Автоматизация индивидуальных теплиц

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Аннотация

1. Автоматизация индивидуальных теплиц

2. Капитальная автоматизация теплиц подсобного хозяйства

3. Система управления микроклиматом и отоплением теплиц

4. Методы принудительной подкормки растений различными веществами и соединениями

Заключение

Список источников



Аннотация

Первостепенной целью данного реферата является донесение до читателя сведений из определённых источников, содержащих основы и методы автоматизации как отдельных, так и сгруппированных вместе (тепличный комплекс) теплиц. А так же описание методов управления автоматикой и принципов её функционирования.

Задачами же этого реферата являются грамотный сбор достоверной информации и наглядное изложение её в купе со схематическими рисунками и опорными изображениями.

С каждым годом в тепличных предприятиях все большее внимание уделяется качественному поддержанию микроклимата. Правильно выбранная технология поддержания микроклимата - одна из важнейших составляющих, позволяющих повысить урожайность. А эффективное использование энергоресурсов - дополнительная возможность существенно уменьшить себестоимость производимой продукции. Современная автоматизированная система управления микроклиматом должна поддерживать не только заданный режим, но и максимально эффективно использовать возможности исполнительных систем. В настоящее время ведется активная модернизация теплиц, связанная с повышением количества исполнительных систем: разделение контуров, модернизация форточной вентиляции, установка систем зашторивания, установка вентиляторов. И чем больше исполнительных систем имеет теплица, тем важнее для нее выбор критерия, определяющего стратегию поддержания микроклимата. Например, одним из наиболее популярных критериев управления является экономия теплоресурсов. В данном случае целесообразнее активно использовать нижние контура обогрева, т.к. они меньше всего отдают тепла внешней среде. Другой подход к выбору критерия предполагает поддержание температуры у точки роста выше, чем у корней растения и тем самым подразумевает активное использование верхних контуров обогрева. Еще один критерий управления основывается на том, что нижний контур должен поддерживать в корневой зоне постоянную температуру, так называемый оптимум, и лишь при исчерпанных ресурсах других исполнительных систем отклоняться от него. Опыт внедрения автоматизированных систем управления показывает, что на этапе проектирования системы достаточно сложно выбрать единый критерий управления. Поэтому в системе управления должна существовать возможность оперативно задать критерий во время эксплуатации, причем методы его задания должны в наглядной форме отражать агрономические, экономические и технические требования, предъявляемые к системе. Таким образом, современная система управления должна позволять задать не только один из вышеперечисленных критериев управления или их комбинацию, но и любой другой возникающий в процессе производства, предоставляя агроному-технологу широкие возможности в выборе метода поддержания температурно-влажностного режима в теплице.

Именно о возможных способах автоматизации теплиц и пойдёт речь в данной работе.



1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ТЕПЛИЦ

Автоматизация индивидуальных теплиц, особенно находящихся на значительном удалении от мест постоянного проживания, не прихоть и не дань моде, а объективная необходимость, связанная с условиями эксплуатации. Действительно, как защитить растения от возвратных заморозков? Конечно, можно включить в теплице любое нагревательное устройство. Но кто его выключит, если днем будет солнечная погода? И как пополнить запасы влаги в почве, если теплица остается бесконтрольной в течение по крайней мере недели? Эти вопросы нельзя решить без элементарной автоматизации. Итак, первоочередными задачами автоматизации являются: управление системой отопления воздуха или почвы для защиты растений от возвратных заморозков, управление системой вентиляции и полив растений. Прежде чем выбрать схему управления и оборудование для автоматизации теплиц, необходимо вначале определить характеристики объектов управления. В индивидуальных теплицах могут быть смонтированы системы отопления воздуха и почвы, форточная или побудительная вентиляция, емкости для периодической подачи воды. Системы, отопления почвы, как правило, могут быть двух типов: с электрообогревом нагревательным проводом и воздушные с циркуляцией теплого воздуха по трубам. В первом случае нагревательный провод включается при помощи магнитного пускателя или тиристорного ключа, во втором магнитный пускатель или промежуточное реле включает вентилятор. При использовании нагревательного провода управление системой отопления осуществляется от любого двухпозиционного терморегулятора. Вентилятор почвенного отопления в системах с аккумулированием тепла (теплица Н.И. Гаврилова) работает постоянно. В качестве обогревателей воздуха в индивидуальных теплицах используются различные электронагревательные устройства и отопительные приборы, работающие на газообразном или жидком топливе. Автоматизировать работу всех без исключения нагревательных приборов в индивидуальных теплицах невозможно, хотя бы из соображений техники безопасности. По этой причине все газовые или жидкотопливные нагреватели необходимо включать в ручном режиме. Электронагревательными устройствами можно управлять, как и при обогреве почвы, любым двухпозиционным терморегулятором.

В качестве терморегуляторов можно использовать такие серийные регуляторы, как ПТР, ДТКБ-45, ТЛ-3 и др. Очень удобен и доступен терморегулятор ТЛ-3, который выпускается Киевским электромеханическим заводом и предназначен для регулирования температуры в жилых и бытовых помещениях, аквариумах, ульях и т. д.

Диапазон регулирования температур 0-48 °С, напряжение питания 220 В, коммутируемая мощность активной нагрузки 0,04--1 кВт, т е. регулятор может непосредственно включать и выключать электронагревательное устройство мощностью до 1 кВт.

Несложный терморегулятор можно изготовить своими руками. Одна из конструкций описана в журнале "Сделай сам" [8]. Терморегулятор (рис. 1) выполнен на двух транзисторах VT1 типа МП16Б/(МП25, МП42) и VT2 типа МП37Б.

В качестве выходного устройства используется реле РЭС-10 (паспорт РС4.524.302). Напряжение питания регулятора 12 В, в качестве датчика температуры применен терморезистор ММТ-4 сопротивлением 4,7 К.



