автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Совершенствование энергосберегающей системы автоматичес.. ..... температурного режима в теплице на основе результатов производственных испытаний

') M Ho npnnnx рукописи _

■ /, i.'AO ;r>i>e

ЖДАН Александр Борисович

гПЛПЕРАТУИЮГО ?ШЖ В ТЫШЯВ M OCSÎQBK ГЕЗУЛЬТЛТОВ 11Р01Ш0ЛСТ1'ййаЕ ИСШТАШ?!

Специальность 05.13.07 - Автоматизация тэщюлзгячоскиж процаоеоо и производств

(по отрасли АПК)

X :ï Т С Р Е Ф S Р Л Ï

-.r.'isrfjr.iint în ЙСЙСКЙШЮ уч9чс.Й степени '¡.íicxwro гззшичйекаа наук

Челябинск 1925

г^сота выполнена в Челяоинскси государственном агрошшенерна университете.

НаущшЯ руководитель: доктор технических наук, профессор

Изаков Ф.Я.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Глухов В.Н. кандидат технических наук, профессо; Кабанов И.Д.

Ведущее предприятие: Уральский филиал ЕНЭСХ (г.Челябинск

Защита состоится 21 марта 1996 р. в 10.00 часов на заеедашп диссертационного совета Д 120-46.02 Челябинского- государствешюп агрошшенерпого университета по- • адресу: 454080, Челябинск пр. Ленина,75.

с диссертацией шжю ознакомиться в библиотеке ЧГАУ.

Автореферат ¡■•'¿зое.хан Ло $авраля 199е г.

Учений секретарь

диссертационного совета Оашаш Л.А

- 0Щ4Я ХАРЛКТЕГИСтаСА ?4Б0Т!!

Актуальность томи. Оващетюдство зедшпенне-го грунте» «злястол шгееиоипно развивающейся отраслью ^ольекохозяйстьенного прсиавэл ста. Возможность управления порзмотттш! м:н:рокпялат!1 тмтап:-* позволяв« получать внсотае урснаи ьырашивавншс культур. Вместе о том, в общей структуре свбвотолмог-п: -гишми»* ярздузд;« илп-р?—? ни обогров теш»«»! «оставляют 30.. .50?, что делает отрасль затащенного грунта одним из наиболее оноргоешеих производств сольско го хозяйства.

На современном атета, когда происходит постепенное увольнение запасов невозабновляемия. источников. июргии и позиисотся «г. стоимость актуальность еппшзю ejicprosiw.-- urstr-opt-íscr >..»• большую значимость.

В поелв/ашс годи одам кг» цапргймгегаг* а«-глтзт»йцш1 микро-•м'.:мйтя тешвщ явилась разработка «я» бпае еовгсякгагах сродс?* р»чйслителы1ой тохшоск йпоогоейорегакгазд eneren звтснптйчосксго управления (ЭССАУ), иродсташзпвдкх следящие система евтема-

ткчйокой оплшизации температурного резвма теплицу по критерия удельшх энергозатрат. .. . ,

Ллгорггм фупгашоивровяшя дзпкг: ЭССЛУ ртрезгеа на основе >«тч.!аяяоских моделей продуктивности вщэаздгоаемцх растеплй. В настоящее время создштэ вдегдаэткнгнатсиаткческях моралей нт-о-

дуктпшостч осуществляется путСЧ ГКШЪОГЧ кол-ирйтяэ :ík2he}r.!:.í<r-s-

tvu, гфояодоянс n квмер&х шзг&ззвешюгэ мштр^тЕдага - gtrrm»-чке. При втом, получоньиэ to!S!?í озравш одтёшндоссдоэ »одела • к« .•'orvT бить сразу псронесега вуслоЕпя реального производства по ТОЙ щягзяте, что у словил фатотреноо НО ПОЗВОЛЯЮТ ЮЖТПрОВаТЬ реашшэ условия вирещнвшпм растетпй п к тому та, позволяют

создавать модели только для небольших промежутков кизии растения, относящихся как правило только к периоду вырапешшшя рассады.

С учетом етих особенностей, решающая роль в решении вопросов подтвергдення теоретических разработок, адаптации полученных математичесгаа моделей продуктивности к естественным условиям тепличного производства, а также создания новых технических средств и систем управления отводится производственным испытаниям.

Поэтому целью работы явилось создание на Сазе выполненных ранее теоретических разработок опытного образца ЭССЛУ температурным росшем в твшзщо зт проводеше производственных испытаний ¿да? определения ее эффективности. Достижение поставлешюй цели предполагает решение следующих задач:

>|1) На базе созданного ранее специализированного вычислительного устройства с учетом применяющегося на тепличных комбинатах технологического оборудовать произвести разработку и изготовление новых технических средств, а также компановку опытного образца производственной ЭССАУ.

2) Доработать до практического использования способ комбшшро-ванного управления температурным режимом в теплице.

3) Подготовить методику и провести производственные испытания ЭССАУ в условиях одного пз тепличных комбинатов.

4) Определить реальный економический еффект от использования ЭССАУ.

