Капельный полив в промышленных теплицах

Одно из перспективных направлений совершенствования технологии полива в промышленных теплицах заключается в применении капельного орошения, имеющего ряд преимуществ перед традиционными способами полива (шланговый полив, дождевание).
Принцип капельного орошения заключается в подаче требуемого количества влаги и питательных веществ непосредственно к корневой зоне растений, что позволяет обеспечить оптимальный водно-воздушный и питательный режимы тепличного грунта (или субстрата), повышает урожайность, сокращает расход воды и удобрений, снижает заболеваемость растений и возможность распространения болезней.
Капельное орошение является основным способом полива при выращивании растений методом малообъемной гидропоники.
Малообъемная технология выращивания овощей в теплицах предусматривает создание оптимальных водно-воздушных, питательных и температурных параметров в корнеобитаемой зоне растений, которая в отличие от традиционной почвенной технологии сокращена до 2-15 л субстрата на одно растение.
Объем субстрата для жизнедеятельности корневой системы весьма ограничен и представляет собой химически нейтральную среду, поэтому подача воды, питательных элементов и тепла для поддержания заданных условий должны осуществляться своевременно и в требуемых количествах.

В состав оборудования для создания оптимальных условий в корневой зоне растений входят:
- пленочные (полиэтиленовые, асбоцементные) желоба или контейнеры, в которых находится субстрат (торфоплиты, плиты из минеральной ваты, перлит и др.) Субстрат закрывают белой непрозрачной пленкой, в прорези пленки устанавливают кубики с рассадой;
- растворный узел для приготовления и подачи питательного раствора, состоящий из емкостей с маточными растворами и кислотой, насосов и арматуры для их дозирования, смесительной емкости (миксера), насоса для перемешивания рабочего раствора и подачи его в теплицу, фильтров, датчиков температуры, кислотности, электропроводности, расходомера и автоматизированного контроллера с пультом управления процессом полива;
- магистральный трубопровод и капельная сеть, по которым в теплице распределяется питательный раствор по заданной программе;
- система поддержания температурно-влажностного режима, в частности трубы отопления субстрата.

Применение новой технологии в тепличном овощеводстве позволяет:
- получать боле высокие урожаи и уменьшать себестоимость продукции (до 40%);
- снижать потребность в субстратах на торфяной основе, а в ряде случаев исключать их полностью (при использовании минваты, перлита и др.);
- исключать все технологические операции, связанные с обработкой почвы: пахоту, пропаривание, внесение удобрений, поднятие и опускание регистров обогрева и др.;
- улучшать фитосанитарные условия в теплицах, снижать заболеваемость растений;
- полностью автоматизировать процессы приготовления и подачи минерального питания.

Растворные узлы для капельного полива

Назначение.
Растворный узел предназначен для автоматизированного приготовления питательного раствора, планирования и проведения капельного орошения в тепличном производстве.
Данное устройство позволяет организовать индивидуальную подачу питательного раствора для отдельных фрагментов теплицы по времени полива или по расходу раствора. С помощью набора программ можно оптимально планировать полив в течение суток, в том числе и в зависимости от интенсивности солнечной радиации.
Управляемая компьютером система дозации жидких минеральных удобрений обеспечивает приготовление подкормочных растворов с точно выдержанной концентрацией питательных веществ. Параметры питательного раствора поддерживаются на заданном уровне с помощью постоянного измерения электропроводимости (ЕС) и рН раствора и регулирования подачи маточных растворов и поливочной воды. Кроме того, проводится постоянный контроль расхода маточных растворов.
Управление дозацией удобрений полностью автоматизировано и допускает автоматическую смену рецептуры питательного раствора при каждом поливе в течение суток.
Компьютер ежедневно вычисляет: общее время полива и расход рабочего раствора за день, время полива и расход раствора через каждый клапан. Кроме того, производится ежедневное усреднение параметров (ЕС, рН и температуры) поливочного раствора прошедшего через каждый клапан. Эти данные хранятся на протяжении полугода, и доступны для просмотра. Компьютеры фирмы «Фито» могут объединяться в сеть (до 32-х) и подключаться к персональному компьютеру (ПК). При этом с ПК можно задавать программу полива и детально контролировать процесс полива, а также печатать отчеты, архивы и так далее.