Рис. 1. Принципиальная схема терморегулятора

Не менее важной задачей в индивидуальных теплицах является вентилирование. При выборе схемы автоматики нужно прежде всего решить вопрос о методах вентиляции. Если теплица оборудована электровентилятором, автоматизировать процесс проветривания не представляет никакого труда. Стоит только применить любой двухпозиционный терморегулятор. Правда, в некоторых регуляторах, например типа ТЛ-3, включение нагрузки происходит при понижении температуры в объекте. Чтобы вентилятор работал в необходимом режиме, между ним и терморегулятором нужно включить промежуточное реле, обеспечивающее инверсию сигнала терморегулятора.

Если теплица оборудована форточками, необходимо прежде всего снабдить их электроприводом. В качестве электропривода можно использовать электромагниты или электродвигательные исполнительные механизмы. Устройство электромагнитного привода описано в журнале "Сделай сам". В качестве электроприводов можно использовать промышленные приводы типа ПР-1М мощностью 50 Вт или приводы для вращения новогодних елок, имеющиеся в продаже. Поскольку электропривод выполнен на базе реверсивного электродвигателя, необходимо включать его через промежуточное реле, обеспечивая два сигнала управления. Одна из возможных кинематических схем открывания форточек и схема управления приводом представлены на рис. 2.

Следует отметить, что электропривод работает более надежно, чем электромагнитный. Это связано с невысокой скоростью процессов открывания и закрывания форточек и со значительно меньшими динамическими нагрузками на конструкции.

Значительно проще вентиляция теплиц решается при использовании терморегуляторов так называемого прямого действия. В этих регуляторах собственно терморегулятор и исполнительный механизм объединены в одном устройстве. Достигается это тем, что в регуляторе используется эффект объемного расширения жидкости (технического масла) при нагревании. Соответствующий подбор объема рабочего цилиндра и кинематической схемы позволяет получать требуемые усилие и ход при открывании фрамуг. Регуляторы такого типа выпускают ПО "Уралмаш" и кооператив "Регулятор" в Петрозаводске. Терморегулятор "Тюльпан", выпускаемый кооперативом "Регулятор", представляет собой цилиндр диаметром 60 и длиной 450 мм, заполненный одним литром технического масла. Нагревание масла вызывает перемещение штока-поршня, рабочий ход поршня 170 мм, усилие 500-600 Н (50-60 кгс). Регулятор настроен на температуру начала открывания 20-25 ° С. Габаритные и установочные размеры регулятора "Тюльпан" показаны на рис. 3.

Необходимо заметить, что простота и надежность регуляторов прямого действия, их невысокая стоимость несомненно заслуживают рекомендаций по их использованию в индивидуальных теплицах. Однако следует помнить, что регуляторы такого типа обладают значительным дифференциалом срабатывания. Разброс значений температуры открывания и закрывания форточки может достигать 5 °С и более. Поэтому, если требуется более высокая точность регулирования, следует отдать предпочтение электронным регуляторам.

Рис. 2. Автоматическое вентилирование теплицы по способу Г.И. Иванова: 1 - конструкции теплицы; 2 - герметичный сосуд; В - шланг; 4 - камера; 5 - резервуар; 6 - вода; 7 - пластина; 8 - тяга; 9 - форточка

Имеется ряд разработок регуляторов прямого действия, в которых в качестве рабочего тела используется воздух. В конструкции регулятора Г. И. Иванова фрамуга открывается благодаря подъему гибкого резервуара (автомобильной камеры), сообщенного с герметичным сосудом, укрепленным в верхней зоне теплицы (рис. 3). Гибкий сосуд помещен в бочку с водой, при расширении воздуха он увеличивается в объеме и всплывает, открывая фрамугу. Несколько отличается по конструктивному исполнению регулятор, описанный в. В этом регуляторе фрамуга открывается благодаря моменту, создаваемому перераспределением массы воды в двух емкостях при расширении воздуха. Это видно из рисунка 4.

Рис. 3. Устройство для открывания фрамуги: 1 - фрамуга; 2 - регулирующие планки; 3 - сосуд с водой вместимостью 2-4 л; 4 - отверстие d=5 мм; 5 - гибкий шланг; 6 - сосуд вместимостью 10-20 л

...детали капельного полива "Водполимер-3" для индивидуальных теплиц. Капельную систему несложно изготовить и самим. В качестве оросителя используют полиэтиленовый шланг или трубу диаметром 15-20 мм, укладываемые по центру гряды. Вода к растениям подается при помощи микротрубок - отрезков поливинилхлоридной изоляции монтажных проводов внутренним диаметром 0,9-1 мм и длиной 50-60 см. Одним концом отрезок изоляции закрепляется в проколотом шилом отверстии в трубе, другой конец подводится к растению. Этот конец трубки может быть укреплен на специальной подставке так, чтобы водовыливное отверстие было поднято над землей на 2-3 см и отстояло от растения на 5-6 см.

Имея источник воды и систему полива, нужно организовать управление поливом растений. Идеальным решением этой задачи является применение датчиков влажности почвы и автоматизация полива по заданной влажности. Можно использовать несколько принципов измерения влажности. Один из них, основанный на изменении объемной массы почвы при увлажнении, является предметом изобретения А. И. Кучина. Регулятор влажности (рис. 4) содержит датчик влажности в виде камеры 1, заполненной водой, и соединенный с ней сильфон 3, подвешенный на подпружиненном рычаге 5. Один конец рычага снабжен клапаном 19, который перекрывает сливные патрубки 17 и 18 гидроцилиндра 10. Увеличение влажности почвы приводит к повышению ее массы и прогибу мембраны 2 камеры 1 и переливу части воды в сильфон 3. Увеличение массы сильфона приводит к перекрытию патрубка 17, перемещению поршня 11 в верхнее положение и закрытию задвижки. Для установки пределов регулирования влажности почвы служит регулировочный винт 8.

