АВТОМАТИЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ

І СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ

Електронний посібник

ГОЛОВНА	ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ	АНОТАЦІЯ
ДОДАТКИ	СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ	УКЛАДАЧІ

5. АВТОМАТИЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ В ЗАХИЩЕНОМУ ГРУНТІ

5.3. Автоматизація поливу та підживлення рослин

5.3.1. Автоматичне керування поливом

5.3.2. Автоматичне управління концентрацією розчину мінеральних добрив

5.3.3. Автоматичне управління підживлення вуглекислим газом і досвіченням рослин

5.3.1. Автоматичне керування поливом

Автоматичне керування поливом в ангарних теплицях за допомогою обладнання УТ-12 здійснюється роздільно для нижньої і верхньої систем поливу. Вода для поливу надходять через нижню систему труб, що використовують також для подачі розчинів мінеральних добрив. Труби для поливу можна встановлювати на висоті від 0 до 2,2 м.

Рис. 5.3.1. Система нижнього і верхнього поливу

в ангарній теплиці

Поливна вода розподіляється по групі труб через електромагнітний вентиль. У кожній теплиці встановлено групу вентилів, що по черзі вмикається на 2–4 хв в одній теплиці, потім в інший і т.д.

Зволоження повітря в теплиці відбувається за рахунок короткочасного (на 10–30 с) відкриття вентилів системи труб верхнього поливу. Висота розміщення системи верхнього поливу не змінюється. Воду, використовувану для поливу і зволоження, попередньо підігрівають до заданої температури.


Рис. 5.3.2. Система зволоження повітря в ангарній теплиці


	*Система автоматичного керування температурою поливної води* *розміщається* в шафах ШУ3, а в четвертій шафі – устаткування керування насосами і регулювальним клапаном КР. Вона працює в такий спосіб (рис. 5.3.3): датчик температури поливної води ВК2 і задатчик R1 температури в діапазоні від 0 до 40°С приєднують до блоку регулювального приладу БРП1.

Система капельного полива

Рис. 5.3.3. Система керування поливом в ангарній теплиц

Під час відхилення температури від заданої на ±1° спрацьовують відповідні граничні елементи в блоці БРП2 і вмикається реле KV1 чи KV2. Під час зниження температури на 1° вмикається реле KV1, що викликає спрацьовування виконавчого механізму ВМ, що збільшує через регулюваьний клапан КР впуск гріючої води у підігрівник поливної води ППВ. Під час підвищення температури на 1° вмикається реле KV2, що подає сигнал до ВМ на зменшення пропуску води, що гріє, через регулювальний клапан. Для вимкнення перерегулювання за зміни відкриття виконавчого механізму застосовують імпульсний переривник – генератор імпульсів БD1 і реле KV3. На реле KV3 від блоку БD1 надходять через кожні 20 с імпульси з установленої під час налагодження тривалістю від 1 до 10 с. Зміна впуску води, що гріє, відбувається короткочасно тільки при замкнутому положенні контактів реле KV3 і KV1 чи KV2, що виключає перерегулювання температури через інерційність ППВ. Логометр Р за допомогою датчика ВК1 вимірює температуру поливної води й обмежує її максимальне значення у випадку виникнення аварійної ситуації.

Рис. 5.3.4. Принципова схема керування температурою

поливної води

За досягнення максимально припустимого значення температури води логометр розмикає контакти Р1 і замикає контакти Р2, що викликає форсоване закриття регулювального клапана КР. Потім під час зниження температури води до встановленого значення контакти логометра повертаються у вихідне положення і вводять у роботу систему регулювання температури води. Сигнальні лампи показують наступне: HL1 – температура води менше заданої, HL2 – більше заданої, HL3 – обрив і HL4 – коротке замикання в колі датчиків.

Схему автомата поливу наведено на рис. 5.3.5. Програму поливу 12 теплиць набирають тумблерами SA2...SA24, програму зволоження – тумблерами SA1...SA23 (на рисунку не зображено). Оскільки системи поливу і зволоження діють окремо, а схеми керування ними аналогічні, то тут розглянемо тільки схему автоматичного керування поливом.

Тривалість поливу однієї теплиці (2–4 хв.) установлюють перемикачем SA1, а кратність поливу (1–5) – тумблерами SA25–SA29. За допомогою реле KV1–KV12 і тумблерів SA2–SA24 вмикають відповідні групи електромагнітних вентилів поливу УА1–УА12 через проміжні реле, розташовані в місцевих шафах керування ШУМ. Вентилі можуть бути увімкнуті вручну за допомогою тумблера SA30 і перемикача SA31.

Систему поливу вмикають кнопкою SB чи по ланцюгу, а через реле KV14 (рис. 5.9) у заданий час доби. При цьому вмикаються реле KV18 і KV19 (рис. 5.3.5), останнє своїми контактами подає від блоку живлення БЖ напругу в схему автомата, а всі тригери елементів D1–D13 приходять у вихідне положення, і спрацьовують реле KV1 і KV13. Слідом за цим спрацьовує реле KV20 за увімкненого тумблера SA25 «Кратність поливу 1». Контакти реле KV20 увімкнені паралельно контактам реле KV19 і забезпечують підключення блоку БЖ до автомата під час відпускання кнопки SB.

