Полная версия

Главная arrow Техника arrow АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ОБОГРЕВОМ СООРУЖЕНИЙ ЗАЩИЩЕННОГО ГРУНТА

Автоматизация обогрева парников как достаточно простых сооружений защищенного грунта сводится к автоматическому управлению температурой почвы и воздуха в зависимости от погодных условий, вида и возраста растений.

Управление тепловым режимом может быть ручным: переключение нагревательных элементов на разные напряжения, включение отдельных групп нагревателей ит. п. Однако автоматическое управление температурой в парниках предпочтительнее: только затраты электроэнергии по сравнению с ручным управлением сокращаются на 15...20 %.

Теплицы, как объекты управления температурным режимом, относят к наиболее сложным объектам автоматизации, а определение их характеристик сопряжено с известными трудностями, вытекающими из их особенностей.

Структурная схема теплицы, как объекта управления температурным режимом

Рис. 6.1. Структурная схема теплицы, как объекта управления температурным режимом

Структурную схему теплицы, как объекта управления (ОУ) температурным режимом 0Ш„ можно представить в виде, показанном на рисунке 6.1. В соответствии с этой схемой в холодное время года основные управляющие воздействия — изменение температуры 0Т и расхода С, теплоносителя в системе обогрева теплицы, работа калориферов К, а в теплое время года — открытие вентиляционных форточек Ф.

Основные контролируемые возмущающие воздействия — это изменение наружной температуры 0Н, скорость ветра v и уровня естественной освещенности Е. На температурный режим теплицы влияют также влажность наружного воздуха <рн, осадки и другие метеофакторы.

При идентификации теплицы как ОУ относительно управляющих воздействий рекомендуются методы активного эксперимента, а относительно возмущающих воздействий, более сложных в обработке, — методы пассивного эксперимента.

Каналы управления существенно нелинейны, поскольку статические и динамические характеристики ОУ зависят от начальных значений расхода и средней температуры воды в системе трубного обогрева. Эта зависимость ослабевает только при больших расходах теплоносителя, что объясняется стабилизацией коэффициента теплоотдачи воды внутренней поверхности труб при скоростях движения воды более 0,1 м/с.

Постоянная времени теплицы по каналам управляющих воздействий определяется теплоемкостями системы трубного обогрева и собственно теплицы. Первая из составляющих зависит от тепловой нагрузки системы обогрева и экспоненциально уменьшается с увеличением расхода воды, а вторая вообще может быть принята постоянной, не зависящей от ее расхода.

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. Меньшие его значения характеризуют канал GT —»0ВН, поскольку при изменении расхода

теплоносителя температура наружных стенок трубных регистров меняется одновременно по всей длине, а при управлении температурой воды (канал 0т-»0Вн) в величину запаздывания входит также составляющая, определяемая скоростью движения температурного фронта по длине труб. Именно поэтому канал GT —> 0ВН характеризуется меньшей инерционностью

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 постоянная времени объекта возрастает в 1,1... 1,3 раза, коэффициент передачи уменьшается в 1,5 раза, а запаздывание, зависящее от скорости распределения воздушных потоков, увеличивается на 300...400 с.

САУ температурой в блочных и ангарных теплицах имеют свои особенности и потому рассмотрены отдельно.

Системы управления температурным режимом в блочных теплицах для холодного и теплого времени года не одинаковы. В холодное время года управление температурным режимом может быть обеспечено за счет изменения температуры От (качество) или расхода GT (количество) теплоносителя. Типовым для блочных теплиц является качественный принцип управления.

Температуру теплоносителя изменяют с помощью трехходового смесительного клапана (ТСК), сконструированного таким образом, что при перемещении h (рис. 6.2) плунжера расходы G горячей и (?2 охлажденной воды изменяются в равных долях, но с разным знаком. Поэтому суммарный расход воды Gj через клапан от положения плунжера не зависит, изменяется ее температура 0Т.

Трехходовой смесительный клапан

Рис. 6.2. Трехходовой смесительный клапан

Типовой вариант выполнения САУ 0ВН — одноконтурная система регулирования по отклонению параметра.

Горячая вода из тепловой сети поступает во входной горизонтальный патрубок трехходового смесительного клапана 2 (рис. 6.3). Одновременно насос 3 подает во входной вертикальный патрубок определенное количество охлажденной воды, прошедшей по трубам 1 системы обогрева теплицы. Образующаяся в результате смешивания потоков вода с температурой 0Т поступает в систему обогрева. Температура в средней точке теплицы (первичный преобразователь ТЕ1) поддерживается ПИ-регулятором ТС2, управляющим положением плунжера ТСК.

