Виконала: Єна В.О.

Керівник магістерської роботи : к.т.н. доцент Решетюк В.М.

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БІОРЕСУРСІВ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ УКРАЇНИ

НАВЧАЛЬНО-НАУКОВИЙ ІНСТИТУТ ЕНЕРГЕТИКИ І АВТОМАТИКИ

ФАКУЛЬТЕТ ЕНЕРГЕТИКИ І АВТОМАТИКИ

Кафедра автоматики та робототехнічних систем

ім. акад. І.І. Мартиненка

Київ – 2014

Спеціальність: Автоматизоване управління технологічними процесами

Спеціалізація: виробнича

Магістерська програма: Комп’ютерно-інтегровані системи управління

технологічними процесами в рослинництві

Актуальною науковою задачею, розв'язуваною в

магістерській роботі, є опалення та вентиляція теплиць і

парників разом з іншими системами повинні забезпечувати в

них параметри мікроклімату (температуру повітря і ґрунту,

відносну вологість та швидкість руху внутрішнього повітря),

встановлені вимогами норм технологічного проектування

теплиць для вирощування різних видів сільськогосподарської

продукції.

Актуальність теми

Мета і задачі досліджень. Метою випускної магістерської роботи є дослідження

технологічних процесів підтримання параметрів мікроклімату в теплиці, зокрема

розробка системи автоматичного регулювання температури та рівня відносної

вологості та їх підтримання на технологічно обґрунтованому рівні для створення

оптимальних умов для розвитку рослин і максимізації прибутку від реалізації

овочевої продукції закритого ґрунту.

Об’єктом дослідження є процеси обігріву теплиці, поливу рослин в теплиці,

вентиляції та системи освітлення.

Предметом досліджень є зменшення енергозатрат при вирощуванні різних видів

сільськогосподарської продукції за рахунок розробки та впровадження

автоматизованої системи управління мікрокліматом в теплиці, що побудована на

базі управляючої обчислювальної техніки , мікропроцесорних контролерів та

персональних комп’ютерів..

Мета, об'єкт та предмет дослідження

Завдання роботи

проведення системотехнічного аналізу об'єкта та системи управління;

розробка та адаптація динамічних математичних моделей для виконання задач

оптимального управління системою;

аналіз динамічних характеристик об'єкта автоматизації (сучасної блочної теплиці) по

каналу регулювання температури та вологості;

вибір сучасних технічних засобів реалізації системи автоматичного регулювання

мікроклімату;

розробка функціональної структури мікропроцесорної системи управління на основі

визначених задач;

аналіз показників якості роботи розробленої системи;

оцінка економічної ефективності впровадження та використання розробленої системи.

Загальна схема мікроклімату в теплиці

Кліматичні комп'ютери забезпечують комплексний контроль за мікрокліматом теплиці, а саме

управління температурою, вологістю, вентиляцією, обігрівом та CO2, поливом, рециркуляцією

повітря та іншими системами(рис.1). Управління цими параметрами здійснюється в

автоматичному та напівавтоматичному режимі. Рис.1. Система клімат-контролю

Структурна схема математичної моделі об’єкта.

Функціональна схема автоматизації системи

управління температурою повітря в теплиці

Система вентиляції для охолодження повітря

Схема моделі опалення блочної теплиці

Температура повітря в теплиці – +23 град. С;

Температура гарячої води – +57 град. С;

Температура води на виході з теплиці – +46 град. С;

Середня температура води опалювальної системи – 51,5 град. С;

Система стабілізується по температурі води за час – 3100 -3400 с;

По температурі повітря в теплиці – 5500 - 6000 с;

Час запізнення об’єкта складає – 1900 с;

Модельна зміна температури навколишнього середовища від +5 до 0 град.С.

Результати моделювання

Передаточна функція теплиці отримана при обробці графіка розгінної

характеристики температури повітря в теплиці (графічний спосіб)

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

ч=1900 с

Tоу=2620 с

𝜗 iзdt− 𝜗 idt+Pdt=Vdi

де 𝜗 − подача вентиляторів, м3/с;

iз − тепловміст зовнішнього повітря, Дж/м3;

i − тепловміст повітря в теплиці, Дж/м3;

Р − теплота, що виділяється за 1 с в теплиці об'ємом V (м3), Вт

Структурно-функціональна схема системи автоматичного

регулювання температурою повітря в теплиці в режимі

обігріву

Графічні побудови до розрахунку параметрів ПІ-регулятора за

умов обмеження системи на заданий запис стійкості за

амплітудою

0.2 0.15 0.1 0.05 0 0.05 0.1

0.1

0.05

0.05

ÀÔÕ ÎÓ

Öåíòð êîëà

Êîëî

Âåêòîðè ÎÅ

Âåêòîðè ED

ÀÔÕ ÎÓ

Öåíòð êîëà

Êîëî

Âåêòîðè ÎÅ

Âåêòîðè ED

Im W w( )( )

0

y x( )

ay i

by i

Re W w( )( ) r x axi bxi

Годограф АФХ для розрахунку параметра І-регулятора за умов

обмеження системи на заданий запис стійкості за амплітудою

0.2 0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

Im Wâ w( )( )

0.15

Re Wâ w( )( )

Стійкість САР температури при обігріві повітря

Висновки:

На основі відомих залежностей виведено математичну модель для дослідження температурно-

вологісного режиму в теплиці. На базі математичної моделі в пакеті прикладних програм

Matlabпобудовано структурну схему системи автоматичного регулювання температури та вологості в

теплиці. Досліджено розроблену САР: графіка перехідного процесу в САР температури визначено час

регулювання даної системи =370 с, кількість напівхвиль n=2, статична похибка відсутня, а

перерегулювання , а із побудованого графіка перехідного процесу в САР вологості визначено, що час

регулювання даної системи =40 с, кількість напівхвиль n=2, статична похибка відсутня, а пере

регулювання складає: , що повністю задовольняє технологічним вимогам. На основі проведених

досліджень вибрано ПІ закон регулювання параметрами мікроклімату в теплиці.

Економічні розрахунки показали доцільність впровадження розробленої системи регулювання

мікрокліматом в теплиці, оскільки строк її окупності складає 5,4 місяці.

Дякую за увагу!