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

На правах рукописп

ЖДАН Александр Борисович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАВДЕЯ СИСТЕШ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ТИШЕРАТУИЮГО РЕИША В ТНШШ НА ОСНОВЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ

Специальность 05-13.07 - Автоматизация технологических процессов л производств (по отрасляи АПК)

АВТОРЕФЕРАТ

дносертацпи на соискание ученой степени кандидата технических паук

Челябинск 1996

гьсота ышолнена в Челябинском государственной агрошиенернсц

уШШОрСИТвТВ.

Н&учниП руководитель; доктор ткашчеслк наук, профессор

Изаков Ф.Я.

Сф1щю.чтш> спионснхи: доктор техюгаееюи науг:, профессор

Глуяов В.Н. кандидат ясышчоских наук, профессор Кабанов- 1Г-Л.

: едущее прэхф- Уральгшй (¿ил!ал ЕИЭСХ (г.Челя-г-пл-л;)

аыдита состоится 21 марта 1996 г. в 10.00 часов ¡¡а ааоодзнии ддо'.ч'рт&ццошиго совеаа Д 120.46.02 Челябинского- гооударсЧ'Ьенного агрошшшерисго уа;:г.орслто?а по- адресу: -¡510Й0, Ч;ЛноШкгк, пр. Лснааа,75.

С л:соерта!1леП иодзю сзиаксытюя в сиОлаот^ко ЧГ4У.

Лнтор^ерач' раасс-';.;!!

¿С

ПЧР'.ЛЛ 1г)с 1'.

Ученый ошгретпр:.

диоссчпанлсин:;;" о^Б'.1 -и , Л.А.

ОЕЛАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ!!

Актуальность тчшу. Сболободстпо заядппетшого грунта являотсл интенсивно развивает,оДея отрасльп сольокохозяЯствошого производства. Возможность управления парамэтрам:: «икроклпыатз тешзтш позволяет получать внсокко уроаои выраставши: культур. Емзото о том, и общой структура себестоимости тепличной продукции затрата па обогроп топязд оозтавллпт 30...50,?, что долао? отрасль закаленного груптз ОДШЗ! ПЗ КЗИбОЛОЭ ОНОрГСС'.'КИД ПрСПЗВОДОТВ СОЛЬСКО-

го хозяйства.

Кз современном зтепо, когда происходя? постепс-шюэ уионьшэ-гге запасов невсзобяовляеиих псто-лшкоз. взорпш и повштатся к.; стсшость актуальность сштгеппя энергозатрат приобретает все большую значимость.

С послэдгшо гост одшп: пз нзгтрэзлошит автоматизации микроклимата теплиц явилась разработка пз базе современных средстп вычислительной тедаппэт опоргосберегаюпцгЕ: систем автоматического управления (ЭССАУ), предстовляхотх ссбсЛ следящие система автоматической •оптимизаций температурного рогкмз теплицц по критерии удельных внергозатрзт.

Алгоритм Супкциошревпнпл дятпг: ЭССАУ строится пз основа математически.*: моделей продуктивности выращиваемых растения. В кастояцео время еоздаяаэ пдсгааттпп математачесотд моделей продуктивности о о с твля е ~с .т пугоп больного количество окспернмоя-Г'ов, проводяшп п ксмерад искусственного мпкракимпта - фптотро-пзд. Ирл ото».?, получеюь'о тяпи оЗрззсм изтсмаютсскпэ модели не могут бить сразу перенесена в условия реального производства по тоЗ пркчяпэ, что условия (йтотронов но позволяют »¡цитировать роальнно условия ИфСЩЯВЗВКЯ растений п к тому жо, позволяют

создавать подели только для гиЗолылих промежутков жизни растения, относящихся как правило только к периоду выращивания рассады.

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

Поэтому целью работ;! явилось создание на Сазе выполненных ранее тесретичес.-сих разработок с;апного образца ЭССЛУ темпера-^ур-1^.1 в тс п.т.щс- и проведение производственных испытаний для

определения ее ьдактнвнзетц. Достижение псставлмшоН цели предполагает реиаше следуиаи задач:

1) Иа'.Сьае созданного ранее специализированного вычислительного устройства с учетом пртмонятаегоея на тепличных комбинатах технологического оборудования произвести разработку и изготовление новых техзпгаеезеих средств, а также компановку опытного образца производственная ССС!.У.

2) доработать до практического использования способ комбинированного управления теыпературним режимом в теплице.

3) Подготовить методику и провести производственные испытания ЗССАУ в условиях одного из тепличных комбинатов.

4) Определить реальный вкономическиа эффект от использования ЭССДУ.

5) Установить влияние температурного режима, задаваемого ЭССДУ, на выращиваемые растения в их продуктивность.

