теплиця

1. 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
Спеціальність: Автоматизоване управління технологічними процесами
Спеціалізація: виробнича
Магістерська програма: Комп’ютерно-інтегровані системи управління
технологічними процесами в рослинництві
Виконала: Єна В.О.
Керівник магістерської роботи : к.т.н. доцент Решетюк В.М.
Київ – 2014

2. Актуальність теми
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.

3. Мета, об'єкт та предмет дослідження
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..

4. 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.

5. 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

6. Структурна схема математичної
моделі об’єкта.

7. Функціональна схема автоматизації системи
управління температурою повітря в теплиці

8. Система вентиляції для охолодження повітря

9. Схема моделі опалення блочної теплиці

10. Результати моделювання
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.

11. Передаточна функція теплиці отримана при обробці графіка розгінної
характеристики температури повітря в теплиці (графічний спосіб)
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
ч=1900 с
Tоу=2620 с  휗 iзdt− 휗 idt+Pdt=Vdi
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
 де 휗 − 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

12. Структурно-функціональна схема системи автоматичного
регулювання температурою повітря в теплиці в режимі
обігріву

13. Графічні побудови до розрахунку параметрів ПІ-регулятора за
умов обмеження системи на заданий запис стійкості за
амплітудою
0.05
0.2 0.15 0.1 0.05 0 0.05 0.1
0.05
0.1
ÀÔÕ ÎÓ
Öåíòð êîëà
Êîëî
Âåêòîðè ÎÅ
Âåêòîðè ED
Im(W(w))
0
 y(x)
ayi
byi
Re(W(w))   r x axi  bxi

14. 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
0.1
0.2
0.3
0.4
Im(Wâ(w))
 0.15
Re(Wâ(w) )

15. Стійкість САР температури при обігріві повітря

16. 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!