к увеличении урожайности огурцов на 14$, таге а к .увеличении выхода ранних овоцей (на 60$ в первую декаду сбора урожая). Второй вариант-системы использован! яри проведении испыташШ в зоне с пониженной естественной освое!СКШстьИ'(в совхозе "Ларни-капа", Вигской-о<5л,). В качестве источника С0<> такга использовали огоюдэдге^газй с предварительной каталитической очисткой от окяся углерода. Результата иепцташй показали, что упразлешш концентрацией СО., в атмосфере •гешшц югодеодв 0,7 га яряводиг к пртоедеята -вклада гвоздики ка U%t розц - на 13,1.

3 К В О Д У

1. Падучею статистические одегею кодотеетвешшх значений констант, определяющие гршйнне' otcópocitt- аемшляцаи С02 лаотья-

Усуановлегкз;- что при низких интонсиз-скорость. не-эааюат от концентрации С02 а дапазоцв ее ввепеаяй от зцр до ООО- гшГ*. Пря высоких интои-синностях"(до 380 Вт/г/') скорость асй&йяящш асшатотическп возрастав в два раза с увеличением ноицегираций COg до.2000 шпГ .

2. Впервые предложена аналитнчвск&ч'зйвисоость крайности воздухообмена СЗГ от положения. аентшшцаонньх фрамуг. Экспериментально кайдзнн коэффициент«. вкспоненцйалвяой зависимости для теплиц ангарного типа. Получека оцаякз^дйшкйона вариант» характеристик звена первого' пор/шш-, (.&«364Q,i..766 с,«0,57...0,10 шн"^ о/глг) при иамзн8}жи уровня , вэнташйй от 0 до 100$.

ш исследовашак кулы^р яоетях ФАР (до ВО BíAr),

3. Впервые аналитически решена задача снижения себестоимости выращивания овощных культур путем регулирования концентрации С02 в СЗГ. Для общего случая получена многофакторная (четыре константы уравнения скорости ассимиляции COg, стоимость ресурсов управления, площадь листовой поверхности посева, положение вентиляционных фраЛуг, интенсивность ФАР), нелинейная зависимость закона формирования задающих воздействий по канату регулирования концентрации COg. При фиксированной стоимости диоксида углерода (0,05 руб/кг) предложен линейный аналог этого закона в виде двух-факторюго (интенсивность ФАР и положение вентиляционных фрамуг) уравнения регрессии,

4. Показано, что по сравнению с режимом выращивания растений в естественной газовой среде, регулирование концентрации С02 по предложенному закону (в зависимости от стоимости ресурсов управления) приводит к снижению себестоимости продукции на" 10.. Л(>%.

Установлено, что при стоимости ресурсов, превышающей 0,04 руб/кг (С02) применение системы стабилизации С02 в атмосфере теплиц экономически нецелесообразно.

5. Разработан алгоритм функционирования и структура системы децентрализованного автоматизированного управления процессов подачи диоксида углерода в СЗГ с' помощью микро-ЭШ последовательного действия. Показано, что при допустимом периоде дискретизации регулируемого параметра, равном 200 с, погрешность замены средней составляющей переходной функции импульсной системы на переходную функцию непрерывной системы регулирования не превышает Ъ%. Установлено, что период автоколебаний двухпозиционного процесса регулирования нелинейно зависит от интенсивности ФАР, имеет минимальные значения (600 с) при средних (200 Вт/м2) интенсивностях.

6. Разработана структура системы и вариант специального программного обеспечения микроконтроллерного устройства управления.

Показано, что диапазон вариации амплитуды автоколебаний концентрации С02 составляет 60 млн-1. Абсолютные величины амплитуды зависят от положения вентиляционных фрамуг и имеют значения -нэтЛ0а_до_16_0_шн21_._______

7. Техгоко-зконам:иес7«Т1шализП __

тайной системы показал, что реализация предложенного алгоритма управления приводит к увеличению выхода ранних овощей, даст при> бавку урожая огурцов на 14, роз - на 13 и гвоздики на 10$. Эко-

номический аффект на фоне действующего производства составил 8,3-для овощных и 8,0 рублей на квадратный метр - для цветочных растений.

Основное содержание диссертации опубликовано я слепувпщ работах:

1. Мартдаенко И.И.,Новиков Е.П. Система автоматизированного управления процессом выращивания растений в защищенном грунте//

Информ.лист.- УкрНИИНТИ,1903.83-182.-1983.-3 С.

2. A.c. 1003071 МКИ 6 06 F 7/С4 Устройство для сравнения чисел/ Р.Л.Дуда,U.A.Дуда,Е.П.Новиков (СССР).

Заявлено 13,01.ВО,Й»я. J!» О // Открытия.Изобретения.-1983.- №Э

3. A.c. 923473 МКИЛ 016 31/00 Субстрат для выращивания растений /Г.В.Сандул.Е.П.НоРИков.А.В.Фесенко,К.А.Сухорская,М.А.Буц.Л.Т. Сулима ,0.К.И остицкий,3.В.Куцин (СССР).

Заявлено 18.08.80, бм. № 16 // Открытия.Изобретения.-1982.-В 15.

4. Новиков Е.П. Походный фотоинтегратор ФАР // Фиоиол. и био-хим.культ.растений.- 1978,- № I,- С.13-15.

5. Использование отходящих газов котельных для углекислотной подкормки. Б.И.Гуляев,А.В.Фесенко.Н.Г.Кравчуи,Е.П.Новиков,А.Е,Ломая, В.В.Цибуля IJ Мзхан. и электр.соц.селлоз-ва,197В.- № I,- С.13-15.

6. Углекисло-гная подкормка растений закрытого грунта /Б.И.Гу-ляев,Б.А.Цитрофкнов,Е.11.Новиков // Информ.лмст.- К.: УкрНИИНТИ, 1977.- № 77.- 1977.- 3 С.

7. Исследование'перехода«« процессов при фотосинтезе / Б.И.Гуляев,В.II. Лаорияемко »Е.П.Новиков , А.П.Паслчный,И. Д.Пономарева, Г.В,Цепкой.- В кн. ¡Биофизические я системные исследования в лесной био-гесцеиологии:Теэ.докл.симпоз.-Петрозаводск,1976,- C.I3.

8. Гуляев Г>.И. .Новиков Е.П. 'Модель угле кислотного режима теплиц.-3 кн. Биология и экология лесных насаждений: Научи.труди УСХА, 1976.- вып. 177,- С. 30-33.

'9.0 сопряженности фотоэнергетических процессов с биологической активностью листа / Е.И,Гуляев,А.П.ПасичныЙ,Е.П.Новиков,В.И.Лаври-ленно.М.Л.Нацвалова: - В кн. :'Проблемы фотоонергетики растений.-К.: Наук.думка,1975.- С.14.

10. Новиков Е.П.,Черныш И.Г. Устройство кондуктивного нагрева корневой системы растений,- В кн.: Академия наук УССР - отраслям нар.хоз-ва:Наук.думка,1958.- С. 41-42,