Содержимое

Аннотация

Целью ВКР является Автоматизация теплиц СПК “Агрофирма “Культура” Брянского района Брянской области с разработкой системы управления температурным режимом

В Пояснительную записку входят следующие разделы. Характеристика организации, в котором мы дали оценку электрохозяйству. В разделе элек­трификация объекта проектирования произведен расчет электротепловых нагрузок , вентиляции , расчет параметров нагревательного устройства, а также расчет облучения и освещения. Дан анализ электрических сетей анализ электрических нагрузок и произвели выбор подстанции с трансформатором, спроектировали и расчитали наружные сети 0,38 кВ, расчитали токи  короткого замыкания в сетях 0,38 кВ, выбрали высоковольтную и низковольтную аппаратуру управления, а также выбрали компенсирующую установку. В специальной части отразили актуальность использования терморегулятора ТРМ138 в автоматизированной системе свиноферма, дали описание работы этого прибора на объекте установки. Сделали анализ безопасности жизнедеятельности и экологичность работы, привели инструкции по т. Б. на рабочем месте и рассчитали заземление трансформаторной подстанции. В экономическом разделе отразили экономическую выгоду от внедрения прибора автоматизации

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация один из важнейших путей дальнейшего подъёма производительных сил на селе в сельском хозяйстве в условиях научно-технического прогресса. Это та основа, на которой при высоком уровне механизации и электрификации сельскохозяйственного производства надо совершенствовать сельскохозяйственную технику и повышать её эксплуатационные показатели.

В настоящее время под термином «автоматизация» понимается применение и внедрение автоматических устройств, приводящих к освобождению человека от непосредственного участия в технологических процессах. Теоретическую и научную базу составляет целая область знаний – автоматика.

Автоматика – отрасль науки и техники, которая исследует и применяет теорию автоматического управления, принцип построения автоматических систем и технические средства для реализации этих систем.

Автоматика – высший этап развития машинной техники, на котором работники сельского хозяйства высвобождаются не только от физического труда, но и от функций контроля за машинами, оборудованием, производственными процессами и операциями и управление ими.

В ряде отраслей народного хозяйства нашей страны автоматизация поднялась на очень высокий уровень. В сельском хозяйстве она начала развиваться сравнительно недавно, но уже показала свою эффективность. Однако при оценке автоматизации следует учитывать не только технико-экономические показатели, но и социальный аспект технического переоснащения сельскохозяйственного производства. При этом существенно улучшаются условия труда тружеников сельского хозяйства, они постоянно приближаются к условиям труда рабочих фабрик и заводов. В этой связи всё большее значение приобретает повышения уровня технического образования всех работников сельскохозяйственного производства и в особенности инженерного персонала.

Особое значение в этих условиях отводится инженерам, занимающихся автоматизацией сельскохозяйственного производства. Инженер-электромеханик призван на деле доказать, что автоматизация способна коренным образом поднять производительность труда, снизить удельные энергетические затраты, повысить урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность животных.

Автоматизация сельскохозяйственного производства повышает надёжность и продлевает срок службы и работы оборудования, облегчает и оздоровляет условия труда, повышает безопасность труда и делает его более престижным, сокращает текучесть рабочей силы и экономит затраты труда, увеличивает количество и повышает качество продукции, ускоряет процесс стирания между трудом умственным и физическим, промышленным и сельскохозяйственным.

Внедрению средств автоматики способствует научно-технический прогресс в сельском хозяйстве, быстрый рост технической и энергетической вооружённости сельскохозяйственного труда, в бурном развитии научных исследований с всесторонним применением научной аппаратуры в ускоренном развитии теории и практики использования автоматически действующих средств и систем для замены физического и умственного труда работников села.

  • ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ

1.1 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ

СПК Агрофирма «Культура» является одним из ведущих предприятий Брянской области.

СПК Агрофирма «Культура» образовалось в 30-е годы как колхоз под названием «Культура». В 1960 году хозяйство расширилось – в состав колхоза вошли, кроме Добруни, деревни Тиганово (колхоз «Доброволец»), Теменечи (колхоз «Маяк революции») и Октябрьское (колхоз «Маяк коммунизма»), а также село Супонево (колхоз «Верный путь»).

В середине 1965 года колхоз «Культура» был реорганизован в одноименный совхоз, который просуществовал до 1992 года. Этот год стал пере­ломным для сельскохозяйственного производства страны в целом, вышел Указ президента о переходе на новые формы хозяйствования. В июле 1993 года на основании постановления РФ от 4 сентября 1992 года №108 совхоз «Культура» был акционирован в АООТ «Культура». 20 мая 1997 года акционерное общество с ограниченной ответственностью было преобразовано в сельскохозяйственный производственный кооператив Агрофирма «Культура».

СПК Агрофирма «Культура» основана на совместной форме собственности для осуществления производственной и иной хозяйственной деятельности на совместном труде участников и добровольном объединении взносов в соответствии с Гражданским Кодексом и Законом РФ «О сельскохозяйственной кооперации».

Полное наименование юридического лица: сельскохозяйственный

производственный кооператив Агрофирма «Культура».

Кооператив является юридическим лицом со дня государственной регистрации в порядке, установленном законом о регистрации юридических

лиц. Кооператив имеет печать со своим наименованием, фирменный знак, расчетный и иные счета в рублях и иностранной валюте.

Кооператив создан на базе АО «Культура» и является правопреемником имущественных прав и обязательств АО «Культура». Кооператив является коммерческой организацией, основной целью деятельности кооператива является получение прибыли и учреждается на неограниченный срок деятельности.

Основные виды деятельности кооператива:

  • производство сельскохозяйственной продукции;
  • переработка сельскохозяйственной продукции;
  • сбыт сельскохозяйственной продукции по договорам;
  • торгово-закупочные операции, как на территории РФ, так и за её пределами;
  • осуществление маркетинга, покупка оборудования, товаров, материалов, технологий и услуг;
  • выполнение строительных, ремонтно-строительных работ для производственного, жилищно-бытового, культурного и другого назначения;
  • оказание рекламно-информационных услуг, включая организацию и проведение тематических выставок, ярмарок;
  • производство и реализация элитных семян, семян элиты и репродукционных семян сельскохозяйственных растений;
  • реализация партий семян сельскохозяйственных растений;
  • иная деятельность, не запрещенная законодательством РФ.

Кооператив формирует имущество за счет денежных и имущественных паевых взносов, доходов от собственной деятельности, а также за счет доходов от размещения своих средств в банках, от ценных бумаг и других законных источников. СПК является собственником имущества, переданного ему в качестве паевых взносов, а также имущества, произведенного или приобретенного кооперативом в процессе его деятельности.

Для обеспечения деятельности кооператива за счет паевых взносов членов и ассоциированных членов кооператива образуется паевой фонд кооператива, который составляет 5 млн. 426 тыс. рублей.

Обязательный паевой взнос установлен в размере 466 (четыреста шестьдесят шесть) рублей, равный для всех членов кооператива. Члены кооператива могут вносить дополнительные паевые взносы, размер которых не ограничен в денежном выражении. В качестве паевых взносов могут быть внесены имущественные доли и иное имущество либо имущественные права, земельные доли, земельные участки, денежные средства.

Для покрытия непредвиденных убытков связанных с коньюктурой рынка формируется Резервный фонд, размер которого составляет 543 тыс. руб. (10 % от паевого фонда). По решению общего собрания в кооперативе создается Неделимый фонд в размере 111,3 млн. руб.

Кооператив отвечает по своим обязательствам всем принадлежащим ему имуществом и не отвечает по обязательствам членов кооператива. В свою очередь члены производственного кооператива несут субсидиарную ответственность по обязательствам Кооператива в размере 20 % своего пая.

Агрофирма ведет бухгалтерскую отчетность в порядке, установленном действующим законодательством РФ. Годовой отчет и бухгалтерский баланс кооператива утверждается общим собранием членов кооператива после их проверки аудиторским союзом, а при его отсутствии аудиторской организацией, и представляются в налоговые органы и органы государственной статистики в сроки, установленные действующим законодательством РФ.

СПК Агрофирма культура имеет трех ступенчатую организационную структуру, которая представляет собой совокупность подразделений хозяйства производственного, вспомогательного, культурно-бытового и хозяйственного назначения, осуществляющих свою деятельность на основе кооперации и разделения труда внутри предприятия.

Наряду с рассмотренной структурой выделяют организационно-управленческую структуру предприятия. На рассматриваемом предприятии действует линейно-функциональная структура (рис. 2), сущность которой состоит в том, то наряду с линейными руководителями существуют руководители функциональных подразделений.

Управление кооперативом осуществляют общее собрание членов кооператива (собрание уполномоченных членов кооператива), правление кооператива и председатель кооператива, наблюдательный совет кооператива.

Оперативное управление в Кооперативе осуществляется правлением во главе с председателем.

Основным документом, регулирующим деятельность кооператива, является Устав.

СПК Агрофирма «Культура» расположена в юго-западной части Брянского района. Центральная усадьба хозяйства, село Добрунь, находится в 10 километрах от районного и областного центров и в 15 – 250 километрах от пунктов сдачи сельскохозяйственной продукции.

Численность населения посёлка Добрунь составляет 4,2 тыс. человек, в свою очередь численность трудоспособного населения составляет 3,1 тыс. человек, но с каждым годом численность снижается, так как существует низкая материальная заинтересованность молодых специалистов, поэтому в разрезе структуры трудоспособного населения 72 % от общего числа составляют люди в возрасте более 45 – 50 лет.

Естественными водными источниками, находящимися в близи территории хозяйства являются р. Десна, р. Рудна, р. Малая речка, озеро в д. Тешенечи, ряд небольших примыкающих ручьев. Поэтому существует острая необходимость заинтересованности хозяйства в проведении природоохранных мероприятий, но предприятие должным образом не осуществляет их планирование и финансирование, поэтому это актуальный вопрос совершенного хозяйствования.

На территории предприятии организовано хранение навоза, удобрений и горюче-смазочных материалов, которое находится на должном уровне в соответствии с нормами и требованиями. А также проводятся мероприятия по рекультивации земель и меры по борьбе с эрозией почвы, способствующие улучшению природопользования земельными ресурсами.

 

  • РАЗМЕРЫ И СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ

  1. Фондообеспеченность хозяйства.

Фоб = × 100 ; у.е./100 га,

где Сопф – стоимость основных производственных фондов сельскохозяйственного назначения, у.е.,

Псх – площадь сельскохозяйственных угодий, га.

2.Фондовооружённость труда.

Фвт = ; у.е / чел,

где  N ср    – среднегодовая численность работников в хозяйстве, чел.

3.Техническая вооружённость труда.

Втех  =   ; у.е. / чел,

где  Саф    – стоимость активной части основных производственных фондов, у.е. /чел.

  1. Энергообеспеченность хозяйства.

Эоб =  кВт/100 га,

где  – суммарная мощностью энергетических средств хозяйства, кВт (при пересчете 1 квт = 1,36 л.с.).

  1. Энерговооружённость труда.

Эн.в =  ;кВт/чел.

Результаты расчётов сводим в таблицу 1.2

Выводы: фондообеспеченность хозяйства и фондовооружённость труда возрастают на протяжении всех лет. Рост технической вооружённости труда, энергообеспеченности хозяйства и энерговооружённости труда наиболее заметен с 2012 по 2016г.г.

Анализ технической оснащённости хозяйства (Таблица1.2.1)

Наименование

показателей

Ед.

изм.

Год %

2012

к 2016

2012 2013 2014 2015 2016
Фондообеспеченность

хозяйства

У.е/чел 60,5 63,5 65,7 67,8 70,3 115
Фондоворужённость труда У.е/чел 10,04 10,31 10,84 11,12 11,49 114
Энергообеспеченность

хозяйства

кВт/100га 110 111 123 149 160 145
Техническая вооружённость труда У.е/чел 1,891 2,036 2,116 2,284 2,434 128
Электровооружённость

Труда

кВт/чел 18 18 21,3 24,5 26,1 145

 

  1. Электрообеспеченность хозяйства.

А). По мощности электродвигателей и электроустановок.

Элом =  × 100 ; кВт/100 га,

где Рэд+Рэу – суммарная мощностью электродвигателей и электроустановок, кВт.

Б). По расходу электроэнергии.

Эло =  ×100 ; тыс. кВт ч/100га,

где Оэп – объем потребления электроэнергии на производственные нужды, тыс.кВт.ч.

  1. Электровооружённость труда.

А). По мощности электродвигателей и электроустановок.

Элвм =  ; кВт/чел.,

Б). По расходу электроэнергии.

Элвэ =  ; тыс.квт ч/ чел.

  1. Доля мощности электродвигателей и электроустановок в структуре энергетических мощностей хозяйства.

Дээ =  × 100%.

9.Электроёмкость производства сельскохозяйственной продукции.

Ээс =  ;кВт/ у.е.,

где  Свп – объём производства сельскохозяйственной продукции в сопоставимых ценах – у.е.

  1. Электроемкость производства животноводческой продукции.

Ээж =  ; кВт/ у.е.,

где Оэж – объём потребления электроэнергии в животноводчестве, кВт.ч.,

Εвпж- объём животноводческой продукции в сопоставимых ценах, у.е.

Структура потребления электроэнергии в хозяйстве (Таблица 1.2.2.).

Наименование

показателей

2012 2013 2014 2015 2016 %

2012

К

2016

Тыс.кВт*Ч. % Тыс.кВт*Ч. % Тыс.

кВт*Ч.

% Тыс.

кВт*Ч.

% Тыс.кВт*Ч. %
Общий

объём

потребления эл.

энергии в

хозяйстве

774 100 838 100 978 100 1016 100 1212 100 156
Потребление на производственные

цели

736 95 878 97,7 939 96 986 97 1146 94,5 155
В животноводстве 623 80 681 75,8 734 75 683 67,2 771 63,6 123
В растениеводстве 52 6,7 53 5,9 54 5,5 61 6 69 5,7 132
В подсобных промышленых производствах 61 7,8 164 18,2 191 19,5 202 19,8 280 23 339
На электроосвещение и бытовое потребление населением 38 4,9 40 4,5 39 3,9 40 3,9 66 5,4 173

Анализ выполнения планов реализации основных видов сельскохозяйственной продукции (Таблица 1.2.2.).