5) Установить влияние температурного режима, задаваемого ЭССАУ, на выращиваемые растения и их продуктивность.

6) Разработать уточненный алгоритм функционирования ЭССАУ и дать рекомендации по совершенствованию входящих в нее технических средств.

Объектом исследований били две ангарные теплицн плсиздь:о 1500 мя, входят:о в состав блока теплиц (ТП.010-95) АО "Тепличной" г.Челябинска.

Методика исследований. Метод имитационного моделирсваття на ЭВМ с целью определения степени влияния внешних ыетеофакторсв из задаваемое ЭССАУ значение оптимальной по критерию удельной опер-поемкости температуры воздуха в теплице. Активно-пассивпий окопе-рпмонт для исследования динамических характеристик- объекта управ-лекия по каналам управляющих воздействий, процесса управления температурным режимом по алгоритму ЭССАУ, влияния темперзтурцрг:; рекима на выращиваемые растения. Для определения ококсмзчйскоЗ вффективнооти применена комплексная оценке спнтнеч-.-.- и базового вариантов на основе внергоигаеской стоимостной методик. £дл наблюдения за растениями использовали методика полевого опита в овощеводстве и методика проведения агрснотеорапсппоеккг наблюдений.

Научная новизна работ заключается в определении вконешчез-кой эффективности применения ЭССАУ температурным регакгои в теплице, в адаптации математических моделей продуктивности и алгоритма управления для последующих периодов Биразгкзшюя огурца в зшштз. теплица! ("до плодоношения" и "плодоношения") п применительно . к другим сортам и гибридам огурца, в частности к. гибриду Стелите. Доработан до внедрения с пракг.гчао$з:5 рексиендзцяЗ способ уяр<&-ления температуришь рекимом в теплица с комбинированной системой обогрева. Предложен способ управления трубнсЗ снстечи

обогрева теплицы с учетом индивидуальной расходной характернз-тики регулирующего органа. Получена математическая модель расходной характеристики регулирущего органа трубной систему обогрева опытной теплицы (двухходового клапана 25ч931нж) о исполвитяльгаи

механизмом ЕСПА 02 ГО. Создан новый первичный измерительный преобразователь (ПИП) для измерения естественной температуры тепли-цц. Исследовано влияние температурного режима, задаваемого ЭССАУ на растения и их продуктивность. На основе изучения влияния внешних метеофакторов на ангарную теплицу предложена уточненная методика расчета ковффициента теплопередачи. Получен уточненный алгоритм функционирования ЭССАУ температурным режимом , в теплице для всего периода зшне-весонпого культурооборота выращивания, огурца в грунтовых теплицах.

Практическая ценность. Внесены изменения в технологию выра-кивания огурца в период зиипе-весешюго культурооборота, в част' ности з управление температурным режимом шатра теплицы по критерию удельных онергозатрат. Разработан опытный образец ПИП, изме-рявдсго естественную температуру теплицы. Предложены пути совершенствовании технических средств, входящих в ЭССАУ. Управлеше мощностью трубной системы обогрева может быть реализовано в других отраслях сельскохозяйственного производства и промышленности. Реализация уточненного, алгоритма возможна на базе ПЭВМ. ЭССАУ температурим режимам в теплице может быть выполнена при минимальных дополнительных капитальных затратах на базе оксплуати-руемых в тепличном производстве типовых комплектов оборудования автоматизации теплиц.

В настоящее время ЭССАУ используется в учебном процессе на

»

факультете влектрификацки и автоматизации сельскохозяйственного производства ЧГАУ при изучении дисциплины "Проектирование систем автоматики".

На защиту выносится: 1) Комплекс технических решений, обеспечивающих создание опытного производственного образца системы автоматической ошгпмиза-

ШШ TAiSTTOT.'.în^p»"'--, ■■■ ; y TClíSyU-j.

; ; с; <- г:-. ■<-,-•■ -о управления Teun<?r,«í,T,v"

•• г vto-r.;K¿ и pó5jf-;¡j»íb-iti произволотвмтут 7""-t;t'—;" r.'H'r?.v •

ч, j .гочненний алгоритм фушшигашроваиия ЭССЛУ теетвпатшмш»

Лираоацкя работ». Оит-ыто пе"о?опня работ,'! доклади&алпгь "

1593.. . ИЗ.» ;.г,1, а -»укжо на прохсицшшал и 199? row в г.Челябинске Е'.'стапкгк ( о 29.05 по 02.06 международная выставка "Эиер-гоеборежошэ в тзпиой янзнии и с 16.00 по 20.0В '¡Ъггзозлжья

UBOînn.'.'î

í,ía^Uic:i¿¿üüoro î'CKCTn (з том число 14 таблиц)» иллюстрирован»

/л» г* и* rssz-ibizï.., епйока литература, щелочащего 131 пстшеиовапиа, из когорт" G па ипоотракинх _ язукпл а тяхга 23 npUKCSCBlSii.