В ночные часы, когда фотосинтеза нет, температура в теплице должна быть понижена на 4...6 °С. Это обеспечивается по команде реле времени КТ4, которое настраивают таким образом, чтобы к восходу солнца следующего дня теплица была разогрета.

Функциональная схема САУ температурой в многопролст- ной теплице в режиме обогрева

Рис. 6.3. Функциональная схема САУ температурой в многопролст- ной теплице в режиме обогрева:

В дневные часы температура воздуха в теплице автоматически корректируется в зависимости от уровня естественной освещенности, измеряемой преобразователем NE3. Этот преобразователь представляет собой конструкцию, объединяющую фотодиод и усилитель, вмонтированные в один корпус, накрытый рассеивателем света шарообразной формы.

Описанная схема не обеспечивает требуемого качества стабилизации температуры вследствие неудовлетворительных характеристик объекта по каналу' регулирующего воздействия (0Т —> 0ВН), а также невозможности учета параметров клапана из-за изменения давления в его входных патрубках. При этом одновременно с увеличением (уменьшением) температуры воды в системе обогрева уменьшается (увеличивается) ее расход.

/ — система трубного обогрева; 2— трехходовой смесительный клапан; 3 — насос

Следует учитывать и взаимное влияние САУ отдельных теплиц блока через общий источник теплоснабжения — тепловой пункт. В состав теплового пункта входят: коллектор 1 (рис. 6.4) прямой воды (КПВ), горячая вода из которого поступает во входные горизонтальные патрубки всех ТСК; коллектор 2обратной воды (КОВ), в который поступает охлажденная вода, прошедшая системы обогрева теплиц; коллектор 3 подпочвенного обогрева (КПО), используемый для питания систем подпочвенного обогрева. При этом в КПО подается только часть полного количества охлажденной воды, нагнетаемого насосами 4 во входные вертикальные патрубки ТСК. Из КПО вода сливается в КОВ через перемычку 5, связывающую эти коллекторы. Из-за ограниченной мощности источника теплоснабжения увеличение потребления горячей воды одной из теплиц блока приводит к падению давления в КПВ и уменьшению температуры воздуха в других теплицах, питаемых от того же источника.

В теплое время года управление температурным режимом в теплице может быть обеспечено за счет изменения степени открытия форточек или за счет действия системы испарительного охлаждения. Требуемая степень открытия форточек обеспечивается работой самостоятельной одноконтурной САУ, действующей по отклонению температуры в средней точке теплицы (рис. 6.5).

Независимость действия обоих систем управления температурным режимом возможна благодаря тому, что задание регулятору температуры в режиме вентиляции устанавливают на 2...4°С выше, чем регулятору, действующему в режиме обогрева.

Рнс. 6.4. Функциональная схема автоматизации теплового пункта блока многопролетных теплиц:

7 — коллектор прямой воды; 2— коллектор обратной воды; 3— коллектор подпочвенного обогрева; 4 — насос; 5— перемычка

Функциональная схема САУ температурой в многопролетной теплице в режиме вентиляции

Рис. 6.5. Функциональная схема САУ температурой в многопролетной теплице в режиме вентиляции:

/ — форточка; 2 — исполнительный механизм привода форточек

Регулятор температуры ТС1 Действует по П-закону, поддерживая заданное соотношение между температурой в теплице (преобразователь ТЕ2) и степенью открытия форточек 1 (преобразователь I/E3). Задание регулятору автоматически корректируется в зависимости от уровня естественной освещенности (преобразователь NE4), а предельная степень открытия форточек устанавливается автоматически в зависимости от текущего значения наружной температуры, контролируемой измерительным преобразователем ТЕ5.

В зависимости от направления и силы ветра регулирующее воздействие с помощью переключателя HS6 может быть приложено к одному из двух рядов форточек или к обоим одновременно. При понижении наружной температуры до заданного уровня команда на открытие форточек блокируется.

В современных САУ вентиляцией теплиц предусмотрена защита, действующая на закрытие форточек при увеличении скорости ветра до аварийного высокого уровня. При этом соответствующая команда выдается спустя 60 с после того, как чашечный анемометр зафиксировал аварийную ситуацию. Спустя 2500 с (время хода ИМ) должен поступить сигнал, подтверждающий закрытие форточек. Запрет на открытие форточек снимается только через 300 с после того, как скорость ветра понизится до нормального уровня.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>