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

Объектом исследований балл две ангаргае теплицп площадь?:-1500 мя, входящие в состав блока теплиц (ТП.810-95) АО "Тепличный" г.Челябинска.

Мэтодика исследований. Метод имитационного моделирования пл ЭВМ с целью определения степени влияния кзезвтх ыетеа^экторсв п: задаваемое ЭССАУ значение оптимальной по критерия удельной гоемкости температура воздуха в теплице. Актпвпо-пэсспбшЛ окс~о-рпмент для исследования динамических характеристик объекта упрзи-ления по каналам управляющих воздействий, процесса упразлап;:.-. температуры?.! рогимо:.1 но алгоритму ЭССАУ, пляглпя тешзрэтурагга релиз на вира'дивосиыс растения. слрэделепил пкспсм;г»'г;с".о~

эффективности применена комплексная оцешш опытного п базового париантов на основе онергстическсП п стоямостпэЗ ыетодик. Ллл наблюдения за рэстешти использованы методика полевого спита б овощеводстве и методика проведения агрометеорологических наблюдений.

Научная новизна работа заключается в определении ексЕОютес-кой вффе.стшшостл применения ЭССАУ тегапратуржл резгмом в теллз-це, п адаптащш математических иоделей продуктивности я алгоритм управления для последутлегх периодов впрыгивания огурца в ззинлх теплицах ("до плодопогзння* в "плэдонесения") п прпглзнптельнс п другим сортам п гибридам огурца, п "астнасти п. ги'рпдт Стелла. Доработан до внедрения г пр'-'-тг;эсг-ш рггагеягггхЗ способ упр'г-ленпя температурном рогсгусм в тепл~;-э с кекбгз^регзлне" слотсмс" обогрева. Предложен способ исспзстъ*; ггубнгс* системы

обогрева теппгцн с учетсч. ЕН^пзлдувлъг;^ расхсд^-оЗ дзре-гтери2-тики регулирующего органа. Получека иатематикгс;-:-л исд-.ть реехед-кой характеристики регулиругцзго ергазз трубней сл:то'сгреза опытной тешотцц (двухходового клзпанз-25чЭ31нт) о испо.-пгят-'ль-.гэ.?

шкашэмои ECÍI¿ 02 ГО. Создан новый первичпий измерительный преобразователь (ШУТ) для измерения естественной температуры топли-цп. Исследовано влияние температурного решат, задаваемого ОССАУ на растения н их продуктивность. lío основе изучения влияния внешних MOTealaicTopoD на елгарпую чеилпцу прадлояена уточненная методика расчета коеф&щиеита яеплопэродачи. Получен уточненный алгоритм функционирования ЭССАУ тешературдш рэхашом в теплице для всего периода пимне-вссснпого : ;у л ьт у ро обор о т а Енращшаш1Я. огурца в грушовше i'onirauai.

Un га-п;чоскзя цегаюои». Елосепи изменения в ^технологию вцра-umnan:i:i огурца б нерг.юд-з;г£:о-весешюго культурооборота, с частности в управлений те-;шерагурш;м рохжмом шатра теплицы по критерии удельных внергозырат. Разработан опытный образец ПИП, изме-рямдего естественную температуру теклицц. Предложены пути совер-ионгтвопания технических ерзд-зта, сходки* ь 2СОЛУ. Управление !:о1:;иостх,й трублой су.стыхи обогрева íjccut Сип, риялазовиш в других отрлсллх сольскозозяПстьежсгс пргйзиэдстса п врсыиалсиности. Реализация угсчнйилого- олгорашлз ьэсмоетз из Сазе ГОШ. ОССАУ •¿склоратухлшм риялак»! ь теилпцо по;::ст бить силслнсша при мшы-маль 1\ж дзяояа:тйлыш£ какктальла:: сьсратаз. на Сазе океялуати-здчзмх: в одшчпш цргизг.одезхе типов::** негшлектен 'оборудования í,arcM3Tii3fiUtai теплиц.

Г KacTOf.ueo щдоя CCC/J' кся-дгьзуогся в учебном процессе- на ¿Ц|Ку.гл.тогс и оольекоаозяйсизонногс

прс-;о1-.одс-:£а ЧГ/У m¿i неучен««!' д (зкгшлгсш ''Црсекхироваше елотем

ifQ шлуп'у пачоаяуея: 1) теядоссюк rnro:::::',, с-ссио--пзг:<д..17- гозданио сит-

ного ирг»гз1 одс'г.зснного обр^йу,;-: cixie:.':; ааюматпчсско"! снт;члпза-

ш;л температурного роима в теплице.

