УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ МИКРОКЛИМАТОМ

Полезная модель относится к сельскому хозяйству и может быть использована для автоматического управления микроклиматом в теплице, парнике, зимнем саду.
Из существующего уровня техники известен автоматический регулятор температуры в теплице, содержащий силовой элемент, соединенный посредством штока с поворотной фрамугой и заполненный рабочей средой, отличающийся тем, что он снабжен пассивным солнечным коллектором, имеющим плоское зачерненное и теплоизолированное с нижней стороны основание, над которым расположен светопрозрачный кожух, при этом силовой элемент выполнен в виде расположенной внутри пассивного солнечного коллектора замкнутой упругой металлической мембраны, наружная поверхность которой выполнена зачерненной, а в качестве рабочей среды использована легкокипящая жидкость (см. патент РФ №2058719, кл. A01G 9/24, заявка 17.05.1994, публикация патента 27.04.1996).
Недостатком данного регулятора являются регулирование только одного параметра - температуры воздуха в теплице.
Из существующего уровня техники известна система для управления микроклиматом в теплице, содержащая блок контроллера, блок управления, подсистему измерительных датчиков и исполнительные механизмы. Подсистема измерительных датчиков включает датчики параметров воздуха и почвы в теплице и датчики параметров окружающей среды. Исполнительные устройства (ИУ) представляют собой привод фрамуги, вентилятор, привод экрана, привод регулятора подачи углекислого газа и узлы контура обогрева. Выходы блока управления соединены с ИУ с возможностью управления ими в зависимости от значений измеряемых датчиками параметров (см. патент РФ №2467557, кл. A01G 9/24, заявка 02.06.2011, публикация патента 27.11.2012).
Недостатками данной системы являются невозможность мониторинга параметров микроклимата в теплице без подключения к системе персонального компьютера, привязка системы к конкретным видам исполнительных механизмов и конфигурации датчиков, отсутствие возможности беспроводного обмена данными с персональным компьютером, сервером или смартфоном.
Из существующего уровня техники известны программируемые логические контроллеры (ПЛК), датчики параметров микроклимата, релейные модули, модули цифровой мобильной сотовой связи, модули архивации данных, модули для работы по протоколу Modbus, которые в совокупности могут составить систему управления микроклиматом (см. Каталог: Овен. Оборудования для автоматизации. Каталог продукции 2018, Per. №140 Б, www.owen.ru).
Недостатками данной системы являются высокая итоговая стоимость суммы компонентов системы и необходимость написания программного обеспечения или его индивидуальной доработки с использованием языков программирования для входящего в систему ПЛК.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в повышении эффективности регулирования микроклимата, расширении универсальности устройства регулирования микроклимата, повышении удобства использования устройства, снижение стоимости устройства.
2
Данная задача достигается за счет того, что устройства управления микроклиматом содержит контроллер с программным обеспечением и модулем ввода-вывода данных и группой измерительных датчиков, способный управлять подключенными к устройству ИУ посредством выходов контроллера в соответствии с настройкой программы контроллера и учетом показаний измерительных датчиков, отображать через встроенный модуль ввода-вывода текущую информацию о показаниях датчиков и служебную информацию контроллера (мониторинг), причем меню встроенного модуля ввода-вывода данных содержит возможности для полнофункциональной настройки устройства; устройство содержит встроенные в контроллер устройства модуль часов реального времени, выполненный энергонезависимым от внешнего питания устройства, и модуль цифровой мобильной сотовой связи для беспроводного обмена данными с персональным компьютером, сервером или смартфоном, что обеспечивает тот же функционал настройки устройства и мониторинга, что и встроенный в контроллер модуль ввода-вывода. Устройство может содержать энергонезависимый от внешнего питания устройства модуль часов реального времени. Устройство может содержать специализированный драйвер для работы по протоколу Modbus для подключения к персональному компьютеру и обмена данными и обеспечения того же функционала настройки устройства и мониторинга, что и встроенный в контроллер модуль ввода-вывода, а также для подключения к промышленным контроллерам, модулям и датчикам, работающим по протоколу Modbus. Устройство может содержать устройство записи на внешний флеш-накопитель данных мониторинга. Устройство может содержать внутренний источник питания, способный после отключения внешнего питания обеспечить передачу на персональный компьютер, сервер или смартфон пользователя аварийного сигнала об отключении внешнего питания устройства по цифровой мобильной сотовой связи или по протоколу Modbus. Устройство может содержать в качестве выходов контроллера для управления ИУ релейные выходы. Контроллер устройства может содержать ключевые элементы, позволяющие использовать широтно-импульсную модуляцию для управления ИУ. Группа измерительных датчиков может содержать один или несколько датчиков из следующего списка: датчик температуры воздуха, температуры почвы, температуры жидкости, температуры листа растения, относительной влажности воздуха, относительной влажности почвы, освещенности, рН жидкости, рН грунта, скорости и направления ветра, давления газа, давления жидкости, уровня жидкости в резервуаре, расхода жидкости, расхода газа, концентрации углекислого газа СО.