3.2. Огляд виконавчих пристроїв

Як нами було визначено вище, дана система автоматичного керування повинна забезпечувати регулювання температури повітря та грунту в теплиці. Для цього в існуючу систему опалення вмонтуємо електронасос, який забезпечує економію витрат енергоносія. Під час вибору електричного насоса необхідно особливу увагу звернути на умови, в яких він працюватиме (як відомо, теплиця є місцем з підвищеною вологістю). Так як температура повітря і грунту має бути не однаковою, нам потрібно організувати два контури водного обігріву: для обігрівання повітря і для обігрівання грунту (який повинен розміщуватися на глибині 25-30см від поверхні землі). Також для організації такої системи нам необхідно встановити два електромагнітних клапана – по одному на кожен обігрівальний контур (для ввімкнення або вимикання відповідного контуру).

Для забезпечення функції охолодження повітря в теплиці знадобиться електровентилятор, який спрацьовуватиме при підвищенні температури повітря в теплиці.

Однією з функцій розроблюваної системи має бути забезпечення провітрювання теплиці, якщо рівень відносної вологості підвищиться. Для її реалізації нам знадобиться фрамуга, яка за керуючим сигналом відкриватиме провітрювальну раму, а коли рівень вологості стане допустимим, також за керуючим сигналом, закриватиме раму. Проте, однієї фрамуги явно недостатньо, необхідно як мінімум одна фрамуга на даху й одна в боковій стінці теплиці. Ще краще, якщо теплиця обладнана 2-ма фрамугами на бічних стінках теплиці.

Рис.3.1

Існують електрофрамуги обох видів (як на петлях так і електрофрамуга-жалюзі) (рис.3.1). Але їх вартість достатньо висока. Тим паче, якщо врахувати той факт, що їх необхідно дві, то можна з впевненістю сказати що такий варіант є неефективним. Більш ефективним є варіант відкриття фрамуг за допомогою гідроциліндра.

Для організації дозволоження повітря в теплиці нам знадобиться гідроклапан. Нами було визначено, що теплиця має систему водопостачання, то ж цей клапан повинен буде ввімкнути систему розпилювачів, коли на нього надійде сигнал від керуючого пристрою про низький її рівень.

Ще один гідроклапан знадобиться для забезпечення функції підтримання необхідного вологісного режиму грунту. Іншими словами для поливу рослин.

Розроблювана система автоматизованого управління мікрокліматом в теплиці має приймати і обробляти сигнали від датчиків і видавати керуючі сигнали на виконавчі пристрої, якими є: електронасос, фрамуга, електровентилятор та 4 клапани. Тому виникає необхідність в пристрої керування, який за заданим алгоритмом повинен узгоджувати роботу всіх пристроїв.

3.3. Огляд пристроїв керування

Для виконання функцій керування найбільш оптимальним рішенням у плані надійності, універсальності й собівартості є використання мікропроцесора.

В даний час практично неможливо уявити якусь область науки і виробництва, у якій би не використовувалися мікропроцесори і мікроЕОМ.

Універсальність і гнучкість МП як пристроїв із програмним керуванням поряд з високою надійністю і дешевизною дозволяють широко застосовувати їх у всіляких системах керування для заміни апаратної реалізації функцій керування, контролю, виміру, і обробки даних. Застосування МП і мікроЕОМ у системах керування промисловим устаткуванням припускає, зокрема, використання їх для керування верстатами, транспортувальними механізмами, зварювальними автоматами, прокатними станками, атомними реакторами, виробничими лініями, електростанціями, а також створення на їхній основі робототехнічних комплексів, гнучких автоматизованих виробництв, систем контролю і діагностики. Мікропроцесорні засоби дозволяють створювати різноманітні по складності виконуваних функцій пристрою керування.

Програмувально мікроконтролери, що представляють собою спеціалізовані мікроЕОМ орієнтовані на рішення численних задач у системах керування, регулювання і контролю. Особливу групу складають програмувальні контролери для систем автоматичного регулювання. Найважливішим пристроєм будь-якої системи автоматичного регулювання є регулятор, що задає основний закон керування виконавчим механізмам. Заміна класичних аналогових регуляторів універсальними програмувальними мікроконтролерами, здатними програмно перебудовуватися на реалізацію будь-яких законів регулювання, записаних у пам'ять мікроконтролерів, забезпечує підвищення точності, надійності, гнучкості, продуктивності і зниження вартості систем керування [9].