Рис. 4. Автоматический регулятор влажности: 1 - камера; 2 - мембрана; 3 - сильфонная камера; 4 - шарнир; 5 -рычаг; 6 - гибкий шланг; 7 - пружина; 8 - регулировочный винт; 9 - задвижка; 10 - цилиндр; 11 - поршень; 12, 13 - нижняя и верхняя полости; 14, 15 - переливные патрубки; 16 -- напорная магистраль; 17, 18 -- переливные патрубки; 19 - клапан



Можно применить электронный регулятор влажности. Одна из схем такого регулятора приведена на рис. 5. В качестве датчика влажности в регуляторе использованы два угольных стержня от батарейки 3336Л с деполяризатором (с элементов удаляют только цинковую оболочку). Стержня заглубляют в почву на расстоянии 20 см. При умеренной влажности сопротивление между ними составляет около 1500 Ом. Схему с помощью переменного резистора R1 настраивают на заданный порог срабатывания регулятора, переменный резистор R2 служит для установки начальной влажности. В регуляторе использованы транзисторы МШ6Б, МП25, МП42 или аналогичные им, выходное реле типа РЭС-10 (паспорт РС4, 524.302).

Рис. 5. Принципиальная схема регулятора влажности почвы: R1 = 47 К; R2 = 21 К; R3 = 47 К; R4 = 1 К; D - датчик влажности; К - реле РЭС 10

При использовании электронного регулятора для подачи воды в систему полива необходимо использовать электромагнитный вентиль или задвижку с электроприводом. Можно использовать соленоидные клапаны типа СВМ диаметром 20--25 мм. Электромагнитный клапан можно изготовить самому. Одна из конструкций показана на рис. 62. Собственно клапан представляет собой выгодной клапан обычного сливного туалетного бачка, соединенный проволочной тягой из нержавеющей стали с исполнительным электромагнитом. В качестве электромагнита можно использовать магнитный пускатель, катушка которого в целях безопасности перемотана на напряжение 36 В.

Рис. 6. Емкость с электромагнитным клапаном: 1 - электромагнит; 2 - бочка; 3 - тяга; 4 - клапан

Управлять системой полива можно и по программе, задавая последнюю по расходным характеристикам системы, погодным условиям и состоянию растений. В качестве программатора удобно использовать программное устройство типа "Сигнал-201", имеющееся в продаже. В этом устройстве можно создать 16 вариантов различных программ управления. Программатор имеет три выходных канала с коммутируемой мощностью 300 Вт в двух из них и 1000 Вт в одном, что позволяет использовать его не только в системе полива, но и в системах отопления и вентиляции. Цена программатора 57 руб.

Как ни заманчиво управлять системой полива при помощи электроники, нужно всегда помнить, что высокую надежность обеспечивают наиболее простые устройства. Несложное программное устройство полива можно изготовить своими руками и без применения электронных схем и электромагнитных клапанов, что позволяет использовать его при отсутствии электроснабжения или перерыве в нем.

Схема такого устройства показана на рис. 7. Устройство состоит из бочки 2 (на 200-250 л), куда заливается запас поливной воды. При наличии водопроводного ввода устанавливается поплавковый клапан 1. Из бочки 2 вода через дозатор 3 поступает в дозирующую емкость 4, которая служит для заполнения емкости 8 и пуска сифона 9. Пусковая емкость 4 должна иметь вместимость 2-3 л, рабочая емкость - 8-10 л. В исходном положении пусковая емкость 4 удерживается грузом 6 и тягой 5, после заполнения емкости через дозатор 3 равновесие системы нарушается и происходит опрокидывание емкости. Для устойчивого опорожнения емкости последняя снабжена опорными планками 7, смещающими центр тяжести в начальный момент опрокидывания. После заполнения рабочей емкости 8 и срабатывания сифона 9 начинается цикл полива. Регулируя расход дозатора 3, можно задавать различные программы полива. Например, если бочка 2 имеет вместимость 250 л, рабочая емкость 8 - вместимость 10 л, а дозатор настроен на расход 2 л/ч, то период полива растений составит 125 ч, или 5 сут. При этом перерывы между отдельными циклами подачи воды составят 5 ч, а сам цикл займет 10-12 мин. В теплицу площадью 10-12 м2 поступит за это время 9-10 л воды, а каждое растение получит 0,3-0,4 л.



Рис. 7. Схема устройства полива: 1 -- поплавковый клапан; 2 - бочка с водой; 3 - дозатор; 4 - дозирующая емкость; 5 - блок; б - груз; 7 - опорная планка; 8 - зарядная емкость; 9 - сифон

Если требуется более интенсивный полив, производительность дозатора увеличивают, но при этом нужно учитывать, что общий запас воды при отсутствии водопроводного ввода должен быть увеличен. Ориентировочно вместимость резервуара для запаса воды V можно рассчитать по максимальному удельному водопотреблению растений g, площади теплицы S и требуемому периоду полива Т:

V = gST.

Удельное водопотребление взрослых растений можно принять равным 5 л/м2 посева, в сутки. Тогда для теплицы площадью 10 м2 общий запас воды на 5 сут должен составлять 250 л, в теплице площадью 15 м2 потребуется установить емкость вместимостью 375 л (2 бочки по 200 л).

Описанные конструкции систем полива растений не исчерпывают всего спектра возможных решений и не являются обязательными для повторения без каких-либо изменений. Безусловно, каждый может выбрать для себя наиболее приемлемые элементы из разных конструкций, воспользовавшись и приведенными здесь описаниями.

2. Капитальная автоматизация теплиц подсобного хозяйства

теплица вентилирование терморегулятор полив

Для автоматизации теплиц подсобных хозяйств может быть использовано серийное комплектное оборудование типа УТ-12-УЗ. В состав комплекта оборудования входят пять модификаций шкафов управления и четыре модификации панелей датчиков, количество которых зависит от числа независимых отделений регулирования.

Шкаф управления ШУ-1 предназначен для регулирования температурного режима в 16 независимых отделениях тепличного комплекса. Он управляет системами отопления и вентиляции отдельных теплиц.

Шкаф управления ШУ-2 служит для управления системами орошения, подкормки углекислым газом в 12 отделениях и дополнительным облучением в двух отделениях.

Шкаф управления ШУ-3 используется для регулирования температуры поливной воды, концентрации растворов минеральных удобрений, контроля температурного режима в отделениях и регистрации метеорологических параметров.

Шкаф управления насосами ШУИ предназначен для управления насосами-повысителями, насосами подачи минеральных удобрений, регулирующим клапаном подогревателя поливной воды, электроприводом фрамуг соединительного коридора теплиц.