Принцип работы.
Насос полива не только подает воду в капельную сеть, но и обеспечивает необходимое давление для работы эжекторов. Эжектор состоит из сопла и камеры смешения. Вода под давлением проходит сквозь узкое сопло. Сразу после сопла находится камера смешения, в которой, согласно закону Бернулли, создается разрежение. За счет того, что давление в камере смешения ниже атмосферного, маточный раствор поступает в камеру и смешивается с протекающей сквозь эжектор водой.
Маточные растворы могут приготавливаться из любых удобрений в узлах предварительного приготовления маточных растворов, которые также разработаны и поставляются ООО НПФ "Фито".
Необходимое количество маточного раствора дозируется электромагнитными клапанами. Дозирующие электромагнитные клапаны управляются микрокомпьютером. Микрокомпьютер постоянно сравнивает заданную концентрацию с показаниями датчиков и открывает дозирующие клапаны на необходимые промежутки времени.
Питательный раствор для полива приготавливается путем смешения в заданных пропорциях воды и маточных растворов.
Если в компьютере установлены задания электропроводности (ЕС) и рН рабочего раствора, то дозирующая система автоматически начинает работать при включении насоса полива. Часть рабочего раствора, подаваемого насосом в оросительную сеть, под давлением поступает в эжекционные насосы. Расход жидкости через насос в зависимости от исполнения от 300 до 800 л/час. В смесительной камере каждого эжекционного насоса за счет кинетической энергии протекающей воды происходит забор концентрированного маточного раствора из соответствующих емкостей, для которых открыт кран, и вода с растворенными в ней удобрениями поступает в смесительный бак. Количество подаваемых маточных растворов и, как следствие, концентрация получающегося питательного раствора зависит от длительности открытия кранов.
Концентрация раствора оценивается двумя датчиками электропроводности (ЕС), установленными непосредственно у выходного отверстия смесительного бака. Проходя через насос и фильтр, готовый питательный раствор поступает в магистральный трубопровод и далее в оросительную сеть. С помощью датчиков, установленных в отводе от трубопровода готового раствора, производится измерение рН и при необходимости дополнительное контрольное измерение проводимости (ЕСк) питательного раствора.
В процессе работы, компьютер сравнивает измеренную электропроводность раствора с заданной. Если задание не установлено (равно нулю), то подача маточных растворов не производится. Если задание электропроводности (ЕС) выходного раствора установлено (т.е. не равно нулю), то компьютер вычисляет разность между измеренным и заданным значением проводимости. Если концентрация раствора меньше заданной, то компьютер открывает краны подачи маточных растворов. Если рассогласование измеренного и заданного значений ЕС велико, то краны открыты постоянно. При небольшом рассогласовании краны открываются импульсно на короткие промежутки времени, зависящие от степени рассогласования. Если измеренная концентрация питательного раствора превышает задание, то компьютер открывает клапан, через который в смесительный бак подается вода. В результате в смесительном баке поддерживается раствор с параметрами (электропроводность и рН) равными запрограммированному заданию.
Использование обратной связи в контуре регулирования электропроводимости поливочного раствора обеспечивает точное поддержание заданной рецептуры питательного раствора.
При желании можно установить для любого параметра питательного раствора (ЕС, ЕСк, рН, Т) индивидуальные диапазоны допустимого отклонения измеренных значений от задания. Если значение параметра раствора выходит за установленные допуски, это отображается на индикаторе компьютера. Если для данного параметра установлено контрольное время аварии, то при условии нахождения параметра раствора вне заданного допуска в течение этого времени, полив останавливается. Аналогично во время полива контролируется расход питательного раствора с возможностью остановки полива при заниженном или завышенном потреблении раствора. Для каждого контролируемого параметра также можно установить время, через которое полив может автоматически возобновиться после аварийной остановки.
В то время, когда работает система дозирования, компьютер производит вычисление средних значений параметров питательного раствора. В любое время на индикаторе компьютера можно узнать средние значения ЕС, ЕСк, рН и температуры раствора, прошедшего через каждый клапан в текущие сутки, и за прошедшие дни.
Рецептуру питательного раствора можно по программе автоматически изменять в течение суток. Для этого при программировании времени включения полива одновременно устанавливается требуемое значение электропроводности и рН раствора. Компьютер при включении полива проверяет заданную программу, автоматически устанавливает и поддерживает новую заданную рецептуру питательного раствора.
Растворные узлы просты в эксплуатации и имеют высокую надежность. Блок управления и силовой блок размещаются в герметичных корпусах (степень защиты IP65). Все элементы растворных узлов выполнены из материалов, не подверженных коррозии (нержавеющая сталь, ПВХ).

