Классификация методов измерения влажности. Выбор метода для автоматизированного контроля влажности на гидропонной установке в здании МАПТ

Содержание

Введение

Глава 1. Научно-техническое обоснование внедрения систем измерения влажности в автоматизированных гидропонных системах

1.1. современные методы измерения влажности в агропромышленных системах

1.2. Анализ взаимодействия измерительных компонентов с автоматизированными системами управления (АСУ ТП)

1.3. Требования к электробезопасности и эксплуатации электрооборудования в условиях повышенной влажности

Глава 2. Обоснование аппаратно-программного комплекса для контроля микроклимата на базе МАПТ

2.1. Характеристика инженерных сетей и расчет электрических мощностей гидропонной лаборатории

2.2. Выбор оптимального метода измерения на основе критериев точности, долговечности и стоимости

2.3. оценка надежности системы автоматизированного контроля влажности

Глава 3. Техническая реализация и регламентация работы автоматизированной системы контроля

3.1. Проектирование схемы размещения датчиков и исполнительных механизмов на гидропонной установке

3.2. Разработка регламента планово-предупредительного ремонта и настройки измерительных каналов

3.3. Оценка эффективности автоматизированного контроля влажности по критериям точности, надежности и энергопотребления

Заключение

Список использованной литературы

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Тема: Классификация методов измерения влажности. Выбор метода для автоматизированного контроля влажности на гидропонной установке в здании МАПТ

Специальность: 35.02.08 Электрификация и автоматизация сельского хозяйства

Направление: Сельское хозяйство и сельскохозяйственные науки

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования обусловлена стратегической необходимостью развития высокотехнологичных систем защищенного грунта в условиях интенсификации сельскохозяйственного производства Российской Федерации. Современная гидропоника как перспективная технология безземельного выращивания растений характеризуется высокой зависимостью от параметров микроклимата, среди которых влажность воздуха и субстрата занимает ключевое место в обеспечении продуктивности культур. Федеральная научно-техническая программа развития сельского хозяйства на 2017-2025 годы предусматривает комплексное внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами в растениеводстве, что делает разработку эффективных методов контроля влажности приоритетным направлением электрификации агропромышленного комплекса. Стабильное поддержание оптимальных влажностных режимов в гидропонных системах непосредственно влияет на интенсивность транспирации, усвоение элементов питания корневой системой и общую продуктивность растительного организма, что подтверждается многолетними исследованиями ФГБНУ «Федеральный научный центр овощеводства».

Степень разработанности проблемы в отечественной научной литературе характеризуется наличием фундаментальных трудов в области измерительной техники для сельского хозяйства, представленных работами специалистов ФГБНУ «ФНАЦ ВИМ», РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, а также профильных кафедр электрификации сельскохозяйственного производства ведущих аграрных университетов страны. Теоретические основы гигрометрии в условиях агропромышленных объектов заложены в исследованиях российских ученых по автоматизации технологических процессов в животноводческих и растениеводческих помещениях. Вместе с тем, специфика применения измерительных систем влажности в условиях гидропонных установок учебно-производственных комплексов аграрных образовательных организаций остается недостаточно изученной областью, требующей системного технического обоснования выбора методов и средств измерения с учетом эксплуатационных особенностей защищенного грунта.

Производственная практика эксплуатации гидропонных комплексов в условиях российских тепличных хозяйств демонстрирует высокую вариабельность технических решений в области контроля влажности, что связано с отсутствием унифицированных методических подходов к выбору измерительной аппаратуры для конкретных условий производства. Анализ функционирования автоматизированных систем управления микроклиматом в тепличных комбинатах Московской, Липецкой и Краснодарской областей выявляет проблему несоответствия характеристик применяемых датчиков влажности реальным условиям эксплуатации, что приводит к систематическим погрешностям измерения и снижению эффективности регулирования параметров среды. Особую значимость проблема приобретает в образовательном контексте, где гидропонные установки используются не только для получения продукции, но и для формирования профессиональных компетенций будущих специалистов по электрификации и автоматизации сельского хозяйства.

Цель выпускной квалификационной работы: разработать технически обоснованную систему автоматизированного контроля влажности для гидропонной установки учебно-производственного комплекса на основе комплексной классификации методов измерения и многокритериального выбора оптимального технического решения.

Задачи исследования:

• провести систематический анализ современных методов измерения влажности воздуха и субстрата, применяемых в агропромышленных системах защищенного грунта, с классификацией по физическим принципам действия и эксплуатационным характеристикам;
• исследовать особенности взаимодействия измерительных компонентов с элементами автоматизированных систем управления технологическими процессами в условиях гидропонного производства;
• изучить требования электробезопасности и специфику эксплуатации электрооборудования измерительных систем в условиях повышенной влажности согласно действующим нормативным документам;
• выполнить характеристику инженерных сетей гидропонной лаборатории здания МАПТ с расчетом электрических мощностей и параметров электроснабжения измерительно-управляющего комплекса;
• обосновать выбор оптимального метода и средства измерения влажности на основе многокритериального анализа по параметрам точности, долговечности, стоимости и совместимости с системой автоматизации;
• разработать проектное решение системы автоматизированного контроля влажности с размещением датчиков, исполнительных механизмов и регламентом технического обслуживания.

Объект исследования: гидропонная установка учебно-производственного назначения, размещенная в здании Московского аграрно-промышленного техникума (МАПТ), предназначенная для выращивания зеленных культур методом питательного слоя (NFT).

Предмет исследования: методы и технические средства автоматизированного измерения и контроля влажности воздуха и субстрата в условиях закрытой гидропонной системы.

Методологическая база исследования включает теоретические основы электрических измерений неэлектрических величин, положения теории автоматического управления применительно к биотехническим системам, нормативно-техническую документацию по проектированию электроустановок сельскохозяйственных объектов (ПУЭ 7-е издание, ВНТП 02-85, СП 256.1325800.2016), стандарты на средства измерений (ГОСТ 8.009-84, ГОСТ Р 8.763-2011), методические рекомендации ФГБНУ «ФНАЦ ВИМ» по автоматизации тепличных комплексов. В работе применены методы сравнительного технико-экономического анализа, расчета электрических нагрузок по установленной мощности и коэффициенту спроса, оценки метрологических характеристик измерительных каналов, а

…