Вид

продук

ции

2001 2002 2003 2012 2016
План

ц.

Факт.

ц.

% План

ц.

Факт.

ц.

% План

ц.

Факт.

ц.

% План

ц.

Факт.

ц.

% План

ц.

Факт.

ц.

%
Растениевводство

Зерновые

   

474

   

3000

 

7973

 

266

 

5000

     

6000

 

2322

 

39

 

3000

 

1982

 

66

Карто

фель

100 229 229 1700 483 28 1700 291 17 1700 1271 75 1700 189 11
Овощи 2100 3020 144 2500 221 8 2300 317 13 1570     1500 1030 69
Животно

водство

Скот и птица в

живом

весе

 

400

 

 

382

 

96

 

500

 

403

 

80

 

700

 

669

 

96

 

900

 

700

 

78

 

1000

 

984

 

98

Молоко 2000 3137 157 3500 3647 104 4200 3925 93 4200 4943 118 5800 7006 120
Яйцо

Тыс.шт.

  3,9     1,5     4,9   20 29 145 20 54 270

 

Как показывает анализ плановые задания по производству продукции растениеводства регулярно не выполняются, за исключением редких случаев. Несколько лучше обстоят дела в животноводстве, однако, и здесь производство массы в живом весе ни разу не достигало планового уровня.

Уровень производства валовой продукции в сопоставимых ценах в расчёте на 100 га сельскохозяйственных угодий:

Увп =  × 100 ; тыс. у.е./100 га.

Производительность труда:

ПТх =  ; у.е/чел.

Фондоотдача:

ФОх =  .

Фондоемкость производства:

Фе =  .

Валовый доход хозяйства на 100 га сельхозугодий:

Вп =  × 100 у.е./ га.

Чистый доход на 1 у.е. основных производственных фондов сельскохозяйственного назначения

Rфк =  .

Результаты расчётов сводим в таблицу.

 

1.3 Экономические показатели производственной деятельности сельскохозяйственного предприятия ( 1.3.1.).

Наименование

показателей

Ед.

изм.

                                Год %

2012

к

2016

2012 2013 2014 2015 2016
Уровень произв-одства валовой продукции Тыс.у.е/

100га

184 239 167 201 243 132
Производительность труда У.е/

Чел.

3057 3868 2745 3308 3972 129
Производительность продукции

на 1 чел/час

По хозяйству:

 

У.е.

 

2,04

 

2,49

 

1,84

 

1.91

 

3,91

 

191

В растение

водстве

У.е. 2,69 3,95 2,64 4,13 7,85 291
В животно

водстве

У.е. 1,63 1,75 1,31 1,22 2,65 162
Фондоотдача   0,3 0,37 0,25 0.29 0.34 113
Фондоёмкость

производства

  3,28 2,65 3,94 3,36 2,76 79

 

Наблюдается тенденция улучшения основных экономических показателей производственной деятельности 2012 по 2016г.г.

1.4 Анализ развития и уровня эффективности производства по основным отраслям производства (Таблица 1.4.1.).

Наименование

показателей по отраслям хозяйства

Ед.

изм.

                              Год %

2012

к 2016

2012 2013 2014 2015 2016
Производство зерновых
Посевная площадь га 1220 1245 1145 1500 1489 122
Урожайность ц/га 20,1 28,75 7,7 18,1 18,1 90
Валовый сбор ц 24476 35421 8860 27178 26931 110
Себестоимость

Зерновых

У.е\ц 5000,5 5560 12000 10830 8340 150
Трудоёмкость Чел.ч/ц 0,60 0,44 1,83 0.62 0,48 80
Производство картофеля
Посевная площадь га 25 30 30 30 30 120
Урожайность ц/га 98 72 83,4 101 62,8 64
Валовый сбор ц 2460 2170 2501 3032 1883 76
Себестоимость У.е\ц 30140 21270 19880 13090 12780 42
Трудоёмкость Чел.ч/ц 2,5 1,27 2,86 1,72 5,3 212
Производство молока
Среднегодовое

поголовье коров

Гол. 76 76 76 100 200 263
Среднегодовой

удой

кг 4684 5475 5791 5270 3991 83
Валовое произв-одство молока ц 3132 3647 3926 4943 7006 223
Себестоимость

молока

У.е/ц 6800 7500 8320 8000 8200 120
Трудоёмкость Чел.ч/ ц 23,7 35,55 34,18 34,55 35,42 149
Производство мяса молодняка КРС
Среднегодовое

поголовье

Гол. 2991 3203 3214 2970 2369 81
Среднесуточ

ный привес

грамм 258 260 261 257 333 129
Себестоимость

привеса

У.е/ц 24300 22220 26473 30034 20249 83
Трудоёмкость Чел.ч/ц 49,3 42,7 57,4 48,4 35,4 71

 

 

1.5    Анализ уровня рентабельности производства по основным отраслям хозяйства (Таблица 1.5.1).

Вид

продук

ции

2014 2015 2016
Денеж

ная

выруч

ка, у.е

Полная

себесто имость,

у.е..

Уров.

рент.

%

Денеж

ная

выруч

ка, у.е

Полная

себесто имость,

у.е.

Уров.

рент.

%

Денеж

ная

выруч

ка, у.е

Полная

себесто имость,

у.е.

Уров.

рент.

%

Продук

ция рас

тениевод

ства

                 
Зерно

вые

      31000 11000 180 25000 13000 76
Карто

фель

33940 60030 -44 150000 170000 -12 20000 20000  
Итого 55010 64170 -15 460000 280000 64 290000 180000 61
Продук

ция жи

вотно

водства

1578120 1320000 20 1940000 1270000 52 3940000 2370000 65
Привес

КРС

1906380 1073690 76 990000 1330000 -26 3550000 2450000 44
Итого 3518780 2466350 43 2950000 2420000 20 7530000 4920000 55

 

1.6 Анализ общего состояния электротехнической службы

Расчётная численность электромонтёров:

Nэр =  =  = 5,5 (Принимаем 6 человек).

где Оэх – размер хозяйства, усл ед.,

Нэм – нормативная нагрузка на электромонтера

(Нэм = 70 усл.ед/чел.).

Уровень укомплектованности электромонтёрами:

Ууэ= × 100 = 72%,

где Nэф – фактическая численность  электромонтёров, чел.

Нагрузка на одного электромонтёра:

фактическая Нфэ=  =  =  96 усл.ед./чел.,

расчётная  Нэмр =  =64 усл.ед/чел.

Уровень перегрузки электромонтёров:

Упер =  × 100 =  ×100 = 50%.

Себестоимость обслуживания 1 усл. единицы:

Суе =  =

Где Зэх – суммарные затраты  по электрохозяйству.

Себестоимость применения 1кВт.ч. электроэнергии:

Спэ = ×100 = ×100 = 2,8 у.е.

где  Сээ – стоимость электроэнергии  потребляемой нам производственные нужды,

Оэп  – объём потребления  электроэнергии на производственные цели.

Аварийный выход из строя  электродвигателей в хозяйстве:

Авэ = ×100 = ×100 = 12%,

где ΔNэд –  количество вышедших  из строя электродвигателей в  хозяйстве за год,

Nсл –  количество установленных в  хозяйстве электродвигателей.

 

1.7 Обеспеченность электромонтёрами и показатели эксплуатации электрооборудования (Таблица 1.7.1.).

Наименование показателей Единица

Измерения

2013г.
Объём электрохозяйства Усл.ед. 385
Суммарные затраты по электрохозяйству У.е. 211700
Фактическая численность электромонтёров Чел. 4
Расчётная численность электромонтёров Чел. 6
Уровень укомплектованности Эл.монтёрами % 72
Фактическая загрузка электромонтёров Усл.ед/чел. 96
Уровень перегрузки электромонтёров % 50
Себестоимость обслуживания 1 усл.ед. У.е. 55
Стоимость применения эл.энергии У.е./кВт.ч 2,8
Аварийный выход из строя эл.двигателей % 12 5

 

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ОБОРУДОВАНИЯ

ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕПЛИЦЫ КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

Современная теплица как объект управления температурным режимом характеризуется крайне неудовлетворительной динамикой и нестационарностью параметров, вытекающими из особенностей технологии производства (изменение степени загрязнения ограждения, нарастание объёма листостебельной массы и т.д.). В то же время агротехнические нормы предписывают высокую точность стабилизации температуры (1ºС), своевременное её изменение в зависимости от уровня фотосинтетически-активной облученности, фазы развития растений и времени суток. Все эти обстоятельства предопределяют высокие требования к функционированию и качественному совершенствованию оборудования автоматизации. Представим объект управления (теплицу) в виде черного ящика рисунок 1; выходные величины которого указаны справа (температура, влажность, освещенность внутри теплицы).

Управляемые величины на рисунке 1 изображены сверху. К ним относятся параметры теплоносителя. Контролируемые факторы на рисунке изображены слева. К ним относятся: температура наружного воздуха, солнечная радиация, влажность наружного воздуха, скорость ветра. Перечисленные выше контролируемые факторы можно отнести к так называемым возмущениям, вызывающим отклонение от оптимальных режимов. структурная схема теплицы как объекта управления представлена на рисунке 2.1.

 

 

Рисунок 2.1 -Теплица как объект управления (биологический и технический).

Современные тепличные комбинаты представляют собой комплекс производственных зданий и сооружений, обеспечивающих производство овощей или рассады, нормальное функционирование машин и оборудования. Как правило, размещение отдельных теплиц, бытовых и вспомогательных помещений в тепличном комплексе соответствует наиболее эффективной организации производственной деятельности, определяемой назначением комплекса. По назначению тепличные комплексы подразделяют на овощные и рассадно-овощные.

Отдельные теплицы объединяют общим соединительным коридором и блокируют с тепловым пунктом, бытовыми и вспомогательными помещениями. Этот единый блок обеспечивает основную производственную деятельность комплекса. В соответствии с нормами технологического проектирования ангарные теплицы объединяют в блоки по 3 га, блочные овощные теплицы – в блоки по 6 га; блоки рассадных теплиц могут иметь площадь 1 га.

Площадь ангарных теплиц составляет 1500 и 2000 м2, блочных – 1 и 1.5 га. Рассадные теплицы по площади обычно меньше, чем овощные. Ширина рассадных теплиц может достигать 24 м.

Кроме основных зданий и сооружений, обеспечивающих производство товарной продукции, в состав тепличных комплексов входят и другие вспомогательные помещения: склад тары, участок ремонта и дезинфекции тары, стекольный участок, здание управления, автовесы и т.д.

Состав вспомогательных зданий и сооружений тепличных комплексов различной площади определяется нормами технологического проектирования.

Разработаны планировочные решения тепличных овощных комплексов площадью 12, 18, 24, 30, 36, 42, 48, 54 и 60 га. Тепличные рассадные комплексы рекомендуется строить площадью 1, 3, 6, 12, 18, 24 и 30 га. Тепличные комплексы располагают на участках, удаленных от источников загрязнения светопрозрачного ограждения, с хорошо дренируемым грунтом и уровнем залегания грунтовых вод 1,5,.2 м. Нельзя размещать теплицы в зоне затенения естественными образованиями (деревьями, холмами и т. д.) и искусственными сооружениями. Большую роль в светопроницаемости теплиц играет их ориентация по странам света. В южных и центральных районах (до 60° с.ш.) предпочтительно широтное размещение теплиц; в этом случае светопроницаемость их в зимнее время увеличивается, а летом снижается, что улучшает температурный режим. Допускается отклонение от широтной ориентации до 30°. В районах севернее 60° с.ш. также предпочтительна широтная ориентация, однако для снижения теплопотерь теплицы располагают по розе ветров (коньками перпендикулярно к направлению ветра).

Весенние теплицы со сроком ввода в эксплуатацию в марте- апреле размешают в меридиональном направлении (с севера на юг). В сооружениях защищенного грунта различают инвентарную и производственную площадь. Инвентарная площадь определяется по периметру проекции бокового ограждения; производственная площадь, предназначенная для выращивания растений с учетом рабочих проходов между -рядами растений. Коэффициент использования инвентарной площади – отношение производственной площади к инвентарной. При проектировании тепличных комплексов производственную и вспомогательную зоны размещают так, чтобы теплицы были защищены от ветра и снега.

2.2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ

Как известно, вода и свет являются главными источниками полноценной жизни растений. Данные составляющие дают представителям флоры силы для роста и развития. Под воздействием света осуществляется важнейший для растений процесс фотосинтеза, в результате которого из углекислого газа и воды вырабатываются углеводороды – главные «продукты питания» рассады.

Благодаря появлению теплиц стало возможным круглогодичное выращивание овощей, фруктов и всевозможных цветов. Если обеспечение растений водой – задача нетрудная, то с освещением в оранжереях нередко возникают проблемы. В холодное время года наблюдается острая нехватка солнечных лучей, в связи с чем, появляется необходимость создания искусственного света. Здесь важно подметить, что для данной цели пригодны далеко не все устройства.

В настоящее время в условиях плохой естественной освещенности в качестве солнца растениям служат специальные лампы для теплиц. К примеру, обычная лампа накаливания не способна справиться с данной задачей.

Лампы для теплиц: в чем заключается необходимость их применения?

Без достаточного количества света развитие растений затормаживается: прекращается рост, стебель становится тонким, у корневой системы наблюдается слабое ветвление, и, в конце концов, оно погибает.

Поздней осенью, зимой и ранней весной продолжительность светового дня слишком коротка для полноценной жизни рассады. Растениям необходимо бесперебойное освещение не менее чем десять часов в сутки, в связи с чем, без искусственного освещения в оранжереях никак не обойтись.