Шкаф управления ШУМ служит для местного управления в ручном режиме системами отопления, вентиляции, орошения и подкормки углекислым газом в, каждой теплице. Шкафы управления ШУ-1, ШУ-2, ШУ-3 и ШУН устанавливают в помещении оператора, а шкафы местного управления ШУМ монтируют непосредственно возле каждой теплицы.

В комплект систем автоматического управления кроме шкафов управления входят панели датчиков температуры ПД-1, влажности ПД-2, освещенности ПДО и датчик скорости ветра ДСВ.

Регулирование температурного режима в каждой теплице осуществляется следующим образом. В зимний период эксплуатации для создания необходимой температуры управляют регулирующим клапаном в системе водяного трубного отопления и калориферами воздушного отопления, причем при понижении температуры вначале включается привод регулирующего клапана, затем калориферы первой ступени, а при более глубоком снижении температуры -- калориферы второй ступени (рис. 8).

Рис. 8. Структурная схема управления температурой воздуха в теплице при помощи комплекта УТ-12-УЗ

Ml - электропровод регулирующего клапана в системе отопления; М2-М7 - электроприводы калориферов первой ступени; М8-М13 - электроприводы калориферов второй ступени; М15-М16 - электроприводы фрамуг

В летнем режиме система автоматики управляет форточной вентиляцией. Здесь также предусмотрено ступенчатое включение боковых и верхних фрамуг. Вначале открывается одна верхняя фрамуга, затем по мере повышения температуры -- вторая верхняя и боковые фрамуги (только для ангарных теплиц).

В каждой теплице установлен датчик температуры, связанный со шкафом управления ШУ-1. Подключение каждого датчика, происходит поочередно с интервалом 30 с. Собственно регулирование, т. е. выработка управляющих воздействий, в каждой теплице происходит в течение этого периода времени. После отключения датчика все системы теплицы продолжают оставаться в том же состоянии, что и непосредственно до его отключения. При очередном

Взаимодействии теплицы со шкафом управления происходит коррекция управляющих воздействий.

Для оперативного контроля за состоянием температурного режима в теплицах служит световая индикация отклонения от заданных параметров по каждой теплице, световая и звуковая сигнализация об аварийных режимах, регистрация температуры при помощи самопишущего многоточечного моста. Предусмотрены также автоматическая коррекция температуры в зависимости от условий освещенности и независимое регулирование температуры по каждой теплице.

Для защиты фрамуг от повреждения ветром предусмотрено централизованное аварийное их закрытие во всех теплицах по команде от датчика скорости ветра.

Шкаф ШУ-2 управляет системами орошения, досвечивания и газации по временной программе, т. е. включение этих систем может быть произведено в соответствии с заданным временем режимом. Отработав нужное время, системы газации и досвечивания отключаются.

Система орошения имеет более сложное программное управление. Режим орошения задается длительностью полива в одном цикле и количеством циклов полива, которые в совокупности определяют норму полива. Включение режима может быть осуществлено или по команде реле времени, или при помощи кнопки.

Регулирование относительной влажности воздуха осуществляется при помощи регуляторов влажности типа СПР-3-04, установленных в шкафу управления ШУ-2, и датчиков, устанавливаемых в каждой теплице. Регулятор влажности -- трехпозиционный, вырабатывающий команды как на осушение, так и на увлажнение воздуха. При повышении влажности воздуха сверх заданной открываются фрамуги, для увлажнения воздуха включается система увлажнения.

Шкаф управления ШУ-2 оборудован световой индикацией для контроля процесса орошения теплиц и звуковой сигнализацией об аварийных режимах.

В шкафу управления ШУ-3 установлены следующие приборы: регулятор температуры поливной воды, управляющий исполнительным механизмом на водоподогревателе; регулятор концентрации минеральных удобрений в поливной воде; дистанционный сигнализатор скорости ветра, приборы контроля температуры воздуха в отдельных теплицах, температуры поливной воды и наружного воздуха.

В шкафу управления ШУМ, который также устанавливается в помещении электрощитовой, монтируется коммутационная аппаратура для управления насосами-повысителями и электроприводами фрамуг в соединительном коридоре.

Шкаф управления ШУМ предназначен для местного управления системами отопления и вентиляции в каждой теплице. Для удобства эксплуатации он расположен в непосредственной близости от теплиц. Шкаф управления ШУМ оснащен пускозащитной аппаратурой для включения приводов фрамуг, электродвигателей калориферов, регулирующего клапана в системе отопления, электромагнитных вентилей систем орошения и подачи углекислого газа. Помимо ручного режима управления системами шкаф местного управления ШУМ может осуществлять и автоматическое управление ими, так как является промежуточным звеном между шкафами управления ШУ-1 и ШУ-2 и исполнительными элементами в каждой теплице.

Комплект оборудования УТ-12-УЗ имеет смысл использовать в теплицах, имеющих по крайней мере пять-шесть отделений регулирования и штатное оборудование для полива и приготовления растворов минеральных удобрений. В теплицах с небольшим количеством отделений и упрощенной системой полива целесообразно применять отдельные промышленные регуляторы для стабилизации основных технологических параметров,

Прежде всего необходимо автоматическое поддержание температуры воздуха. В качестве регуляторов температуры можно использовать хорошо зарекомендовавшие себя полупроводниковые терморегуляторы типов ПТР-2, ПТР-3, ПТР-П. Терморегулятор ПТР-2 предназначен для организации двухпозиционного закона регулирования, ПТР-3 -- трехпозиционного, а ПТР-П -- пропорционального. Терморегуляторы типов ПТР-2 и ПТР-3 применяют для управления калориферной системой отопления. При использовании регулятора ПТР-3 вся система отопления разделяется на две группы с раздельным включением (рис. 9).

Рис. 9. Структурная схема регулирования температуры воздуха в теплице при помощи регулятора ПТР-3



1 - датчик температуры; 2 - регулятор ПТР-3; 3 - калорифер первой ступени; 4- калорифер второй ступени

При водяной трубной системе отопления рекомендуется использовать регулятор типа ПТР-П с организацией пропорционального управления регулирующим клапаном (рис. 10). Сущность пропорционального управления заключается в том, что значение управляющего воздействия пропорционально отклонению параметра от заданного значения. Пропорциональное регулирование стабилизирует параметр на более высоком уровне, чем позиционное, особенно в объектах со значительной инерционностью. Регуляторы типа ПТР-П также предпочтительнее и в системах управления вентиляцией, и в системах регулирования температуры поливной воды.