В нашій системі в якості керуючого пристрою використовуватимемо мікроконтролер.

Так як переважна більшість первинних перетворювачів (датчиків) на своєму виході має аналоговий сигнал, а пристрій керування сприймає цифровий, виникає необхідність у аналого-цифровому перетворювачі.

Також виникає необхідність в узгодженні сигналів з виходів датчиків і входів АЦП. Для реалізації цього застосовуватимемо пристрої узгодження. Також подібні елементи знадобляться і для виконавчих пристроїв, тому що, як правило, виконавчі пристрої потребують сигналів більш високого рівня, ніж ми отримуємо з виходів пристроя керування.

Дана система автоматичного керування повинна містити у своєму складі пристрій запам’ятовування (пам’ять). Це необхідно для запам’ятовування алгоритму керування та параметрів системи на випадок, якщо виникне аварійна ситуація (наприклад вимкнення електроживлення).

Для синхронізації роботи системи нам знадобиться генератор тактових імпульсів та для відображення основних параметрів системи нам будуть необхідні індикатори.

Структурну схему автоматизованої системи уравління мікрокліматом в теплиці по вирощуванню помідорів зображено на рис. 3.2.

Рис. 3.2 Структурна схема автоматизованої системи управління мікрокліматом в теплиці по вирощуванню помідорів.

Принцип роботи розробляємої САК детально можна розглянути по функціонально-технологічній схемі, яка показана на рис. 3.3:

Рис. 3.3 Функціонально-технологічна схема САК температурно-вологісним режимом в теплиці по вирощуванню помідорів.

Датчик температури повітря, розміщений у верхній частині теплиці слідкує за значенням температури навколишнього середовища, і якщо це значення досягне нижнього граничного рівня пристрій керування видасть керуючий сигнал насосу 16 і клапану 9. Клапан 9 відкриється і електронасос почне працювати, качаючи гарячу воду по контуру 1 (5). Це триватиме до тих пір поки температура не досягне вищого допустимого рівня. Тоді пристрій керування отримає відповідний сигнал від датчика температури повітря, вимкне насос і закриє клапан 9. Якщо ж температура сягне вище допустимого рівня, система автоматичного керування ввімкне електровентилятор, який працюватиме до тих пір, поки значення температури не досягне допустимих меж.

Датчик вологості розміщений також у верхній частині теплиці. Він слідкує за рівнем відносної вологості повітря в теплиці. У випадку досягнення значення вологості нижче допустимого рівня, датчик видасть сигнал на пристрій керування, який відкриє клапан 12 і тим самим ввімкне систему дозволоження повітря 7, яка за допомогою системи розпилювачів 15 зволожуватиме повітря доти, поки рівень відносної вологості не досягне вищого допустимого рівня. При настанні цього, клапан 12 закриється і перекриє контур 3. Якщо ж рівень відносної вологості повітря в теплиці підвищиться за допустимі межі, керуючий пристрій видасть сигнал на фрамугу, яка відкриє провітрювальну раму. Теплиця провітрюватиметься до тих пір, поки датчик вологості не зафіксує допустиме для даної системи значення.

Датчик температури грунту 13 розміщується безпосередньо в грунті на глибині 5-10см. Розроблюєма САК має отримувати данні від цього датчика і при занадтому охолодженні грунту пристрій керування відкриє клапан 10 та ввімкне електронасос 16. Контуром 6 буде здійснюватись підігрів почви. Цей процес триватиме доти, поки температура досягне верхнього допустимого значення. При настанні цієї події керуючий пристрій закриє клапан 10 і вимкне електронасос 16, тим самим припиняючи обігрівання контура 6.

Датчик вологості грунту 14 розміщується на тій самій глибині від поверхні грунту що й датчик температури. При виявленні ним значення нижчого за допустиме, керуючий пристрій ввімкне систему поливу рослин 8 за допомогою відкриття клапану 11. При виявленні датчиком 14 достатньої вологості грунту клапан 11 закриється і водопостачання контуру 4 припиниться.

Зворотній клапан 17 використовується для того, щоб під час функціонування контуру 2 (системи обігрівання грунту) здійснювалась нормальна циркуляція гарячої води в цьому контурі, уникаючи попадання гарячої води у контур 1 (систему обігрівання повітря - 5).