2) ДоработашшД способ кскб.'птровэшюго управления те.";к-гот;т-режимом в толл:щах.

3) Методика п результат прспзведствзнниг: г.еютзшй спнтксг^ образца ЭССАУ,

4) Уточненный алгоритм фупкционнрзвзяля ЭССЛУ те'ятэрзтуг"-" реккмом в теплице.

Апробация работ». ОсноБниэ nor.o::e-:r.w г.:.'г::: ;*

обоукдалпсь пп стагодзк^"- fcnai?. i ' Л;.-..:....::::.

1993... 1995 г.г.), г тзюко нз vpozonsT.ZiVL з 1935 гс-ду '■■ r.'i-.vi-бипске впстзвкаг ( с 29.05 по C2.CS r.vorsrr.'j "Sü'jc-

rocdepeseime в aaacít якзпи" u с 16.СЗ по 20.СЭ ойзгоредекал выставка - ярмарка "Arpo - 95" ), на г.оториз. работа била отгмчена почетными дипломами.

Публш;ация результатоп наследования. По результатам песлэ-довашй опубликовано 4 печаигиг рзботн, в tc-j числе 1 информационный листок.

Объем и струстурз рзДсти. PsScra пзлегепа пз 172 ■ стразптнга маиинописпого теиста (в ic:í число 14 таблиц), иллиетрирэпаиз 24 рисунками (oxetni, гра&ай, $о?огрз$ет) ~ сосгс;:? нз пззделяя, пяти глав, ззклотения, слпскз литература. вклгчагсого 131 наименование, га »азтораг 6 es иострашшБ языках а таете 23 прилокекиЯ.

.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Знергосберсгакаиз сиогскл а^то^атичеекоП опткмиза:^:; температурного реккма в тешлшо и пут их' ооперсенотвования. В главе проведен анализ отечествеютц^ п зарубёгзткх публикаций, посвящен-

- а -

пых вопросам разработки н океплуатацш САУ микроклиматом теплиц.

Дашшо вопроси нашли отражение в работах Ю.М.Беликова, А.Х.Ба-даляна, М.А.Вайеборга, Л.И.Гурвича, А.С.Дорошека, А.Г.Егиазарова,

B.Л.Корбутэ, А.А.Кувшшова, Д.О.Лебла, Г.И.Малкиеля, А.И.Марты-ненко, И.И.Мартшгенко, И.М.Михайленко, В.Е.Начинкина, К.Б.Норки-на, В.В.Огурцова, А.И.Пшпфатова, Л.Г.Прищепа, А.И.Подольского, А.А.Рысса, И.А.Рыбина, И.И.Свентицкого, Ю.Н.Селамова, В.В.Солда-това, П.И.Сторожена, А.С.Степаняна, 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 сложные алгоритмы управления, ускоренное развитие получили работы в области создания ЭССАУ температурным рошмом по экономическим критериям.

Что касается отрасли защищенного грунта, то решению отих вопросов были посвящеш работы В.Л.Корбута," А.'И.Мартыненко, И.И.Мартшюнко, А.Х.Бодаляна, 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 темнового дыхания, так и вновь полученных уже си динамических математических моделей интенсивности фотосинтеза и темнового дыхания для растений огурца второго периода выращивания рассада разработаны алгоритмы управления температурным режимом в топлице и проведена работа по созданию вычислительных устройств для их реализации.

Анализ работ по автоматизации микроклимата позволяет сделать следующие выводы.

1) Наиболее качественное упр^вл'чше темпоротуршлл ро-г:::см б теплице позволяют обеспечить систол, рабсташг.о по ко?.!б;п1;1 ре генному принципу управлешш с гедользеванием канала. динаютес:стъ характерно гига! которого, прс-вооходяг дшьтичеекие характерного г.ч канала "расход теплоносителя - температура воздуха в теплиц*".

2) Разработка ЗССЛУ идет по пути спт:1/.п!ззц;е1 температуры воздуха ка1с фактора наиболее влияющего на оноргетику тепл;:гц1.

3) Широкое внедрение в производство ерздетл вычислительной техники позволяет реализовать слогзшй алгоритм ОССЛУ в прсизгод-стветтх условиях с использованием укз ннзглегсел оборудования с наименьшими капитальными затратный.

4) Получетгые математические модели, созданные в условиях фитотронов описывают лишь небольвой период ипнпг растеши я поэтому недостаточны для управления в течение всего периода вегетации. К тому ¡ке производственные условия значительно отличаются от тех, которые были созданы в фитотроне.

Отсюда возникает необходимость производственных испытаний опытного образца ЗССАУ температурным ресохои в теюгицв для ггео-верки работоспособности алгоритма управления и возможности его использования при внрацнвапни других сортов а гибридов огурца в течение всего пергода вегетации, его влияния па продуктивность растений а экономические показатели.