Лампы для теплиц отличаются от обычных спектром своего излучения. Их световой поток наиболее приближен к солнечному. Помимо этого, в излучении данных ламп преобладают лучи красного, синего и фиолетового цветов, наиболее важные для растений, а также ультрафиолет. Красный диапазон светового потока способствует развитию стебля, листьев, цветков и плодов, а синий и фиолетовый помогают ветвлению корневища. Ультрафиолет участвует в насыщении овощей витаминами, увеличении холодостойкости рассады, а также в подавлении жизнедеятельности микроорганизмов-вредителей.

Лампы для теплиц не только поддерживают жизнь растений, но и позволяют сократить срок выращивания некоторых овощных культур на десяток и более дней.

Какие бывают лампы для теплиц?

Для создания тепличного искусственного освещения применяются различные виды устройств. Наиболее часто сейчас встречаются люминесцентные, галогенные и натриевые лампы. Относительно недавно в теплицах стали использоваться и такие источники света, как светодиоды. Каждое из всех этих устройств обладает своими достоинствами и недостатками.

В конце прошлого столетия в теплицах применялись в основном натриевые лампы. Они обладают весьма хорошим для растений спектром излучения, а также неплохими показателями экономичности и срока службы, В последнее время данный тип приборов постепенно вытесняется более компактными и качественными в плане светового потока источниками света. Уходят в прошлое и галогенные лампы для теплиц, несмотря на их подходящий для растений спектр излучения. Главный недостаток устройств

этого типа неэкономичность. Помимо этого, как и натриевые источники света, галогенные обладают повышенным тепловыделением, нарушающим общий климат в теплице, а также способным вызвать ожог листьев.

В последнее время все чаще в конкурентной борьбе среди участников рассматриваемой группы ламп выигрывают люминесцентные и светодиодные источники света. Они характеризуются низким энергопотреблением и малым тепловыделением, но, соответственно, обладают и более высокой стоимостью.

Наиболее благоприятным спектром излучения для растений обладают светодиодные лампы для теплиц. Создание светового потока с требуемыми параметрами обеспечивается путем использования в одном светильнике полупроводниковых лампочек разных цветов (обычно синего и красного). Использование светодиодов позволяет добиться максимально точных длин световых волн, что очень важно для наиболее интенсивного протекания процесса фотосинтеза растений. Помимо этого, данный тип источников света практически не выделяет тепла, благодаря чему может использоваться даже на очень близком расстоянии от рассады. Светодиодные светильники работают под низким напряжением, что в условиях влажного климата оранжерей является весьма ценной особенностью, обеспечивающей электробезопасность.

Люминесцентные лампы для теплиц практически по всем показателям отстают от полупроводниковых устройств. Они менее долговечны и потребляют большее количество электроэнергии. В отличие от светодиодных ламп, люминесцентные содержат токсичные вещества и не характеризуются прочностью.

Причины, по которым полупроводниковые источники света пока еще не вошли в список устройств, чаще всего применяющихся в теплицах, -весьма высокая стоимость (самые дорогие среди прочих источников света) и свойственное им падение яркости излучения с течением времени.

На что стоит обращать внимание при выборе лампы для теплиц?

Каждое растение требует определенное количество света. Правило «чем больше, тем лучше» в данном случае не срабатывает. Специалисты различают тенелюбивые, теневыносливые и светолюбивые растения.

Рассада первой и второй групп нуждается скорее в легкой подсветке, нежели в освещении. В данном случае нет необходимости размещать светильники как можно ближе к растениям. Для тенелюбивых и светолюбивых представителей флоры можно использовать недорогие лампы с высоким тепловыделением, подвешивая их практически под самым потолком.

Что касается светолюбивых растений, требующих яркое и длительное освещение, то для них стоит применять экономичные источники света, способные выдавать мощный световой поток. Наиболее подходящими вариантами здесь будут либо люминесцентные, либо светодиодные устройства.

При выборе лампы для теплиц необходимо также обращать внимание и на такой параметр, как освещенность, измеряемый в люксах. Тенелюбивые растения предпочитают 1000-3000 лк, теневыносливые – 3000-4000 лк, а светолюбивые свыше 4000 или 6000 лк.

Таким образом, подобрав каждому типу выращиваемой рассады подходящие лампы для теплиц и грамотно настроив их параметры, можно создать условия освещения, практически ничем не отличающиеся от естественных.

В качестве источника света для освещения помещений теплицы и бытовых вспомогательных помещений принимаются к использованию светильники с люминесцентными лампами, так как лампы накаливания применять в теплицах не желательно из-за низкого КПД. Всего лишь десятая часть потребленной энергии превращается в источник света. В таких лампах много ультрафиолетовых и инфракрасных лучей, что плохо для растений. Лампы потребляют много электроэнергии. При выборе типа светильника следует учитывать условия окружающей среды, требования к характеру светораспределения, условия и экономичность. Учитывая все эти рекомендации, к установке принимаются светильники с люминесцентными лампами.

Расчет соединительного коридора ведется методом коэффициента использования светового потока. Этот метод применяют для расчета общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей при отсутствии крупных затеняющих предметов.

 

Таблица 2.1 -Размеры помещения

Длина, м Ширина, м Высота, м Площадь, м  “
83,7 18 5,78 1506,6

 

Нормированная освещенность для таких помещений равна Ен=50лк, светильник inox 236, высота подвеса светильников Нр =2,5 м, рп =50%, Р = 30%. рγ = 10%.

Определяется индекс помещения по выражению:

(2.1)

где  А- длина помещения, м;

       Б – ширина помещения, м;

Нр высота подвеса светильника, м.

 

Способ крепление светильников, это подвешивание их на тросы.

По таблице 5.2[9] для светильника inох 236 при i=6 и заданных коэффициентах отражения определяется коэффициент использования осветительной установки: и=0.45 Поправочный коэффициент z согласно, рекомендаций [4], принимается равным z=0,875, коэффициент запаса по таблице 21.1 [4] принимается кз=1,3

Для светильников inох 236 с кривой силы света Д наивыгоднейшее значение L /Hр=0,875 (таблица 12.2 [1]) отсюда:

 L = 0,8*Нр = 0,875 * 2.5 = 2.2                             (2.2.)

В помещении устанавливаются двадцать девять светильников inох 236 (см рисунок 2.1).

Расчётный световой поток одной лампы определяется по выражению:

(2.3)

где Еннормированная  освещённость, лк;

        к3 – коэффициент запаса, для  люминесцентных ламп кЗ = 1,3 л. 1;

Нр –  высота подвеса  светильника,м;

N –  число светильников;

и –  коэффициент использования.

Согласно выражению 2.3. находится расчётный световой поток лампы:

 

По таблице 4.4 [1] для напряжения 220В выбирается лампа накаливания мощностьюю 95 Вт, Б215-225-95, световой поток которой равен 2920 лм, т.е. немного меньше расчётного. Фактическая освещённость составит:

ЕФ=3886,8/2920*50=51,4 (лк)

Отклонение расчётной освещённости от нормируемой допускается в пределах от -10 до +20%.

Суммарная мощностью всех ламп, установленных составит:

Руст=36*48 =1728 (Вт)

Проверяется освещённость помещения точечным методом, для этого:

  1. На плане расположения светильников (рисунок 2.1.) выбирается контрольная расчётная точка А и измеряются расстояния d от проекции точек осветительных приборов до контрольной точки А.
  2. По заданному параметру Нр (высота подвеса светильника) и значениям d из таблицы 9.2 [1] выписываются значения е100 и угол α, которые могут вносить заметный вклад в создании освещённости в контрольной точке А.
  3. Для принятой группы осветительных приборов по квалификационной характеристике светораспределения, рисунок 5.7 [1], приводятся все значения е100 к е по выражению:

E=e100*Iα/100 (лк)                                             (2.4)

где Iα – сила света,кд, принимается в  зависимости от угла  α и кривой силы света  осветительного прибора  (для светильника  inох 236 кривая  силы света – Д [1].)

С учётом заданной освещённости, принятого коэффициента запаса, не учтённого ранее. Действия удалённых осветительных приборов в совокупности с отражённой составляющей и коэффициента полезного действия светильника для нижней полусферы, лампы в каждом светильнике должны иметь световой поток:

(3.5.)

где Ф – световой поток,лм;

        Е – нормированная  освещённость,лк;

        кзкоэффициент запаса,  для люминесцентных  ламп к3  = 1,3;

         –  коэффициент полезного  действия осветительного  прибора в нижнюю  полусферу;

= 1,1-1,5 (л.1. страница 175).

Подставляя данные в формулу 2.5. получаем:

 

Световой поток ранее выбранной лампы Б215-225-95 согласно таблицы 4,15 [1] составляет 2920 лм. Согласно рекомендации [1,стр. 175], световой поток ближайшей стандартной лампы не должен отличаться от расчётного -10 -г +20%. Отсюда следует, что световой поток ранее выбранной лампы составляет 108,8% от расчётного, это не превышает заданную норму. Следовательно, к окончательной установке принимаются светильники inox 236 с лампами накаливания Б215-225-95. Фактическая освещённость в контрольной точке А определяется по выражению:

 (3.6)

где ФЛ –  световой поток лампы,лм;

= 1,1-1,5 [1, стр 105.];

– сумма освещённостей  от светильников контрольной  точке;

–  коэффициент полезного  действия светильника в нижнюю  полусферу;

к3–  коэффициент запаса.

 

В процентном отношении фактическая освещённость от нормированной определяется по выражению:

(2,7)

где Еф – фактическая  освещенность,лк;

– нормированная освещенность,лк.

Рисунок 2.1 – План расположения светильников

Данные о нормах освещения взяты из:

СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03. Гигиенические требования к естественному и искусственному освещению жилых и общественных зданий.

ПУЭ Правила устройства электроустановок. 6-е изд, перераб.и дополн.с изм. гл 2.1 от 27.07.96. 7-е изд., раздел 6, 7 глава 7.1 ,раздел 1 гл. 1.7

СП 52.13030.2011 СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение.

СНиП 31-06-2009 Общественные здания и сооружения.

СНиП 3.05.06 Электротехнические устройства.

ГОСТ Р 50571 Комплекс стандартов “Электроустановки зданий “.

СП 31-110-2003    Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий.

СП 6.13130.2009. Свод правил «Системы противопожарной защиты электрооборудование. Требования пожарной безопасности»

 

2.3 РАСЧЕТ АВАРИЙНОГО ОСВЕЩЕНИЯ

Аварийное освещение устраиваются в помещениях, где необходимо продолжить работу или эвакуировать рабочих при внезапном отключение

рабочего освещения. Авариное освещение 1 вида делается тогда, когда выход из строя рабочего освещения связано с возможностью возникновения взрыва, пожара, отравления и т.п., с возможностью длительного расстройства технологического процесса, нарушения работы объектов особой важности (электростанции, узлы связи, насосные установки диспетчерские узлы и т.д.)

Аварийное освещение должно обеспечивать на рабочих местах освещённость не менее 5% нормы, установленной для рабочего освещения. Для аварийного освещения выделяется в соединительном коридоре теплицы, каждый пятый светильник, т.е. №6, №11, № 16 и т.д. (см. рисунок 2.1) из общего освещения, что составляет 19,4% от установленной мощности освещения. Над входом в здание устанавливаются светильники ЛПО 209 с двумя компактными люминесцентными лампами мощностью 9Вт.

Таблица 2.3 – Освещенность помещений

 Наименование помещения  Площадь, м2  Расчетная  высота, м  Нормированная  освещенность, лк  Количество и тип  светильников  Тип источника  света
 Соединительный коридор 3348 3 50  48LZ236  ЛБ36
 Котельная 518 5 100  16LZ236  ЛБ36
 Помещение управления 108 3 100  4LZ236  ЛБ36
 Помещение для хранения  готовой продукции 100,5 3 75  4LZ236  ЛБ36
 Коридор 52,2 4 50  3LZ236  ЛБ36
 Электрощитовая 60,5 3 200  6LZ236  ЛБ36
 Гараж для легковых  автомобилей 836 3 50  16LZ236  ЛБ36
 Гараж для грузовых  автомобилей 571,6 4 50  10LZ236  ЛБ36
 Мастерская 531 3 200  42LZ236  ЛБ36

 

2.4 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

К осветительным сетям предъявляются следующие требования:

  1. Выбранные сечения проводов должны обеспечить требуемые отклонения напряжения у источников света, так как только при этом обеспечивается наиболее экономичная их работа.
  2. Токовые нагрузки на отдельные провода не должны превышать допустимых значений, что необходимо для увеличения срока службы изоляции и создания условий пожарной безопасности,
  3. Выбранные сечения проводов по механической прочности должны обеспечивать надёжность при монтаже и эксплуатации.

Из этих требований видно, что осветительные сети рассчитываются на: допустимый нагрев, потери напряжения, механическую прочность,

2.4.1 РАСЧЕТ СЕЧЕНИЯ ПРОВОДОВ ПО ДЛИТЕЛЬНО ДОПУСТИМОМУ ТОКУ

Все светильники блока теплиц разбиваются на шесть групп:

1 группа –  установленной мощностью 4,8кВт;

2 группа –  установленной мощностью 2,2 кВт;

3 группа –  установленной мощностью 4,8 кВт;

4 группа –  установленной мощностью 4кВт;

5 группа –  установленной мощностью 0,66кВт;

6 группа –  установленной мощностью 1,5кВт;

7 группа –  установленной мощностью 1,5кВт;

8 группа –  установленной мощностью 1,2кВт;

9 группа –  установленной мощностью 1,2кВт;

10 группа –  установленной мощностью 1,2кВт;

11 группа –  установленной мощностью 1,2кВт;

12 группа –  аварийное освещение, установленной мощностью 2,8 кВт;

Максимальный расчётный ток для двухпроводной сети определяется по выражению:

(А)                                           (2.8)

где Рmах – суммарная установленной  мощностью светильников.Вт;

фазное напряжение,кВ;

 –  коэффициент мощности,  для светиильников с лампами  накал =1  [4. стр.203].

Расчёт ведётся для 8 группы, остальные расчёты выполняют аналогично и результат расчёта занесем в табл 2.4.

(А)

По табл 12.-2 [9] находим, что для проводов марки АПВ сечение 1х2,5мм2 длительно допустимый токовая нагрузка составила 20А, что больше расчётной.

