Комп'ютерно-інтегрована система автоматизації підтримання мікроклімату в промисловій теплиці з прогнозуванням енерговитрат

Abstract

Актуальність теми. Споруди закритого ґрунту (СЗГ) характеризуються наявністю значних енергетичних потоків, що використовуються для забезпечення відповідної технології вирощування овочевої продукції. Високі ціни на енергоносії (природній газ, електрична енергія) створюють умови для розроблення спеціальних систем, здатних мінімізувати енергетичні витрати, оскільки наявні системи, як складові технології, реалізують найпростіші стабілізаційні алгоритми, котрі не забезпечують високу енерго- та ресурсоефективність. На обсяги споживання енергії в СЗГ впливають багато факторів, таких наприклад як хмарність, сила та напрям вітру, інші погано-прогнозовані традиційними методами природні фактори, що непросто передбачити у відповідних традиційних математичних моделях. Вирішення зазначених проблем можливе шляхом використання сучасних інтелектуальних алгоритмів обробки інформації, що поступає від об’єкта керування, та застосування результатів для формування відповідних стратегій керування з метою максимізації прибутку за результатами виробництва. Аналіз витрат тепличного комплексу показав, що в середньому за добу на обігрів теплиці витрачається 4095 м3 газу та 978 кВт електроенергії, тобто у собівартість вирощених овочів закладено 65% вартості витрат на опалення та електроенергію (рис. В1). Основою ефективності роботи тепличного господарства є стабільна якість продукції, мінімальний час виробничого циклу, а також зниження матеріальних, енергетичних і трудових витрат. Одним із шляхів підвищення продуктивності виробництва є використання енергоефективних систем керування, що дають можливість швидко та ефективно реалізовувати складні обчислювальні процедури керування електротехнологічним комплексом із збереженням стабільної якості продукції. Рис. В1. Графік впливу енергетичних витрат на собівартість тепличної продукції Мета і задачі досліджень. Метою магістерської кваліфікаційної роботи є розробка інтелектуальної системи енергоефективного керування мікрокліматом у спорудах закритого ґрунту на основі прогнозування енерговитрат, у тому числі з урахуванням зонності тарифів в оплаті за використання електричної енергії. Для досягнення мети необхідно вирішити такі задачі: 1. З метою знаходження найбільш енергозатратних процесів виробництва в СЗГ оцінити енергетичні потоки за їх обсягами. Для обґрунтування використання моделей прогнозування енергетичних витрат провести аналіз зв’язків між зовнішніми збуреннями та енергетичними витратами, що забезпечують дотримання заданої технології вирощування рослинної продукції. 2. За допомогою розробленої імітаційної моделі процесу керування температурни-вологісним режимом в теплиці дослідити вплив збурень на якість перехідного процесу системи автоматизації з ПІ-регулятором (як такого, що найбільш поширений в промислових теплицях). На основі отриманих результатів обґрунтувати використання інтелектуальних методів пошуку оптимальних параметрів регулятора, що адаптуються до змін умов функціонування системи автоматизації. 3. Розробити модель нейронечіткої системи автоматизованого керування ввімкненням груп двигунів опалення й вентилювання з урахуванням трьох-зонності тарифу на електроенергію для мінімізації енергетичних витрат. 4. Розробити моделі пошуку оптимальних налаштувань ПІ-регулятора шляхом використання методів нечіткої логіки. 5. Розробити загальний алгоритм функціонування інтелектуальної системи енергоефективного керування мікрокліматом у СЗГ на основі врахування прогнозованих енергетичних витрат та вартості енергоносіїв. 6. Виконати оцінювання економічної ефективності впровадження розробленої інтелектуальної САК у тепличне виробництво. Об’єктом дослідження є процеси керування енергетичними потоками формування мікроклімату промислової теплиці. Предметом дослідження є взаємозв’язки і закономірності процесів і режимів керування енергетичними потоками на енергоефективність виробництва овочевої продукції в промислових теплицях. Методи дослідження. Дослідження ґрунтуються на основних положеннях тепломасообміну, математичного моделювання, теорії автоматичного керування, теорії нейронних мереж з використанням комп’ютерних технологій.