АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ РАСТВОРОВ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

Автоматическая система управления концентрацией растворов минеральных удобрений (рис. 7.10) позволяет измерять концентрацию растворов в диапазоне от 0 до 0,2 МПа осмотического давления с точностью до ±10 % и управлять ею. Концентрированный раствор минеральных удобрений готовят в специальном бассейне Б, откуда насосами-дозаторами НД подают его через регулирующий клапан КР1 в поливную воду.

Концентрацию удобрений в поливной воде измеряют датчиком ДКУ кондуктометрического типа (по электропроводности раствора). Он имеет встроенный терморезистор, предназначенный для компенсации температурой погрешности.

Датчик устанавливают в трубопровод за участком смешения концентрированного раствора и поливной воды. Его присоединяют через анализатор удобрений АУ к регулирующему прибору РП, который настраивают на двухпозиционное управление исполнительным механизмом ИМ1 при помощи реле KV1 «Концентрация больше» и KV2 «Концентрация меньше». Например, если концентрация минеральных удобрений в поливной воде больше заданной, то срабатывает реле KV1, которое включает исполнительный механизм на уменьшение пропуска клапаном КР1 концентрированного раствора. При этом загорается сигнальная лампа HL1. Если концентрация удобрений меньше заданной, то срабатывает реле KV2 и исполнительный механизм открывает регулирующий клапан КР1. При достижении концентрации заданного значения реле KV1 или KV2 отключает исполнительный механизм. Для улучшения качества двухпозиционного регулирования используется импульсный прерыватель, состоящий из реле KV3 и блока БД генератора импульсов с периодом 20 с. Его принцип действия приведен в описании системы регулирования температуры поливной воды (см. рис. 7.9).

Рис. 7.10. Принципиальная электрическая схема управления концентрацией растворов минеральных удобрений

Одной из основных характеристик растворов минеральных удобрений является показатель рН, который обеспечивает протекание кислотно-щелочной реакции в гидропонной теплице. Теоретически рН может изменяться от 0 до 14. При рН < 7 реакцию считают кислой, при рН > 7 — щелочной.

Характер реакции питательного раствора оказывает сложное и разностороннее влияние на рост и развитие растений. При этом в разные периоды роста растений требуется различное оптимальное значение рН. При рН < 4 рост большинства растений затормаживается из-за снижения усвоения растением катионов минеральных веществ из почвы. При рН > 8 также резко снижается рост растений из-за того, что многие минеральные вещества осаждаются на поверхности корней и затрудняют дыхание и питание растений.

Для большинства растений оптимальное значение рН находится в пределе от 5 до 7. В процессе роста растений рН тепличной почвы изменяется, поэтому необходимо управлять значением рН питательного раствора.

Значение рН определяют методами физико-химического анализа. Из экспрессных методов наиболее подходит электрометрический метод измерения рН, принцип действия которого основан на определении потенциалов на электродах, помещенных в исследуемый раствор. Такой электродный датчик измеряет концентрацию водородных ионов (рН) в растворе и выдает сигнал в виде гальванического напряжения. Датчик измеряет рН с точностью до 0,1 рН, а для растений допускаются отклонения до ±0,2рН, а иногда и до ± (0,3...0,5) рН.

Схема управления значением рН раствора минеральных удобрений показана в правой части рисунка 7.10. При отклонении рН раствора от заданного значения на выходе датчика ДрН изменяется гальваническое напряжение, которое повышается усилителем Ус большим входным сопротивлением. С усилителя сигнал поступает на исполнительный механизм ИМ2, который изменяет степень открытия регулирующего клапана КР2. Это приводит к изменению подачи из бака БК специального раствора, корректирующего значение рН раствора удобрений в бассейне Б. Мешалка с электроприводом М обеспечивает выравнивание концентрации минеральных удобрений и значения рН по всему объему раствора.

Значением рН обязательно надо управлять при выращивании растений в гидропонных теплицах.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЕМ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА И ДОСВЕЧИВАНИЕМ РАСТЕНИЙ

Интенсивность фотосинтеза в теплице зависит от концентрации СО₂. В ночные часы концентрация его возрастает до 0,05 %, а в дневные падает до 0,01 %. В случае увеличения концентрации СО₂ в воздухе теплицы с 0,03 до 0,15 % интенсивность фотосинтеза значительно возрастает, а урожайность повышается на 10...20 %. Очевидно, требуемая по агротехническим нормам концентрация СО2 может быть достигнута только в результате применения специальных систем подкормки, т. е. искусственной подачи СО₂ в теплицу.

