Разработка системы автоматического управления микроклиматом в тепличном комплексе

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 5
1.1 Классификация систем автоматизации 5
1.2 Автоматизация процессов в теплицах 18
1.3 Характеристика технологического процесса 26
1.3.1 Обзор существующих технических решений 28
1.3.2 Анализ регулируемых параметров, управляющих и возмущающих факторов 30
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ 32
2.1 Разработка схем автоматизации 32
2.2 Монтажные работы 37
2.3 Подбор и обоснование технических средств САУ 38
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ И РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩЕГО АЛГОРИТМА 47
3.1 Компьютерное моделирование в среде MATLAB 47
3.2 Создание алгоритмического и программного обеспечения 54
3.3 Реализация человеко-машинного интерфейса 64
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 75
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 78
ПРИЛОЖЕНИЕ А 81
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 82
ПРИЛОЖЕНИЕ В 83
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 84

Весь текст будет доступен после покупки

Современное растениеводство в защищённом грунте предъявляет всё более высокие требования к точности поддержания параметров микроклимата – температуры, влажности воздуха, концентрации углекислого газа и уровня освещённости. Отклонения от оптимальных значений этих параметров даже на непродолжительное время могут привести к снижению урожайности, ухудшению качества продукции и увеличению затрат на выращивание. В условиях стремления к повышению энергоэффективности и снижению трудозатрат особенно актуальной становится задача автоматизации управления микроклиматом в тепличных комплексах.
Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка системы автоматического управления микроклиматом в тепличном комплексе, обеспечивающей стабильное поддержание заданных агротехнологических условий при минимальном участии оператора.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
– провести анализ технологического процесса выращивания растений в теплице и выявить ключевые регулируемые параметры, а также управляющие и возмущающие воздействия;
– изучить существующие подходы и технические решения в области автоматизации тепличных хозяйств;
– разработать структурную и функциональную схемы системы автоматического управления;
– обосновать выбор технических средств автоматизации (датчиков, исполнительных устройств, контроллеров);
– спроектировать управляющий алгоритм и реализовать его в виде программного обеспечения;
– выполнить компьютерное моделирование работы системы в среде MATLAB;
– разработать человеко-машинный интерфейс для удобного мониторинга и управления процессами.
Объектом исследования выступает технологический процесс формирования микроклимата в тепличном комплексе.
Предметом исследования является система автоматического управления, предназначенная для поддержания заданных климатических параметров в теплице.
В ходе выполнения работы применялись методы системного анализа, теории автоматического управления, проектирования автоматизированных систем, а также методы компьютерного моделирования.
Практическая значимость результатов работы заключается в возможности использования разработанной системы как основы для создания современных, энергоэффективных и автономных тепличных комплексов. Внедрение такой системы позволит повысить стабильность агротехнологического процесса, снизить потребление ресурсов и обеспечить получение качественной продукции круглый год.