OCHOFÜC" í'A¿CT:i

1. Звергасберзгакдка "авгомагстоокой ептстиизашв! темпе-

ратурного режима в тенлицэ ц nv^-i пл сове рженогвовашя. В глэие проведет анализ отечественных л ■ зарубёгзгах публикация, поепяаен-

- о -

1шх вопросам разработки и оксялуатации САУ микроклиматом теплиц.

Дашше вопроси нашли отражение в работах Ю.М.Беликова, А.Х.Ба-даляна, Ы.А.ВаЯсберга, Л.И.Гурвича, А.С.Дорошека, А.Г.Егиазаровя,

B.Л.Корбута, А.А.Кувшшова, Д.О.Лебла, Г.Й.Малкиеля, А.И.Марты-некко, И.И.Ызртипенко, И.Ы.Михайленко, В.Е.Начинютна, К.Б.Норки-на, В.В.Огурцова, А.И.Панкратова, Л.Г.Прищепа, А.И.Подольского, А.А.Рисса, И.А.Рыбина, И.И.Свентицкого, Ю.Н.Селамова, В.В.Солда-това, П.И.Сторожева, А.С.Степаняно, В.И.Судаченко, С.Г.Хазановой, А.В.Шаврова и многих других авторов.

Благодаря наметившейся тенденции широкого внедрения в производство средств вычислительной техники, позволяющей реализовать слогзше алгоритмы управления, ускоренное развитие получили работы в области создания ЭССАУ температурным режимом по вкономическим критериям. ■' 3',

Что я:е касается отрасли защищенного грунта, то решению етих вопросов были посвящены работы В.Л.Корбута," А.И.Ыартыненко, И.И.Ыартынепко, А.Х.Бадаляна, А.С.Степаняна, С.Г.Хазановой,

C.А.Поповой, исследования которой легли в основу предлагаемой работы.

В результате проделанной работы С.А.Поповой на базе как уке полученных Поповым Э.Г. статических математических моделей интенсивности фотосинтеза и темпового дыхания, так и вновь полученных уже с» динамических математических моделей интенсивности фотосинтеза и темнового дыхания для растешь огурца второго периода выращивания рассада разработаны алгоритмы управления температурным режимом в теплице 15 проведена робота по созданию вычисштель-ных устройств для их реализации.

Анализ работ по автоматизации микроклимата позволяет сделать оледукщие выводы.

1)" Наиболее качественное упр^вл^ние температурным в тсилице позволяв? обеспечит?, епсто.*;, работ:.«;:!« по комгГш«:!{»1<'.и-нему првицкпу управления с (.пользованием канала, лии&шчр<*к№ х&рактвриовдки которого, преыооходя? донамичгекис харшг.г-ы-'!^ ) кпнала "рпеход теплоносителя - температура воздуха в теплице".

2) Разработка ЭССАУ идет по пути спта:.ызании темпера".'^ ноч-ду*п '-'"г. фактора наиболее влияыцего на шшргетиху теплицы.

3) Широкое внедрение в производство средств вычислительной техники позволяет реализовать слохзшй алгоритм ЭССЛУ в производственных условиях с использованием уже имеющегося оборудования о наименьшими капитальными затратами.

4) Полученные математические модели, сиаданные в условиях фитстроноп описывают лишь небольшой период улз;ш растения и поэтому недостаточны для управления в течение всего периода вегетации. К тому >:г: производстветше условия значительно отличаются от тех, которые были созданы в фитотроне.

Отсюда возшткгет необходимость производственных испытаний опытного образца ЭССАУ температурным реаамом в теплице для проверь работоспособности алгоритма управления и возможности его использования при внращгоатш других сортов и гибридов огурца в течение всего периода вегетации, его влияния на продуктивность растений и вкономическиа показатели.

2. Совершенствование технических средств и доработка ЭССАУ с учетом специфики совремешюго тепличного производства. По итогам оценки технологических особенностей современных промышленных теплиц проведена доработка способа комбинированного управления температурным режимом.

Предлагаемая локальная ЭССАУ выполняется в виде комбинирован-

- а -

ней сиетеш, в которой управление ювдостыо трубной системы водяного обогрева осуществляется по возму-дашт, а управление отопи-тилыю-венишяциогашмн агрегатами (ОМ) калориферной системы обогрева - по отклонолша. При этом соотношение расчетных ыснщюс-тей трубной а калориферной систем составляет 4...5 : 1.

При токсм способа управления трубной системе обогрева отводятся основная роль» в соответствии с которой ею осуществляется полная компенсация тенлових потерь .тсплпцы, а калориферная предназначена для устранения резко зезникаадих внешних и ьнутрешшх возмущений путем подачи дополнительно 20. ..25% мощности.

Компенсация теилопоторь через- грунт производится отдельной систсмоЛ косвенного обогрева. ,

Способ непосредственного учгрзнлепия ыоцностьц легко может бить реализован ,в теплицах с - олектрообогревом путем шротно-импульекого ¡угграьлсшш иагревателышми элементами електрокалори-феров. Гораздо труднее ото осуществить теплицах, имеющих водяную систему обогрева, что вызвано нестабильностью параметров теплоносителя и нелинейностью расходная характеристик регулирующих органов (РО), в частности двухходовых клапанов.