Рис. 5.3.5. Принципова електрична схема автомата

УТ-12 поливу ґрунту

Одночасно з натисканням кнопки SB і подачею напруги на схему від блоку БДЗ спрацьовує реле KV23, що включає основний насос поливу НП через проміжне реле, розташоване в шафі ШУМ. Якщо пуск насоса не відбувся, то контакти реле тиску води SP1 залишилися замкнутими. У цьому випадку на елемент D через контакти KV21 надходить сигнал «1», що через 1 хв за допомогою блока кільцевого лічильника БДЗ відключає реле KV23 і підключає реле KV24. Реле KV24 подає команду на ввімкнення резервного насоса поливу НП. Якщо впродовж наступної хвилини тиск у системі поливу не з'явиться, то реле KV24 вимкнеться, а реле KV25 вмикає ревун НА і сигнальну лампу HL «Аварія». Насоси-дозатори НД використовують для подачі розчинів мінеральних добрив. З увімкненням насоса НП починається полив першої теплиці. Через контакти КV1 і увімкнений перемикач SA2 подається сигнал «1» (–24 В) на вхід елемента D10, а з виходу елемента D11 сигнал «1» надходить на елементи D1 і D12. На вихід елемента D1 подаються також сигнали з періодом 2 с від генератора імпульсів БД1. Період цих сигналів збільшується тригерами, виконаними на елементах D2–D7. Залежно від положення перемикача SA1 «Час поливу» на елемент D12 надходять сигнали «I» з періодом 0,5; 1; 2; 4; 8 чи 16 хв, що потім через елементи D12 і D13 надходять на блок дешифрації БД2 (кільцевий лічильник). Кільцевий лічильник викликає почергове спрацьовування реле KV1–KV12, що забезпечують послідовний полив 12 теплиць (ділянок) з інтервалом, рівним обраного часу поливу.

Якщо полив якоїсь ділянки не передбачено, то відповідний тумблер з SA2–SA24 не ввімкнений. У цьому випадку під час спрацьовування відповідного реле з KV1–KV12 на вхід елемента D10 «НЕ» надходить сигнал «0», а з його виходу сигнал «1» надходить на входи елементів D8 і D9, що реалізують логічну функцію «І». Тому що на вхід елемента D8 надходять також імпульси з періодом 2 с від блоку БД1, то через елемент D9 на вхід D13, а потім на дешифратор БД2 сигнал «1» приходить через 2 с. Цей імпульс викликає перемикання дешифратора БД2, і час проходу ділянки, що не поливається, скорочується до 2 с.

Після спрацьовування реле KV12, що забезпечує полив останньої дванадцятої ділянки, вимикається реле KV13, і вмикається реле KV14. Це забезпечує запуск нового циклу поливу тих же ділянок у тій же послідовності.

Процес повторюється доти, поки не реалізується задана тумблерами SA25–SA29 кратність поливу. Після цього реле KV20 вимикається і знімає напругу живлення зі схеми автомата поливу. Робота автомата поливу припиняється.

5.3.2. Автоматичне управління концентрацією розчину мінеральних добрив


	*Система автоматичного керування концентрацією розчину мінеральних добрив (*рис. 5.3.6) призначена для контролю концентрації та стабілізації її в межах, заданих агротехнічними вимогами.

Концентрований розчин мінеральних добрив готують у спеціальному басейні Б, звідки насоси-дозатори НД подають його через регулювальний клапан КР1 в поливну воду. Насоси НД вмикаються періодично від пускових реле аналогічно вмиканню поливних насосів НП.

Рис. 5.3.6. Схема автоматичного управління концентрацією мінеральних добрив

Концентрація добрив вимірюється за електропровідністю живильного розчину в магістральному трубопроводі за ділянкою змішування концентрованого розчину і поливної води. У трубопроводі встановлено датчик ДД кондуктометричного типу з температурною компенсацією, що підключений через аналізатор добрив АД до двопозиційного регулятора РП. Регулятор керує виконавчим механізмом ВМ1 за допомогою реле KV1 «Концентрація більше» і KV2 «Концентрація менше». Якщо концентрація знаходиться в межах заданої (0,02–0,035 См/см), регулятор вимикає виконавчий механізм.

Враховуючи суттєву величину транспортного запізнення, для поліпшення якості двопозиційного регулювання використовується імпульсний перервник: реле KV3 і генератор імпульсів БД з періодом 20 с.

