4.4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ТЕПЛИЦ

Автоматизация индивидуальных теплиц, особенно находящихся на значительном удалении от мест постоянного проживания, не прихоть и не дань моде, а объективная необходимость, связанная с условиями эксплуатации. Действительно, как защитить растения от возвратных заморозков? Конечно, можно включить в теплице любое нагревательное устройство. Но кто его выключит, если днем будет солнечная погода? И как пополнить запасы влаги в почве, если теплица остается бесконтрольной в течение по крайней мере недели?

Эти вопросы нельзя решить без элементарной автоматизации. Итак, первоочередными задачами автоматизации являются: управление системой отопления воздуха или почвы для защиты растений от возвратных заморозков, управление системой вентиляции и полив растений.

Прежде чем выбрать схему управления и оборудование для автоматизации теплиц, необходимо вначале определить характеристики объектов управления. В индивидуальных теплицах могут быть смонтированы системы отопления воздуха и почвы, форточная или побудительная вентиляция, емкости для периодической подачи воды.

Системы, отопления почвы, как правило, могут быть двух типов: с электро-обогревом нагревательным проводом и воздушные с циркуляцией теплого воздуха по трубам. В первом случае нагревательный провод включается при помощи магнитного пускателя или тиристорного ключа, во втором магнитный пускатель или промежуточное реле включает вентилятор. При использовании нагревательного провода управление системой отопления осуществляется от любого двухпозиционного терморегулятора. Вентилятор почвенного отопления в системах с аккумулированием тепла (теплица Н. И. Гаврилова) работает постоянно.

В качестве обогревателей воздуха в индивидуальных теплицах используются различные электронагревательные устройства и отопительные приборы, работающие на газообразном или жидком топливе. Автоматизировать работу всех без исключения нагревательных приборов в индивидуальных теплицах невозможно, хотя бы из соображений техники безопасности. По этой причине все газовые или жидкотопливные нагреватели необходимо включать в ручном режиме. Электронагревательными устройствами можно управлять, как и при обогреве почвы, любым двухпозиционным терморегулятором.

В качестве терморегуляторов можно использовать такие серийные регуляторы, как ПТР, ДТКБ-45, ТЛ-3 и др. Очень удобен и доступен терморегулятор ТЛ-3, который выпускается Киевским электромеханическим заводом и предназначен для регулирования температуры в жилых и бытовых помещениях, аквариумах, ульях и т. д. Диапазон регулирования температур 0-48 °С, напряжение питания 220 В, коммутируемая мощность активной нагрузки 0,04—1 кВт, т е. регулятор может непосредственно включать и выключать электронагревательное устройство мощностью до 1 кВт. Продается регулятор в магазинах "Природа", стоимость его 13 руб.

Несложный терморегулятор можно изготовить своими руками. Одна из конструкций описана в журнале "Сделай сам" [8]. Терморегулятор (рис. 55) выполнен на двух транзисторах VT1 типа МП16Б/(МП25, МП42) и VT2 типа МП37Б. В качестве выходного устройства используется реле РЭС-10 (паспорт РС4.524.302). Напряжение питания регулятора 12 В, в качестве датчика температуры применен терморезистор ММТ-4 сопротивлением 4,7 К.

Рис. 55. Принципиальная схема терморегулятора

Не менее важной задачей в индивидуальных теплицах является вентилирование. При выборе схемы автоматики нужно прежде всего решить вопрос о методах вентиляции. Если теплица оборудована электровентилятором, автоматизировать процесс проветривания не представляет никакого труда. Стоит только применить любой двухпозиционный терморегулятор. Правда, в некоторых регуляторах, например типа ТЛ-3, включение нагрузки происходит при понижении температуры в объекте. Чтобы вентилятор работал в необходимом режиме, между ним и терморегулятором нужно включить промежуточное реле, обеспечивающее инверсию сигнала терморегулятора.

Если теплица оборудована форточками, необходимо прежде всего снабдить их электроприводом. В качестве электропривода можно использовать электромагниты или электродвигательные исполнительные механизмы. Устройство электромагнитного привода описано в журнале "Сделай сам" [8]. В качестве электроприводов можно использовать промышленные приводы типа ПР-1М мощностью 50 Вт или приводы для вращения новогодних елок, имеющиеся в продаже. Поскольку электропривод выполнен на базе реверсивного электродвигателя, необходимо включать его через промежуточное реле, обеспечивая два сигнала управления. Одна из возможных кинематических схем открывания форточек и схема управления приводом представлены на рис. 56.

Следует отметить, что электропривод работает более надежно, чем электромагнитный. Это связано с невысокой скоростью процессов открывания и закрывания форточек и со значительно меньшими динамическими нагрузками на конструкции.