Содержание диоксида углерода поддерживают на определенном уровне, сжигая природный газ в специальных генераторах или подавая в теплицу дымовые газы из тепличных котельных (реже из специальных газовых баллонов, содержащих СО₂).

Схема управления подкормкой СО₂ работает по заданной временной программе с 24-часовым циклом.

В оптимальном режиме работы теплицы подача СО₂ в расчете на 1 га составляет 50...70 кг/ч

Генератор, вырабатывающий СО₂, представляет собой дистанционно управляемую газовую горелку, заканчивающуюся керамическим насадком 1 (рис. 7.11), в каналах которого происходит смешивание газа с воздухом, а на поверхности — сжигание смеси. Для подготовки генератора к работе нажимают на кнопку клапана 4 и разжигают факел запальника 7, пламя которого «лижет» насадок и спай термопары 6. После 20...30 с прогрева вырабатываемой термопарой ЭДС достаточно для удержания клапана 4 в открытом состоянии. Генератор включают в работу, дистанционно открывая клапан 3. В случае погасания факела запальника термопара остывает и клапан 4 закрывается. Все генераторы (их 16 на 1 га) включаются в светлое время суток по команде реле времени или по импульсу от газоанализатора. Схема автоматического управления подкормкой СО₂ блокируется при снижении уровня освещенности, а также при открытии фор точек из-за повышения температуры или относительной влажности воздуха в теплице.

Рис. 7.11. Схема генератора, вырабатывающего СО₂:

1 — керамический насадок; 2— защитный экран; 3,4 — магнитные клапаны; 5—резиновый шланг; 6—термопара; 7—запальник

Рис. 7.12. Функциональная схема автоматизации подкормки растений дымовыми газами из котельной:

1 — котел; 2 — дымосос; 3 — дымовая труба; 4, 6— вентиляторы; 5— теплица; ТЕ— измерительный преобразователь; ТС—датчик

Продукты сгорания газообразного топлива в котельных содержат 8...12 % СО₂ и тоже могут быть использованы для подкормки растений (рис. 7.12). Дымовые газы из котла / дымососом 2 направляются в дымовую трубу 3. Часть этих газов вентилятором 4 перекачивается в теплицу 5, где равномерно распределяется через перфорированный воздуховод. При необходимости допустимая температура газов перед теплицей может быть понижена за счет подмешивания наружного воздуха, подаваемого дополнительно установленным вентилятором 6. В этом случае желательна установка регулятора, стабилизирующего температуру дымовых газов на входе в теплицу.

Подкормка уходящими дымовыми газами котельной экономически оправдана лишь при небольшом расстоянии между котельной и теплицами.

Автоматизация рассмотренных схем подкормки растений диоксидом углерода несложная, но наибольшего эффекта следует ожидать от системы авторегулирования, поддерживающей оптимальное соотношение между облученностью растений и концентрацией СО₂ в теплице.

Следует иметь в виду, что оба рассмотренных вида подкормки приводят к увеличению концентрации оксидов азота и других вредных компонентов в воздухе теплицы.

Искусственное облучение в сооружениях защищенного грунта применяют при выращивании рассады и в селекционных целях. Несмотря на увеличение себестоимости рассады, досвечивание эффективно, поскольку увеличивает урожай на 20...30 % и ускоряет его получение на 10...15 дней.

В качестве источников искусственного освещения используют чаще всего ртутные и ксеноновые лампы, спектр излучения которых близок к солнечному (400...700 нм). Мощность излучателей в зависимости от зоны расположения теплицы от 100 до 300 Вт/м².

Системы досвечивания включаются от фотореле или реле времени. При этом суммарная продолжительность светового дня должна быть не более 18ч. Особенность этих систем управления —строгая последовательность (поочередность) включения отдельных групп ламп, позволяющая избежать ударных нагрузок на источник электроснабжения.