Управление микроклиматом в небольших (фермерских, приусадебных) теплицах

Вводные данные хранятся в энергонезависимой памяти.
На каждую зону задаются четыре периода: Д1, Д2, Н1, Н2. (время начала периода, когда должна быть достигнута установленная температура(Т) для этого периода).
Для каждого периода задаются температура и её скорость изменения (роста или падения) в градусах/час от периода к периоду.
УК по этим установкам расчитывает каждую мин. какая должна быть Т в теплице. Сравнивая с измеренной, принимает решение о реакции отопления и вентиляции.

Для ДЕНЬ и НОЧЬ задаются мин. и макс. значения дефицита влажности воздуха (ДВ) и их скорость изменения между установленными значениями.
Сначало хотел ДВ устанавливать для каждого периода, но получается слишком много пунктов меню.
При повышении ДВ в теплице выше макс. заданного (низкая ОВВ), УК принимает решение, направленное на понижение ДВ - прикрывает наветренную сторону фрамуг, включает увлажнение и т.д.
При понижении ДВ ниже мин. заданного, УК приоткрывает фрамуги и подтапливает.
При значениях ДВ между мин. и макс. управление только по Т в теплице.

Получится динамика Т в теплице как на картинке ниже

Внешне УК выглядит также как и УК для полива. Дисплей 4 строки по 20 символов для отображения необходимой информации и матричная клавиатура 4х4  для выбора параметров, отображаемых на индикаторе, и их редактирования. 
Дисплей может быть и другим (графическим и/или цветным), но пока это не требуется.


Так у меня нет чёткого алгоритма, буду писать о том что реализовано или о том как предполагаю реализовать реакцию УК на данные с датчиков.

Датчик осадков.
Если начинается дождь:
1. тихая погода - прикрываем фрамуги, но оставляем щель для проветривания 5-20 см. в зависимости от Т и ДВ в теплице и Т снаружи. Соответственно корректируем прогнозируемую Т (за счём мокрой кровли должна снизится).
2. Есть ветер - наветренную сторону закрываем полностью, а подветреная может быть слегка приоткрыта см П.1.
3. Если ветер вдоль конька или близко к этому направлению, фрамуги закрыть. При слабом ветерке и высокой Т и ОВВ в теплице можно оставить небольшую щель 5-10 см. 

Как реализовал воздействие Т наружной на максимальное положение фрамуг.
Задаются два параметра:
1. наруж. Т ниже которой фрамуги не открывать независимо от Т в теплице;
2. наруж. Т при которой и выше допустимо открывать фрамуги на 100 % (конечно при условии если их нужно открывать);
Зависимость допустимого угла открытия фрамуг от Т наружной нелинейная, а примерно такая:
Заданы для примера
1 параметр = -2*С
2 параметр = 16*С
При Т ниже минус 2*С не открываем совсем
при -2* допустимо открывать на 1-1.5см
при  0*С на 2-3см
при  2*С на 4-5см
при  4*С на 10см
при 9*С на 30см
при 12*С на 50см
при 16*С и выше на 100см=100%
Значение этих двух параметров задаёт пользователь для каждой зоны в зависимости от конкретных условий - высоты теплицы, покрытия, места расположения и т.д.
Получаем что в морозную или холодную погоду фрамуги не откроются на "всю" независимо от Т в теплице, но будет обеспечено небольшое вентилирование при превышении в теплице заданной Т, что в холодный период при ярком солнце будет достаточно.

Это для подветренной стороны или для тихой погоды для всех фрамуг. 
При ветре для наветренной стороны такой "фокус" не пройдёт. Здесь или задавать другой диапазон температур, или/и задавать диапазон значений ДВ в теплице, да ещё и значения скорости ветра.
Для наветренной стороны всё гораздо сложнее.
Думаю, что наветренную сторону допустимо приоткрывать только при слабом ветре (при тихой погоде она работает как подветренная), если высокая влажность и подветренная сторона не справляется с обеспечением нужного микроклимата. 