Іншим, не менш важливим, завданням регулювання є стабілізація кислотно-лужної реакції розчину (рН), яку регулюють на етапі приготування концентрованого розчину в межах 5,4–6,4 за допомогою електродного датчика потенціометричного типу ДрН, точність якого досягає 0,1 рН. За відхилення рН від заданого виконавчий механізм ВК2 змінює ступінь відкриття регулювального клапана КР2. Це веде до зміни подачі з бака БК спеціального розчину, що коригує значення рН в басейні Б. Мішалка М прискорює вирівнювання концентрації мінеральних добрив і рН по всьому об'єму.

Рис. 5.3.7. Обладнання для регулювання концентрацією мінеральних добрив і подачі в теплицю

Такі системи регулювання концентрації добрив вирішують завдання стабілізації режимних параметрів на вході в об'єкт і задовільно працюють лише під час технології вирощування рослин з циркуляцією розчину поживних речовин (гідропоніка, водна, тонкоплівкова культура). Ґрунтова або субстратна технологія, які не передбачають повернення живильного розчину в систему, потребують урахування буферності, водоутримувальної здатності і можливості засолення субстрату. У цьому випадку необхідний зворотний зв'язок по параметрах субстрату шляхом установки датчиків безпосередньо в ньому. Проблема полягає у відсутності надійних датчиків.

5.3.3. Автоматичне управління підживлення вуглекислим газом і досвіченням рослин


	*Додаткове* *опромінювання і вуглекислота* *потрібні* рослинам для підсилення фотосинтезу. Вміст вуглекислоти в теплиці підвищують шляхом спалення природного газу в спеціальних пальниках (газогенератори Г–4,5) або відпрацьованим газом з котельної.

Рис. 5.3.8. Генератори вуглекислого газу в теплиці

Управління здійснюється за заданою програмою з 24-годинним циклом за допомогою реле часу (рис. 5.3.9). Генератор імпульсів БД1 подає імпульси періодичністю 2 год на вхід 12-позиційного кільцевого лічильника БД2. Реле KV1–KV12 спрацьовують з інтервалом 2 год, забезпечуючи роботу проміжного реле KV15. Реле KV15 керує газогенераторами СО₂, розміщеними в теплицях. Після відключення реле KV12 завершує керування подачею СО₂ в останню теплицю, спрацьовує реле KV13. Контакти реле KV13 подають нульовий потенціал до всіх тригерів блоку БД1, що повертає їх у вихідний стан. Потім знову підключається реле KV1, і починається новий добовий цикл.

Тригери можна перевести у вихідний стан, натиснувши кнопку SВ «Установка часу 12 ч». Номера теплиць, у які необхідно подавати СО₂, набирають тумблерами SA39–SA50, а тривалість підживлення СО₂ встановлюють тумблерами SА1–SA12, причому перший увімкнений тумблер визначає початок підживлення, останній – закінчення. За допомогою тумблера SA25 вручну керують підживленням СО₂ без обмеження в часі.

Керування досвіченням здійснюється за допомогою реле КV16 у розсадних теплицях.

Якість регулювання забезпечується за рахунок двох автономних двопозиційних регуляторів, вставки яких відрізняються на 0,04%. Це забезпечує ввімкнення виконавчих механізмів і регулювальних клапанів двох груп газогенераторів. Вмикання схеми підживлення СО₂ автоматично блокується під час зниження рівня освітленості, під час відкритих фрамуг і підвищеної відносної вологості в теплиці.

Досвічення рослин здійснюють за допомогою опромінювальних установок ОТ-400 з ртутними лампами ДРЛФ-400 в програмному або автоматичному (за допомогою датчика освітленості) режимі управління. При рівні освітленості нижче 5 клк п'ять опромінюючих установок в розсадній теплиці вмикаються з регульованим інтервалом від 0,5 до 6 хв. Це виключає токові сплески, що можуть виникати за одночасного вмикання всіх лами. Крім того, пороговий пристрій має затримку 1–3 с, що забезпечує нечутливість до короткочасних спалахів світла.

Схема автоматичного керування досвіченням працює аналогічно схемі керування підживлення СО₂.

Рис. 5.3.9. Схема автоматичного управління досвіченням

і підживленням вуглекислим газом

Контакти реле KV16 підключають фазу А через тумблери SA52–SA63 «Ділянка досвічення» до розподільних щитків РУ керування досвіченням.

Тривалість досвічення визначається в годиннах і дорівнює подвійному одночасно включених тумблерів SA13–SA24 «Досвічення», а початок і кінець досвічення визначаються першим і останнім з увімкнених тумблерів. Ручне керування досвіченням здійснюють тумблерами з розподільних щитків керування РУ.

Реле KV1–KV12 і KV14 разом із блоком дешифрації БДЗ і тумблерами SA64; SA27–SA38 здійснюють «Включення поливу в заданий час» через реле KV18 (рис. 5.3.9). За допомогою тумблерів SA27–SA38 (рис. 5.3.9) набирають ділянки, необхідні для поливу. Блок БДЗ забезпечує витримку часу у ввімкненому стані до 5 с, після чого реле KV14 знеструмлюється і сигнал «Пуск» з автомата поливу знімається.