УО «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Кафедра АСУП

Курсовой проект

на тему: Микропроцессорная система автоматизации микроклимата теплицы в зимний период

по дисциплине: МТСА

Студент 4 курса __________ Ротько Г.Ю.

группа 7а

шифр зачетной книжки 104133

Руководитель __________ Жур А.А.

МИНСК 2013

Оглавление

Введение 5

1. Поддержание микроклимата в теплице 6

1.1 Поддержание необходимого микроклимата 6

1.2 Основные системы жизнеобеспечения растений в теплицах 7

1.3 Подкормка СО2 9

1.4 Рекуперация отходящих газов котельной 1. При нагнетании отходящих газов котельной (ОГК), отходящие от котла газы (дым) очищают с помощью палладиевых катализаторов или водяных скрубберов, охлаждают с частичным отделением водного конденсата, и затем подают в теплицу по распределительным газопроводам, нередко многократно разбавляя атмосферным воздухом. К растениям газы поступают через перфорированные полимерные рукава большого диаметра, которые отходят от распределительного газопровода внутри теплицы. Эта наиболее распространённая в мире группа технологий подкормки. 2. Подкормка производится частично осушенными продуктами сгорания природного газа с основным химическим составом: 87.2% N₂, 10.6% CO₂, 2.1% O₂. Возможны значительные изменения состава продуктов сгорания, зависящие от режима работы теплового котла и от конструкции горелки; при этом содержание СО₂ может на практике изменяться в диапазоне 6-11%. Недостатком данной технологии подкормки также является попадание в воздух теплицы сопутствующих продуктов сгорания топлива: окиси углерода (CO), оксидов азота (NO, NO₂, N₂O), диоксида серы (SO₂), этилена (C₂H₄) и бенз(а)пирена (C₂₀H₁₂). Концентрация в дыме этих токсичных соединений сильно зависит от режимов работы горелки теплового котла (табл. 2). Степень очистки от тех же оксидов азота с помощью палладиевого катализатора составляет не более 40-75%; даже при многократном разбавление ОГК воздухом, ПДК токсичных компонентов в воздухе рабочей зоны может многократно превышать предельно допустимые концентрации для человека (по ГН 2.2.5.1313-03) и растений. При неполном осушении отходящих газов, обильно образующийся конденсат в распределительных рукавах часто создаёт проблемы с прохождением по ним газов и провоцирует развитие серой гнили на растениях, растущих под рукавом. 3. Растения возможно подкармливать весь период выращивания – от появления всходов по прекращения вегетации. Система подачи отходящих газов через перфорированные полимерные рукава, в отличие от системы прямой газации, технически позволяет поддерживать определённый уровень СО₂ и при открытых фрамугах в жаркую погоду . 4. Возможно дозировать СО₂ весь световой день, соответствуя как изменению факторов окружающей среды (освещённость, температура и влажность), так и биологической (сортовой) суточной динамике фотосинтеза, но точность дозирования невысокая. Это происходит из-за того, что содержание СО₂ в дыме: а) зависит от режима работы горелки котла, б) недостаточно велико (максимально 11%, на практике 4-5%) для устойчивого поддержания рекомендуемой концентрации в воздухе теплицы в случае увеличения вентилирования. Скачкообразные изменения концентрации СО₂в воздухе, окружающем растение, могут вызывать у них стресс, затормаживающий процесс фотосинтеза. 5. Изменяя высоту подвеса полимерных рукавов (если это предусмотрено), можно подавать отходящие газы по зонам – к точкам роста, в зону активных листьев, или в прикорневую зону . 6. Отходящие газы равномерно распределяется по всей площади теплицы через систему пластиковых рукавов . 7. Нагнетание осушенных отходящих газов с температурой, равной с температурой воздуха в теплице, мало влияет на температурно-влажностный режим в теплице. Подкормку отходящими газами допустимо использовать при светокультуре только при условии их полной очистки от фитотоксичных газов. 8. С точки зрения охраны труда использование этой технологии безопасно, при условии качественной очистки отходящих газов. 9. Дополнительной хозяйственно-ценной функцией некоторых систем подкормки ОГК является возможность запасать в специальном тепловом аккумуляторе избыточное тепло от работающего котла, которое идёт на обогрев теплицы в то время, когда котёл не работает – это значительно экономит природный газ (около 500 тыс. м³/га в год). 10. Капитальные вложения при внедрении этой системы подкормки достаточно велики. Необходимо использовать специализированные котлы с возможностью отбора отходящих газов. Главное требование к горелкам подобных котлов – работать в постоянном режиме, неизменно обеспечивая полное сгорание топлива, с минимальным образованием побочных продуктов горения. Высокотехнологичные импортные газовые горелки имеют очень высокую стоимость, их возможно установить далеко не на все модели котлов. Палладиевые катализаторы для очистки отходящих газов весьма дороги. Потребуются смонтировать систему магистральных и распределительных газоходов, приобрести дорогие пластиковые рукава большого диаметра и высоконапорные вентиляторы. Минимальный набор оборудования также включает в себя датчик CO₂ и набор датчиков токсичных газов, полнофункциональную систему управления (климат-компьютер). 