Чтобы разработать алгоритм управления микроклиматом в теплице, нужно сначало ознакомится как это происходит в проф.теплицах. Нашёл документацию только на оборудование от ФИТО
 http://www.alashin.ru/Download/Климат_FC_09_11_09_1-Wire_pdf.pdf
 Скопировал текст, стр.14

"  4.5 Принципы управления вентиляцией.
Вентилирование используется для удаления теплого воздуха из теплицы и замены его на более холодный воздух внешней среды, а также для снижения относительной влажности внутри теплицы. Скорость теплообмена зависит от разницы температур внутри и снаружи теплицы, наличия осадков и скорости ветра.
В программе введено понятие Температура вентиляции (см. №5 Таблицы 1) – заданная температура воздуха в теплице, выше которой происходит открытие вентиляционных фрамуг. При этом программа при работающих фрамугах начинает поддерживать температура воздуха в теплице равной именно температуре вентиляции. Так как, как правило, температура вентиляции выше заданной температуры воздуха - Держать температуру воздуха (см. №4 Таблицы 1), а контура обогрева включается лишь тогда, когда температура воздуха опустится до этой заданной величины, то поддержание температуры воздуха в теплице, равной температуре вентиляции, в солнечный день может в основном осуществляться фрамугами без использования контуров обогрева. Тем самым неизбежные флуктуации температуры воздуха в теплице при управлении только фрамугами не будут приводить к периодическим включением контуров обогрева и, соответственно, к ненужным энергозатратам. "

Можно сделать примерно также.
Для периодов Д1, Д2, Н1 и Н2 задаются значения температуры. Ночью и при пасмурной холодной погоде эти значения обеспечиваются отоплением.
Задаётся коррекция температуры воздуха в теплице в зависимости от солнечной радиации, например 7 *С/1000 Вт/м2.
Перерасчёт Т заданной производится с учётом среднего значения радиации за 15-20 мин. В пасмурную погоду (до 100 Вт/м2) коррекции нет.
Задаётся дельта Т для начала вентиляции, например +2*С. Если Т в теплице превысит заданное или расчётное значение Т на 2*С, происходит открытие  фрамуг (при этом отопление уже отключено).
 

Теперь об управлении ДВ в теплице. Стратегия форточной вентиляции направленная на понижение избыточной влажности.

При закрытых фрамугах потери тепла происходят через ограждение - плёнка, стекло или, как в моём случае, СПК и через щели. При открывании фрамуг на небольшой угол (примерно 1-5 см) теплопотери возрастают незначительно, но происходит заметное снижение ОВВ в теплице. Это при наличии отопления и определённых параметрах Т и ОВВ внутри и снаружи.
Как выше писал, в настройках задаётся минимальное и максимальное значение ДВ для ночи (периоды Н1 и Н2) и дня (периоды Д1 и Д2).
Например ДВ_мин_ночь = 1.5 г/м3; 
 ДВ_мин_день = 2.5 г/м3.
Также задаётся  положение фрамуг при понижении ДВ в теплице ниже установленного ДВ_мин на 1 г/м3.
 Например 8 см/г/м3. При ДВ = 0.5г/м3 фрамуги откроются на 8 см.
Тогда, если ночью ДВ в теплице опустится до 1.5 г/м3, откроются фрамуги на 1-2 см. При уменьшении ДВ на каждые 0.1 г/м3 положение фрамуг будет соответственно изменяться - будут приоткрываться больше. Небольшое падение Т в теплице скоректируется отоплением. 
В таком случае либо найдётся баланс между значением ДВ и положением фрамуг и они останутся слегка приоткрытыми, или ДВ станет выше 1.5 г/м3 (ОВВ уменьшится) и фрамуги закроются, экономя энергию на обогрев.

Днём значение ДВ в теплице будет поддерживаться не ниже ДВ_мин_день = 2.5 г/м3. 

2 часа назад, Марите сказал:

А если в это время ночью на улице минусы? Вы уверены, что отопление успеет среагировать и на головы растений не упадет холодный воздух, а сами форточки не обледенеют?

Нужно предусмотреть все возможные ситуации. И эта одна из многих. 

Мои предположения, основанные на практике.
При отрицательной наружной Т происходит интенсивная конденсация на кровле и ОВВ обычно не бывает высокой. Поэтому, если в настройках задано разумное значение ДВ например 1.5-3 г/м3 (при +18*С это соответствует ОВВ примерно 80-90%), то реакции фрамуг на ДВ просто не будет.
Если задано очень высокое значение ДВ (сознательно или по ошибке), при низкой наружной Т сработает ограничение угла фрамуг по другим настройкам, о которых я писал выше-у них приоритет выше.