2. Совершенствование технических средств и доработка ЗССАУ с учетом специ^лки современного тепличного производства. ГГо итогам оценки технологических особенностей современных промышленных теплиц проведена доработка способа комбинированно го управления температурным режимом.

Предлагаемая локальная ЭССАУ выполняется в Еяде ксмСашфован-

- а -

сглч~\::л, в которой управление мовдоетьи трубной система водяного обогрева осуществляется по ьознуг.опи», а управление отогш-'1'0.'.ьио-г;£итнл;иу1сшшгл! агрегатами (ОЕЛ) калориферной системы озогресп - по отклсношт. При бтом соотношение расчетных мсщнос-'а.-а тр;'1:сП и калориферной систем ссставляет 4...5 : 1.

При -гькс.м способе управления трубной системе обогрева отво-.дагсл сснсышл роль, в соответствии о которой е:о осуществляется подлая ксюс-псадая тепловых потерь .тешицм, а калориферная предназначена для устранения резко возникавших ¡шеглии и внутренних ьознущошЛ путей подачи дспашитедыю 20...25& мощности.

Кслдгснсация теплепотерь черов грунт производится отдельной системой по*.й5".шс-го обогрева.

Спгоой аспсородзгвсшюго уиродмншя ыоцисетыо легко мохот бить ргадазов&л с тешыцаг с влектрообогревои путем широтно-¿¿лпульснсго; управления нагревательными олеыенгамп одектрокалори-

I

¡¿.еров. Гораздо труднее ото осуществить в тен'лицах, имеющих водяную систему обогрева, что вызвано нестабильностью параметров '."сллолссптс-лл и нолилеЯпоетью расходных характеристик регуллрую-органов (ГО), а частности дауххедешл. злапаиоа. С учетои этих осоЗишостей продлокон способ управления мощность» трубной системы обогрог-а ¡¿атра, в которой попользуется расходная характеристика РО. Реализация данного способа требует применения дополнительной аппаратура, измеряющей мощность, посту-нгшдую иа внесшей тьплосеиь

ПредлоЕонний способ ооуаесгвляется .следующим образом:

1. На основе информации, поступаемой с ПИП по алгоритму СССАУ производится расчет иообход;иой мощности для обогрева шатра

теплицы , .

Г, - < *опт" )-(«!•,) <1>

гдэ К - кооф&^ваент теплоперед-ь^л теплицы, Вт/мя °С;

Ку- коэффициент, учитывающий огхтношенио мощностей трубной к калориферной систем сбогрева шатра теплицы и учитываемый только а случае работы ODA; Р - площадь почни (щшеитаршя площадь тешшци), ма. Р - площадь поверхности огракдення теплицы, ыа: q - интенсивность потека солнечно;» радиацш!, измеренная ПИП

внутри теплицы, Вт/ма; tonT- величина .оптимальной температуры воздуха в теплице.

задаваемая ОССАУ, °С; t - температур- воздуха, "С.

п

2. Определяется какал часть от велгчшш максимально;! мощности, циркулирующей во внешней теплосети, требуется для обогрева теплицы

fi = Р, / Г- (2)

' t как

где Р - максимальное значение тепловой мощности, которая монет

пак

бить подана в теплицу.

3. По расходной характеристике- Р0р установленного в трубной системе обогрева теплит.-, прегсгавляше?: coöcf. мэтематхгческее выражение гависныост:: мопз-ости с?- стопе:п? открытая зодапска PC, определяется необходимая Евягчинь открытая РО (г от::.сл.)

Б а Г(и) (3)

После отего EJCCCTCR гепеж'тельно»;- uexasasar

обеспечить заданное nsre'/eüen:;?' ззгвигх;« PC, контроль полсяоекя которой, осуществляется с падезью устктсшюппсго ПЗ!Л.

В реэуътате рассмотрена* pocxopsrin характеристик РО, щхменя-юцмхея в тепличпек прензвелетей, cesjtsh енвод, что пасшем четвертого порпякз позволяет с высотой тс^тсгтьи описать существую-

характеристики PO. С учетом отого выражение (3) примет вид

где А , А , AaJ, А - кооф£нционтн регрессии математической модели J-ik> тшт PO.

По результатам аппроксимации расходной характеристики реального двухходового клапана 25ч931ш: с Ш ЕСПА 02 ЛВ, установленного 1. сштной теплице, получена математическая модель вида

S = 2.544 ß2 - 6.229 Ц3 + 4.673 fi4 (5)

Дли реализации управления температурным решмом теплиц всего олокп к ш.¿очлелоиным операциям д»бпв.п»ится Згнраы.ондз мощность», иоступаемой из теп.' спункта блока. Диа итого определяется величина максимальной мощности, требующееся для обогрева натра всех теплпц

олока по выражению ' ,

- • (.6)

где К - К0и14:ициент запаса, определяемый икснериментально;

Р - необходимая мощность для ооох'рова шатра i-той теплицы блока.

