Навчальний посібник Автоматизація технологічних процесів і систем автоматичного керування (частина 3)

5.3. АВТОМАТИЗАЦІЯ ПОЛИВУ ТА ПІДЖИВЛЕННЯ 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.

Поливна вода розподіляється по групі труб через електромагнітний вентиль. У кожній теплиці встановлена група вентилів, що по черзі включається 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.

Система автоматичного керування температурою поливної води розміщається в шафах ШУ3, а в четвертій шафі — устаткування керування насосами і регулювальним клапаном КП. Вона працює в такий спосіб (рис. 5.6).

Датчик температури поливної води ВК2 і задатчик R1 температури в діапазоні від 0 до 40 °С приєднують до блоку регулюючого приладу БРП1. При відхиленні температури від заданому на ±1° спрацьовують відповідні граничні елементи в блоці БРП2 і включається реле KV1 чи KV2. При зниженні температури на 1° включається реле KV1, що викликає спрацьовування виконавчого механізму ВМ, що збільшує через регулюючий клапан КР впуск гріючої води у підігрівник поливної води ППВ. При підвищенні температури на 1° включається реле KV2, що подає сигнал до ВМ на зменшення пропуску води, що гріє, через регулювальний клапан. Для виключення перерегулювання при зміні 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 при налагодженні 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 і випадку виникнення аварійної ситуації.

Рисунок 5.6. Принципова схема керування температурою поливної води.

При досягненні максимально припустимого значення температури води логометр розмикає контакти Р1 і замикає контакти Р2, що викликає форсоване закриття регулюючого клапана КР. Потім при зниженні 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.

Схема автомата полива приведена на рисунку 5.7. Програму поливу 12 теплиць набирають тумблерами SA2...SA24, програму зволоження — тумблерами SA1...SA23 (на малюнку не показані). Оскільки системи поливу і зволоження діють роздільно, 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 включають відповідні групи електромагнітних вентилів поливу УА1...УА12 через проміжні реле, розташовані в місцевих шафах керування ШУМ. Вентилі можуть бути включені вручну за допомогою тумблера SA30 і перемикача SA31.

Систему поливу включають кнопкою SB чи по ланцюзі А через реле KV14 (див. рис. 5.9) у заданий час доби. При цьому включаються реле KV18 і KV19 (рис. 5.7), 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 при включеному тумблері SA25 «Кратність поливу 1». Контакти реле KV20 включені паралельно контактам реле KV19 і забезпечують підключення блоку БЖ до автомата при відпусканні кнопки SB.

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.

Рисунок 5.7. Принципова електрична схема автомата УТ-12 поливу грунту.

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 блоку кільцевого лічильника БДЗ відключає реле KV23 і підключає реле KV24. Реле KV24 подає команду на включення резервного насоса поливу НП. Якщо протягом наступної хвилини тиск у системі поливу не з'явиться, то реле KV24 відключиться, а реле KV25 вмикає ревун НА і сигнальну лампу HL «Аварія». Насоси-дозатори НД використовують для подачі розчинів мінеральних добрив. З включенням насоса НП починається полив першої теплиці. Через контакти КV1 і включений 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. У залежності 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 передбачений, то відповідний тумблер з SA2...SA24 не включений. У цьому випадку при спрацьовуванні 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 переключення дешифратора БД2, і час проходу ділянки, що неполивається, скорочується до 2 с.

Після спрацьовування реле KV12, що забезпечує полив останньої дванадцятої ділянки, відключається реле KV13, і включається 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 відключається 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. 5.8) призначена для контролю концентрації та стабілізації її в межах, заданих агротехнічними вимогами. Концентрований розчин мінеральних добрив готують в спеціальному басейні Б, звідки насоси-дозатори НД подають його через регулюючий клапан КР1 в поливну воду. Насоси НД Вмикаються періодично від пускових реле аналогічно вмиканню поливних насосів НП.

Концентрація добрив вимірюється по електропровідності живильного розчину в магістральному трубопроводі за ділянкою змішування концентрованого розчину і поливної води. В 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 відключає 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. При відхиленні рН від заданого виконавчий механізм ВК2 змінює ступінь відкриття регулюючого 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.

Такі системи регулювання концентрації добрив вирішують задачу стабілізації режимних параметрів на вході в об'єкт і задовільно працюють лише при 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, водоутримуючої здатності і можливості засолення субстрату. В цьому випадку необхідний зворотній зв'язок по параметрах субстрату шляхом установки датчиків безпосередньо в ньому. Проблема полягає у відсутності надійних датчиків.

Рисунок 5.8. Схема автоматичного управління концентрацією мінеральних добрив

5.3.3. Автоматичне управління підживленням 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.

Управління здійснюється за заданою програмою з 24-годинним циклом за допомогою реле часу (рис. 5.9). 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.

Рисунок 5.9. Схема автоматичного управління досвіченням і підживленням вуглекислим газом.

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 включений 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 регулюючих клапанів двох груп газогенераторів. Вмикання схеми підживлення СО2 автоматично блокується при зниженні рівня освітленості, при відкритих фрамугах і підвищеній відносній вологості в теплиці.