Рис. 10. Структурная схема пропорционального регулирования температуры

1 - датчик температуры; 2 - регулятор типа ПТР-П; 3 - регулирующий клапан; 4 - привод клапана; 5 - подающий трубопровод; б -- трубопровод системы отопления теплицы

Если сама теплица, в которой необходимо автоматизировать процессы регулирования температуры, серийная, целесообразно использовать шкаф местного управления ШУМ, дополнив его регулятором типа ПТР-П для управления форточной вентиляцией и регулятором типа ПТР-2 или ПТР-П для управления системой отопления. При этом необходимо соединить зажим 7 с зажимами 72, 74, 76, а зажим 8 -- с зажимами 71, 73, 75, 77 .

Если теплица оборудована исполнительными механизмами, отличными от принятых в типовых решениях, необходимо соответствующим образом подобрать пускозащитную аппаратуру. Для привода форточек в теплицах небольшой площади можно применять приводы типов ПР-1М и МЭО-40 с крутящим моментом на валу 10 и 40 Н*см. Мощность этих приводов 50--60 Вт. В серийном оборудовании для вентиляции используются приводы 0,37 и 0,8 кВт. В качестве электропривода регулирующего клапана использовать то же оборудование (ПР-1М и МЭО-40), а регулирующий клапан ЕСПА-02 болгарского производства с электродвигателем мощностью 40 Вт. Вместо ПТР использовать регуляторы серии ТМ-2.

Для регулирования относительно влажности воздуха рекомендуется использовать влагорегуляторы типа СПР-3-04 или аналогичные им.

3. Система управления микроклиматом и отоплением теплиц

СКАТ (система компьютерной автоматизации теплиц)

СКАТ состоит (см.рисунок) из двух взаимосвязанных систем: информационно-измерительной (ИИС) и информационно-управляющей (ИУС).

Программа ИИС обеспечивает сбор и обработку данных, а также представляет их в табличном, графическом виде с возможностью выборки по заданным параметрам, математической и статистической обработки для принятия оперативного решения. Это позволяет вести оценку качества поддержания температуры в заданном диапазоне (средняя температура за период, выборка за любой период времени по каждой теплице, культуре, поиск минимальных и максимальных значений и т.д.). Результат может быть распечатан на принтере. ИИС предусматривает подключения датчиков с выходом по напряжению, току, сопротивлению (метеостанция, расходомер, теплосчетчики, внешние резисторы, контакты и т.д.), обеспечивает связь с метеостанцией, имеющей датчики температуры наружного воздуха (ДТВ), направления ДНВ и скорости ветра ДСВ, а также датчики величины освещенности ДВО и осадков ДОС. Кроме того, ИИС предусматривает опрос общеблочных датчиков: температуры прямой ДТП и обратной воды ДОВ, расхода воды, давления прямой ДДП и обратной воды ДДО.

Основной функцией СКАТ является регулирование и поддержание температуры в блоке ангарных теплиц с точностью до±1 град. в диапазоне от 0 до 40 град. по ПИД-закону регулирования с релейным переключением режимов и настраиваемой зоной нечувствительности на основе шатрового, бокового, надпочвенного контуров с трехходовыми или двухходовыми клапанами и калориферов. Имеется управление форточками при условии надежной работы механизмов. Предусмотрен режим автоматической работы СКАТ в функции времени и ручной, включающий в себя оперативное тестирование аппаратуры и управления всеми механизмами прямо с клавиатуры компьютера, а также аварийный контроль. Переключение времени суток осуществляется по времени восхода и захода солнца в соответствии с широтой местности, а определение "ясно" или "пасмурно" - по уровню освещенности. При переходе с ночи на день и наоборот система плавно поднимает или опускает температуру в теплицах с заданной интенсивностью. СКАТ контролирует температуру входной сетевой воды на соответствие графику подачи в зависимости от температуры наружного воздуха и в случае его занижения поднимает температуру надпочвенного контура. Реализован режим интегрированных температур, т.е. при выращивании томатов задается так называемая среднесуточная температура, которая должна выдерживаться в течение суток, при этом дневная температура может быть значительно выше заданной за счет солнца, а ночная температура может опускаться до минимально допустимой величины. Важно, чтобы произведение град*час не было ниже установленной величины. Реализация режима интегрированных температур позволяет экономить в весенне-летний период до 10% тепловой энергии за счет более низкой ночной температуры. Система управления позволяет измерять относительную влажность воздуха в каждой теплице, задавать влажность по каждой теплице и управлять клапанами дождевания. При необходимости возможно определение положения регулирующих клапанов и форточек (при исправности реостатов положения). Используемые измерительные приборы позволяют применять любые датчики температуры из серий ТСМ, ТСП. Окончательная конфигурация системы производится по согласованию с заказчиком. Предлагаемая система адаптирована для подключения к шкафам управления механизмом (ШУМ), устанавливаемым у каждой теплицы. Система построена таким образом, что позволяет осуществить управление до трех независимых контуров отопления с трехходовыми клапанами и насосами. Как известно, разделение контуров отопления и установка насосов благоприятно сказывается на качестве температурного режима в теплице, а именно равномерное распределение тепла по трубам (равномерность температуры воздуха в теплице). Уменьшение постоянной времени теплицы позволяет существенно снизить колебания температуры при ее регулировании. В случае, если у заказчика имелась ранее упомянутая установка, ШУМ дорабатываются только с точки зрения управления дополнительными контурами отопления.

Системный блок компьютера, монитор, источник бесперебойного питания, блоки коммутации и питания могут быть установлены в один из шкафов управления комплекта УТ 12-У3, обычно находящийся в щитовой автоматики. Во вновь создаваемой системе число линий кабеля управления значительно снижается и зависит от числа теплиц и количества сигналов управления. Для измерения температурных параметров используются восьмиканальные измерительные приборы (ИП) на базе микропроцессов. ИП установлены непосредственно у теплицы, что существенно сокращает длину линий датчиков. К прибору можно подключить восемь датчиков по четырехпроводной или менее точной двухпроводной схеме.