Таблица 2,4 Марка проводов.

 Номер группы  Мощностью, кВт.  Ток, А.  Марка и сечения провода  Длительно допустимый ток, А.  Момент нагрузки, кВт/м  Потери напряжения, В.  Фазировка
 1 1,5 7,1 АПВ3 (1×2.5) 41  149,6 3,2  А-0
 2 1,5 7,1 АПВ3 (1×2.5) 56,2  38,9 2,02  В-0
 3 1,5 7,1 АПВ  (1×2.5) 56,2  170,5 3,6  С-0
 4 1,5 7,1 АПВ3 (1×2.5) 20  41 5,5  В-0
 5 1,5 7,1 АПВ3 (1×2.5) 20  66,2 1,1  В-0
 6 1,5 7,1 АПВ3 (1×2.5) 20  71,4 3,1  А-0
 7 1,3 6,2 АПВ3 (1×2.5) 20  41 3,7  С-0
 8 1,3 6,2 АПВ3 (1×2.5) 20  56,2 1,8  А-0
 9 1,9 9,1 АПВ3 (1×2.5) 20  50,3 2,6  С-0
 10 2,5 11,9 АПВ3 (1×2.5) 20  18,5 ,96  А-0
 11 1,5 7,1 АПВ3 (1×2.5) 20  39,1 2,0  С-0
 12 1,5 7,1 АПВ3 (1×2.5) 20  89,4 4,6  В-0

 

2.4.2 РАСЧЕТ НА ПОТЕРЮ НАПРЯЖЕНИЙ ОДНОФАЗНЫХ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ.

Потеря напряжения в осветительной сети в вольтах определяется по выражению:

(2.9)

где =сумма моментов нагрузки на участках сети, кВт м;

С – коэффициент, зависящий от материала провода, величины напряжения и системы сети, (С = 7,7 таблица 1 3,3 [4].);

qсечение провода, мм2,

Расчетная схему групповой сети №6 приведены на рис  2.2. По выражению 2.9 определяют потери напряжений  до наиболее удалённо светильника в группе №6

 

2.5 РАСЧЕТ УСТАНОВОК ДОСВЕЧИВАНИЯ РАСТЕНИЙ

Осенью, зимой и ранней весной выращиванее свежих овощей в климатических условиях евро, пейской части РФ невозможно, только в теплицах  защищенном грунте и других специальных сооружениях. Снижение доли естест-венной освещенности и сокращения продолжительности светавого дня в это время эконономически целесообразно компенсировать дополнительной искусственным облучением.

Применение искусственного облучения не может быть заменено каким-либо другим агротехническим приемом или способом выращивания, так как нормальное углеродное питание и формирование растений под действием оптического излучения основа их существования и получения урожая. Только под действием оптического излучения может протекать одна из распространенных в природе фотобиологических реакций – реакция фотосинтеза, при которой энергия оптического излучения в присутствии молекул воды и углекислого газа трансформируется в химическую энергию органических соединений растений с выделением кислорода – основного, если не единственного, фактора формирования земной атмосферы и жизни на земле, постоянного поддержания кислородного баланса.

Из всего спектра оптического излучения на рост и развитие большинства растений превалиирующее действия оказывают излучения с длиной волн от 301 до 1000 нм. В зависимость от роли отдельных участка спектра в процессе жизнедеятельность растения из указанного диапазонов можно выделить 3 условные область:

  • 1000 … 700 нм – определяющий эффект вытягиваний стебля;
  • 700 … 400 –нм основной для жизнедеятельность область спектров оптического излучениий;
  • 400 … 300 нм – ответственнось за формативный эффекты.

Излучение в спектральном диапазоне 400 … 700нм, играющий важную роль в реакции фотосинтез, получил название фотосинтетический активной радиации ( ФАР ). Инфракрасные излучения с длиной волн более 101 нм оказывают на растения только тепловые действия , а ультрафиолетовое излучения с длиной волн менее 301нм вредно и губительно для растения. Кроме спектральнох состава к наиболее влияющим параметрам оптического излучения следует отнести облученность, количество облучения (экспозиция) или продолжительность суточного облучения (фотопериодизм), временную и пространственную структуру светового поля в зоне нахождения растений.

В сельскохозяйственном производстве искусственное облучение используют для продления короткого естественного светового дня, дополнительного повышения фотосинтетически активной радиации солнечного излучения, создания фитооблученности, достаточной для нормального развития растений в климатических камерах и темных теплоизолированных помещениях. Искусственное облучение применяют также для выполнения следующих технологических задач:

  • ускорения роста и развития рассады; выращивания овощей;
  • выгонки овощных растений для получения зеленой массы (салат, луковичные и др.);
  • выращивания зеленой подкормки для животных; разведения цветочных культур при одновременном фотопериодическом воздействии на сроки их цветения;
  • ускоренного выращивания древесных саженцев;
  • ускоренного выведения новых сортов сельскохозяйственных культур и размножения ценного посевного материала в селекционных центрах.
  • Различают два способа применения электрического света при вы­ращивании растений – в качестве дополнительного к естественному (электродосвечивание) и в качестве единственного источника света (электросветокулътура). Каждый из этих способов может быть применен при выращивании рассады или взрослых растений.

Наиболее экономически эффективным является досвечивание (меньшие затраты электроэнергии) и особенно досвечивание рассады, поскольку в этом случае процесс продолжается короткий период (25-45 дней) и облучению подвергается большое количество растений (25-100), размещенных на 1 м2 площади.

Электродосвечивание рассады позволяет ускорить получение продукции на 20-25 дней и повысить урожай на 20-25%. Окупаемость дополнительных затрат на электрооборудование составляет 1-2 года. Затраты электроэнергии в 3-й световой зоне на растение огурца составляет примерно 5 кВт*ч, на одно растение томата – 6 кВт*ч.

Выбираем способ досвечивание, с этой целей используем специальные тепличные облучатели ОТ – 400, состоящие из ламп типа ДРЛФ – 400 и пускорегулирующей аппаратуры; люминофор у этой лампы термостойкий, превращающий часть длинноволнового ультрафиолетового излучения в оранжево-красное.

Облучатели ОТ – 400 ( ОТ – 400М ) состоят из корпуса, снабженного узлом подвеса в виде стальной скобы, фарфорового патрона с уплотнением из термостойкой силиконовой резины, газоразрядной лампы высокого давления типа ДРЛФ400, одного или двух отрезков шлангового кабеля КРИТ 3 x 2,5, один из которых оснащен трехштырьковой вилкой, а второй – трекштырьковой розеткой. В корпусе размещается индуктивное или иидуктивноемкостное балластное устройство. Облучатели подразделяются на две модификации: ОТ400 И и ОТ400 Е. обе модификации имеют коэффициент мощности около 0,5 … 0,55, но в одной ток отстает от напряжения, а в другой опережает его, что позволяет при одновременном использовании обеих модификаций получать коэффициент мощности облучательной установки близким к единице.

Полноценное развитие растений возможно только при обеспечении требуемого уровня искусственной облученности, обязательно учитывающего условия естественной освещенности. Для средних широт европейской части РФ при выращивании рассады овощных культур уровень искусственной облученности в области ФАР принимают равным не менее 25 Вгм 2 для огурцов. Продолжительность облучения рассады огурцов – 30 … 40 дней при продолжительности облучения рассады не менее 12 … 16 ч / сут. Уровень облученности растений в фазе плодоношения несколько выше и для средних широт • европейской части РФ должен быть не менее 40Втм2, продолжительность облучения огурцов 12 … 14 ч/сут.

Облучатели разместим на высоте 1,6 м над уровнем почвы, что соответствует уровню искусственной облученности в 51 Вт / м-2 , размещаем облучатели в три ряда по восемь облучателей в ряду на расстоянии 2,8 метра между ними. Используем обе модификации облучателей, чередуя их в рядах.

Установочная мощностью облучателъных установок:

 Руст =8*3*400 = 11200Вт

 

 

3  АВТОМАТИЗАЦИЯ ОБЪЕКТА ПРОЕКТИРОВАНИЯ

3.1 ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Энергосберегающие системы автоматического управления – это системы, алгоритм которых направлен на то, чтобы осуществить технологический процесс при пониженных по сравнению с существующими энергетических затратах. Наиболее эффективны ЭССАУ, которые обеспечивают минимум энергетических затрат:

 Q min,                                                       (3.1.1)

где Q –  расход электроэнергии,  затраченной на получение  продукции, кВтч;

 Q=Qт+Qпот,                                           (3.1.2)

где Qт –  затраты энергии на выполнение технологического процесса;

Qпот –  потери энергии,  вызванные несовершенством  технологии, оборудования и материалов.

Применительно к теплицам будем условно считать, что Qт – это затраты на компенсацию теплопотерь с поверхности теплицы в окружающую среду. К потерям энергии, вызванным несовершенством технологии, можно отнести потери, связанные с открыванием дверей и ворот теплицы.

Условие (3.1.1) обычно дополняется какими-либо ограничениями, которые характеризуют диапазон изменения факторов и касаются минимально допустимой температуры, ниже которой наступает нарушение развития растений.

Для снижения энергоемкости процесса прежде всего надо стремиться снизить технологический расход энергии Qт. Эта величина определяется размерами и тепловыми характеристиками помещений, а также расходом

воздуха и разностью температур воздуха и окружающей среды. Чем ниже температура воздуха в помещении, тем ниже Qт. Однако снижение темпера

туры в помещении ведёт к снижению продуктивности, поэтому её снижение ограничено агротехническими требованиями. Для каждой культуры опытным путём установлена температура воздуха, ниже которой продуктивная способность снижается. Таким образом, задача САУ сводится к стабилизации температуры на заданном уровне. Системы такой стабилизации являются простейшими ЭССАУ.

Однако стабилизация температуры и влажности в теплице не является лучшим решением проблемы. Дело в том, что в реальных условиях развитие растений происходит при постоянно меняющихся параметрах микроклимата. Так, температура воздуха ночью обычно ниже, чем днём, весной и осенью ниже, чем летом. Живые организмы за долгую эволюцию приспособились к таким изменениям. Поэтому необходимая для их развития температура (да и влажность) должна изменяться в зависимости от времени суток и стадии развития растений. Соответственно должно меняться и задание. Системы, отрабатывающие такое задание, называются программными ЭССАУ.

Системы, обеспечивающие работу в прерывистом режиме, – это третий вид ЭССАУ температурным режимом в теплице, направленный на снижение технологически полезных затрат энергии.

Кратковременное снижение или повышение температуры или влажности в помещении не вызывает изменения продуктивности растений. Поэтому кратковременное отключение нагрева несколько раз в течение суток можно рассматривать как своеобразную закалку живых организмов, что одновременно приводит к определённой экономии энергии. Допустимая продолжительность отключения обогрева помещения для каждой культуры должна определяться экспериментально.

Разновидностью прерывистого режима является так называемый «рваный» режим, при котором обогрев полностью не отключается, а на допустимое время снижается лишь мощностью обогрева. Снизить потери энергии можно также улучшением динамики управления, т.е. снизить максимальные динамические отклонения и длительность переходных процессов. Это обеспечивается переходом от системы управления по отклонению к комбинированной системе. В этой системе управление осуществляется по двум независимым каналам: путём изменения расхода горячей воды и её температуры. Переход на такую систему управления позволил снизить температуру обратной воды, уменьшить количество циркуляционных насосов, а, следовательно, и расход энергии на их функционирование.

Важным направлением снижения расхода энергии на единицу продукции является повышение продуктивности и урожайности. Но отметим, что с экономической точки зрения стремление к получению максимума урожая не всегда оправдано, так как этот урожай может быть очень дорогим. Поэтому помимо систем управления, обеспечивающих оптимизацию по урожаю, целесообразно применять системы управления, обеспечивающих оптимизацию по любому заранее выбранному технологическому, экономическому, экологическому или энергетическому критерию.

Технологический процесс, при котором обеспечивается наибольший эффект по одному из указанных критериев или их совокупности, называют оптимальным. Этот процесс характеризуется определённым набором параметров (режимом). Отклонение от оптимального режима ведёт к невосполнимым потерям продукции, энергии и денежных средств.

Чтобы обеспечить оптимальную технологию, необходимо организовать оптимальное управление, задача которого состоит в том, чтобы в любой момент времени создать такую совокупность условий, которая бы обеспечила оптимальное значение критерия эффективности. К таким критериям можно отнести: критерий приведённых затрат; критерий удельных энергозатрат и критерий чистой прибыли.

Выбор критерия определяется сложившейся конъюнктурой, т.е. теми экономическими и социальными задачами, которые в данный момент являются главными для предприятия.

Для создания энергосберегающих систем управления температурным режимом необходимо, прежде всего, выявить алгоритмы функционирования таких систем, разработать функциональные и принципиальные схемы, создать специализированные вычислительные устройства, датчики и регуляторы.

 

3.2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОДУКТИВНОСТИ

Первым шагом к разработке системы автоматического управления температурным режимом в теплице является выявление математических моделей, т.е. выражений, определяющих связь между параметрами окружающей среды и выбранными критериями эффективности процесса.

Каким бы сложным ни был выбранный критерий, математическая модель должна установить влияние факторов среды на урожайность, расход энергии, материальных ресурсов, эффективность труда обслуживающего персонала. Если энергетические затраты можно определить из условий теплового баланса, то для учёта влияния условий окружающей среды на биологические объекты нужно иметь достаточно достоверные математические модели продуктивности. Для получения таких моделей необходимы постановка большого числа экспериментов и обработка полученного материала. Эксперименты могут быть активными, поставленными в фитотронах по планам второго порядка, и пассивными, выполненными путём непрерывного фиксирования значений параметров среды в процессе эксплуатации помещений.

Как было уже сказано, важнейшую группу ЭССАУ составляют системы, обеспечивающие оптимум какого-то заранее выбранного критерия. Экономия энергетических ресурсов является мощным средством снижения себестоимости сельскохозяйственной продукции, а сэкономленная энергия может быть использована для увеличения производства сельскохозяйственной продукции. Используя критерий удельных энергозатрат, можно получить самую дешевую с точки зрения потребления тепла сельскохозяйственную продукцию.