Досвічення рослин здійснюють за допомогою опромінюючих 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 при одночасному вмиканні 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.

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 включених 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. 5.9, а). За допомогою тумблерів SA27...SA38 (рис. 5.9) набирають ділянки, необхідні для поливу. Блок БДЗ забезпечує витримку часу у включеному стані до 5 с, після чого реле KV14 знеструмлюється і сигнал «Пуск» з автомата поливу знімається.

ЗАПИТАННЯ

1. Як здійснюється полив в ангарних теплицях за допомогою устаткування УТ-12? 2. Як здійснюється зволоження повітря в ангарних теплицях за допомогою устаткування УТ-12? 3. Поясніть роботу принципової електричної схеми керування підігрівом поливної води. 4. Поясніть роботу принципової електричної схеми керування автомата поливу в ангарній теплиці. 5. Поясніть роботу принципової електричної схеми керування Управління концентрацією мінеральних добрив В ангарній теплиці. 6. Поясніть роботу принципової електричної схеми керування автоматичного управління досвіченням і підживленням вуглекислим газом В ангарній теплиці.

ТЕСТИ

1. Як здійснюється підігрів поливної води в ангарних теплицях?

A. Підігрів поливної води в ангарних теплицях здійснюється водонагрівачем

B. Підігрів поливної води в ангарних теплицях здійснюється змішуванням гарячої води з холодною

C. Підігрів поливної води в ангарних теплицях здійснюється на котельні.

2. Використовуючи принципову електричну схему керування підігрівом поливної води в ангарних теплицях вкажіть призначення датчика температури ВК2

A. Датчик температури ВК2 призначений для виміру температури холодної води

B. Датчик температури ВК2 призначений для виміру температури поливної води

C. Датчик температури ВК2 призначений для виміру температури гарячої води

3. Використовуючи принципову електричну схему керування підігрівом поливної води в ангарних теплицях вкажіть призначення виконуючого механізму ИМ

A. Виконуючий механізм ВМ призначений для автоматичного керування клапаном КР для подачі води

B. Виконуючий механізм ВМ призначений для автоматичного керування регулюючим клапаном КР для подачі ї води в підігрівник

C. Виконуючий механізм ВМ призначений для автоматичного керування регулюючим клапаном КР для подачі граючої води в підігрівник поливної води.

4. Використовуючи принципову електричну схему керування автомата поливу в ангарних теплицях вкажіть як задається програма поливу та зволоження

A. Програму поливу 12 теплиць набирають тумблерами SA2...SA24, програму зволоження — тумблерами SA1...SA23

B. Програму поливу 12 теплиць набирають тумблерами SA25...SA29

C. Програму поливу 12 теплиць набирають тумблерами SA25...SA29, програму зволоження — тумблером SA1

5. Використовуючи принципову електричну схему керування автомата поливу в ангарних теплицях вкажіть призначення електромагнітних вентилів поливу УА1...УА12

A. Електромагнітні вентилі поливу УА1...УА12 призначені для автоматичної подачі води в теплицю.

B. Електромагнітні вентилі поливу УА1...УА12 призначені для подачі гарячої води в теплицю.

C. Електромагнітні вентилі поливу УА1...УА12 призначені для автоматичної подачі поливної води в теплицю з заданою тривалістю і кратністю.

5.4. АВТОМАТИЗАЦІЯ УСТАНОВОК ДЛЯ ОПРОМІНЕННЯ РОСЛИН В УМОВАХ ЗАХИЩЕНОГО ГРУНТУ

Для створення необхідного світлового режиму в теплицях використовують опромінюючі установки. Ці установки повинні спрямовувати весь світловий потік джерела випромінювання безпосередньо на корисну площу стелажа. Крім того, випромінювач необхідно наблизити до рослин на мінімально допустиму відстань.

Для опромінення рослин в теплицях вітчизняна промисловість випускає тепличні опромінювачі типу ОТ-400 з лампою ДРЛФ-400, ОГС01 «Фотос» з лампами ДРИ 1000-6, ДРИ 2000-6 та ДРИ 3500-6, установку опромінювання рослин у теплицях УОРТ-2-3000 з металогенною лампою ДМЗ-3000, систему опромінення рослин у теплицях СОРТ1 з лампою ДКсТЛ 10 000 та інші. На рис. 5.10 зображено опромінювач типу ОТ-400. Він складається з лампи ДРЛФ-400, корпуса з баластним пристроєм, фарфорового патрона, вузла для підвішування, двох відрізків шлангового кабелю. Один відрізок кабелю обладнаний розеткою, а другий — вилкою. Вилка і розетка дають можливість об'єднувати в групу з послідовним живленням до п'яти опромінювачів.

Рисунок 5.10. Опромінювач ОТ-400: 1 — вушко для підвішування; 2 — пускорегулюючий апарат (ПРА); 3—фарфоровий патрон; 4—кабель; 5— лампа типу ДРЛФ-400.

Установки СОРТ1, ОГС01, УОРТ-2 дають можливість забезпечити необхідний для розвитку рослин світловий потік при меншій більш як у два рази витраті електроенергії порівняно з опромінювачами типу ОТ-400.

• < Назад
• Вперёд >