Дополнительно используются ИП для измерения общеблочных параметров. Передача информации от ИП к компьютеру осуществляется через сеть с интерфейсом rs485 по запросу программы ИИС с периодом один раз в две минуты. Текущие параметры сохраняются в базах данных, обрабатываются программой ИУС и через модули связи в блок коммутации выдаются сигналы управления промежуточными реле в шкафах ШУМ, с помощью которых осуществляется управление исполнительных механизмов. Система может управлять в каждой теплице до трех разделенных контуров отопления с циркуляционными насосами (шатровый, надпочвенный, боковой), до двух ступеней калориферов, до четырех приводов форточек, и, при необходимости, может быть расширена для управления клапанами дождевания (регулирование влажности).

Рис.11. Функциональная схема блока теплиц:



Датчики температуры: ДТС - сухой, ДВЛ - влажный, ДТН - надпочвенного контура, ДТО - обратной воды, ИП - измерительный прибор для датчиков ТСП-100, ТСМ-100, ШУМ - шкаф управления механизмами, КОТ - клапан отопления шатрового и бокового контуров, ЭПН - электропривод циркуляционного насоса, ФВЛ, ФВП, ФБЛ, ФБП - электроприводы форточек верхних, боковых, левых и правых

Световой режим теплиц

Световой режим в помещениях с искусственным климатом должен обеспечивать, как правило, имитацию типичного радиационного режима условий использования сорта в хозяйственной деятельности. При недостатке естественного солнечного излучения должно применяться искусственное облучение.

При оценке естественного радиационного режима в теплицах следует учитывать суточное количество естественной фотосинтетически активной радиации (ФАР), проходящее в теплицу. Если суточное количество ФАР, проходящее в теплицу составляет менее 0,9 минимального физиологического критерия, рекомендуется предусматривать дополнительное искусственное облучение.

При отсутствии для селектируемых культур величины минимальной необходимой интенсивности облучения и величины нормируемого фотопериода допускается применять минимальные физиологические критерии достаточности облучения ФАР при естественном облучении для рассады 250, для культуры в стадии плодоношения - 900 Втч/м2 ФАР

При отсутствии величины нормативной облученности для селектируемых культур допускается применять в теплицах на уровне верха растений для рассады от 25 до 40, для взрослой культуры от 50 до 100 Вт/м2 ФАР, в камерах искусственного климата - от 150 до 300 Вт/м2 ФАР. Оценка радиационного режима выполняется исходя из необходимой (нормируемой) облученности на уровне верха растений в течение нормируемого фотопериода.

При выборе источников света для искусственного облучения предпочтение следует отдавать источникам света, разработанным специально для растениеводства. Источники света следует принимать с КПД в области ФАР не менее 20 %.

Расчет удельной мощности облучательной установки следует проводить для конкретных облучателей. Неравномерность искусственного облучения, определяемая отношением максимальной облученности к минимальной в пределах рабочей поверхности должны составлять 0,7 - 0,8. Потери оптического излучения на непроизводственные площади (проходы) не должны превышать 20 %.

4. Методы принудительной подкормки растений различными веществами и соединениями

Подкормка растений углекислотой

Рост растений основан на процессе фотосинтеза. 

Листья растений на свету с помощью хлорофилла поглощают углекислоту (углекислый газ, СО2) воздуха и вместе с водой перерабатывают ее в органические вещества. 

Процесс фотосинтеза можно схематически изобразить так:

углекислота + вода + свет = органическое вещество + кислород + вода. 

В среднем, растение синтезирует из воды и углекислого газа 94% массы сухого вещества, остальные 6% растение получает из минеральных удобрений. 

С повышением освещенности растений, фотосинтез, а значит и рост растений ускоряются. Одновременно, с ускорением фотосинтеза, увеличивается потребление углекислоты. 

Для осуществления фотосинтеза растениям необходимы большие количества воздуха, так как атмосферный воздух содержит всего лишь 0,03% углекислого газа, что недостаточно для оптимального роста растений. При выращивании растений в теплицах низкое содержание углекислого газа является фактором, ограничивающим урожайность. 

Установлено, что овощные растения на 100 м2 открытой площади ежечасно потребляют из атмосферного воздуха до 350 г углекислого газа, для этого им требуется не менее 500 м3 свежего воздуха в час, что в холодное время года невыполнимо из-за больших потерь тепла при проветривании теплицы. 

При недостаточном воздухообмене, содержание СО2 в теплицах в результате его интенсивного поглощения растениями может упасть ниже 0,01% и фотосинтез практически прекращается. 

Но даже и при проветривании теплицы содержания углекислого газа в ее воздухе будет недостаточно, так как для оптимального роста растений концентрация СО2 в воздухе теплицы должна быть больше, чем существующая концентрация СО2 в атмосферном воздухе. 

Недостаток СО2 становится основным из факторов ограничивающих рост и развитие растений. 

Дефицит СО2 является более серьёзной проблемой, чем дефицит элементов минерального питания. 

По нормам технологического проектирования теплиц НТП 10-95 рекомендуемая концентрация СО2 в воздухе для томатов 0,13-0,15%, для огурцов 0,15-0,18%. Из практики оптимальным считается содержание СО2 у редиса 0,1-0,2%, капусты и моркови -- 0,2-0,3%, огурца -- 0,3-0,6%. 

Подкормки СО2 играют очень важную роль в управлении вегетативным и генеративным балансом растения. Повышение активности фотосинтеза углекислотой стимулирует развитие растений. При этом до корневой системы доходит значительно больше питательных веществ, поэтому усиливается рост молодых корней, активизируется поглощение элементов минерального питания, повышается устойчивость растения к неблагоприятным факторам среды. 