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является а) повышение эффективности регулирования микроклимата за счет увеличения количества регулировочных параметров, б) расширение универсальности устройства за счет отсутствия привязки к конкретным видам исполнительных механизмов и конфигурации датчиков, в) повышение удобства использования устройства за счет отсутствия необходимости использовать персональный компьютер, сервер или смартфон для настройки программы контроллера и отображения текущей информации о показаниях датчиков и служебной информации контроллера (мониторинга), г) возможность использовать все возможности устройства управления микроклиматом через меню встроенного модуля ввода-вывода данных, не требуя от пользователя написания программного обеспечения или его индивидуальной доработки с использованием языков программирования, за счет простоты и функциональности меню встроенного в контроллер программного обеспечения, д) снижение итоговой стоимости устройства при сохранении функционала за счет отсутствия необходимости в написании программного обеспечения устройства или его индивидуальной доработки с использованием языков программирования и интеграции компонентов устройства (за исключением выносных датчиков) в едином корпусе контроллера.
2
Устройство управления микроклиматом содержит контроллер с программным обеспечением и модулем ввода-вывода данных, а также группу измерительных датчиков. Устройство управляет подключенными к выходам контроллера исполнительными устройствами (ИУ) посредством выходов контроллера в соответствии с настройкой программы контроллера, учитывающей показания измерительных датчиков. Настройка программы контролера выполняется через встроенный в контроллер модуль ввода-вывода данных. Программное обеспечение контроллера спроектировано таким образом, что позволяет пользователю использовать все возможности настройки устройства через меню встроенного модуля ввода-вывода данных, не требуя от пользователя знания языков программирования. Встроенный модуль ввода-вывода контроллера содержит устройства ввода и вывода, где в качестве устройства ввода могут использоваться механические, графические или непрерывные устройства ввода, а в качестве устройства вывода используется дисплей, который может быть дополнен электронными индикаторами. В случае использования сенсорного дисплея модуль ввода-вывода контроллера может быть исполнен в виде единого модуля. Контроллер устройства содержит модуль часов реального времени, выполненный энергонезависимым от внешнего питания устройства. Контроллер устройства содержит модуль цифровой мобильной сотовой связи для беспроводного обмена данными с персональным компьютером, сервером или смартфоном, что обеспечивает тот же функционал настройки устройства и мониторинга, что и встроенный в контроллер модуль ввода-вывода. Устройство осуществляет управление ИУ через выходы контроллера. ИУ служат для непосредственного воздействия на параметры микроклимата и могут представлять собой, например, привод фрамуги, вентилятор, привод экрана, лампу, ТЭН, насос, клапан подачи воды, привод регулятора подачи углекислого газа и др. Группа измерительных датчиков содержит требуемое задачей управления количество датчиков, посредством которых в контроллер поступает информация о параметрах микроклимата и других физических величинах, связанных с управлением микроклиматом, например, датчик температуры воздуха, температуры почвы, температуры жидкости, температуры листа растения, относительной влажности воздуха, относительной влажности почвы, освещенности, рН жидкости, рН грунта, скорости и направления ветра, давления газа, давления жидкости, уровня жидкости в резервуаре, расхода жидкости, расхода газа, концентрации углекислого газа СО. Количественный и качественный состав группы измерительных датчиков определяется задачей управления. Устройство может содержать специализированный драйвер для работы по протоколу Modbus для подключения к персональному компьютеру и обмена данными и обеспечения того же функционала настройки устройства и мониторинга, что и встроенный в контроллер модуль ввода-вывода, а также для подключения к промышленным контроллерам, модулям и датчикам, работающим по протоколу Modbus. Устройство может содержать внутренний источник питания, способный после отключения внешнего питания обеспечить передачу на персональный компьютер, сервер или смартфон пользователя аварийного сигнала об отключении внешнего питания устройства по цифровой мобильной сотовой связи или по протоколу Modbus (в случае наличия в контроллере специализированного драйвера для работы по протоколу Modbus). Контроллер может содержать модуль записи на внешний флеш-накопитель данных, в частности, текущего времени, показаний датчиков, состояний выходов управления ИУ, прочей служебной информации контроллера. Контроллер может содержать в качестве выходов контроллера для управления ИУ релейные выходы. Контроллер может содержать ключевые элементы, позволяющие использовать широтно-импульсную модуляцию для управления ИУ.