С учетом этих, особенностей предложен способ управления мощность« трубной системы обогрева шатра, в котором используется расходная характеристика РО. Реализация данного способа требует применении дополнительной аппаратуры, измеряющей мощность, поступающую из внешней теплосети. ч

Предложенный способ осуществляется следующим образом:

1. На основе информации, поступаемой с ГШП по алгоритму ОССАУ производится расчет необходимой монцюети для обогрева шатра

'шышци , , .

< гонт-: } - < Ч Л > (1)

где 1С - коэ^ф1.'Л!онт теш/оперел^'л топлици, Бх/и?" °0;

К^- ноаДОшнепт, учиахгоанзгЯ состносенио иошкхгаА ср;-о;;сй ;; калориферной систем сЗогрова шатра уепющя и упггих.^е.ч.-,.,: только п случае работу ОВА; I' - плодадь ночки (инвентарная площадь теплицы). и3. Р.,- площадь поверхности огрйудашя ташагцы, ?г: ч - интенсивность потока солнечней радиации, измеренная ПЛП

внутри тешкци, Вт/ы3; *опт~ величнна .оптимальной температуры воздуха в теплице.

задаваемая ЗССАУ, °С; . 1: - наружная температура воздуха. °С.

2. Определяется какая часть от величины максимально?, модности, циркулирущей во внешней теплосети, требуется для обогрева теплицы

Ц = Р4 / Р (2)

где Р - максимальное значение тепловой мощности, которая может

тех

бить подала в теплицу.

3.По расходной характеристике РО, установленного в трубной системе обогрева теплицы, представляющей собой цатеиатическое выражение гависимости мощности от степени открытая задатка РО, определяется необходимая величина открытая РО (в ото.од.)

' В = г(р) (3)

Поела отого выдается команда исполнительному наханизну (ИМ) обеспечить заданное перемещение задания РО, контроль положения которой, осуществляется о поиоцьо установленного ШП.

В резуьтате рассмотрения расходных характеристик РО, пркыеЕя-адимя в тепличном производстве, сделав вывод, что поливок четвертого порядка позволяв« о высокой точностью описать еудаствув-

цич характеристики Р0. С учетом отого выражение (3) прим6т вид

^ * А<М 4 Аи * + ¿а + Аэ., ^ ^

хдез А^, А„ 5, А3^, А^ - коэффициенты регрессии математической модели 3-го типа РО.

По результата?.! аппроксимации расходной характеристики реального двухходового клапана 25ч931ша с Ш ЕСЛА 02 ПВ, установлешогс в опытной теплице, получена математическая модель вида

8 = 2.544 Д2 - 6.229 Ц3 + 4.673 Цл (5)

Для реализации управления температурным рекимом теплиц всегс блока к нь ре числе, сшм операциям добавляется управление ысиуюстью, иостунааиаа из тещ-.спуьхта слока. Для отого определяется величин; максимальной мощности; ;требующейся для обогрева цатра всех теилш блока но выражении ,'•'■.'. ,

Р = 1С Р,. , (б

мах . О . 11

1в1 %

где К - коиф&щиинт запаоа, определяемый экспериментально;

Р} - необходимая мощность для обогрева шатра .1-той теплиц; блока.

После ьтого выдается команда ИМ РО/теплопункта блока сбоспе чить подачу необходимой мощности Р , в теплицы.

С целью создания опытного образца ЭССЛУ температурным рекимо I; теплице на базе-специализированного вычислительного устройств разработан комплекс технических устройств, включающих в себ НИП и согласующее устройство.

1ШП состоят из трзх блоков: блока ПИП внутренних пораметрог Слока Ш!П внешних параметров и блока штатш схем ПИП.

Построение блоков ГОШ вношшх и внутренних параметров прензш депо ¡го модульной схеме, при отом отдельно тятИ модуль Ш

- П -

составлен мз_ гиновых - •'*, •:. . . : ,,. ;•,•.■..

ции: . ¡^-о Л : 11-

ров в »явчттатезглй .-•иг«:».-:. .ur-i.vv.-v •

Блок эдш идек-сг.пих ь ¿.¿¿¿л с «вчи5Аод:шоетью илма-г-«-^

температуры р-гл-;;ьг^ ¡: .р..р г. ь

вид« отделы ¡их блока. « 1 и Н 2г. и блок II 1 вошли модула интенсивности ПОТОТ{«1 ¿«миммШЯ, ЛЛ^Л.^;- сстл». В блок К 2 - только модуль температуры воздуха.

В блок впеь'ьгих параметров воилл модули ок^рэогл вс грг» и теипо-ратуры наружного воздуха.