Условие минимума энергозатрат было уже рассмотрено выше (3.1.1):

Q / Пmin

В дальнейшем под Q будем понимать затраты энергии на выполнение технологического процесса. Величину технологического расхода энергии, как правило, определяют из уравнения теплового баланса сельскохозяйственного сооружения:

(3.2.1)

где Q3 –  количество энергии,  поступающей в теплицу  в единицу времени за  счёт радиации;

к –  коэффициент  тепловых потерь;

t4 –  температура  наружного воздуха,ºС.

Q3=q3S3η3,                                       (3.2.2)

где S3 – площадь, занимаемая  теплицей,м²;

q3 –  поток солнечной  радиации,кВт/м²;

η3 –  коэффициент, характеризующий  прозрачность ограждения теплицы ( стекла, плёнки);

 К=К0+К11φ2+К22V1+K12φ2V1,                           ( 3.2.3)

где К0, К11,  К22, К12 –  постоянные коэффициенты,  определяемые экспериментально;

V1 –  скорость ветра, м/с;

φ2 –  относительная влажность  наружного воздуха, %;

Теперь введем понятие дискретного промежутка времени ∆τ. При моделировании можно сделать допущение, что в любые равные по величине промежутки времени, на которые можно разделить весь период выращивания растений формируется равная часть урожая. В течение этого промежутка времени величины V1, φ2, t1, t4, q3 можно считать постоянными. Тогда количество энергии, поступающее за этот промежуток времени в теплицу:

 ∆Q= (К(t1- t4)SQ3)∆τ,                           (3.2.4)

где S – площадь ограждения теплицы, м².

Условие минимума энергозатрат q примет вид:

 ∆Q/∆П = qmin,                                             (3.2.5)

где ∆ Q – затраты энергии  на обогрев теплицы  за промежуток времени ∆τ;

∆П –  продуктивность растений  за этот же промежуток  времени;

τ –  величина дискретного  промежутка времени,  в течение которого возмущение  практически постоянно,  принимается на порядок  выше величины постоянной  времени объекта регулирования,  то есть теплицы, по каналу  быстродействующего возмущения.

Значение величины этой постоянной времени 10 … 15 минут получено экспериментальным путём в разработках кафедры автоматики ЧГАУ [7]. Поэтому величина ∆τ принимается равной 1 .… 1,5 минуты.

К косвенным показателям продуктивности относятся интенсивность видимого фотосинтеза Ф и темнового дыхания D. Между Ф и ∆П можно предложить зависимость:

 ∆ П 1=К1 Ф∆τS3,                                    (3.2.6)

Зависимость продуктивности от темнового дыхания:

 ∆ П 2=К2 Ф∆τS3,                                    (3.2.7)

где К 1 и К 2 –  соответственно коэффициенты продуктивности являются функциональными зависимостями от возраста растений.

Исследование эффектов взаимодействия между всеми изучаемыми факторами среды возможно при использовании квадратичных полиномов для дневного и ночного периода.

Для дневного периода (интенсивность фотосинтеза):

Ф=А0+А1Е1+А2t2+А3Т2+А4τ1+А5τ2+А6φ1+А11Е1+Е1А12t1+А13Е1Т2+А14Е1τ1+А15Е1τ2+А16Е1φ1+А22t1+А23t1T2+А24t1τ1+А25t1τ2+А26t1φ1+А33τ2+А34τ1Т2+А35Т2τ2+А36Т2φ1+А44τ1+А45τ1τ2+А46τ1φ1+А55τ2+А56τ2φ1+А66φ1;                                                                                      (3.2.8)

для ночного периода (интенсивность дыхания):

 D=В0+В1Е2+В2Т1+В3t2+В4τ1+В5τ2+В6φ1+В11Е2+В12Е2Т1+В13Е2t2+В14Е2τ1+В15Е2τ2+В16Е2φ1+В22Т1+В23Т1t2+В24Т1τ1+В25Т1τ2+В26Т1φ1+В33t2+В34t2τ1+В35t2τ2+В36t2φ1+В44τ1+В45τ1τ2+В46τ1φ1+В55τ2+В56τ2φ1+В66φ1;                                                                                               (3.2.9)

где А 0.…А 66, В 0…В 66 –  коэффициенты регрессии;

Ф, D –  интенсивность видимого  фотосинтеза и темнового  дыхания мг СО2/ дм²ч;

t1 –  температура воздуха  внутри теплицы  днём, ºС;

t2 –  температура воздуха  внутри теплицы  ночью, ºС;

Т 2 – среднеарифметическое  значение температуры  воздуха в теплице за  истекшую ночь, ºС;

Е 1 –  текущее значение  освещённости в  теплице, клк;

Е 2 –  среднеарифметическое значение  освещённости за  истекший день,  клк;

τ 1 –  длительность фотопериода  (продолжительность  светового дня), ч;

τ2 –  возраст растения, сут.;

φ1 –  влажность воздуха  в теплице, %.

Математические модели вида (3.2.8) и (3.2.9) позволяют определить величину видимого фотосинтеза или темнового дыхания конкретного сорта для различных условий среды. С их помощью можно рассчитать сочетания факторов среды, обеспечивающие максимум видимого фотосинтеза, в том числе и при наличии таких факторов, как освещенность в начале и конце фотопериода при отсутствии искусственного освещения.

Для осуществления автоматического управления каким-либо технологическим процессом необходимо выбрать алгоритм функционирования системы, т.е. совокупность предписаний, определяющих характер изменения управляемой величины в зависимости от воздействий. В связи с тем, что в математическую модель продуктивности входят факторы, изменяющиеся во времени случайным образом (освещённость, длительность фотопериода, влажность воздуха и т.д.), система управления по алгоритму функционирования может быть либо следящей, либо самонастраивающейся.

 

3.3 КРИТЕРИЙ УДЕЛЬНЫХ ЭНЕРГОЗАТРАТ. ТЕМПЕРАТУРА ОПТИМАЛЬНАЯ ПО УДЕЛЬНОЙ ЭНЕРГОЁМКОСТИ

Используя критерий удельных энергозатрат, можно получить самую дешёвую с точки зрения потребления тепла сельскохозяйственную продукцию. Математические модели интенсивности фотосинтеза и темнового дыхания в общем виде получены и описаны ранее. Таким образом, для дневного периода суток вычисляемый критерий удельных энергозатрат примет вид:

 q1 = (K(t1-t4) S-q3η3S3)  /k1ФS3;                             (3.3.1)

Для ночи:

 q2 = (K(t1-t4) S)/k2DS3                                    (3.3.2)

Минимум критерия удельных энергозатрат обеспечивается при:

 dq/dt=0                                                (3.3.3)

Для определения температуры, оптимальной по критерию удельной энергоёмкости, необходимо исходить из условия (3.1.1). Тогда условие оптимума:

 d(∆Q/∆П)/dt=0,                                         (3.3.4)

Для дня:

 d(∆Q/(К1S3∆τ∆Ф))/dt=0                                  (3.3.5)

дифференцируя дробь в выражение (3.3.5), получим:

 ((∆Q)`∆Ф-(∆Ф)`∆Q)/((∆Ф)К1∆τS3)=0                   (3.3.6)

Подставляя (3.3.2), (3.3.4) в (3.3.6), имеем:

(10(dQ/dt)10ln10(А2+А12Е1+А23Т2+А24τ1+А25τ2+А26φ1+2А22t1)/10=0,                                                                                                          (3.3.7)

то есть:

dQ/dtln10(А2+А12Е1+А13Т2+А14τ1+А25τ2+А26φ1+2А22t1)∆Q=0,   (3.3.8)

дифференцируя, получим:

dQ/dt=kSτ,                                        (3.3.9)

подставим в (3.3.8), и получим уравнение:

КS=ln10(А2+А12Е1+А23Т2+А24τ2+А25τ2+А26φ1+2А22t1)(k(t1-t4)Sq3S3η3)                                                                                                         (3.3.10)

После упрощений и сокращений, располагая элементы уравнения (3.3.10) по степеням t1, получим:

 t1+((А2+А12Е1+А23Т2+А24τ1+А25t2+А26φ1)2А22-(t4+(S3q3η3)SK)t1-1/(2A22ln10)-A12E1+A23T2+A24τ1+A25τ22+A26φ1)(t4+(S3q3η3)(SK))2A22=0

Отношение (S3q3η3)(SK) определяет изменение температуры в теплице благодаря солнечной радиации, тогда:

 t5=t4-(S3q3η3)(SK),                                       (3.3.12)

естественная температура воздуха в теплице, т.е. температура, которая устанавливается при отсутствии дополнительного обогрева. После подстановки (3.3.7) и (3.3.11) в (3.3.12) получим вид:

 t1+(t21+t5)t1-1/ (2A22ln10)+t21t5=0                           (3.3.13)

решение уравнения (3.3.13) даёт:

 t31=(t21+t5)/2+(t21-t5)/4+1/2A22ln10),                         (3.3.14)

Из выражения (3.3.6), ( 3.3.13) и  ( 3.3.14) следует, что оптимальная по энергоёмкости температура помимо указанных выше параметров микроклимата в теплице  (Е1,Т2,τ1,φ1 ) и возраста растений τ2, зависит также от солнечной радиации q3, прозрачности ограждения η3, коэффициента тепловых потерь К, который в свою очередь зависит от скорости ветра V1 и относительной влажности наружного воздуха φ2.

Для ночного периода условие минимальной энергоёмкости имеет вид:

 d(∆Q/(K1S3∆τD))/dt=0,                                (3.3.15)

откуда:

 (∆Q)`DD`∆Q=0,                                       (3.3.16)

Подставляя в (3.3.16) значения (∆Q), D и учитывая, что в ночное время Q3=0, получим:

К10к10ln10(B3+B13E2+B23T1+B34τ1+B35τ2+B36φ1+B37τ5+2B33t2) (t2-t4)=0,                                                                                                       (3.3.17)

после упрощения и сокращения получим:

 t2+((В3+В13Е2+В23Т1+В34τ1+В35τ2+В36φ1+В37τ5+2В33t2)/(2В33)-t4)t2-1/(2B33ln10)-(B3+B13E2+B23T1+B34τ1+B35τ2+B36φ1+B37τ5+2B33t2)/ (2B33)=0,(3.3.18)t2-(t22-t4)t2-1/(2B22ln10)+t22t4=0,                             (3.3.19)

решением уравнения  3.3.19) будет:

 t32=(t22+t4)/2(t22-t4)/4+1/(2B33ln10)                             (3.3.20)

Из выражения (3.3.20) и (3.3.10) следует, что оптимальная по энергоёмкости температура зависит как от параметров микроклимата в теплице (Е2, Т1, τ1, φ1), возраста растений и относительного времени суток τ2, так и от наружной температуры t4.

 

3.4 ДАТЧИК ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ. ЕГО НЕОБХОДИМОСТЬ

Оптимизация по критерию удельных энергозатрат возможна двумя путями: созданием системы экстремального управления с вычислительным устройством, или системы автоматической оптимизации, изменяющей задание внутренней температуры. И в том и в другом случае системы должны получать информацию от датчиков внутренней и наружной температуры, солнечной радиации, освещённости, влажности воздуха, скорости ветра.

Вычислительные устройства обеих систем имеют практически одинаковую стоимость, однако экстремальная система является более дорогой и обладает худшими динамическими свойствами. Сделать систему автоматической оптимизации ещё более дешёвой возможно благодаря использованию в качестве ПИП – датчика тепловых потерь, который заменяет группу датчиков: внутренней и наружной температуры, солнечной радиации, освещённости, скорости ветра.

При определении величины тепловых потерь теплицы в окружающую среду, в зависимости от меняющихся метеофакторов, целесообразно не измерять по отдельности составляющие их физические величины, а иметь интегральный параметр, позволяющий получить выходной сигнал, пропорциональный величине этих потерь.

Для оценки тепловых потерь через ограждения их материал и конструкция должны быть составной частью датчика. Так для стеклянных теплиц этим элементом является лист стекла той же толщины и имеющий такое же расположение в пространстве, что и соответствующее ограждение теплицы. При необходимости таким фрагментом может быть полиэтиленовая плёнка, двойное остекление и т.д.

Конструкция датчика тепловых потерь (рисунок 3.1) включает в себя корпус 2, устанавливаемый под кровлей изнутри теплицы, верхней стенкой которого служит стекло ограждения теплицы 1. Для исключения влияния, изменяющейся внутри теплицы температуры на температуру внутри корпуса датчика тепловых потерь, нижняя и боковые стенки тщательно теплоизолированы слоем теплоизоляции 3. Для учёта потока тепла излучением проведена имитация альбедо поля с растениями реальной теплицы, для чего горизонтально расположенная нижняя стенка 7 корпуса 1 окрашена в цвет, соответствующий средней величине значения альбедо, которая достигается путём нанесения равных по ширине черных и зеленых полос.

Принцип работы датчика тепловых потерь (рисунок 3.1) основан на измерении мощности нагревателя 6, помещённого в защитное пространство внутри корпуса.

При этом нагревательный элемент с помощью системы автоматического управления, помещённой в отдельный блок, поддерживает в нагреваемом объёме постоянную температуру, равную температуре, поддерживаемой в зоне расположения растений. Контроль температуры в нагреваемом объёме производится измерительным элементом 5(медь с покрытием черного цвета), на котором установлен германиевый диод (в режиме стабильного тока), используемый в качестве датчика температуры. Для защиты измерительного элемента от прямого солнечного излучения предназначен экран 4. Корпус датчика 2 окрашивается с внешней стороны алюминиевой краской (серебрянкой) и защищается плёночным экраном от воздействия воздушных потоков. Точность датчика зависит от выбора толщины изоляции и подсчитывается из соотношения (3.4.1):

K(tв─tн)F≤∆⁄100qS,                                             (3.4.1)

где q –  плотность мощности потерь через рабочее ограждение;

S –  площадь рабочей  поверхности, м²;

F –  площадь поверхности  теплоизоляции датчика, м²;

tºв –  температура, поддерживаемая в  рабочем пространстве датчика,  равная температуре  в теплице,  ºс;

tºн –  наружная температура,  ºс;

∆ –  допустимая погрешность;

К – коэффициент  теплоотдачи изоляции.