11. Подача ОГК в теплицы является весьма энергоёмким процессом, так как при приоткрытых фрамугах системе газораспределения приходится в конечном итоге замещать весь воздух в теплице дымом из трубы (в 10 м³ неразбавленного воздухом дыма содержится не более 0,9 м³ СО₂), поэтому применяются высоконапорные вентиляторы, потребляющие при эксплуатации очень много электроэнергии. При большой площади комбината и значительном удалении теплиц от котельной, также очень велики затраты электроэнергии на перекачку огромных объёмов дымовых газов по магистральным газоходам . Выделяющийся в значительных количествах из ОГК водяной конденсат (около 0,11-0,12 кг/кг), подкисленный частично растворёнными СО₂, SO₂ и NO₂, вызывает постепенную коррозию металлических отводящих газоходов, а также может приводить к частому выходу из строя дорогостоящих высоконапорных вентиляторов . Поскольку в принципе отсутствует возможность сохранить и накопить дымовые газы для использования в нужный период, то летом для осуществления подкормки приходится специально пережигать большое количество топлива и амортизировать оборудование котельной, что экономически приемлемо лишь при условии высоких цен на тепличную продукцию. При этом наблюдается очень значительные потери тепловой энергии из-за отсутствия во многих хозяйствах эффективных систем её утилизации (тепловых аккумуляторов, тепловых насосов). 12. Для обслуживания системы подкормки ОГК не требуются никаких новых специалистов . 13. Для повышения эффективности подкормки и экономии природного газа исключительно важно снизить потери на вентиляцию, т.е. стремиться держать фрамуги в каждый момент времени минимально открытыми, и также избегать непроизводительных потерь CO₂. Это можно достичь тремя различными способами. Во первых, охлаждением теплицы кровельными форсунками. Во вторых, использованием современной быстродействующей системы управления форточной вентиляцией, которая позволяет точно позиционировать фрамуги, незамедлительно реагируя на любые изменения погодных условий. (К сожалению, на многих комбинатах установлены ненадежные приводы форточной вентиляции теплиц. В таких теплицах нежелательно частое открытие форточек или изменение положения фрамуг на малую величину, так что для реальной экономии углекислого газа и тепла, может потребоваться реконструкция механизмов открывания.) При программировании климат-компьютера (на открытие фрамуг) следует учесть, что при систематических подкормках допустима более высокая температура в теплице, поскольку при повышенном содержании CO₂ в воздухе температурный оптимум фотосинтеза у высших растений смещается вверх (на 1-4 ºC в зависимости от культуры, сорта и уровня освещённости). В третьих, используя системы мониторинга растений, контролировать реальную суточную динамику фотосинтеза – для выявления полуденной депрессии и более точного поддержания оптимальных концентраций CO₂. Для повышения эффективности работы распределительной системы в теплице, предохранения металлических магистральных и распределительных газоходов от коррозии и предотвращения выхода из строя напорных вентиляторов вследствие попадания подкисленного водного конденсата, целесообразно устанавливать непосредственно за тепловым котлом «конденсационный утилизатор» тепла отходящих газов. Подобные недорогие устройства, изготовленные из коррозионностойких материалов, обеспечивают наряду со снижением температуры и влагосодержания ОГК, повышение КПД теплового котла на 5-7% и более за счёт использования скрытой теплоты конденсации паров воды . В ряде случаев экономически целесообразна модернизация системы подкормки ОГК путём подключения оборудования, использующего привозную жидкую углекислоту в изотермической цистерне, из которой восстановленный СО₂ через устройства подогрева и регулирования подачи может подаваться в теплицу как в смеси с отходящими газами котельной, так и в чистом виде. Это решение позволяет не пережигать летом природный газ и снизить до минимума нагрузку на оборудование котельной, а также стабилизировать содержание СО₂ в газовой смеси для подкормки. Для современных высоких теплиц рекомендуется применение группы специальных циркуляционных вентиляторов, создающих равномерное круговое движение воздуха внутри сооружения, на небольшой скорости – до 1 м/с. Подобное техническое решение, в частности, гарантирует равномерную концентрацию СО₂ в воздухе (по площади теплицы) и улучшенный газообмен растений.Возможные направления будущего совершенствования технологии: а) заимствование из химической промышленности современных систем очистки отходящих газов от фитотоксичных примесей при любых режимах работы горелок тепловых котлов, и соответственно отказ от палладиевых катализаторов; б) концентрирование СО₂ из отходящих газов до 50% и более, и подача очищенной концентрированной газовой смеси в теплицу (проект настоящей установки уже разработан); в) полное осушение отходящих газов в конденсационных утилизаторах или мембранных осушителях. 11

1.5 Поддержание микроклимата в теплице с помощью электрокалорифера. 15

2. Выбор оборудования, исполнительных механизмов и их параметры 16

Технические характеристики калориферов ПНЕ (СФО) 16

2.1Подготовка калорифера к работе 17

2.2 Датчик температуры 18

2.3Датчик влажности HIH-40104020/4021 22

2.4Датчик концентрации CO2 серии CO100 (0–10В) 24

2.6 Электродвигатель АИР63AB2 27

Технические характеристики электродвигателя АИР 63АB2. 28

3. Выбор и описание контроллера 28

4. Краткое описание работы алгоритма системы автоматизации микроклимата в птичнике. 37

5. Описание блоков используемых для написания программы управления 38

6.Описание структурных блоков программы: 40

7.Разработка полной принципиальной электрической схемы 41

Заключение 43

Литература 44