"Как реализовал воздействие Т наружной на максимальное положение фрамуг.
Задаются два параметра:
1. наруж. Т ниже которой фрамуги не открывать независимо от Т в теплице;
2. наруж. Т при которой и выше допустимо открывать фрамуги на 100 % (конечно при условии если их нужно открывать);
Зависимость допустимого угла открытия фрамуг от Т наружной нелинейная, а примерно такая:
Заданы для примера
1 параметр = -2*С
2 параметр = 16*С
При Т ниже минус 2*С не открываем совсем
при -2* допустимо открывать на 1-1.5см
при  0*С на 2-3см
при  2*С на 4-5см
при  4*С на 10см
при 9*С на 30см
при 12*С на 50см
при 16*С и выше на 100см=100%
Значение этих двух параметров задаёт пользователь для каждой зоны в зависимости от конкретных условий - высоты теплицы, покрытия, места расположения и т.д."

Если задать 1 параметр = (0 -- +3)*С, то при минусовых Т фрамуги не откроются независимо ни от чего.

Такая стратегия форточной вентиляции подходит для плюсовых Т снаружи (+10-- +15*С), когда регистры чуть теплые или котёл совсем не включается, так как в теплице тепло. Но при закрытых фрамугах в таком случае ОВВ приближается к 100%. В итоге на огурцах гуттация, томаты утром потеют с соответствующими последствиями. Вот здесь и сработает  управление по ДВ. И нам не надо держать приоткрытыми фрамуги всю ночь - получаем энергосбережение.

Коллеги, мне бы хотелось услышать о вводимых настройках и принципе управления микроклиматом на реальном ТК и конкретном оборудовании (Прива, Серком и др.) или почитать документацию. 
Принципы управления микроклиматом мне более-менее понятны. Интересует их реализация на практике.

Величина шага фрамуг на открывание зависит от наружной Т, положения фрамуг, ветра, расчитывается по этим параметрам и составляет от 1 см до 20-25 см.
При холодной ветреной погоде шаг минимален - фрамуги могут открыться за раз на 1 см с установленным интервалом 1-10 мин.
Если теплая погода и фрамуги открыты на половину, их шаг может составлять 10-20 см.
Если открыты на всю, то в случае понижения Т их шаг может быть до 30% от положения (30 см). 

В 28.01.2017 в 19:19, Pyotr сказал:

- температуры котла, каждого контура отопления

Датчики температуры котла исключите из схемы, т.к. у котлов есть своя минимальная температура, и она регламентирована для каждого производителя котлов. Это связано с тем, что в дымоходе будет образовываться конденсат (серная кислота) и выведет из строя котёл. Сделайте раздельный контур отопления, да дорого, но в эксплуатации будет оправдано. Соответственно у вас будут датчики температуры подачи и обратки на коллекторе контуров отопления, они остаются.

5 часов назад, Roman49 сказал:

Датчики температуры котла исключите из схемы, т.к. у котлов есть своя минимальная температура, и она регламентирована для каждого производителя котлов....

Да, Роман, у нормальных котлов так и есть. Но любители и фермеры обычно ставят что под руками окажется. Вот и у меня стоит АОГВ-23 Жуковский. По сравнению с котлами на ТК это тускло горящая свечка. У меня такой был на тот момент, его и поставил. Потом долго думал как к нему автоматику прикрутить. У него всё управление было сильфон-термобаллон. Просто пустить газ через электроклапан нельзя - вмешательство в конструкцию. Выход нашёл.
Вот для того и поставил датчик Т на котёл, чтобы задавать Т_мин (от конденсата) и Т_макс (хотя бы чтоб не закипел).
Сейчас он отапливает рассадное. При минус 25*С отопление не обеспечивает Т в рассадном выше 20*С - регистров мало. Ставлю Т_макс на котле 95*С. Этим предохраняю котёл от кипения.

Всем здравия. Я вот тут о чём подумал. Пока мы муссируем из года в год алгоритмы работы продвинутых контроллеров, фермеры всё это время мучаются ручным открыванием фрамуг. Ей Богу, они были бы рады на первоначальном этапе и простейшей регулировке открыть/закрыть по температуре. Но даже и таких решений на рынке нет либо они очень дороги.

Это я как идею доношу. МОжет сделать что-то простое для начала. Понимаю, не "комильфо", не наш уровень и тд)

Но это будет хоть что-то осязаемое и несущее помощь)

В ожидании умной открывалки пришлось таки приобрести неумную, но позволяющую хоть как-то высвободить руки.  Для маленьких форточек. Фото прилагаю.

