АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ 8
1.1 Обзор литературы 8
1.1.1 Классификация растворных узлов 8
1.1.2 Структура и функции растворного узла 10
1.1.3 Обзор методов и систем управления приготовления питательных
растворов 11
1.1.4 Патентный обзор систем управления приготовления питательных
растворов 13
1.2 Описание объекта автоматизации 19
1.2.1 Разработка функциональный схемы автоматизации 19
1.2.2 Разработка функциональный схемы управления 21
1.3 Цели и задачи выпускной квалификационной работы 22
2 ПОДБОР ОБОРУДОВАНИЯ 24
2.1 Выбор исполнительных элементов 24
2.2 Выбор чувствительных элементов 31
2.3 Выбор вычислителя 33
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ НАСОСА 36
3.1 3D модель насоса 36
3.2 Математическая модель насоса 38
3.3 Структурная схема насоса 45
4 ОПТИМИЗАЦИЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИТАТЕЛЬНОГО РАСТВОРА 47
5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ 50
5.1 Экспериментальные исследования работы насоса 50
5.2 Экспериментальные исследования подготовки питательного раствора в
Excel 52
5.3 Расчет в Excel 54
5.4 Расчет в Matlab 65
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 73
ПРИЛОЖЕНИЯ 82
ПРИЛОЖЕНИЕ A 82
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 85
Чтобы растение нормально развивалось и плодоносило, необходимо полноценное питание. В естественных условиях растительные организмы добывают его из почвы. В теплицах растения получают необходимое питание за счет растворов и субстратов.
Водный раствор веществ, необходимых растению для жизни и роста, называется питательным раствором. При выращивании растений в теплице питательный раствор для них должен содержать все необходимые элементы питания в правильной пропорции.
Фертигация - метод введения растворенных удобрений, микроэлементов или пестицидов с оросительной водой. Подача минеральных компонентов в поливную воду осуществляется с требуемой частотой и дозировкой. Концентрированный состав удобрений, называемый маточным раствором, находится в специальной ёмкости. После запуска системы внесения удобрений, маточный раствор поступает в смесительную емкость для смешивания с другими маточными растворами и водой. Далее полученный раствор доставляется к корням растений.
Система подготовки питательного раствора для полива растений позволяет организовать необходимый уход за растениями, получить хороший урожай.
Целью выпускной квалификационной работы является построение системы управления приготовления оптимального питательного раствора для полива растений посредством решения следующих задач:
- описание технологического процесса и составление общей схемы системы;
- построение функциональной схемы автоматизации;
- построение функциональной схемы управления;
- выбор оборудования системы;
- построение 3D модели системы;
- построение чертежа общего вида;
- составление математической модели системы;- составление структурной схемы системы;
- решение задачи оптимизации состава питательного раствора;
- разработка алгоритма работы системы.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы была построена система управления приготовления оптимального питательного раствора для полива растений.
В ходе работы был проведен обзор решений по управлению системой подготовки питательного раствора для полива растений, описан технологический процесс приготовления питательного раствора в растворном узле для полива, построена общая схема системы и схема автоматизации, с помощью которых удалось разобраться в принципе работы растворного узла. На основе разбора технологического процесса построена функциональная схема управления, позволяющая управлять насосом.
Для выполнения поставленных задач оборудование должно удовлетворять требованиям, для этого были рассчитаны необходимые параметры и подобрано оборудование.
В программе Solid Edge 2020 была смоделирована система, состоящая из вала, ротора, статора и крыльчатки насоса. Также была составлена математическая модель системы, на основе которой построена структурная схема.
Также была математически описана постановка задачи оптимизации подготовки питательного раствора по стоимостному критерию экономии используемых концентратов при соблюдении требуемой электропроводности и требуемого соотношения маточных растворов.
Были проведены эксперименты: построены графики переходных
характеристик насоса, произведен поиск решения соотношения молярных концентраций в Excel, была произведена идентификация концентраций в Excel, в Matlab Simulink продемонстрирован процесс замешивания в виде графика, также с помощью блока Matlab Function произведена идентификация концентраций, также был разработан алгоритм приготовления питательного раствора.