Поскольку теплица – сложная конструкция, состоящая из поверхностей, имеющих разную ориентацию в пространстве, для оценки общих тепловых потерь надо иметь несколько таких датчиков. Их количество определяется конструкцией теплицы и может колебаться от двух до шести. При этом для определения суммарной мощности показания датчиков следует учитывать с весовыми коэффициентами, учитывающими долю площади соответствующих ограждений. Заметим, что блок управления может располагаться и вне датчика, это целесообразно потому, что система автоматического управления работает в условиях меняющегося задания температуры, которое определяется специальным вычислителем большой системы. Поэтому целесообразно все элементы системы управления располагать конструктивно в станции управления. Структурные схемы датчика тепловых потерь и САУ температурным режимом с датчиком тепловых потерь соответственно показаны на рисунках 3.4.2 и 3.4.3.

Итак, датчик тепловых потерь позволяет определить мощностью необходимую для обеспечения в этом изолированном пространстве заданной температуры.

 

1 –  фрагмент  ограждения теплицы;

2 – корпус;

3 –  теплоизоляция;

4 – экран;

5 –  термоэлектрический преобразователь;

6 – нагреватель;

7 –  стенка, имитирующая  альбедо поля с  растениями реальной  теплицы.

Рисунок 3.4.1 – Конструкция датчика тепловых потерь.

1 –  измерительный элемент;

2 –  нагревательный элемент;

3 –  датчик тока;

4 –  стабилизатор температуры;

5 –  нормирующий преобразователь выходного сигнала;

6 –  стабилизатор напряжения;

7 –  источник питания  схемы датчика.

Рисунок 3.4.2 – Структурная схема датчика тепловых потерь.

 

3.5 КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ДАТЧИКА ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ

Блок управления имеет три основных узла: источник питания датчика, нормирующий преобразователь (структурная схема рисунок 3.5.1 и принципиальная схема рисунок 3.5.2), стабилизатор температуры нагревательного элемента (структурная схема рисунок 3.5.3 и принципиальная схема рисунок 3.5.4).

Принципиальная схема нормирующего преобразователя осуществляет преобразование величины электрической мощности, потребляемой датчиком и пропорциональной величине тепловых потерь, в электрический сигнал постоянного тока с напряжением 0-10В. Выходное напряжение равное +10В определяется некоторой величиной электрической мощности, потребляемой датчиком при воздействии суммарных физических параметров метеофакторов, соответствующих максимальной величине тепловых потерь технологического помещения.

В принципиальной схеме стабилизатора температуры измерительного элемента роль датчика температуры выполняет кремневый диод (в режиме стабильного тока). Он установлен на измерительном элементе. Операционные усилители ДА52, ДА54, ДА55 выполняют функцию ПИ-регулятора. Контроль величины температуры измерительного элемента осуществляется стрелочным прибором. В качестве нагревательного элемента используется транзистор с большим hэ (1000-1500), установленный на измерительном элементе. Для питания нагревательного элемента датчика стабильным постоянным напряжением предусмотрен двухкаскадный параметрический стабилизатор VD61, VD62, и прецизионный операционный усилитель с установкой 0. В качестве регулирующего транзистора используется транзистор средней мощности, установленный на охлаждающем радиаторе.

1 – усилитель сигнала датчика тока;

2 – согласующий усилитель;

3 – фильтр;

4 – согласующий усилитель выходного сигнала.

Рисунок 3.5.1 –  Структурная схема  нормирующего преобразователя  выходного сигнала  мощности.

Рисунок 3.5.2 –  Электрическая принципиальная  схема нормирующего преобразователя  выходного сигнала мощности.

  1. – измерительный элемент;  2.- нагревательный элемент;  3.- источник питания;  4.- задатчик температуры;  5.- регулятор температуры;  6.- усилитель согласующий;  7.- датчик температуры;  8.- согласующий усилитель;  9.- усилитель индикатора температуры.

Рисунок 3.5.3 –  Структурная схема стабилизатора температуры нагревательного элемента.

Рисунок 3.5.4 – Электрическая принципиальная  схема стабилизатора  температуры нагревательного  элемента.

Рисунок 3.5.5 –  Электрическая принципиальная  схема стабилизатора напряжения  питания датчика  тепловых потерь.

 

3.6 ВЫБОР СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПО ПРИЗНАКАМ КЛАССИФИКАЦИИ

Известно, что по принципу управления все существующие системы можно разделить на системы управления по отклонению, по возмущению и комбинированные системы. А по алгоритму управления САУ могут быть следящими, программными и стабилизирующими.

Для обеспечения наиболее точного и экономически выгодного управления система автоматического управления температурным режимом в теплице должна быть следящей по алгоритму функционирования и комбинированной по принципу управления.

СОПОСТАВЛЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТОВ СХЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫМ РЕЖИМОМ В ТЕПЛИЦЕ С ДАТЧИКОМ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ

Одним из вариантов разрабатываемой системы автоматического управления температурным режимом в теплице с датчиком тепловых потерь является САУ с использованием для управления шаговым двигателем преобразователя цифрового кода в угол поворота ротора двигателя ( рисунок  3.6.2).

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОД – УГОЛ ПОВОРОТА.

Преобразователи цифрового кода в перемещение без обратной связи делятся на устройства с предварительным преобразованием входного кода в числоимпульсный код или в аналоговую величину. Структурная схема преобразователя цифрового кода в перемещение с предварительным преобразованием входного двоичного кода в числоимпульсный код показана на рисунке  3.6.1.

Рисунок 3.6.1  – Структурная схема преобразователя кода в перемещение с предварительным преобразованием в числоимпульсный код.

Преобразуемый двоичный код аn“, аn“-1, …, а2“, а1“ поступает на сравнивающее устройство СУ (рисунок 3.6.1), в котором происходит сравнение преобразуемого кода с выходным кодом реверсивного двоичного счётчика РДС. Сравнивающее устройство вырабатывает сигнал либо на выходе В, либо на выходе А в зависимости от того, какой код оказывается большим – преобразуемый или с выхода РДС. Соответственно этому РДС переключается на счёт импульсов с вычитанием или сложением. Генератор тактовых импульсов ГИ подаёт через элемент И сигналы на вход счётчика и одновременно через ключи К1 и К2 на реверсивный шаговый двигатель РШД. И на счётчик и на шаговый двигатель поступает число импульсов, равное разности кодов. Как только коды сравняются, на обоих выходах СУ установятся нулевые сигналы, элемент И запрётся. Поступление импульсов на РДС и РШД прекратится. Таким образом, при начальной установке РДС и РШД в заданное исходное состояние угол поворота выходного вала двигателя в дальнейшем будет соответствовать числу, записанному на счётчике, так как и на счётчик, и на двигатель каждый раз поступает одно и тоже число импульсов. При этом, если число на РДС возрастает, то РШД работает таким образом, что выходной угол φ возрастает, так как сигналом СУ открыт соответствующий из ключей ( К1 или К2 ).  Если же число на РДС убывает, то и вал двигателя начинает перемещаться в обратном направлении, так как теперь подключена к генератору импульсов вторая обмотка РШД.

ДТП –  датчик тепловых потерь;

Пр.к. –  преобразователь кода (десятичный -двоичный);

Пк-уп –  преобразователь код -угол поворота;

И.М. –  исполнительный механизм;

О.У. –  объект управления (теплица).

Рисунок 3.6.2 – Структурная схема САУ температурным режимом в теплице с датчиком тепловых потерь.

Другим вариантом САУ температурным режимом в теплице с датчиком тепловых потерь является система на основе микропроцессора PIC16F862A (рисунок3.6.3).

ДТП  – датчик тепловых потерь;

МП  – микропроцессор;

И.М.  – исполнительный механизм;

О.У.  – объект управления (теплица .

Рисунок 3.6.3 –  Структурная схема САУ  температурным режимом в теплице с датчиком тепловых потерь (с применением микропроцессора ).

ДТП –  датчик тепловых потерь;

DD1 –  аналого – цифровой преобразователь( КБ72ПВ5А );

DD2 –  микропроцессор ( PIC16F862A );

DD3 –  транзисторные ключи ( К1109КТ23 );

РШД –  реверсивный шаговый двигатель.

Рисунок 3.6.4 – Структурная схема САУ температурным режимом в теплице с датчиком тепловых потерь (с применением микропроцессора).

При сравнении и выборе  САУ температурным режимом в теплице необходимо обратить внимание на то, что проектируемая система должна обеспечивать более точный контроль над регулируемыми факторами, быть экономически выгодной, а также содержать наименьшее число элементов, что в свою очередь повышает её надёжность.

Система автоматического управления с применением микропроцессора обладает лучшими характеристиками, чем САУ с преобразователем код – угол поворота, так как содержит меньшее число элементов, следовательно, более надежна, компактна; точнее обрабатывает сигнал с датчика, а значит, качественней осуществляет управление температурным режимом в теплице.

В дальнейшем, говоря о системе автоматического управления температурным режимом в теплице с датчиком тепловых потерь, будем подразумевать САУ на основе микропроцессора (PIC16F862A).

МОНТАЖ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ ДАТЧИКА ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ

Печатные платы показаны на чертежах АСХП.ДТПТ.00.000 Э4. С наружной стороны плат выполнен монтаж в виде системы печатных проводников, обеспечивающих соединение элементов системы. Печатные плоские проводники- это линейные участки токопроводящего покрытия в виде слоя меди, нанесённого на изоляционное основание из гетинакса гальваническим способом. Проводники печатного монтажа припаяны к пустотелым заклёпкам – пистонам. С внутренней стороны платы к этим заклёпкам припаиваются выводы нанесённых элементов. На выводы эмиттеров транзисторов надеты полихлорвиниловые трубки диаметром 1 мм красного цвета, на выводы коллекторов – зелёного цвета, на выводы баз – белого цвета, трубки на чертеже не показаны. Транзисторы приклеивают к плате лаком ВК-9. Поверхность платы после пайки и настройки покрывается лаком БТ-569 (ГОСТ 14690-80). Припаивают по периметру ПОС-61.

Конструкции элементов вычерчиваются в виде упрощенных изображений, например: С1 – конденсатор, VD1 – диод, R1 – резистор, VT1 – транзистор и так далее.

 

 3.7 НАДЁЖНОСТЬ САУ И ЕЁ ЭЛЕМЕНТОВ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ЗАПАСНЫХ ЧАСТЕЙ

 3.7.1 РАСЧЕТ НАДЁЖНОСТИ

Использование понятия надёжность в инженерной практике имеет смысл тогда, когда надёжность можно измерить и дать её количественную оценку. Показатели надёжности определяются ГОСТ ом 13377 – 75 и отраслевыми стандартами.

Все методы надёжности предполагают постоянство интенсивности отказа элементов, т.е. имеет место экспонициальный закон надёжности. Статистические материалы об отказах аппаратуры свидетельствуют о том, что в основном время работы этих элементов подчиняется экспонициальному закону распределения. Условием возникновения распределения времени до отказа служит постоянство интенсивности отказов, что характерно для внезапных отказов на интервале времени, когда период приработки изделия закончился, а период износа и старения не начался, следовательно, это тот период нормальной эксплуатации. Предположение об экспонициальном законе распределения существенно упрощают расчёты надёжности.

Принимаем вероятность безотказности Рз = 0,8, наработку на отказ Тз = 64000ч. [17]. Из всей совокупности элементов входящих в принципиальные схемы (рисунки 3.5.2, 3.5.4, 3.5.5) выделяем подгруппы с однотипными элементами. Определяем интенсивность отказов элементов, входящих в подгруппы и рассчитываем интенсивность отказов отдельных подгрупп ( таблица 3.7.1.1).

Таблица 3.7.1.1 – Интенсивность отказов

№п⁄п Элементы Обозначение Количество К  λ  λi
1  Диод кремневый  VD  7 1 0,2 1,4
2  Транзистор кремневый  VT  3 1 0,5 1,5
3 Конденсатор кремневый  C  6 1 0,1 0,6
4  Сопротивление  R  56 1 0,045 2,52
5  Усилители  DA  10 1 0,085 0,85
6  Датчик температуры  BK  1 1 3,3 3,3

 

λ – интенсивность отказов  отдельного элемента, [1/ч];

λi – интенсивность отказов  группы, [1/ч];

N – количество однотипных  элементов, шт.;

К – коэффициент учитывающий влияние на надёжность САУ вибрации, температуры, влаги, агрессивности среды ( К=1 -для лабораторных и производственных помещений);

λ i = λN                                              (3.7.1.1)

Находим суммарную интенсивность отказов системы в целом:

λ∑ = К∑ λi                                          (3.7.1.2)

λ∑ = 1,4+1,5+3,3 + 0,6+2,52+0,85 = 10,17[1/ч]

Рассчитываем среднюю наработку на отказ:

Тср = 1/λ∑                                          (3.7.1.3)

Тср = 1/(10,17*10) = 0,098*10 = 98000[ч]

Вероятность наработки на отказ больше заданного времени Тз рассчитывается по выражению:

Рр=ехр(-λ∑Тз)                                    (3.7.1.4)

Рр=ехр(-10,17*10*64000)=0,524

Расчётная вероятность наработки на отказ меньше заданной, следовательно, применяем резервирование, путём параллельного включения однотипного элемента наименее надёжному элементу, при выходе из строя последнего. Наименее надёжным элементом является датчик температуры.