При добавлении углекислоты в воздух и повышении в нем ее концентрации можно повысить интенсивность фотосинтеза в 1,5-3 раза. На этом основан прием агротехники в условиях закрытого грунта - воздушное удобрение растение подкормкой углекислотой. Дозируя углекислый газ, можно эффективно добиться сокращения продолжительности вегетативной фазы развития растения, что обеспечит получение раннего, самого дорогого урожая овощей. При достаточной обеспеченности элементами минерального питания, эти подкормки всегда повышают общую урожайность этих культур на 15-40%, увеличивая количество и массу плодов, и ускоряют их созревание на 5-8 дней. 

Прирост биомассы зеленых культур при подкормках СО2 существенно увеличивается. К примеру, урожайность салата повышается на 40%, созревание ускоряется на 10-15 дней. Подкормка цветочных культур в теплицах также высокоэффективна, поскольку значительно повышает качество, выход продукции увеличивается до 30%. 

За счёт увеличения содержания углекислого газа в воздухе теплицы можно добиться снижения содержания нитратов в овощах, выращиваемых в зимнее время. Повышенная концентрация СО2 частично компенсирует недостаток освещённости зимой и при уменьшении светопропускания кровли теплицы, а также способствует более эффективному использованию света ранним утром. 

К примеру, недостаток солнечной радиации зимой, который часто приводит к потере первых соцветий у томата, возможно успешно компенсировать увеличением концентрации СО2 до 0,1%. Такой технологический приём увеличивает интенсивность фотосинтеза, способствует более высокой интенсивности выведения ассимилятов из листьев, тем самым восстанавливая завязывание плодов. 

В осеннем обороте подкормки углекислым газом являются основным резервом повышения урожайности овощных культур, в первую очередь томата. Ведение светокультуры вообще немыслимо без постоянных подкормок углекислым газом. 

Многочисленные опыты показывают, что при подкормке углекислотой вес зелени и плодов увеличивается: у огурцов на 74-103%, у бобов на 112%, у томатов до 124%. 

В опытах с сахарной свеклой вес корня увеличился на 19-57%, вес ботвы уменьшился. В других опытах, урожай редиса увеличился на 33-77%, фасоли 17-82%. 

Овощи по разному реагируют на подкормку углекислотой. Огурцы требуют наибольшей подкормки, томатам и фасоли достаточно меньшей концентрации СО2. Продолжительность подкормки является фактором, улучшающим возможности прироста урожая. При повторении опытов с подкормкой огурцов в течение 3 месяцев урожай увеличился на 55%. 

Количество расходуемой углекислоты должно быть пропорционально площади теплицы. Чем меньше расход углекислоты на единицу площади теплицы, тем хуже результаты по приросту урожая и наоборот. 

Полностью покрыть дефицит СО2 в воздухе возможно только за счёт использования технических источников углекислого газа. 

В настоящее время существуют три основных группы промышленных технологий подкормки растений в остеклённых и плёночных теплицах, использующие технические источники углекислого газа: прямая газация при помощи пламенных горелок, нагнетание отходящих газов котельной, подача чистого углекислого газа. 

Для объективного сравнения этих технологий между собой, необходимо рассмотреть эти инженерные решения.

Методы подкормки растений углекислотой

Прямая газация при помощи пламенных горелок

Прямая газация осуществляется путём использование пламенных горелок на природном газе (метан, очищенный от высших углеводородов (пропан, бутан и т.п.), сернистых и прочих примесей), установленных в помещении теплицы. 

Подкормка производится непосредственно продуктами сгорания. На практике, при этом способе, воздух теплицы, одновременно с попаданием в него СО2, загрязняется соединениями, образующимися при сгорании топлива (из-за присутствия в нем микропримесей минеральной пыли, соединений серы и проч.), вредными для растений и человека. Образующийся в продуктах сгорания этилен значительно ускоряет старение растений. Данная технология подкормки сильнейшим образом влияет на агрономический режим в теплице (особенно летом), поскольку горелки нагревают и насыщают водяными парами и фитотоксичными газами воздух в теплице, что небезопасно для растений. Выжигание горелками кислорода из воздуха теплицы создает проблемы для здоровья работающему в ней персоналу. Подкормка прямой газацией огурца и томата применяться не может, из-за сильного влияния на температурно-влажностный режим и присутствия фитотоксичных газов в продуктах сгорания. Для других культур затраты на этот способ не всегда опрадывают его применение.

Нагнетание отходящих газов котельной

При нагнетании отходящих газов котельной, отходящие от котельной газы (дым) очищают с помощью палладиевых катализаторов или водяных скрубберов, охлаждают с отделением водного конденсата и затем подают в теплицу по газопроводам, нередко многократно разбавляя атмосферным воздухом. 

По этому способу возможны значительные изменения состава продуктов сгорания, зависящие от режима работы котельной, содержание СО2 в дыме может изменяться. Недостатком данной технологии подкормки также является попадание в воздух теплицы сопутствующих продуктов сгорания топлива: окиси углерода, оксидов азота и серы, этилена и бензапирена. Концентрация в дыме этих токсичных соединений сильно зависит от режимов работы котельной. Степень очистки от тех же оксидов азота с помощью палладиевого катализатора составляет не более 40-75%. Даже при многократном разбавлении дымовых газов воздухом, ПДК токсичных компонентов в воздухе рабочей зоны может многократно превышать предельно допустимые концентрации для растений и человека. Главное требование к горелкам котельной - работать в постоянном режиме, сложно выполнить, из-за меняющейся температуры наружного воздуха. Палладиевые катализаторы для очистки отходящих газов весьма дороги.

Подача привозной жидкой углекислоты

Подача к растениям в теплице чистого углекислого газа, распределяемого по системе пластиковых рукавов малого диаметра - более совершенная на сегодня группа технологий. 

Такой комплекс оборудования использует привозную углекислоту в цистернах или в баллонах, из которых газ через устройства подогрева и регулирования подачи нагнетается под собственным давлением в теплицу к растениям по пластиковым рукавам. 

