АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРОЙ ВОЗДУХА И ПОЧВЫ

Важнейшие факторы, определяющие рост растений: температура, освещенность, влажность воздуха и газовый состав окружающей среды.

На Земле существует равновесие между теплотой, поступающей за счет солнечного излучения, и ее потерей. В теплице это равновесие менее устойчиво, ибо ограждение задерживает часть теплоты солнечного излучения, отраженного от почвы. Это явление называется «парниковым эффектом». Равновесие, конечно, наступает. Однако важно, чтобы это произошло при той температуре, которая нужна растению. Следует также иметь в виду, что температура самого растения может значительно (иногда на 5...10 °С) отличаться от температуры почвы и окружающего воздуха.

Регламентации подлежит не только температура окружающего воздуха, но и скорость изменения, поскольку массивные части растения прогреваются медленнее и на них возможна конденсация влаги, приводящая к заболеваниям растений.

Задача системы управления микроклиматом состоит в обеспечении условий для максимальной интенсивности фотосинтеза, который зависит от температуры, так как при высоких ее значениях дыхание (обратный фотосинтезу процесс) начинает превалировать над фотосинтезом. Оптимальное значение внутренней температуры зависит от вида и фазы развития растения.

Внутренняя температура должна возрастать при увеличении освещенности. Нарушение этого условия зимой, когда температура в теплице может быть высокой, а освещенность недостаточной, вызывает дефицит углеводов и истощение растений.

Известно, что структура и параметры любой САУ определяют в соответствии с характеристиками объекта автоматизации и требованиями к качеству стабилизации параметра.

Теплицы, как ОУ температурным режимом, относятся к наиболее сложным объектам автоматизации. Определение их характеристик сопряжено с известными трудностями, обусловленными особенностями объектов и условиями их функционирования.

Основные управляющие воздействия в холодное время года — изменения температуры и расхода теплоносителя в системе обогрева теплицы, режима работы калориферов, в теплое время года — открытие вентиляционных форточек.

Основные контролируемые возмущающие воздействия — изменения наружной температуры, скорости ветра и уровня естественной освещенности. Кроме перечисленных параметров, на температурный режим теплицы влияют также влажность наружного воздуха, осадки и другие метеорологические факторы.

Статические и динамические характеристики объекта зависят от начальных значений расхода и средней температуры воды в системе трубного обогрева. Эта зависимость слабеет только при больших расходах теплоносителя, что объясняется стабилизацией коэффициента теплоотдачи от воды к внутренней поверхности труб при скоростях движения воды, превышающих 0,1 м/с.

Постоянная времени теплицы по каналам управляющих воздействий определяется тепловой емкостью системы трубного обогрева и собственно теплицы. Запаздывание изменения температуры воздуха в теплице при изменении мощности системы трубного обогрева зависит от конструкции самой теплицы и ее системы обогрева, направления движения теплоносителя в трубах и места расположения измерительных преобразователей. Время запаздывания для различных каналов управления неодинаково.

Наличие зеленой массы растений в значительной степени определяет нестационарность теплицы как ОУ температурным режимом. За время от высадки рассады до начала сбора урожая из-за увеличения зеленой массы в объеме теплицы постоянная времени объекта увеличивается в 1,1...1,3 раза, коэффициент теплопередачи уменьшается в 1,5 раза, а время запаздывания, зависящее от скорости распространения воздушных потоков, увеличивается на 300...400 с.

Таким образом, если инерционность объекта оценивать по отношению / Т, то теплица относится к числу наиболее сложных объектов. Кроме того, решение задачи автоматизации осложняется большими абсолютными значениями и Т, очень малой инерционностью объекта по каналам передачи возмущающих воздействий и достаточно жестким требованием к точности стабилизации температуры (± 1 °С).

В теплый период года температурный режим в теплице поддерживается системой естественной вентиляции, образованной многочисленными поворотными форточками (фрамугами), приводимыми в движение специальными исполнительными механизмами (рис. 7.3). Суммарная площадь поднимающейся кровли составляет 25...50 % в зависимости от зоны размещения тепличного комбината.

1 — форточка; 2 — рейка; 3 — вал; 4 — редуктор

Технические решения по автоматизации управления температурным режимом в многопролетных блочных и ангарных теплицах различаются, а потому далее рассмотрены самостоятельно.