Вероятность безотказной работы резервной группы:

Ррг = 1-(1-Ррэ),                                     (3.7.1.5)

где Ррэ – вероятность безотказной работы резервного элемента;

n – количество равно надёжных элементов, включенных параллельно;

Ррэ=ехр(-λТ)                                       (3.7.1.6)

Ррэ=ехр(-3,3*64000*10) =0,82

Ррг=1-(1-0,82) =0,82

Если требуемая надёжность резервируемого элемента:

Р’рэ= Рз/Рос,                                         (3.7.1.7)

где Рос – надёжность остальной группы, т.е. надёжность не резервируемой части системы, то количество равно надёжных элементов, включенных параллельно, равно:

n= ln(1- Р’рэ)/ln(1-Ррэ)                               (3.7.1.8)

n= ln(1-1,23)/ ln(1-0,82)=3 [шт];

Рос=ехр(-λТ)                                     (3.7.1.9)

Рос= ехр(-6,87*64000*10) =0,65

Р’рэ=0,8/0,65=1,23                                (3.7.1.7)

 

3.7.2 РАСЧЕТ СРОКА ПРОФИЛАКТИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

Профилактическое обслуживание изделий – это система предусмотренных мероприятий, направленных на снижение вероятности отказов (технические осмотры, регулировки, замена комплектующих элементов, восстановление защитных покрытий и токопроводящих контактов).

Профилактическое обслуживание является основным видом обслуживания на этапе нормальной эксплуатации системы, характеризуемом постоянством интенсивности отказов не резервируемых изделий.

Сроки профилактического обслуживания назначаются исходя из того, чтобы вероятность появления отказа (для экспонициального закона распределения времени до отказа) не превышала [14]:

Qз=1-Рз=1-ехр(-λТ)                                  ( 3.7.2.1)

Qз=1-0,8=0,2

Отсюда периодичность календарного обслуживания:

t<ln(1-Qз)/λ                                           (3.7.2.2)

t<ln(1-0,2)/10,17=0,022

На этапе износовых отказов в момент времени t должна быть осуществлена замена выработавшего ресурс изделия.

t<T-n*σ,                                             (3.7.2.3)

где Т – среднее время до износового отказа;

σ – среднеквадратичное отклонение времени износового отказа от заданного;

n – коэффициент, определяемый по таблице 3.2.1[17];

t<64000-1,2*1,554=64000

 

3.7.3 РАСЧЕТ ЧИСЛА ЗАПАСНЫХ ЧАСТЕЙ ИЗДЕЛИЙ САУ ТЕМПЕРАТУРНЫМ РЕЖИМОМ В ТЕПЛИЦЕ С ДАТЧИКОМ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ

Количество запасных частей зависит от интенсивности отказов, от времени пополнения ЗИП, степени его восстанавливаемости. Для пуассоновского потока отказов вероятность числа отказов равна [14]:

Рн=(( λТ)/n)ехр(-λТ)                                     (3.7.3.1)

Вероятность того, что число отказов за время t будет меньше m (вероятность достаточности):

Рn<m=∑((λ*tn)/n)ехр(-λТ)                               (3.7.3.2)

Рn>m=1- Рn<m                                        (3.7.3.3)

Заполним таблицу 3.7.3.1 значений вероятности. Первая строка – значение вероятности достаточности, вторая строка – значение вероятности недостаточности из условия, что m – число запасных изделий [14].

Таблица 3.7.3.1 – Значение вероятности

 Наименование  m 0 1 2
1  Диод  Рn<m 0.74 0.83  
     Рn>m 0.26 0.14  
2  Транзистор  Рn<m 0.71 0.81  
     Рn>m 0.29 0.19  
3  Конденсатор  Рn<m 0.81    
     Рn>m 0.19    
4  Сопротивление  Рn<m 0.68 0.79 0.86
     Рn>m 0.22 0.21 0.14
5  Усилитель  Рn<m 0.8    
     Рn>m 0.2    
6  Датчик температуры  Рn<m 0.64 0.76 0.83
     Рn>m 0.36 0.24 0.7

Принимаем запасных частей: для диода – 1шт., для транзистора – 1шт., для конденсатора – 0шт., для сопротивления – 2шт., для усилителя – 0шт., для датчика температуры – 2шт.

ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ И ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Электрические исполнительные механизмы представляют собой электроприводы, предназначенные для перемещения регулирующих органов в системах дистанционного и автоматического управления.

К основным элементам электрических исполнительных механизмов относятся: электродвигатель, редуктор понижающий число оборотов, выходное устройство для механического сочетания с регулирующим органом, дополнительные устройства, обеспечивающие остановку механизма в крайних положениях самоторможения при отключении электродвигателя, возможность ручного привода на случай выхода из строя системы автоматики или для наладки, обратную связь в системах автоматического регулирования, дистанционное указание и сигнализацию положения механизма.

Исполнительные механизмы рассчитаны для работы при температуре окружающей среды от – 30 до + 60ºС.

Для системы калориферного обогрева выбираем электрический исполнительный механизм многообратный типа МЭМ [9]. Исполнительный электрический механизм вращательного действия МЭМ оснащён муфтой предельного момента (при перегрузках электродвигатель отключается) и концевыми выключателями, ограничивающими и сигнализирующими положение рабочего органа. В механизмах МЭМ используются реостатные датчики положения и обратной связи с полным сопротивлением 120Ом (тип БДР-П). Возможно применение индуктивных датчиков БДН-6. Напряжение питания 12В переменного или постоянного тока.

Многообратные механизмы питаются от трёхфазной сети переменного тока, напряжением 220/380В, частотой 50Гц. Управление осуществляется магнитным пускателем МКР-0-58. Изготовитель: завод электрических исполнительных механизмов «Севан».

Технические характеристики механизма:

Тип – МЭМТ – 10 (тепличный);

Номинальный момент – 10кгс*м;

Время одного оборота выходного вала – 1с;

Количество оборотов выходного вала – 256;

Потребляемая мощностью – 1700ВА;

Габариты – 270*245*675мм;

Масса – 38кг.

Для системы трубного обогрева в качестве исполнительного механизма выбираем шаговый двигатель [10]. Шаговые двигатели являются механическими устройствами, которые преобразуют электрические импульсы в фиксированные угловые или линейные перемещения. Современные быстродействующие шаговые двигатели являются синхронными электрическими машинами, обмотки которых возбуждаются резко несинусоидальным сигналом, обычно прямоугольными импульсами напряжения, частота которых может изменяться в широких пределах.

Технические характеристики шагового двигателя:

Тип – ШД-2-4;

Номинальное напряжение – 27 В;

Момент инерции ротора – 0,47 к г*см;

Сопротивление фазы – 17 О м;

Максимальный синхронизирующий момент – 25 Н*с м;

Максимальная потребляемая мощностью – 90 В т;

Номинальный момент инерции – 0,25 г/д м;

Номинальная частота приемистости – 250 шаг /с.

 

ВЫБОР ПУЛЬТА УПРАВЛЕНИЯ

Пульты предназначены для установки в закрытых помещениях с температурой окружающего воздуха от – 30 до + 50°С, относительной влажностью воздуха не более 80 %, при отсутствии вибрации, агрессивных газов, паров, токопроводящей пыли.[17]

Пульты изготавливаются из унифицированных деталей. Все пульты имеют откидную наклонную рабочую панель, которая фиксируется в открытом положении.

При проектировании пультов должны учитываться следующие рекомендации:

  1. Пульт управления является основным рабочим элементом оператора. Он должен обеспечивать рациональное расположение органов управления, отдельных приборов, сигнальных устройств, средств связи, возможность ведения записей, просмотра и хранения текущей документации.
  2. На габариты и геометрическую форму решающее влияние оказывают не только аппаратура, устанавливаемая на пульте, но и выбираемая основная рабочая поза оператора, определяемая характером его деятельности. Как правило, в автоматизированных системах управления технологическим процессом работа оператора за пультом планируется в положении сидя.
  3. Количество органов на пульте должно быть минимальным, но достаточным для выполнения поставленных перед оператором задач по управлению автоматизированным объектом.

 

 

 

  1. 4

    . Обеспечение безопасности труда и экологической безопасности.

4.1 Общие сведения о проектных решениях по охране труда.

Здание фермы относится к категории «В» производства и классу П-II пожарной опасности.

Для обеспечения безопасности персонала при  передвижении из производственного помещения (цеха приготовления кормов) расположенного на 1 этаже здания выполняем маршевый лестничный пролет из просечного материала, уклон лестничного марша в производственном помещении должен быть 1:2 при ширине проступи 300 мм; уклон наружных открытых лестниц для эвакуации людей должен быть не более 1:1. Эти лестницы должны иметь ширину не менее 0,7 м, ограждения высотой 1,2 м и площадки на уровне эвакуационных выходов.

Движущиеся части производственного оборудования, являющиеся источниками опасности, должны быть или ограждены, или оснащены средствами блокировки, остановки, сигнализации, или окрашены в сигнальные цвета и обозначены знаками безопасности в соответствии с ГОСТ 12.4.026.

Производственное оборудование, обслуживание которого связано с перемещением работников, должно быть снабжено безопасными и удобными проходами и приспособлениями или устройствами для ведения работ.

Местное освещение, предусмотренное конструкцией производственного оборудования, должно соответствовать условиям эксплуатации и исключать возможность прикосновений работника к его токоведущим частям.

Производственное оборудование имеет сигнализацию оповещения нарушения режима работы, а также средства автоматической остановки и отключения оборудования от источников энергии при опасных неисправностях, авариях и при режимах близких к опасным.

Рабочие органы производственного оборудования или их приводы оборудованы устройствами, предотвращающими возникновение опасности при полном или частичном прекращении подачи энергии, а также исключающие самовключение приводов рабочих органов привосстановле-нии подачи энергии.

Съемные, откидные и раздвижные ограждения рабочих органов, предназначенные для предотвращения опасности при работе оборудования, а также открывающиеся дверцы, крышки, щитки в этих ограждениях или в корпусе оборудования должны имеют устройства, исключающие их случайное снятие или открытие, а также  блокировки, обеспечивающие прекращение рабочего процесса при съеме или открытие ограждения.

При автоматическом режиме работы оборудования кнопка для наладки и органы ручного управления (кроме аварийного отключения) должны быть отключены, за исключением случаев, обусловленных технологической необходимостью.

Производственное оборудование должно проходить периодический технический осмотр и испытания в установленные сроки, указанные в инструкции по эксплуатации, утвержденной в установленном порядке.

По степени опасности поражения электрическим током помещение П-II пожарной опасности, относится к классу помещений с повышенной опасностью по признаку возможности одновременного прикосновения человека к металлическим корпусам электрооборудования и к соединенным с землёй металлоконструкциями здания или механизмом с другой.

Для защиты человека от случайного прикосновения к токоведущим частям электрооборудования предусмотрен ряд технических решений.

В сетях 380/220В – это зануление, а также выравнивание электрического потенциала, для чего металлические конструкции и детали ферм, транспортёров, измельчителя, вентилятора, шнеков, трубопроводов, ограждений технического оборудования присоединяют к металлоконструкциям ферм КРС.

Для уменьшения опасности случайного прикосновения к токоведущим частям под напряжением используется электрическая изоляция проводов и кабелей, а в опасных зонах прокладку ведут в металлических трубах и кожухах.

Максимально использованы средства защиты в частности механизация, автоматизация и дистанционное управление технологическими операциями.

Обслуживание электрооборудования данного объекта производится электромонтером. К числу электрозащитных средств необходимых для ремонта и обслуживания электрооборудования относятся диэлектрические перчатки, слесарно-монтажный инструмент с  изолированными рукоятками, изолирующие штанги, диэлектрические коврики, указатели низкого напряжения УНН, переносные заземляющие проводники, плакаты и знаки безопасности.

Для обеспечения электробезопасности техническими способами и средствами применены защитное отключение и заземление.

 

4.2 Конструкция и расчёт заземляющего устройства.

В соответствии с РД-34.21.122-87 «Инструкции по устройству молниезащиты» для фермы принимаем молниезащиту 3 категории.

Расчет выполнен для грозозащитного заземления на деревянной опоре с ответвлением к ферме.

Принято, что грунт чернозем полутвёрдый для которой рекомендуется при ориентировочных расчётах принимать удельное электрическое сопротивление земли ρ=100мм [12], а для вертикальных стержней длиной 2-3 м, во II климатической зоне, к которой можно отнести Нижегородскую область, коэффициент сезона вертикальных стержней

Ксв = 1,6 – 1,8 (принимаем Ксв = 1,8).

Коэффициент сезона для горизонтальных стержней

Ксг = 3,5-4,5 (принимаем Ксг = 4,5).

Таким образом, расчётное значение удельного сопротивления равен:

Ρр = Ксгр × ρизм = 4,5 ×100 = 450 Омм.

Ρр=Ксв × ρизм=1,8 ×100 = 180 Омм

Необходимое обьем вертикальных стержней N = 2  шт;

Длина горизонтальной части 3м и результирующее сопротивление 29,43 Ом, что менее допустимого RD=30 Ом.

4.3 Производственная санитария.

На производстве имеют место такие вредные факторы, как неблагоприятный микроклимат, вредные газы, пыль и пары. Для их удаления из помещения применяется вентиляция с естественной вытяжкой вредных газов.

В помещении приёма грубых кормов: сена, соломы скапливается большое обьем пыли, поэтому для обслуживающего персонала выделяются защитные очки и респиратор-лепесток.

В помещении приготовления кормосмесей при перемешивании грубых кормов, соломы, концентрированных кормов с водой и другими добавками, карбамидами, мелассой – выделяется большое обьем вредных газов, поэтому обслуживающему персоналу  выделяются респиратор-лепесток, и в данном помещении предусмотрена естественная вентиляция для удаления и снижения концентрации вредных газов. Для обеспечения нормальных условий при работе в данном цехе предусмотрено искусственное и естественное освещение.

Искусственное освещение выполненное фонарями защищённого от пыли и влаги исполнения, подвешенными на тросах. Которые с помощью ввёрнутых в стены кормоцеха болтах крепятся, а естественное в виде окон на стенах кормоцеха.

Для работы в кормоцехе для рабочих предусмотрена специальная рабочая одежда, резиновые сапоги, перчатки, противопыльные защитные очки, косынки для женского персонала, и береты для мужского.

В кормоцехе предусмотрено помещение для обслуживания персонала, гардеробное помещение со шкафчиками для спецодежды, в здании фермы КРС есть туалет и умывальник; в здании санпропусника душевые, гардеробные для спецодежды обслуживающего персонала, медицинский пункт для оказания первой медицинской помощи.