Несмотря на удобство и относительную техническую простоту систем, работающих на привозной углекислоте, их эффективное применение осложняется следующим обстоятельством. Подаваемая к растениям углекислота должна иметь высокую чистоту. Подобный высокоочищенный продукт, который подходит для подкормки тепличных растений, стоит достаточно дорого. На практике часты случаи покупки дешёвой жидкой углекислоты из спиртзаводов и химпроизводств, которая плохо очищена и пригодна лишь для технического использования. В ней могут содержаться значительные примеси сивушных масел, сероводорода и аммиака, этаноламинов, которые отрицательно сказываются на продуктивности растений и здоровье людей. Такую углекислоту не следует использовать для подкормки растений.

Производство собственной углекислоты

Выходом из данной ситуации становится производство углекислоты по месту нахождения индивидуальной теплицы или тепличного хозяйства, при наличии возможности отбора дымового газа из отопительного котла (котельной). В этом случае, часть дымового газа отопительного котла отсасывается дымососом (вентилятором) из нижней части его дымовой трубы и подается в газоразделительный модуль для выделения из дымгаза СО2 и его очистки от примесей. Очищенный от СО2 дымовой газ выбрасывается в атмосферу, а полученная углекислота без примесей подается в систему подкормки растений. 

В качестве топлива можно использовать природный газ, печное, дизельное и другие виды топлива. 

При условии производства углекислоты соответствующего качества, полностью исключено угнетение растений и отравление людей токсичными газами. 

При этом способе можно с высокой точностью и экономично дозировать углекислый газ весь световой день, не допуская скачкообразного изменения концентрации. Такая подкормка не влияет на температурно-влажностный режим в теплице, исключает подачу фитотоксичных газов. 

Равномерное рассеивание углекислоты по всей площади теплицы производится при помощи вентиляторов. 

Поскольку рост растений увеличивается с повышением фотосинтеза, а фотосинтез увеличивается с повышением потреблении СО2, а потребление СО2 увеличивается с повышением освешенности, при наличии собственной недорогой углекислоты целесообразно увеличивать освещенность растений в теплице для увеличения ими потребления СО2. 

Подача углекислоты в воздух теплицы регулируется контроллером СО2, который автоматически включает и выключает подачу СО2 в зависимости от заданного ему режима. 

Но можно обойтись и без автоматики, выполняя контроль за концентрацией углекислоты по датчику СО2 и регулируя подачу углекислоты в воздух теплицы вручную. 

Можно обойтись и без датчика СО2, контролируя уровень углекислоты в теплице с помощью простейшего, практически ничего не стоящего (по затратам) химического анализа. 

Способы получения углекислоты из дымовых газов могут быть разными, в зависимости от конструкции углекислотной установки. 

Стоимость углекислотного оборудования зависит от его производительности и конструктивных особенностей. Например, стоимость оборудования при производительности 1 тонна углекислоты за отопительный сезон (6 месяцев) 3 тыс. руб. и выше, в зависимости от выбранной покупателем конструкции углекислотной установки.

Питательные вещества и минеральные удобрения

Для роста растений необходим ряд основных питательных веществ. В естественных условиях эти питательные вещества в той или иной степени присутствуют в почве; поступают они в нее из основной материнской породы, а также за счет разложения растительных и животных остатков. В природе складывается и поддерживается определенное равновесие между доступными в данных условиях питательными веществами и произрастающими там видами растений. Искусственное выращивание различных культур как в открытом, так и в защищенном грунте нарушает это равновесие. В теплице растения заключены в ограниченное пространство. Им доступны лишь те питательные элементы, которые содержатся в почвенных смесях или вносятся дополнительно садоводом. Правильно составленный субстрат содержит питательные элементы, необходимые растению, по крайней мере на ранних стадиях развития. Но наступает момент, когда все они будут израсходованы и потребуется их дополнительное внесение в виде удобрений. Эта агротехническая операция называется подкормкой.

Виды удобрений

Удобрения являются сложными, если в их состав которых входит несколько элементов. Простые удобрения содержат только один питательный элемент. Их применяют в случае выявленного недостатка какого-либо из питательных элементов, но крайне осторожно, поскольку высокие дозы могут привести к накоплению в почвенной смеси горшечных культур избыточного количества элемента и нанести тем самым ущерб растению. В добавление к трем основным элементам комплексное удобрение может содержать и микроэлементы, также необходимые для роста и развития растений. Сбалансированное комплексное удобрение содержит азот, фосфор и калий. Оно используется при обычной технологии выращивания большинства культур. Некоторые растения нуждаются в больших количествах одного из этих элементов. Например, томаты требуют повышенного содержания калия. Поэтому готовят питательные смеси специально для хризантем, гвоздик, различных овощных и плодовых культур. На каждом этапе развития растений необходимо обеспечить им оптимальный режим питания и при этом избежать накопления избыточных количеств удобрений, что может вызвать повреждение корневой системы. Питательные элементы должны поступать к растениям лишь в той мере, в которой они эффективно поглощаются. Подкормки проводят уже во время вегетации растений. Пользу от подкормок получают только здоровые, нормально развивающиеся растения. При проведении подкормок строго придерживайтесь рекомендаций для данной культуры и инструкции, приведенной на упаковке удобрений. Жидкие удобрения разбавляйте в рекомендуемых пропорциях: не допускайте превышения концентрации растворов.

Корневая система поглощает только растворенные питательные вещества, поэтому применение растворов удобрений значительно ускоряет процесс их поглощения растениями. Вносимые в почву или почвенные смеси твердые формы удобрений вначале растворяются при поливе и лишь затем поглощаются корнями. Быстрое усвоение растворов удобрений позволяет проводить жидкие подкормки достаточно часто. Это важно, когда культура особенно нуждается в поступлении питательных элементов, например перед цветением. Удобрения, выпускаемые в виде гранул или порошка, обычно смешивают с почвенными смесями. Но их можно также разбрасывать по поверхности почвенной смеси вокруг растения - поверхностная подкормка; можно заделывать в грядки. Корневая система в грядке не заключена в ограниченный объем, что позволяет растениям использовать твердые удобрения постепенно. К тому же эти удобрения рассчитаны на продолжительное высвобождение содержащихся в них питательных элементов. Разбрасывая твердые удобрения, следите за тем, чтобы они не попадали на растения и не вызвали ожога листьев. Для этого держите их как можно ближе к поверхности, и сразу же поливайте почву.