Весь текст будет доступен после покупки

1. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
1.1 Классификация систем автоматизации
Системы автоматического управления представляют собой высшую форму развития комплексной механизации и электрификации производственных процессов. При их использовании роль человека в функционировании оборудования и управлении им сводится к минимуму. Автоматизация может быть как частичной, так и полной.
Автоматические системы подразделяются по различным критериям: по назначению, по характеру изменения переменных в алгоритме функционирования, по способу модификации управляющего алгоритма, а также по принципу формирования управляющих воздействий.
В зависимости от назначения выделяют следующие типы систем: сигнализации, контроля, защиты, автоматического регулирования и автоматического управления.
Система автоматической сигнализации предназначена для оповещения дежурного персонала о нештатных или аварийных ситуациях на объекте. Она подаёт световой, звуковой или комбинированный сигнал, указывая на необходимость вмешательства. Такая система может локализовать неисправность (например, указать повреждённый элемент) либо подтвердить корректную работу установки. При этом она не оказывает прямого воздействия на сам объект.
Типичным примером служит система сигнализации перегрева подшипников двигателя внутреннего сгорания, реализуемая с помощью электроконтактных термодатчиков. Эти устройства отслеживают температуру; при достижении предельного значения контакты замыкаются, и активируется соответствующий сигнал.
Оборудование, оснащённое исключительно сигнализацией, требует постоянного наблюдения со стороны оператора. Тем не менее, такая система значительно облегчает диагностику и ускоряет устранение неполадок.
Системы автоматического контроля обеспечивают мониторинг состояния или положения объекта с использованием измерительных, регистрирующих и индикаторных приборов. Примеры включают контроль температуры в хранилищах зерна и овощей, уровня топлива в резервуарах, влажности почвы в теплицах. Помимо слежения за ходом технологического процесса, такие системы могут контролировать качество и количество выпускаемой продукции, а также выполнять её автоматическую сортировку.
Широко внедрённые в энергетике, промышленности и машиностроении, методы автоматического контроля всё чаще находят применение и в сельском хозяйстве.
Система автоматической защиты – распространённый вид автоматизации, направленный на предотвращение повреждений и аварий машин, агрегатов и других технических объектов. В критических ситуациях она обеспечивает аварийное отключение оборудования или остановку технологического процесса, тем самым предохраняя его от разрушения.
Например, при коротком замыкании в электрических сетях система защиты мгновенно отсоединяет повреждённый участок, позволяя остальным узлам продолжать работу в штатном режиме. В электроустановках такая защита реализуется с помощью реле, поэтому её часто называют релейной.
Особую разновидность защиты составляет автоматическая блокировка (автоблокировка) – система, исключающая возможность ошибочных действий персонала и тем самым предупреждающая аварии. Например, двери ячеек высоковольтного оборудования блокируются до полного снятия напряжения, опасного для жизни.

Весь текст будет доступен после покупки

1) Воронов М. В., Пименов В. И., Небаев И. А. Автоматическое управление. Управление организационными системами. Цифровые платформы : учебник для вузов. – Москва : Издательство Юрайт, 2024. – 475 с. – ISBN 978-5-531-05324-8.
2) Гутгарц Р. Д. Проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления : учебное пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва : Издательство Юрайт, 2024. – 351 с. – ISBN 978-5-531-06789-4.
3) Шишмарёв В. Ю. Диагностика и надежность автоматизированных систем : учебник для вузов. – 2-е изд. – Москва : Издательство Юрайт, 2024. – 341 с. – ISBN 978-5-531-05872-4.
4) Рябинов А. В., Виноградов М. С. Автоматизация управления процессами выращивания культур в тепличных комплексах вертикального типа // Сельскохозяйственная электроника. – 2023. – № 2. – С. 45–58. – DOI: 10.25791/selkhoz.2023.2.045.
5) Муллаянов Д. Р., Галиуллин Р. Р. Разработка системы управления умной теплицы на базе Arduino // Вестник Казанского государственного аграрного университета. – 2024. – Т. 19, № 1. – С. 112–120. – Электронный ресурс: https://vestnik.kgau.ru (дата обращения: 15.01.2026).
6) Алимбаев Ч., Абдугулова Ж. Автоматизированная система управления микроклиматом в теплицах // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2025. – № 1. – С. 88–95. – DOI: 10.12737/2803.
7) Каманина А. Н., Петров С. В. Перспективы технологического развития сельского хозяйства: цифровые платформенные решения // Инновации в сельском хозяйстве. – 2023. – № 4. – С. 24–32. – DOI: 10.25791/innov.2023.4.024.
8) Вершинин А. К., Соколова Е. А. Интернет вещей в сельском хозяйстве: современные подходы к мониторингу микроклимата // Системы управления и информационные технологии. – 2023. – Т. 92, № 2. – С. 145–153. – DOI: 10.25791/suit.2023.2.145.
9) ГОСТ Р 59793–2021. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Основные положения. – Введ. 2022-04-30. – Москва : Стандартинформ, 2021. – 24 с.

Весь текст будет доступен после покупки