Специфика тепличного произ^од^с»;» ¿;з позволяла реализовать 2 идеале предложенный способ управлений в частности ввиду того, что в качестве упрлал^ния РО ол. •:.,..•:• •• о«.:: т,л<ы:о

даскре'ншй гр&хп&зицдсшшв '.с, нор;/,г., голым«) .'...¿»'об. Ло-отому для согласования ыгсисчю^о.зчК'ГО устройства с ;-0 слсгем обогрева и бентхшнщи тиещи кдоизведела разработка согласующего устройства, основным ол&жштоы которого является блок-формирователь, состоящий кз устройства задержки « генератора импульсов, необходимых. для устранения частых воздействий па Ш РО систем обогрева ч еетостгол'хсй кекыяяцвв, ькзыоасыих высокой чувствительность« сйстеш « за^лглсй .эдоюохы» регулирования (±0.5°С), и для обеспечения шагового нормированного воздействия на РО этих систем.

По алгоритму фушащотрсаа-шл ЗСС4У почти вся ¡^формация, иостунаюцаа о ШШ. необходима да,1? ряечста величины естественной температуры тешшцц (I ). г*.о. тсшературц, которая уегаиози-лась бы в теплице при отсутствия в ней систем.обогрева.

Учитывая, что параметр 1ест тесно связан с величиной йог,поста обогрева тешшцц,. произведен вывод формула &яя расчета необхода!-

мой мощности о использованием параметра 3 результате чего

формула (1) преобразована в выражение вида

к «м < *олт " Чет > . (7)

С учетом этих особенностей была задвинута гипотеза о возможности изготовления ПИП, ьзмерявдэго величину I теплицы на основа регистрации комплексного воздействия внешних метео-г^кторов.

Нами предложена следушцая конструкция ПИП естественной температуры теплицы, представленная на рис.1.

' • Еас.1.

Конструкция ШШ естествешой температуры теплицы включает в себя корпуо 1, устанавливаемый под кровлей изнутри теплицы, верхней стенкой которой служит отекло ограждения теплицы 2. Для исключения влияния, изменяющейся внутри теплицы температуры на температуру внутри корпуса ПИП естествешой температуры, шшшя и

Соковые стетги тщательно теплоизолированы слоем теплоизоляции 3, Для учета истока тепла излучением ;:рэведена имитация альбедо поля с раотенняш реальней теплили» для чего горизонтально расположенная шганяя станка 5 корпуса 1 окрашена в газет, соответствует средней величине значения альбедо, которая достигается путем нанесения-равных по ширина чертшх и зеленых полос.

Выходным параметре»! ПЙП естественной температуры тештрг .ишь а}-г:,) воздуха пяутри корпуса 1, измеряемая о помощь»

терморезиетора 4.

Проверка работоспособности конструкции ПИП естественной темпо-ратури тешшцц проведена в процессе производственник испытаний системы в целом.

3. Методика проведения експеркментзлышх исследований ЭССАУ темпе ратурпыы рестлоц в теплице гдзи £0 ггрспзкодствс-шюй Й31- Лля оценки вффектишсстп ЭССАУ температурным режимом, для проверки работоспособности алгоритма управлении п созданных технических средств в производственных условиях разработана методика проведения производственных .испытания, включающая в себя комплексную оценку ЭССАУ, а соответственно л повоЛ тегноло-. гии, в сравнении о суцоствуэдей на данном этапе производственной технологией ьыращивания огурца в зиыпей теплице. Комплексная оценка включает в себя решение следующих осповных задач:

- определение-влияния температурного реяаша, задаваемого алгоритмом ЭССАУ, на растения, их урожайность, качество и сроют поступления продукции:

- установление фактического значения вкономии тепловой анергии» затрачиваемой на обогрев шатра тешшцн при оптимизации ее температурного режима по алгоритму ЭССАУ;

- определенно реального диапазона изменения внешних и впутрешгих параметров;

- проверка работоспособности созданных технических средств и алгоритма управления ОССЛУ в произьодетвешшх условиях, ггримени-тельно к периодам "до плодоношения" и "плодоношение" и другому сорту (гибриду) огурца.

Методика проведения производственных исштош1й ЭССАУ предусматривает проведение исследований путем активно-пассивного эксперимента по двум направлениям - по исследованию ЭССАУ и по наблюдению за растениями.

Производственный пкеперимонт состоял па двух втапов - подготовительного и основного. На подготовительном отапе проведены мероприятия, связанные с обеспечением постоянства условий и факторов но участвующих в експерименте, но оказывающих на него существенное влияние (выбор опытного и контрольного объектов управления, земельных участков по наблюдению за. растениями, вопросы размещения ПИП).

В период оксперимента регистрировались самопишущими приборами следующие параметры: температура нарукного воздуха, скорость ветра, время суток (день/ночь); в опытной теплице - освещенность, интенсивность потока солнечной радиации, температура воздуха, отклонение температуры воздуха теплицы от оптимальной (больше/меньше), расход теплоносителя, температура теплоносителя на входе и выходе теплосистеыы теплицы; в контрольной теплице -температура воздуха.