1Ьелс итого выдается команда 11,7 ГО теплопункта блока обеспечить подачу необходимой мощности Р , в топлацц.

ГЦ .5 К

С целью создания опытного образца ЭССАУ температурном режимом i. теплице на базе -специализированного вычислительного устройства разработан комплекс технических устройств, включаищик в себя 1Ш и согласующее устройство.

XtiliI состоят из трех блоков: блока 11101 внутренних параметров, блока ПИП ьшданих параметров и блока питания схем ПИП.

Построение блоков ПИП внешних к внутренних параметре!; произведено но модульной схеме, при атом отдельно вал¡uü модуль ПИП

составлен пз ппюьнх су¿модулей, ышолняхдих определенные Функ-Д1П1; преобразование неьлоктрпчее '.< Л вс-лнч'.иш измеряемых параметров в олйктг.пчосшШ сигнал. нормирующее преобразование и т.д. Блок Iй'Л внутренних параметров и связи о нообходимостыэ измерения температуры вог.луха непосредственно в ерэде растений выполнен в виде отдельных блоков П 1 и II 2. Н блок N 1 вошли модули интенсивности потопа солнечной радиации, освещенности и времени суток. В блок Н 2 - только модуль температуры воздуха.

В блок ышшид параметров вошли модули скорости ветра и томпо-ратурн наррзюго воздуха.

Специ&ша тешшчного произьодегьа но позволила роа;.;:с;:вать г» идеале предложенный способ управления в частности ввиду того, чтг в качестве управления ГО систем обогрева был возможен только дискретный тредпозиционный (меньше, норма, больае) способ. По-отому для согласоваш1Я вычислительного устройства с РО систем обогрева и вентиляции теплицы произведена разработка соглаеухдего устройства, основным элементом которого является блок-формирователь, состоящий из устройства задержи и генератора импульсов, необходимых для устрано1шя частых воздействий на Ш РО систем обогрева и еотествешюй вентиляции, вызываемых высокой чувствительностью системы и заданной точностью регулирования (±0.5°С), и для обеспечения шагового нормированного воздействия на РО этих систем.

По алгоритму функционирования 0СС4У почти вся информация, поступаювая с ГШ, необходима для расчета величшш еетестве]шсй температуры теплицы ('¡ее,,)» т.о. температуры, которая установилась бы в теплице при отсутствии з ней систем обогрева.

Учитывая, что параметр 1ост тосно связан с величиной моадооета обогрева теплицу, произведен вывод формулы для расчета иеобходи-

м.ой ызищости с использованием параметра tèCT- S результате чего формула (1) преобразована в выражение вида

?i= К X* < *слт - Чет > . <7)

С учетом рту особенностей была выдвинута гипотеза о везмок-ijcjcih кзгетоьлэпкя ЗИП, ^змеряащего величину t.0T теплицы на основа регистрации комгыюксного воздействия внешних метео-£акторов.

îlnuil предложена следущая конструкция 1£Ш естественной теыпе-

Конотрувдхя ГШ естественной температуры теплицы включает в себя корпус 1, устанавливаемый под кровлей изнутри теплицы, верхней стенкой дссторой сдугнт стекло огравдьния теплицы 2. Для исключения влияния, изменяющейся внутри теплицы температуры на температуру внутри корпуса ПИП естественной температуры, ншашя и

Соковые стенки тщательно теплоизолированы слоем теплоизоляции 3. Для учета потока тепла излучением проведена имитация альбедо поля о растениями реальной теплицы, для чего горизонтально располокен-пая никняя стенка 5 корпуса 1 окрааена з глет, соответствующий средней вел-дчзшо значения альбедо, которая достигается путем нанесения-равных по инрннэ черных и зеленых полос.

Выходным параметре?-! ПИП естественной температура теплицы является температуры воздуха внутри корпуса 1, измеряемая о помощьп терморезистора 4.

Проверка работоспособности конструюзш ПШ сстестзешгой температуры теплицы грсвелена п процессе лроиэводствешкх пепыташй системы в целом.

