CC BY
165
Проблемы построения систем управления микроклиматом теплиц
Катков А.Ю, Ползунов И.В., ФГБОУВПО «Пензенский государственный университет», ra4foc@yandex.ги, г. Пенза, Россия
Петрянин Д.Л.
ФГБОУВПО «Пензенский государственный университет», ra4foc@yandex.ги, г. Пенза, Россия Аннотация. В статье приведены основные этапы снижения энергозатрат, повышение оперативности и надежности тепличного хозяйства благодаря автоматизированной системы управления микроклиматом теплиц.
Ключевые слова: система, теплицы, энергозатраты, хозяйство.
В ходе разработки автоматизированной системы управления микроклиматом теплиц (АСУ МТ) рассмотрены проблемы организации таких систем в условиях малого тепличного хозяйства (индивидуальные теплицы) [Подложенов, 2012; Кочегаров, 2013].
Выявлен ряд ключевых задач, без решения которых невозможно построение АСУ МТ для теплиц подобного класса:
1. Организация управления технологическими процессами обеспечения микроклимата.
2. Обеспечение энергоэффективности тепличного хозяйства оснащенного АСУ МТ.
3. Управления ресурсами тепличного хозяйства.
Рассмотрим подробней каждую из выявленных задач.
Решение задачи управления технологическими процессами, в общем виде можно свести к организации и управлению системами обогрева, вентиляции, увлажнения, затенения, полива, сумеречного и ночного досвечивания, подкормки СОг, защиты растений и т.п. Исходя из выше сказанного, решение такой задачи хорошо известно и организуется с помощью известных методов обеспечения микроклимата. Однако, если перейти от общей постановки, к решению конкретной подзадачи, например управления системой обогрева, то для индивидуального тепличного хозяйства мы столкнемся с серьезными проблемами реализации. Так, известно, что прогрев теплицы, как и любой теплофизический процесс инерционен. К тому же даже для небольших теплиц площадью от 10 м2 этот процесс носит неравномерный характер.
Существующие системы не позволяют существенно сократить время стабилизации температуры в теплице [Жихарев, 2012; Виноградов, 2013].
Новые информационные технологии в автоматизированных системах 2014
Это обстоятельство повышает срок введения теплицы в эксплуатацию (время полного прогрева теплицы, в т.ч. почвы) и снижает ее энергоэффективность. Также характер прогрева теплиц показывает, что системы не позволяют оперативно стабилизировать температуру, в тот момент, когда происходят хаотичные изменения внешних дестабилизирующих факторов.
Для стабилизации температуры в теплице авторы предлагают использовать метод опережающего воздействия основные положения, которого концептуально изложены в работах [Белов, 2013]. Данный метод еще требует полного описания, но уже сейчас несложно спрогнозировать, что его применение позволит существенно снизить инерционность установления требуемой температуры в теплице. Последние приведет к повышению выхода конечного продукта теплицы и снижению энергозатрат. Прежде всего, предлагаемый метод сокращает время ввода теплицы в эксплуатацию, за счет интенсивного, с учетом внешних факторов, прогрева воздуха и почвы теплицы. Одновременно метод позволяет снизить, до приемлемого минимума, колебания температуры связанные как с суточным изменением температуры окружающей среды, так и с хаотически меняющимися дестабилизирующими факторами. Реализация метода предполагается с использованием современных информационно-измерительных систем [Бростилов, 2010], которые позволяют измерять физическую величину во множестве точек контролируемого объекта. Аналогичным образом решаются оставшиеся подзадачи обеспечения микроклимата.
Многие ошибочно полагают, что задача энергоэффективности сводится только к оптимизации освещения теплиц. Такая постановка, отчасти справедлива только для крупных тепличных хозяйств, где затраты на освещение сравнимы с затратами на поддержание рабочей температуры внутри теплицы. Для индивидуального тепличного хозяйства, это задача не только и не столько оптимизации освещения, а прежде всего повышения эффективности обеспечения микроклимата, как наиболее энергозатратной статьи содержания теплицы.
В отличие от крупных тепличных хозяйств, управление ресурсами в индивидуальной тепличном хозяйстве, это не создание логистических схем, систем складского учета и т.п., а прежде всего обеспечение контроля и визуализации за уровнем жизненно важных для теплицы ресурсов (например, вода заданной температуры, удобрение, подкормка и т.п.) [Бростилова, 2013]. Также необходима визуализация состояния самой АСУ МТ. Именно управлению ресурсами не уделяется практически никакого внимания в индивидуальных тепличных хозяйствах, что приводит к неоптимальному расходу ресурсов.