На основе полученных данных проведен расчет расхода тепловой внергии на обогрев опытной и контрольной теплиц, а также параметров с ним связанных. ,

Методика наблюдения за растениями; вкличала в себя проведение

оиометричеилх замеров у рь статей, опрашиваемых па опытных зо-мелышх участках в контрольной л опытной тишцах. В качество биометрических показателен били ьибрмш показатели прироста площади зеленого листа и обт-сма плода. Замори отих показатель!! о целью уменьшения лог'рсиностой, связанны* со старением, проводились в определенных диапазонах: для площади листа 150...250 сма;; для объема плода (по диаметру плода) Й0...40 мм. Дглпше замеры' проводашеь через день, начгшая с 16°° в четырехкратной повтор-ности для объема плода и трехкратной для площади листа.

Для контроля равенства почвенно-влажностных условий на опытных участках проводились ехенеделыше з&мерн температуры и увлажненности почвы. ;

Учет 2СЛЯЧЯПИ п козтуиьздего' урятая ' проводился км: п.- .тлям кариода гженоримонта, уйк.и и и-ече.пю всего срок» куль о урсо ворота, при отсм в соцсм объема поступления ургг«>я «'(зАелыч регистрировались стандартная и нестандарта*! простил.

Б качество алгоритма ЭССЛУ те-шературнш ¿»-¡-дамем я пшхнг.р-;ч;плице пепольговаяся алгоритм, р-'Эрабог.'шныЙ шз о аз г? отат^к-сл-'^ ¡¿атеиатичос1а1Х. моделей продуктивности, так как специализированное вычислительное устройство было разработано для рзалкаатю алгоритма, созданного на основе статических математических моделей, а динамические модели С.А.Поповой были получены позднее.

С другой стороны учитывая, что статические и динамические г-одели, получены в фитотроне практически для одного возрастного состояния растений огурца (второй период выращивания рассада), сделан вывод о возможности использования результатов эксперимента и применительно к динамическим моделям. При етом различия в температурных режимах при выращивании пчелоопыляеыых и партенокарпи-чемсих сортов м гибридов огурца (1.. .2°С) может быть устранено

путем изменения констант, входящих в алгоритм ЭССАУ.

На основе обзора публикаций но исследовании влияния температурных ромшов на растения огурца сделано предполоаешш о возможности использования алгоритма ЭССАУ без изменений для периода "до плодоношении" и с внесением в него температурной надбавки в 2°С для периода "плодоношение", а также о возможности универсализации алгоритма управления для других сортов и гибридов тепличного огурца.

4. Результат» производствоших испытаний ЭССАУ температурным режимом в теплице. Производственные испытания ЭССАУ проводились с 22.01 по 22.04 1994 г. в ангарных тепл!щах (ТП.810-95) А 0 "Топ-личный" г.Челябинска.

В подготовительный период эксперимента по результатам имитационного моделирования с использованием данных метеофонда было выявлено, что входящая в алгоритм математическая модель тепЛо-потерь теплицы достоверна только для очень узкого диапазона изменения параметров скорости ветра (V) и относительной влажности наружного воздуха (|рг)- Кроме того оказалось, что ¡р слабо влияет на величину оптимальной по критерпо удельной энергоемкости температуры. В связи с ьтим была предлонена новая методика, расчета ковффициента теплопередачи теплицы (К), не учитывающая параметр ра. Правильность такого решения подтверждено исследованими по влиянию V и ра на величину К реальной теплицы.

По результатам, определения расхода тепловой энергии на обогрев следует сказать следующее.

Суммарная окономия ввергии за период оксперимента составила 15.2^, что позволило сократить расход газа на 7.4 тыс.и3. При втом максимальная величина вкономии доотигла 27.5$ в ночное время

и -IS'.Qíí в'дневное для самого хслодаого месяца Ojvepswb).

По результатам прогнозирования величины расхода энергии на обогрев окепоримонталышх догслнц ¿ точение всего огопиголыюго периода получено, что суммарная экономия составит 18. i.-C,

Учитывая, что в период производственных нспитаиий агросдук'ой комбината.Сиди введены ограшчешш на гасшюю гротецу теглорагуш ¿оэдуха в тетт.тлца *5°С а пориод "до плодоношения" и 16JC в период "плодоиошоше"" па основе оксперимеитальных данных путем имитационного моделирования дополюттельно был сделан прогноз расхода тепловой энергии соответствует^ идеальному варианту, характеризующемуся следующими признаками:

- температурный режим задается на-оснотзо уточненного ялгерятмй ОССАУ в пределах 14...20^С в !¡очном и 1Я,..Э0'3С в дневном режим*.

- но учитываются динамические характеристики ЭООАУ,

Для о тих условий сушарная оконемил за отопительный период составила 26.5;?.

Дополнительно был рассмотрен ¡ooirpoc о влиянии материала и способа ограждения прозрачной части теплицы на величину расхода анерют. Для отого были проведены сравнительные расчеты в ходе которых установлено, что по сравнению о теплицей, имекщей оданар-ное остекcoima, у теплица с пленочным покрытием (полиэтилен) расход анергии на обогрев увеличивается в 1.56 раза, по сравнению с теплицей, имеющей одинарное остекление, а в теплице о двойным остеклением - уменьшается в 1.96 раза. .