Устройство управления микроклиматом работает следующим образом. Модуль часов реального времени, выполненный энергонезависимым от внешнего питания устройства, непрерывно отсчитывает время. После включения контроллера автоматически запускается программное обеспечение контроллера. В непрерывном режиме производится сбор показаний с подключенных к контроллеру датчиков. Количество и виды используемых датчиков устанавливает пользователь в процессе настройки устройства. В зависимости от пользовательских настроек программы контроллера, управление каждым из подключенных ИУ осуществляется устройством с учетом одного или нескольких факторов: показаний одного или более датчиков, текущего времени, пройденного с момента последнего включения или выключения ИУ времени, внесенных в программу характеристик управляемого ИУ. Управление ИУ осуществляется путем переключения режимов работы выходов контроллера: включение/выключение для релейного выхода или скважность для широтно-импульсной модуляции (при наличии). Уникальные настройки могут быть заданы пользователем для каждого подключенного ИУ, которые непосредственно оказывают воздействие на параметры микроклимата. К примеру, комбинацией настроек для ИУ, электромеханического привода форточки (характеристика ИУ), может быть разрешено открытие форточки при температуре наружного воздуха (показания датчика температуры наружного воздуха) выше 28°С в промежуток времени с 06.00 до 20.00 (данные модуля часов реального времени) при условии скорости ветра (датчик скорости и направления ветра) менее 8 м/с, если с момента последнего закрытия форточки прошло не менее 10 минут (пройденное с момента последнего выключения ИУ время). Встроенный в контроллер устройства модуль цифровой мобильной сотовой связи с заданным интервалом осуществляет беспроводной обмен данными с персональным компьютером, сервером или смартфоном. Пользователь может использовать CMC для обмена теми же данными с устройством в случае отсутствия интернет соединения путем отправки СМС-команд и получения CMC с данными в ответ. Устройство при наличии специализированного драйвера по протоколу Modbus обменивается данными с персональным компьютером. После выставления соответствующих настроек устройство может обмениваться и использовать в своей работе данные с подключенных к ней промышленных контроллеров, модулей и датчиков, работающим по протоколу Modbus. Пользователь в любой момент может через встроенный модуль ввода-вывода контроллера или подключенные к устройству удаленно по каналам цифровой мобильной сотовой связи или по протоколу Modbus персональный компьютер, сервер или смартфон осуществлять настройку устройства, ручное управление выходами ИУ, а также мониторинг текущих показаний датчиков, состояний выходов контроллера и служебной информации устройства. Контроллер при наличии соответствующего встроенного устройства с заданным интервалом записывает на внешний флеш-накопитель данные текущих показаний датчиков, состояний выходов контроллера и служебной информации устройства. Если соответствующие настройки установлены, контроллер автоматически передает по цифровой мобильной сотовой связи или по протоколу Modbus (в случае наличия специализированного драйвера) аварийное оповещение об отключении внешнего питания или выходе показаний датчика за критические значения.