3. Методика проведения ркеперго.юнтальных исследоватг.Ш ЗССАУ температурным регдщом в теплице . при ее производственной эксплуатации. Для оценки эффективности ЭССЛУ температурным ро-кн-мем, для прозеркн работоспособности алгоритма управления и соз-дашшх техничеегах с род ста з прсизводствешшх условиях разработана мотоддеа пр-ведения производственных испытаний, вхлшащэл в себя комплексную сценку ЗССАУ, а соответственно и повой техноло-. пш, в сравнении с суцествуищей на данном этапе производственной технологией Енращивания огурца з зимней теплице. Кс.мллексная оценка включает з себя решение следующих основных задач:

- определеш!8•влияния температурного реяяма, задаваемого алгоритмом ЭССАУ, на растения, их урожайность, качество и сроки поступления продукции;

- установление фактического значения окопомии тепловой внергии. затрачиваемой на обогрев шатра теплицы при оптимизации ее температурного режима по алгоритму ЗССАУ;

- определенно реального диапазона изменения внеипшх и внутрешшх параметров;

- проверка работоспособности еоздашшх технических средств и алгоритма управления ЭССАУ в пропзводстветшх условиях, применительно к периодам "до плодоношения" и "плодоношение" и другому сорту (гибриду) огурца.

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

Пронзводетвешшй эксперимент состоял из двух отапов - подготовительного и основного. На подготовительном отаие проведены мероприятия, связанные с обеспечением постоянства условий и факторов не участвующих в эксперименте, но оказывающих на него существенное влияние (выбор опытного и контрольного объектов управления, земельных участков по наблюдению за.растениями, вопросы размещения ПИП).

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

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

Методика наблюдения за растениями включала в себя проведение

с.

öKOMerpraei глх замеров у рьс^ений, выращиваемых на опытных земельных участках в контрольной и опытной теплицах. В качество

биометрических показателен были выбраны показатели прироста пло-f '

щади золеного листа и объема плода. Згжеры о тих показателей о целью уменьшения погрешностей, связанных со старением, проводились в опрсделетшх диапазонах: для площади листа 150...250 см2; для объема плода (по диаметру плода) 20...40 мм. Данные замеры проводились через день, начиная с 1б00 в четырехкратной повтср-ности для oözcm плода и трехкратной для плогцядн листа.

Для контроля равенства почвешю-плажностпых условий на опытных участках проводилась еаеиедельнне замерп температуры и уялпяксн-ности почвы. ■

Учет величины и поступающего урогсая проводился как по дням периода эксперимента, так,и в течение всего срака культурооборо-

' 1 I

та, при отом в общем объеме поступления урожая раздельно регистрировались стандартная и нестандартная продукция.

В качестве алгоритма ЭССАУ температурным режимом п опытней теплице использовался алгоритм, разработанный на базе стаипеских математических моделей продуктивности, так как слоцигишзировтшяо вычислительное устройство было разработано для реализации алгоритма, созданного па основе статических математических моделей, а динамические модели С.А.Поповой: были получены позднее.

С другой стороны учитывая, что статические и динамические модели, получены в фитотроне практически для одного возрастного состояния растений огурца (второй период выращивания рассады), сделан вывод о возможности использования результатов эксперимента и применительно к динамически.! моделям. При етом различия в температурных рокимах при виращивагаш пчелоопыляемых и партенокарпн-чеекмх сортов и гибридов огурца (1...2°С) монет быть устранено

путем измене!шя констант, входящих в алгоритм ЭССАУ.

На основе обзора публикаций по исследовании влияния температурных режимов на растения огурца сделано предположите о возможности использования алгоритма ЭССАУ без изменений для периода "до плодоноше1шя" н с внесением в него температурной надбавки в 2°С для периода "плодоношение", а также о возмокности универсали-вации алгоритма управления для других сортов и гибридов тепличного огурца.

4. Результаты производственных испытаний ЭССАУ темпе£атщнш режимом в теплице. Производственные нстштания ЭССАУ проводились с 22.01 по 22.04 4994 г. в ангарнш: теплицах (ТП.810-95) А 0 "Тепличный" г.Челябшюка.

В подготовительный период эксперимента по результатам имитационного моделирования с использованием донных метеофонда было выявлено, что входящая в алгоритм математическая модель тепАо-потерь теплицы достоверна только для очень узкого диапазона изменения параметров скорости ветра (V) и относительной влашости наружного воздуха ((рп). Кроме того оказалось, что слабо влияет на величину оптимальной но критерию удельной энергоемкости температуры. В связи с ьигм была предложена новая методика расчета коьф^ициента теплопередачи теплицы (К), не учитывающая параметр С2. Правильность тького решения подтверждено исследованими по влпякшз V и па величину К реальной юштци.

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

Суммарная економия внергии за период експеримента составила 15-что позволило сократить расход газа на 7.4 тыс.м3. При отом максимальная величина вкономии доотигла 27-5% в ночное время

и 15.Ш в дневное для самого холодного месяца (февраль).