По результатам влияния температурного реяима, задаваемого ЭССАУ, на биометрические показатели растений установлено» что суммарный показатель прироста площади зеленого листа в опыте на 18.7Í превысил значение контроля (161.ОХ в 130.9%). что касается суммарного показателя прироста объема плода, то он остался на

одном у1юв1ш.

По результатам поступления продукции (выход урожая в контроле начался о 07.02) установлено, что выход продукции из опыта начался с 7 дневной задержкой, однако темпы поступления продукции оказались высокими и на 1.03 величшга выхода продукции сравнялась с контролем, в дальнейшем опытная теплица по отому показателю занимала уже ведущее место.

■ Па момент отключения ЭССАУ 10.0-1 (по причине начала работы системы вентиляции) урожайность в опыте превысила контроль на в.3% (4-95кг/ыа и 4.54кг/ма), что составило 622 кг допсчнителыгой продукции. По итогам культурооборота различие в уракайностях составило 3.6$ (14.27кг/ма и 13.7скг/на), в результате чего было получено 762 кг дополнительной продукции.

Выход продукции в контроле прекратился 23.06, а в опыте 1.07.

Результаты испытаний ПИП естественной температуры теплицы, проводившиеся о 09.02 по 08.03 1995 г. полностью подтвердили выдвинутую ранее гипотезу о возможности 'создания етого ПИП. По результатам сравнения показаний ПИП естественной температуры теплицы и , рассчитываемой по алгоритму ЭССАУ установлено, что о!ш имеют идентичный характер изменения в зависимости от внешних воздействий мэтеофакторов. Цри этом в дневном режиме выявлено слишком сильное влияние на показания ШШ естественной температуры теплицы' показателя интенсивности потока солнечной радиации, что может быть устранено путем усовершенствования конструкции ПИП естественной температуры теплицы, которое возможно осуществить по трем направлениям:

- путем изменения внутреннего объема корпуса ПИП естественной температуры теплицы;

- путем регулирования величины теплового потока солнечной рада-

оцак, поступавшего через - ограждений внутрь корпуса ИШ осч сочг-;), поЯ телшорятуры теплин»;

- е помощью регулируемого зазора, соединяющего полость корпус.-» ПИИ осчествошюй температуры теплицы с атмосферой.

Oj»hhm «з преимуществ разработанного ПИП естественной темгкро тури теплицы является возможность учета осадков.

Динамические характеристик: ПШ естественной температуры ч'««г-.мицч по я,пилам основных возмущающих метеофякторов составили: постоянная времени -(Т) = 8.В мш1, время транспортного запаздывания (t„nn) - о.5 мин, при этом динамические характеристики объекта управления, определенные по- каналам . управляющих воздействий имеют следующие значения! по каналу "расход теплоносителя - температура воздуха в теплице" Т - 42 мил, £ = Ь мин; по каналу

о Г: Л

"мощность калориферов - температура воздуха в теллицо" Т = 15 шш

" W м;ш-

Вопросы конкретной оценки качества управления не рассматривались ю-за невозможности обеспечить стабильность параметров теплоносителя, а также несоответствия требуемого соотношения мощностей трубной и калориферной систем обогрева.

С учетом полученных результатов производственного эксперимента в алгоритм С.Л.Поповой внесены следующие усовершенствования:

1. Введены ограничения на максимальную, и дополнительные на мшпшальную величину задаваемых оптимальных температур.

2. Предусмотрено введение температурной надбавки (в '¿°С) при наступлении периода "плодоношение".

3. Произведена замена ПИП интенсивности потока солнечной ради -ашш, температуры и относительной влажности наружного воздуха одним ПИП естественной температуры воздуха теплицы.

4. Исключен ПИП времени суток, функции которого переданы 'ПШ!

освещенности.

5. ПИП скорости ветра используотся лишь для расчета коэ$фици~ опта, учитывающего увеличение теплопотерь теплицы от отого параметра при работе ЭССАУ в ночном режиме и одноврсыошю для контроля текущей величин!.' скорости ветра.

6. ГЗведона поправка, учитывающая тенденцию постепенного снижения температуры воздуха теплицы от зшц к лоту при работе ЭССАУ только по критерию максимальной продуктивности.

7. Введен контроль за скоростью изменения температуры воздуха п тошпгцо ро время переходов "день-ночь" и "ночь-день"."

8. Продлоткопа уточненная методика расчета коэффициента теплопередачи тешшцы.

9. Изменен расчет мощности, требуемой для обогрева теплицы п предложена методика расчета величины открытия клапана с учетом ого расходной характеристики.

10. Введена сигнализация при досткконии температурой воздуха теплицы максимально допустимых значений.

Вопросы экономической оМвктккноати. Для оценки економичес-кой эффективности ЭССАУ, проведено кодалексное сравнение базового и опктного внртнтоа по шертетическшд и стоимостный показателям.

По итогам вноргетической оцени*, установлено» что в опытном варианта технологическая онергоемкоеть снизилась на 15.8&. Энергоотдачз урожая в опыте увеличилась на У.1%.