Значительно проще вентиляция теплиц решается при использовании терморегуляторов так называемого прямого действия. В этих регуляторах собственно терморегулятор и исполнительный механизм объединены в одном устройстве. Достигается это тем, что в регуляторе используется эффект объемного расширения жидкости (технического масла) при нагревании. Соответствующий подбор объема рабочего цилиндра и кинематической схемы позволяет получать требуемые усилие и ход при открывании фрамуг. Регуляторы такого типа выпускают ПО "Уралмаш" и кооператив "Регулятор" в Петрозаводске. Внешний вид и основные характеристики регулятора ПО "Уралмаш" представлены в журнале "Новые товары" [21]. Цена регулятора 28 руб.

Терморегулятор "Тюльпан", выпускаемый кооперативом "Регулятор", представляет собой цилиндр диаметром 60 и длиной 450 мм, заполненный одним литром технического масла. Нагревание масла вызывает перемещение штока-поршня, рабочий ход поршня 170 мм, усилие 500-600 Н (50-60 кгс). Регулятор настроен на температуру начала открывания 20-25 ° С. Габаритные и установочные размеры регулятора "Тюльпан" показаны на рис. 57.

Необходимо заметить, что простота и надежность регуляторов прямого действия, их невысокая стоимость несомненно заслуживают рекомендаций по их использованию в индивидуальных теплицах. Однако следует помнить, что регуляторы такого типа обладают значительным дифференциалом срабатывания. Разброс значений температуры открывания и закрывания форточки может достигать 5 °С и более. Поэтому, если требуется более высокая точность регулирования, следует отдать предпочтение электронным регуляторам.

Рис. 58. Автоматическое вентилирование теплицы по способу Г. И. Иванова: 1 - конструкции теплицы; 2 - герметичный сосуд; В - шланг; 4 - камера; 5 - резервуар; 6 - вода; 7 - пластина; 8 - тяга; 9 - форточка

Имеется ряд разработок регуляторов прямого действия, в которых в качестве рабочего тела используется воздух. В конструкции регулятора Г. И. Иванова [22] фрамуга открывается благодаря подъему гибкого резервуара (автомобильной камеры), сообщенного с герметичным сосудом, укрепленным в верхней зоне теплицы (рис. 58). Гибкий сосуд помещен в бочку с водой, при расширении воздуха он увеличивается в объеме и всплывает, открывая фрамугу. Несколько отличается по конструктивному исполнению регулятор, описанный в [23]. В этом регуляторе фрамуга открывается благодаря моменту, создаваемому перераспределением массы воды в двух емкостях при расширении воздуха. Принцип действия регулятора ясен из рис. 59.

Рис. 59. Устройство для открывания фрамуги: 1 - фрамуга; 2 - регулирующие планки; 3 - сосуд с водой вместимостью 2-4 л; 4 - отверстие d=5 мм; 5 - гибкий шланг; 6 - сосуд вместимостью 10-20 л

(В книге-источнике отсутствуют страницы: 88-89)

...детали капельного полива "Водполимер-3" для индивидуальных теплиц. Капельную систему несложно изготовить и самим. В качестве оросителя используют полиэтиленовый шланг или трубу диаметром 15-20 мм, укладываемые по центру гряды. Вода к растениям подается при помощи микротрубок - отрезков поливинилхлоридной изоляции монтажных проводов внутренним диаметром 0,9-1 мм и длиной 50-60 см. Одним концом отрезок изоляции закрепляется в проколотом шилом отверстии в трубе, другой конец подводится к растению. Этот конец трубки может быть укреплен на специальной подставке так, чтобы водовыливное отверстие было поднято над землей на 2-3 см и отстояло от растения на 5-6 см.

Имея источник воды и систему полива, нужно организовать управление поливом растений. Идеальным решением этой задачи является применение датчиков влажности почвы и автоматизация полива по заданной влажности. Можно использовать несколько принципов измерения влажности. Один из них, основанный на изменении объемной массы почвы при увлажнении, является предметом изобретения А. И. Кучина [26]. Регулятор влажности (рис. 60) содержит датчик влажности в виде камеры 1, заполненной водой, и соединенный с ней сильфон 3, подвешенный на подпружиненном рычаге 5. Один конец рычага снабжен клапаном 19, который перекрывает сливные патрубки 17 и 18 гидроцилиндра 10. Увеличение влажности почвы приводит к повышению ее массы и прогибу мембраны 2 камеры 1 и переливу части воды в сильфон 3. Увеличение массы сильфона приводит к перекрытию патрубка 17, перемещению поршня 11 в верхнее положение и закрытию задвижки. Для установки пределов регулирования влажности почвы служит регулировочный винт 8.

Рис. 60. Автоматический регулятор влажности: 1 - камера; 2 - мембрана; 3 - сильфонная камера; 4 - шарнир; 5 -рычаг; 6 - гибкий шланг; 7 - пружина; 8 - регулировочный винт; 9 - задвижка; 10 - цилиндр; 11 - поршень; 12, 13 - нижняя и верхняя полости; 14, 15 - переливные патрубки; 16 — напорная магистраль; 17, 18 — переливные патрубки; 19 - клапан

Можно применить электронный регулятор влажности. Одна из схем такого регулятора приведена на рис. 61 [8]. В качестве датчика влажности в регуляторе использованы два угольных стержня от батарейки 3336Л с деполяризатором (с элементов удаляют только цинковую оболочку). Стержня заглубляют в почву на расстоянии 20 см. При умеренной влажности сопротивление между ними составляет около 1500 Ом. Схему с помощью переменного резистора R1 настраивают на заданный порог срабатывания регулятора, переменный резистор R2 служит для установки начальной влажности. В регуляторе использованы транзисторы МШ6Б, МП25, МП42 или аналогичные им, выходное реле типа РЭС-10 (паспорт РС4, 524.302).