По результатам прогнозирования, величшш расхода энергии на обогрев экспериментальных теплиц £ течение всего отопительного периода получено, что суммарная ¡экономил составит 10.

Учитывая, что в период производственных испытаний агрослук.'сЛ комбината.Сили введены ограничения на нижнюю границу температуры воздуха в теплице 15°С в период "до плодоношения" и 1й°С в период "плодоношонне" па основе экспериментальных данных путем имитационного моделирования дополнительно был сделан прогноз расхода тепловой энергии соответствуй;^ идеальному варианту, характеризующемуся следующий признаками:

- температурный ре:гам задается ка основе уточненного алгоритма ЭССАУ в пределах 14...20°С в ночном и 10.,.30°С в дневном режиме,

- не учитываются динамические характеристики ЭССАУ.

Для отих условий суммарная экономия за отопительный период составила 26.5$.

Дополнительно бил рассмотрен вопрос о вллтпш материала и способа ограждения прозрачной часта теплицы на величину расхода энергии. Для этого были проведены сравнительные расчеты в ходе которых установлено, что по сравнению с теплицей, имеющей о динар-ное остекпешге, у теплицы с пленочным покрытием (полиэтилен) расход опертой на обогрев увеличивается в 1.56 раза, по сравнению с теплвдей, имеющей одинарное остекление, а в теплица о двойным остеклением - уменьшается п 1.96 раза.

По результатеи влияния температурного реяима, задаваемого ЭССАУ, на биометрические показатели растений установлено, что суммарный показатель прироста площади зеленого листа в опыте на 18.7$ превысил значение контроля (161.0$ и 130.956), что касаотся суммарного показателя прироста объема плода, то он остался нп

- 1Я -

одном уровни.

По результатам поступления продуюцш (выход урокая в контроле начален с 07.02) установлено, что выход продукции из опита начался с 7 дневной задержкой, однако темни поступления продукции оказались высошми и на 1.03 велич!ша выхода продукции сравнялась с контролем, в дальнейшем опытная теплица по этому показателю занимала ун:е ведущее место.

• Па момент отютчеття ЭССАУ 10.04 (по причине начала работы системы вентиляции) урожайность в опыте превысила контроль на В.Э% (4.95кр/ыа и 4-54кг/ма), что составило 622 кг дополнительной продукции. По итогам культурооборота различие в ураз;айноетях составило 3-6% (14.27кг/ма и 13.7бкг/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 с 09.02 по 08.03 1995 г. полностью подтвердили выдвинутую ранее гипотезу о возможности создания этого ПИП. По результатам сравнения показаний ПИП естественной температуры теплицы и ^ , рассчитываемой по алгоритму ЭССАУ установлено, что 0£Ш имеют идентичный характер изменения в зависимости от внешних воздействий мзтоофакторов. Цри этом в дневном реамме выявлено слишком сильное влияние на показания ПИП 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 ради-

пции, поступающего через ограждение внутрь корпуса ШП естественной температуры теплицы;

- с помощью регулируемого зазора, соединяющего полость корпуса ПИП естественной температуры теплицы с атмосферой.

Одним из преимуществ разработанного ПИП естественной температуры теплицы является возможность учета осадков.

Динамические характеристики ГОШ естественной температуры теп-лицо по каналам основных возмущающих метеофакторов составили: постоянная времени -(Т) = а.8 мин, время транспортного запаздывания (т3„п) ~ 0.5 шш, при отом динамические характеристики объекта управления, определенные по каналам управляющих воздействий имеют следукдио значения: по каналу "расход теплоносителя - температура воздуха в теплице" Т - 42 шш, Т5ЯП~ 5 мин; по каналу "мощность калориферов - температура воздуха в теплице" Т = 15 шш и тзап= 3.5 ШШ.

Вопросы конкретной оценки качества управления не рассматривались из-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 ограгапения на максимальную, и дополнительные на минимальную величину задаваемых оптимальных температур.

2. Предусмотрено введение температурной надбавки (в 2°С) при наступлении перюда "плодоношение".

3. Произведена замена ПИП интенсивности потока солнечной радиации, температуры и относительной влажности наружного воздуха одним'ПИП естественной температуры воздуха теплицы.

4. Исключен ШШ времени суток, функции которого переданы "ПИП

освещенности.

5. ПИП скорости ветра используется лишь для расчета коэффициента, учитывающего увеличение теплопотерь теплицы от отого параметра при работе ЭССАУ в ночном реише и одновремошю для контроля текущей величины скорости ветра.

6. Введена поправка, учитывающая тенденцию постепенного снижения температуры воздуха теплицы от зимы к лету при работе ЭССАУ только по критерию максимальной продуктивности•

7. Введен контроль за скоростью изменения температуры воздуха в тегошцо во время переходов "день-ночь" и "ночь-день"."