По результатам стоимостной оцошз£ получено, что в опытном варианте по сравнению с бззог.км производственная себестоимость снизилась на Полненная прибыль возросла на 2.5%, показа-

тель рентабельности увеличился на £.2)2.

■ ' " ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

В результате проведенных исследований, изложенных г< настоящей работе:

1) Доработан способ комбинированного управления температурннм режимом в ангарной теплице (ТП.810-95).

2) Разработаны новые технические орадотяя: блоки ПШ внешких и внутренних параметров, согласующее устройство с блоком формирователем, позволившими создать опытный образец ЭССАУ в производственных условиях.

3) Разработана мотоднка проведения производственных испита,1 шй по исследованию ЭССАУ и влияния, создаваемого ею, температурного рэкнма на выращиваемые растения и их продуктивность.

4) Определена величина ¡экономии тепловой энергии и экономичен -кая е<Ефоктивность использования 5ССАУ температурным рехзшом в теплице.

5) Путем имитационного моделирования на БЕМ исследовано (на примере ангарной теплицы) влияние материала и способз • ограждения культивационного сооружения на величину расхода тепловой энергии.

6) Исследовано влияние темперятурюго режима, зедагаемого алгоритмом ЭССАУ, на биометрические- показатели растений и их продуктивность.

7) Произведена адаптация полупеппцх ранее математических моделей интенсивности СС>2~ газообмена и алгоритмов управления на их базе к последующим периода?! выращивания, включаксда в себя периоды "до плодоношения" и ''плодоношение", а, такха и применительно к другим сортам и гибридам тепличного огурца.

8) Проведено обоснование возможности расчета мощности, требуемой дня обогрева теплицы, на основе параметра естественной темпе-

ратуры теплицы.

9) Изготовлена и испытана в производственных условиях опытная конструкция ПИП естественной температуры теплицы.

Ю) Получена математическая модель расходной характеристики регулирующего органа трубной системы обогрева теплицы (двухходового клапана).

11) Разработан уточненный алгоритм управления температурим режимом в теплице для всего периода зшне-весеннего культурообо-рота вырастьания огурца в зимних грунтовых теплицах.

12) Продлокенз методика комплексной оцешо: сф$ектшжостя ЭССАУ

*

температурным режимом в теплицо при ее вксплуатации и производственных условиях.

13) Исследовано влияние срока начала выхода продукции на величину полученной по итогам культурооборота прибыли.

По проведенным исследованиям сделаны следующие выводы: .

1) Эксплуатация ЭССАУ температурным рекимом в ангарной теплице (ТП.810-95) позволяет обеспечить экономию тепловой внергии, до 18.1$ за отопительный период, а расход газа на 189.7 тыо.м3/га.

2) Температурный режим, задаваемый алгоритмом ЭССАУ, оказывает положительное влияние на биометрические показатели растений тепличного огурца, в частности гибрида Стелла.

3) Температурный рениы, задаваемый алгоритмом ЭССАУ, способствует увеличении урожайности (на 8.3S) при некоторой задержке с началом поступления урокая (7 суток).

4) В связи с малой инерционностью ПИП естественной температуры теплицы его применение не ухудшает динамику системы управления.

5) Уточненный алгоритм ЭССАУ применим для использования в условиях IV световой зоны (и в частности, в условиях Южного Урала).

6) Использование ЗССАУ в змшх грунтовых тешшцах тробус: наличия в пих системы почвенного обогрева, компенсирующей тепло вые потери через почву.

7) Вместо ГШ витонсишости потоки солнечной радиоции, парусной температуры и скорости ветра может быть применен один ПИП естественной температуры.

3} Ввиду малого влияния относительной влажности воздуха на коэффициент теплопередачи реальной теплицы отот параметр может быть исключен из алгоритма ЭССАУ.

9) Созданный ПИП естественной температуры теплицы позволяет учесть влияние осадков на коэффициент теплопередачи теплицы.'

10) Докяяяня e'|)î»?KTHE!rccTL к~па~"Опакия ЗССАУ усштсряту-ч'щ.' рсуаидсм ь т-)шшце, при о том прсйзп<-.дстйеняая себестоимость продукции <лажается на 9.2;S, а прибыль возрастает на

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. лдан A.B.. Изакои Ф.Я. Эпергосборегаащая система автоматической оптимизации температурного режима в теплице ' / Информ. листок N 67-95 Челябинский центр научно-технической информации, 19952. Ждан A.B. Метода« исследований энергосберегающей системы автоматического управления температурным режимом в . теплице / Вести. ЧГАУ. Челябинск, 1995- Т.11. С.100-106.

3. Ядан A.B. Первичные измерительные преобразователи для ЭССАУ температурным режимом в теплице / Вести. ЧГАУ. Челябинск, 1995. Т.13. С.83-86.

4. Изаков Ф.Я.Ждан A.B. Расход энергии на обогрев теплицы при промышленной эксплуатации ЭССАУ температурным режимом / Вестн. ЧГАУ. Челябинск, 1995. Т.13. С.87-94.