4.4 Пожарная безопасность.

По степени огнестойкости здание цеха в соответствии со [СНИП II-2-80 П.5- II и НПБ-105-95], категории производства по пожарной опасности «В» зона П-II.

Так как к категориям «В» производства, в которых применяется или обрабатывается горючая пыль, волокна с концентрированным пределом воспламеняемости более 65 г/м.куб., и материалы, вещества, которые могут греть только при взаимодействии с кислородом, воздухом, водой или друг с другом, а у нас в кормоцехе при перемешивании соломы, сена и дробления зерна выделяется большое обьем пыли, которая взаимодействует с кислородом, воздухом создаёт опасные воспламеняющиеся концентрации.

Поэтому в этих зонах кормоцеха применяется электрооборудование, защищенное от пыли и других горючих веществ. Электропроводка для электрического освещения кормоцеха проложена на тросах и в изоляционных трубках с тонкой металлической оболочкой на скобах, для электрического освещения применяются электрофонари с закрытым от пыли и влаги исполнения.

Силовые кабели для подачи электропитания на электрооборудование кормоцеха проложены в стальных трубах, кабели с нулевой жилой. Электропроводка защищена автоматическими выключателями со встроенными в них тепловым и электромагнитным расцепителем, с тонами уставки расцепителей 4-х кратного значения максимально допустимого тока в проводе сети.

Для раннего оповещения о возникновении возгорания во время производственного процесса, выполнена автоматическая пожарная сигнализация на основании норм пожарной безопасности НПБ-110-03. Для обнаружения загорания и сообщения о месте его возникновения, в отделении приёма кормов установлен приёмно-контрольный прибор «Гранит». Прибор и автоматический выключатель АВ-2а установлены внутри помещения, звонок ЗПТ-12 и сирена СС-1 на улице. В качестве пожарных извещателей взяты тепловые датчики ИП-5 из расчёта 1 датчик на 20 м.кв., которые устанавливают на потолках защищаемых помещений на расстоянии 2м от стены и 4м между извещателями. При исчезновении напряжения в сети – 220В, питание прибора «Гранит» автоматически переводится на сухие элементы-373.  Металлический корпус прибора заземляется на ноль электропроводки. Прибор запитывается от электросети проводом АПВ сечением 2,5 мм.кв. Разводка сети (шлейфов) пожарной сигнализации осуществляется проводом ТРП 1х2-0,5.

Расчёт необходимого количества огнетушителей из условия один на 100 м.кв. Для кормоцеха площадью 288 м.кв. необходимо иметь не менее трех огнетушителей.

На период работы оборудования, принимаем не менее 4-х огнетушителей, ящик с песком 0,5 м.куб., две лопаты, багор, лом, два ведра и две лестницы, одна из них для крыши.

Расчёт пожарного водоснабжения.

Объём здания кормоцеха равен: Q=24 х 12 х 5=1440 м.куб.

Здание с несгораемыми основными элементами. Необходимое обьем воды на один условный пожар определяется по выражению:

Q=3,6 – t(δн+δв),

где t = 3 часа – время тушения пожара;

δн + δв = 5 литров в секунду – расход воды.

Определение количества пожарных кранов для целей внутреннего пожаротушения:

m =  =  ≈ 1.

Так как кормоцех разделён на два помещения, то устанавливаем два пожарных крана, оснащённых рукавами длиной 20м с пожарными стволами, производительностью по 2,5 литра в секунду. В случае пожара эвакуация людей, обслуживающих кормоцех осуществляется через двери согласно плана эвакуации людей при пожаре. Проходы и тамбуры эвакуационных выходов загромождать запрещается.

4.5 Охрана природы.

В наши дни проблема охраны природы приобрела особую актуаль-ность. Хозяйственная деятельность человека привела к значительному загрязнению окружающей среды и расходованию материальных ресурсов. В России природоохранным мероприятиям должны придавать большое значение.

Разрабатываемая технологическая линия относится непосредственно к отраслям животноводства.

Животноводство, являясь важнейшей отраслью сельского хозяйства, не только даёт ценную продукцию, но и воздействует на окружающую среду, и далеко не всегда это воздействие бывает благоприятным.

Животноводство даёт сельскому хозяйству навоз – самое лучшее органическое удобрение. Но при нарушении правил его хранения и использования навоз становится источником загрязнения окружающей среды. Газы, выделяющиеся при разложении навоза, влияют на качество атмосферного воздуха, ухудшают условия людей, живущих вблизи животноводческих комплексов. Навоз, попадающий в водоёмы, делает воду непригодной для питья, вызывает разрастание водной растительности в таких размерах, которые превышают потребности растительноядных водных животных. Растительность начинает разлагаться, что приводит к усиленному поглощению кислорода. Вода в водоёмах загнивает, и это делает водоём полностью непригодным для использования.   Но навоз не только источник химического, но ещё и биологического загрязнения, поскольку экскременты животных содержат возбудителей болезней – сальмонеллеза, лептоспироза, инфекционного гепатита и многих других опасных заболеваний.

Существует несколько систем очистки обеззараживания и использования навозных стоков. Для этого необходимо разделять навоз на фракции.  Существуют навозохранилища с разделением стоков на фракции. При содержании навозных стоков в таких   навозохранилищах можно получить за 6 месяцев густую фракцию влажностью 77-80%. Целесообразно применять механические способы. Для этого используют фильтрующие центрифуги, дуговые сита, вибро. Большие трудности представляет обработка, очистка и обеззараживание негодной фракции. Один из таких способов – биологическая очистка, при которой органические вещества, растворённые в стоках, подвергаются под воздействием микроорганизмов расщеплению (минерализации). При использовании аэробных бактерий, живущих в воздушной среде, биологическая очистка производится в огромных железобетонных резервуарах, разделённых на коридоры. Полная санитарная безопасность жидкой фракции может быть достигнута химическими, физическими и физиологическими способами, например, хлорированием, применением пароструйных аппаратов, электрофитокоагуляцией и т.д. Другой способ доочистки – использование биологических прудов. Основную очищающую и обеззараживающую фракцию в них выполняют микроводоросли, которые поглощают химические вещества, находящиеся в жидкой фракции, и выделяют бактерицидные вещества, уничтожающие вредные организмы.

В данном хозяйстве на комплексе КРС навоз как ценное органическое удобрение используется не совсем правильно. Предлагается следующая схема очистки и обеззараживания навоза.  После того как он попадает в навозохранилище, где содержится от нескольких дней до десятков дней, его грузят тракторной лопатой БМ-1 в прицеп 2ПТС-4М. Далее навоз транспор-

тируют в бурты на поле, расстояние между буртами 25-30м. После того, как навоз пролежал отведённое время (4-6 месяцев), все микроорганизмы погибают. Далее его нужно вносить в почву разбрасывателями  органических удобрений. Этот способ требует определённого срока выдержки, но без применения очистки и обеззараживания механических средств, что даёт немалый экономический эффект. Данный способ уже нашёл наибольшее распространение в центральной части чернозёмной зоны России.

 

 

  1. 5. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

Таблица5 .1 – Смета на оборудование.

Наименование Количество изделий, шт. Цена за еденицу изделия, руб. Общая цена изделий, руб.
Датчик  9  800  7200
Операционный усилитель  9  210  1890
Транзистор  3  30 90
Диод  7  35  245
Конденсатор  9  30  270
Резистор  56  32  1792
Итого:      11487

 

Сметная стоимость:

Б с =  прямые затраты +  накладные расходы  (40 % от прямых затрат) +  плановые накопления (6 … 10 % от суммы прямых и накладных затрат)

Б с = 11487 + 4594,8+1608,2 = 17690 руб.

При определении экономической эффективности в качестве основного показателя используют показатель минимальных приведенных затрат и прибыли по предприятию.

Приведенные затраты:

ПЗ = С + Ен ×  Бс,

где С – производственные годовые издержки;

Ен – нормативный коэфициент капитальных вложений, Е н = 0,14.

Производственные издержки определяются:

С= А+ Тр+ Эн + Зпр+ Зпл,

 где  А- амортизации,

       ав  – норма амортизации,  ав  = 16,3 % от кап. вложений;

 

Т р – расход на текущий ремонт,  а тр – норма расхода на текущий ремонт,

Атр =  2,5 % от кап. вложений;

Эн – расход на  электроэнергию;

      Зпр – прочие затраты.

При расчете  общих капитальных вложений  необходимо знать  затраты на  монтажные работы:

Змр = 0,07 Бс

Змр = 0,07·17690 = 1238,3 руб.

Затраты на  складские работы:

Зср = 0,06·Бс

Зср = 0,06·17690 = 1061,4 руб.

Норма  амортизации:

А = 0,163·Бс

А = 0,163·17690 = 2883,5руб.

Расход на текущий ремонт:

Тр = 0,025·А

Тр = 0,025 ·17690 = 442,25руб.

Расход на оплату  труда персонала,  который обслуживает  систему в теплице:

Зпл = ЗчТ ,

где Зч -часовая зарплата рабочего ,руб/ч;

Т -число часов работы рабочего,ч.

Для обслуживания  САР  принимаем электромонтера 4 – го разряда,  заработная плата  которого составляет 85,11руб./ч.

Норма времени  на техническое обслуживание и  технический ремонт составляет 235часов.

Зпл = 85,11 ×235 = 20000 руб.

Прочие затраты составляют 15 .… 17 % от  суммы всех затрат:

Зпр = 0,16×( А+Тр + Эн+ Зпл)

Зпр= 0,16×(2883,5+442,25+6,9+20000) = 3733,22руб.

Производственные издержки:

С =2883,5+442,25+ 6,9+3733,22+20000=27065,87руб.

Приведенные затраты:

ПЗ= 27065,87+0,14 × 17690=29542,47руб.

Определяем годовой экономический  эффект:

Эг=Д-ПЗ,

где Д-доход предприятий.

Доход предприятий составил 70772 ,3руб.

Эг=70772,3–29542 ,47=41229 ,83руб.

Срок окупаемости:

Т=Бс/Эг

Т =17690/41229,83=0,43г.=5,16 месяцев

Система автоматического  управления температурным  режимом в теплице  с датчиком  естественной температуры  окупается за 5 месяцев.

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ВКР  рассмотрено современное состояние производства в СПК Агрофирме «Культура». Рассчитано отопление, электроснабжение, освещение , сделан выбор и силового оборудования, аппаратуры защиты управления , также рассмотрен вопрос безопасности жизнедеятельности. Произведены расчеты молниезащиты.

В данной работе разработана надежная простая,  относительно дешёвая система автомотизированного отопления, позволяющая без вмешательства человека обеспечить нормальную температуру в помещении.

Применение такой системы позволит улучшить условия труда для работающего персонала. Экономический расчет внедрения системы является эффективным. Срок окупаемости системы составляет шесть с половиной месяцев.

Эту систему можно рекомендовать для широкого применения не только в производственных целях, но и во всех отраслях сельского хозяйства, для улучшения условий труда и увеличении производства продукции.

Список литературы

  1. Будзко. И,А. и др. Электроснабжение сельского хозяйства/’ И.А, Будзко -М.:Колос,2000.-536с.
  2. Лещинская,   Т.Б.   Электроснабжение   сельского   хозяйства/   Т,Б Лещинская – М.: КолосС, 2014.-368 с.
  3. Бартенев В, Цифровые технологии в энергосбережении. – Ж. Современная электроника, 2016, – №4. С.44-48.
  4. 3инченко В.Ф. и др. Схема замещения автономного асинхронного генератора с электронными системами регулирования.-Ж. Электричество, 2010. – №1.С.34-38.
  5. Журавлев С.В. и др. Вентильно-индукторные механизмы агрегатирующего устройства ЭП.- Ж. Электричество, 2010, – №3. С.29-34.
  6. Абдуллаев Я.Р., Керимзаде О.О. Определение размеров магнитной системы постоянного тока с учетом принципа соразмерности.-Ж. Электричество, 2010, – №3. С.46-54,
  7. КаримовХ.Г. и др. Электрические машины с полюснопереключаемыми обмотками, используемыми в целях ресурсе- и энергосбережения.-Ж. Электрика, 2010, – 31. С. 15-21.
  8. Зоркий Е.М. и др. Методика расчета энергопотребления регулируемого ЭП насосных агрегатов.- Ж. Электрика, 2010, – №1. С.22-25.
  9. Ситников А. Тиристорное устройство асинхронного пуска асинхронного электродвигателя.- Ж. Современная электроника, 2016.- №9. С.50-53.
  10. Электромеханические устройства и системы. Сб. научных трудов. – Брянск: изд, БГТУ, 2003. – 92 с.
  11. Капралов С. И др. Математическая модель объекта регулирования на базе моментного ЭП.- Ж. Современная электроника, 2009, №5. С.42-47.
  12. Леонов В.М. Организация и виды ремонта электрических машин.- М: Ремонт, восстановление, модернизация, 2012, №9, с.37-3 8.
  13. Пантелеев Ю.А. Барьерный эффект в композиционной изоляции высоковольтных электрических машин.- М.: Электричество, 2003, №6, с. 27- 31,
  14. Хомутов О.И. и др. Оценка эффективности технологии ремонта изоляции электродвигателей.- М: Электрика, 2001, №3, с. 24-28.
  15. Леонов В.М., Окнин Н.С. Электроизоляционные материалы, применяемые в  электромашиностроении и при ремонте электрических машин.- М: Электрика, 2001, №2, с. 14-17.
  16. Мартыненко В. и др. Мощные высоковольтные тиристоры с оптическим управлением.- Ж.Современная электроника, 2016, №9. С.30-31.
  17. Гаманюк Д. Межплатные соединители нового поколения. – Ж. Современная электроника, 2009, №5. С.8-11.
  18. Юсупов Р.Х. Методические указания  к курсовой работе по курсу  эксплуатация средств  автоматики в с/х. -Ч.:ЧГАУ,1996.–68с.

Доступа нет, контент закрыт

Доступа нет, контент закрыт

Доступа нет, контент закрыт

Был ли этот материал полезен для Вас?

Комментирование закрыто.