Да простит меня Артур, если кому интересно, могу выложить внутренности.

Так же заказал систему для большой теплицы, управление двумя моторами 12В до 15 А каждый. Жду прихода.

Извините, Дмитрий, что то не совсем понятен принцип Вашей идеи.

Мотор-редуктор установлен по оси вращения форточки, кмк не очень надежная конструкция. 

Всмысле принцип идеи?

Андрей Викторович, идея этого прибора в том, чтобы открывать-закрывать форточки. Тумблером, ниткой и саморезом обеспечивает пуск-останов и направление вращения ) Примитивно, но работает.

Сергей, вы можете его установить как угодно. Это фото с сайта продавца, не моё. Но у меня оно тоже дверь открывает в тамбур.

А ящик на стене для чего?

2 часа назад, Андрей Викторович Пучков сказал:

А ящик на стене для чего?

Там находятся автомат, контроллер, реле контакторы, блок питания и кое чего ещё, не помню.

Кроме этого в комплект входит коммутационная коробка, тумблер, ниточка и моторчик, что на фото спрятан в рем муфту 50-й ПВХ трубы.

Сбоку ящика, выше контроллера, на фото видно температурный датчик торчит. Но я его удлиннил, т.к. коробка будет висеть на входе, а датчик повешу куда-нибудь ближе к середине на нужную высоту.

9 часов назад, medkoffd сказал:

Всем здравия. Я вот тут о чём подумал. Пока мы муссируем из года в год алгоритмы работы продвинутых контроллеров, фермеры всё это время мучаются ручным открыванием фрамуг. Ей Богу, они были бы рады на первоначальном этапе и простейшей регулировке открыть/закрыть по температуре. Но даже и таких решений на рынке нет либо они очень дороги.

Дмитрий, простейших открывалок полно на рынке. Одних  гидроцилиндров сколько. С проветриванием справятся. Но для поддержания нужного микроклимата непригодны.

Также описывал простую открывалку из доступных комплектующих  http://greentalk.ru/topic/2602/
Незнаю - почему у Вас не получилось повторить.

Непросто это сделать устройство размером с кирпич и функционалом близким к пром.оборудованию. И всё это в одни руки...  и голову:)

Дмитрий, напишите в личку что-почём и ссылку на документацию или сайт Вашей открывалки.

Написал. Я уже возил схему к родственникам радиолюбителям, полдня угрохали и решили, что я свернул башку этим ардуино контроллерам. Ну, подумал что покупать новые, что заказать эту систему выйдет мне лично дешевле)  принцип тот же. Но компоненты в заказной "фирменные". Парень делает аккуратно, каждый проводок подписан, собрать может даже ребенок. 

Там цены указаны на сайте. С одним мотором 6 тыс. С двумя - 7,5 вроде.

Что может быть проще ардуино? Попросите любого студента.

46 минут назад, medkoffd сказал:

Я уже возил схему к родственникам радиолюбителям, полдня угрохали и решили, что я свернул башку этим ардуино контроллерам.

В том варианте ардуино и близко нет. Поэтому и не нужно программировать ничего. Просто два термостата и таймер, которые могут быть и другими.

Хорошо, что Вы решили вопрос с проветриванием. Чтоб ещё и работало это надёжно.

14 минуты назад, M23 сказал:

Что может быть проще ардуино? Попросите любого студента.

Олег, о чём попросить? Составить алгоритм управления микроклиматом теплицы и воплотить в программный код наС/С++? Думаю Вы слишком преувеличиваете способности студентов)).

Я вот тоже писал в той теме про открывалку, что это смогут повторить 90% людей. На практике может оказаться, что только 10% ...

28 минут назад, Pyotr сказал:

Олег, о чём попросить? Составить алгоритм управления микроклиматом теплицы и воплотить в программный код наС/С++? Думаю Вы слишком преувеличиваете способности студентов)).

Я вот тоже писал в той теме про открывалку, что это смогут повторить 90% людей. На практике может оказаться, что только 10% ...

Не уточнил сразу ;) Обычный температурный переключатель не смог подключить?

И этот человек критикует точность интерпретации данных МРТ?

Уж не опускайтесь так, Олег

Информация по управлению микроклиматом http://www.growsave.co.uk/past-events/basic-climate-control
Внизу страницы ссылки на PDF.