Рис. 61. Принципиальная схема регулятора влажности почвы: R1 = 47 К; R2 = 21 К; R3 = 47 К; R4 = 1 К; D - датчик влажности; К - реле РЭС 10

При использовании электронного регулятора для подачи воды в систему полива необходимо использовать электромагнитный вентиль или задвижку с электроприводом. Можно использовать соленоидные клапаны типа СВМ диаметром 20—25 мм. Электромагнитный клапан можно изготовить самому [8]. Одна из конструкций показана на рис. 62. Собственно клапан представляет собой выгодной клапан обычного сливного туалетного бачка, соединенный проволочной тягой из нержавеющей стали с исполнительным электромагнитом. В качестве электромагнита можно использовать магнитный пускатель, катушка которого в целях безопасности перемотана на напряжение 36 В.

Рис. 62. Емкость с электромагнитным клапаном: 1 - электромагнит; 2 - бочка; 3 - тяга; 4 - клапан

Управлять системой полива можно и по программе, задавая последнюю по расходным характеристикам системы, погодным условиям и состоянию растений. В качестве программатора удобно использовать программное устройство типа "Сигнал-201", имеющееся в продаже. В этом устройстве можно создать 16 вариантов различных программ управления. Программатор имеет три выходных канала с коммутируемой мощностью 300 Вт в двух из них и 1000 Вт в одном, что позволяет использовать его не только в системе полива, но и в системах отопления и вентиляции. Цена программатора 57 руб.

Как ни заманчиво управлять системой полива при помощи электроники, нужно всегда помнить, что высокую надежность обеспечивают наиболее простые устройства. Несложное программное устройство полива можно изготовить своими руками и без применения электронных схем и электромагнитных клапанов, что позволяет использовать его при отсутствии электроснабжения или перерыве в нем.

Схема такого устройства показана на рис. 63. Устройство состоит из бочки 2 (на 200-250 л), куда заливается запас поливной воды. При наличии водопроводного ввода устанавливается поплавковый клапан 1. Из бочки 2 вода через дозатор 3 поступает в дозирующую емкость 4, которая служит для заполнения емкости 8 и пуска сифона 9. Пусковая емкость 4 должна иметь вместимость 2-3 л, рабочая емкость - 8-10 л. В исходном положении пусковая емкость 4 удерживается грузом 6 и тягой 5, после заполнения емкости через дозатор 3 равновесие системы нарушается и происходит опрокидывание емкости. Для устойчивого опорожнения емкости последняя снабжена опорными планками 7, смещающими центр тяжести в начальный момент опрокидывания. После заполнения рабочей емкости 8 и срабатывания сифона 9 начинается цикл полива. Регулируя расход дозатора 3, можно задавать различные программы полива. Например, если бочка 2 имеет вместимость 250 л, рабочая емкость 8 - вместимость 10 л, а дозатор настроен на расход 2 л/ч, то период полива растений составит 125 ч, или 5 сут. При этом перерывы между отдельными циклами подачи воды составят 5 ч, а сам цикл займет 10-12 мин. В теплицу площадью 10-12 м2 поступит за это время 9-10 л воды, а каждое растение получит 0,3-0,4 л.

Рис. 63. Схема устройства полива: 1 — поплавковый клапан; 2 - бочка с водой; 3 - дозатор; 4 - дозирующая емкость; 5 - блок; б - груз; 7 - опорная планка; 8 - зарядная емкость; 9 - сифон

Если требуется более интенсивный полив, производительность дозатора увеличивают, но при этом нужно учитывать, что общий запас воды при отсутствии водопроводного ввода должен быть увеличен. Ориентировочно вместимость резервуара для запаса воды V можно рассчитать по максимальному удельному водо-потреблению растений g, площади теплицы S и требуемому периоду полива Т: V = gST.

Удельное водопотребление взрослых растений можно принять равным 5 л/м² посева, в сутки. Тогда для теплицы площадью 10 м² общий запас воды на 5 сут должен составлять 250 л, в теплице площадью 15 м² потребуется установить емкость вместимостью 375 л (2 бочки по 200 л).

Описанные конструкции систем полива растений не исчерпывают всего спектра возможных решений и не являются обязательными для повторения без каких-либо изменений. Безусловно, каждый может выбрать для себя наиболее приемлемые элементы из разных конструкций, воспользовавшись и приведенными здесь описаниями, и рекомендуемыми в других источниках, например в [27].