8. Предложена уточненная методика расчета коэффициента теплопередачи теплицы.

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

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

5. Вопроси экономической эффективности. Для оценки экономической ^эффективности ЭССАУ, проведено комплексное сравнению базового и опытного вариантов по энергетическим и стоимостным показателям.

По итогам энергетической оценки установлено, что в опытном варианта технологическая скергоеыкость снизилась на 15.835. Энергоотдача урожая в опыто увеличилась на 3:752.

По результатам стоимостной оценки получено, что в опытном варианте по сравнению с базовым производственная себестоимость

■снизилась на 9.2Й. Полученная прибыль возросла на 2.5%. показо-

с

таль рентабельности увеличился на 8.2?.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

В результата проведенных исследований, изложенных гч настоящей работе:

1) Доработан способ комбтшровагаюго управления температурным режимом в ангарной теплице (ТП.810-55).

2) Разработаны новые технические средства: блоки ПИП вноппшх и внутренних параметров,.согласующее устройство с блоком формирователем, позволившими создать опытны;} образец 2ССАУ в производственных условиях.

3) Разработана методика проведения произзодствешшх испытаний по исследованию 2ССАУ и влия1шя, создаваемого ев, температурного

режима на выращиваемые растения и их продуктивность.

4 (

4) Определена величина экономии тепловой энергии и экономическая эффективность использования 5ССАУ температурным регз'мем в теплицо.

5) Путем имитационного моделировглшя па 5ЕЧ исследовано (на примере ангарной теплицы) влияние материала и способа ■ огра.чдешш культивационного сооружения на величину расхода тепловой энергии.

6) Исследовано влияние температурного режима, задаваемого алгоритмом ЗССАУ, на биометрические показатели растений и их продуктивность.

7) Произведена адаптация полученных ранее натсматнчестсгх 'юдолей интенсивности СО^- газообмена и олгоритмев управления на их базе к последующим периодам шрегдавагая, ысшчегада в себя периоды "до плодоношения" и ''шгадспспоние", а такне и примегштельго к другим сортам и гибридам тепличного огурца.

8) Проведено обоснование всемояпоспг рясчста мспдостк, тез'ус мой для обогрева теплицы, на основе параметра ооч'оотвот'ой чс.*тг>-

ратуры теплицы.

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

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

11) Разработан уточненный алгоритм управления температурным режимом в теплице для всего периода зшше-весетшго культурообо-рота выращивания огурца в зишшх грунтовых теплицах.

12) Предложена методика комплексной оцетги сЯфективпости ЭССАУ

*

температурным режимом в теплице при ее эксплуатации в производ-ствешшх условиях.

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

По проведенным исследованиям сделаны следутане выводы;

1) Эксплуатация ЭССАУ температурным режимом в ангарной теплице (ТП.810-95) позволяет обеспечить экономию тепловой внергии, до 18.1% за отопительный период, а расход газа на 183.7 тыс.мэ/га.

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

3) Температурный режим, задаваемый алгоритмом ЭССАУ, способствует увеличению урокайности (на 8.33) при некоторой задержке с началом поступления урожая (7 суток).

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

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

6) Использование ЭССЛУ в зимних грунтовых теплицах требует наличия в них системы почвенного обогрева, компенсирующей тепловые потери через почву.

7) Вместо ПИП 1ттенсивности потока солнечной радиации, наружной температуры и скорости ветра может быть применен один ГОШ естественной температуры.

8) Ввиду малого влияния относительной влажности воздуха на коэффициент теплопередачи реальной тешпгцы отот параметр может быть исключен из алгоритма ЭССЛУ.

9) Созданной И'Л естественней температуры теплицы позволяет учесть влияние осадков па кооффищюпт теплопередачи теплицы.

10) Доказана еффективпость использования ЭССАУ температурнкм ро"зшом в теплице, при этом производственная себестоимость продукции сшгасается на 9.2%, а прибыль возрастает на 2.5%.

Основные полокения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ждан А.Б., Изаков О.Я. Энергосберегающая система автоматической- епптмизащш температурного режима п теплице ' / Информ. листок П 67-95 Челябинский центр научно-технической информации, 1995.

2. Ждан Л.Б. Методика исследований энергосберегающей системы автоматического управления температурным режимом' в теплице / Вестн. ЧГАУ. Челябзшск, 1995. Т-11. С.100-106.

3. Дцан Л.Б. Первичные измерительные преобразователи для ЭССАУ температурным режимом в теплице / Вестн. ЧГАУ. Челябинск, 1995. Т.13. С.83-86.

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