В результате проведенного исследования разработана стратегия дальнейшего развития проекта. Выбранное направление развития АСУ
МТ, за счет применения метода опережающего воздействия признано верным. Выявленные проблемы организации индивидуального тепличного хозяйства с применением АСУ МТ разделены на три задачи. Как показало исследование, решение поставленных задач должно нести комплексный характер, с пониманием того факта, что тепличное хозяйство с интегрированной в него АСУ МТ - это сложный, наукоемкий комплекс технических средств [Трифоненко, 2012; Горячев, 2010; Еременко, 2012], для построения которого необходима разработка имитационной модели [Щевелев, 2011]. Управление таким комплексом необходимо осуществлять с учетом методологии управления сложными промышленными объектами [Юрков, 2012; Юрков, 2010; Юрков, 2003; Гарькина, 2009].
Список литературы
[Белов, 2013] Белов А.Г. Обзор современных датчиков утечки воды / А.Г. Белов, Н.В. Горячев, В.А. Трусов, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 34-36.
[Бростилов, 2010] Бростилов С.А. Волоконно-оптический датчик давления на основе туннельного эффекта / С. А. Бростилов, Т. И. Мурашкина, Т. Ю. Бростипова // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2010. - № 4. -С. 106-117.
[Бростилова, 2013] Бростипова Т.Ю. Волоконно-оптический датчик деформации / Т.Ю. Бростипова, С.АБростилов, Т.И. Мурашкина // Надежность и качество сложных систем . 2013. № 1.С. 93-99.
[Виноградов, 2013] Виноградов А.Н. Применение информационных технологий в управлении процессами потребления тепловой энергии объектами ЖКХ / А.Н. Виноградов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 263-265.
[Гарькина, 2009] Гарькина И.А. Системные методологии, идентификация систем и теория управления: промышленные и аэрокосмические приложения / И.А. Гарькина, А.М. Данилов, Э.В. Лапшин, Н.К. Юрков // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2009. № 1. С. 3-11.
[Горячев, 2010] Горячев Н.В. Индикатор обрыва предохранителя как элемент первичной диагностики отказов РЭА / Н.В. Горячев, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 78-79.
[Еременко, 2012] Еременко В.В. Информационное пространство отношений элементов информационной системы управления сложным техническим комплексом / В.В. Еременко // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 35-36
[Жихарев, 2012] Жихарев И.А. Система управления надежностью как инструмент организационных инноваций / И.А. Жихарев, А.Е. Бухаров//Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1.С.50-53.
[Кочегаров, 2013] Кочегаров И.И. Проблемы построения автоматизированных систем теплиц / И.И. Кочегаров, К.А. Подложенов, В.А. Трусов, В .Я. Баннов, Н.К. Юрков // Сб. статей Междунар. НТК "Современные информационные технологии - 2013". Вып. 17, Пенза, изд-во ПГТА, 2013, С. 203-206.
Новые информационные технологии в автоматизированных системах 2014
[Лысенко, 2011] Лысенко A.B. Краткий обзор методов имитационного моделирования / A.B. Лысенко, И.Д. Граб, Н.В. Горячев, Б.К. Кемалов, Н.К. Юрков // Современные информационные технологии. 2011. № 14. С. 171-176.
[Подложенов, 2012] Подложёнов К.А. Разработка энергосберегающих технологий для теплиц / К.А. Подложёнов, Н.В. Горячев, Н.К. Юрков, // Современные информационные технологии. 2012. № 15. С. 193-194.
[Трифоненко, 2012] Трифоненко И.М. Обзор систем сквозного проектирования печатных плат радиоэлектронных средств / И.М. Трифоненко, Н.В. Горячев, И.И. Кочегаров, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 396-399.
[Щевелев, 2011] Щевелев A.C. Дифференциальный волоконно-оптический датчик виброускорения, конструкция и технология / A.C. Щевелев, О.В. Юрова, С.А. Бростилов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 235-237.
[Юрков, 2003] Юрков Н.К. Модели и алгоритмы управления интегрированными производственными комплексами. Монография. Пенза, ИИЦ, 2003. -198 с.
[Юрков, 2010] Юрков Н.К. Интеллектуальные компьютерные обучающие системы: моногр. Пенза, изд-во ПГУ, 2010, -304 с.
[Юрков, 2012] Юрков Н.К. Концепция синтеза сложных наукоемких изделий / Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 3-5.