Контроль и управление.
Управляемая микрокомпьютером система дозации удобрений, обеспечивает приготовление питательных растворов из удобрений любого качества с точно выдержанной концентрацией питательных веществ с помощью постоянного измерения и управления электропроводностью и рН раствора.
Система дозации удобрений автоматически включается при проведении полива и поддерживает заданную электропроводность и кислотность питательного раствора. Качественное и непрерывное смешение воды с маточными растворами и кислотой происходит в регулируемых эжекционных смесителях. Компьютер постоянно контролирует параметры питательного раствора и поддерживает их на заданном уровне. Полив останавливается при аварийных ситуациях и может автоматически возобновляться через заданное время.
Управление поливом производится по программе, задаваемой с пульта микрокомпьютера. В программе указывается время включения, длительность полива и расход раствора для отдельных частей теплицы, рецептура питательного раствора для них. Суточное задание дает возможность гибко программировать количество воды и минеральных удобрений, выходящих из растворного узла, позволяя оптимально организовать сбалансированное питание растений в течение дня. Программирование заданий полива имеет дружественный интерфейс на русском языке, не требует специальных знаний и осваивается в течение нескольких часов.
Компьютер управляет работой растворного узла и производит распределение питательного раствора по устанавливаемому с пульта компьютера заданию. Задание полива можно корректировать в любое время, в том числе и при включенном орошении.
Планирование подачи питательного раствора к растениям производится путем задания набора параметров, далее называемых ПРОГРАММОЙ. В простейшем случае достаточно задать параметры одной ПРОГРАММЫ, которая может циклически, через заданное время, повторяться до 99 раз в день. В случаях, когда в течение дня требуется изменять концентрацию раствора или изменять количество подаваемого раствора, или по-разному поливать отдельные части теплицы, нужно использовать несколько ПРОГРАММ. Компьютер может провести за сутки до 50 ПРОГРАММ.
Каждая ПРОГРАММА содержит следующие параметры:
1) время включения - указывается время суток, когда будет включена данная ПРОГРАММА. Если указано нулевое время (00:00), то включение не производится.
2) электропроводность (ЕС) и рН питательного раствора. Указываются параметры раствора, которым следует производить данную ПРОГРАММУ. Если заданное значение параметра равно 0, то маточный раствор в данной ПРОГРАММЕ не подается.
3) пропорции подачи маточных растворов раствора. Этим значением выбираются баки с маточными растворами, из которых будет готовиться рабочий раствор в данной ПРОГРАММЕ.
4) накопленная доза солнечной радиации, при которой включается ПРОГРАММА. Если установлено значение равное 0, то количество солнечной радиации не учитывается и полив включается по времени. Если значение установлено, то полив будет включаться, когда накапливается заданное количество солнечной радиации.
5) время работы для каждого клапана от 0 до 99 мин и расход раствора через клапан за один цикл полива. Если задано время 0, то этот клапан в данной ПРОГРАММЕ не включается.
6) количество повторов ПРОГРАММЫ за сутки. Каждую ПРОГРАММУ с установленного времени можно повторить до 99 раз в день. Если задано нулевое значение, то полив не включается.
7) период повтора ПРОГРАММЫ. Если количество повторов более 1, то после первого включения ПРОГРАММЫ, через заданный период времени, полив снова включится и т.д., до заданного количества повторов.
8) дата начала и окончания действия ПРОГРАММЫ. Поливы будут производиться только в те дни года, дата которых больше или равна установленной дате начала и меньше или равна установленной дате окончания.

Для каждого клапана можно установить и время его работы от 0 до 99 минут, и объем раствора от 0,00 до 99,99 м3. Клапан выключается либо по истечении заданного времени, либо после прохождения заданного объема раствора во фрагмент поливочной сети, подключенной к клапану. Если установлена нулевая длительность работы клапана, то он не включается и производится переход к включению следующего. Если установлено нулевое задание для расхода раствора через данный клапан, то клапан включается, но контролируется только время работы клапана.
Компьютер накапливает и запоминает как общее время полива и расход раствора за день, так и время работы каждого клапана и объем прошедшего через него раствора с начала суток. При изменении текущей даты накопленные данные запоминаются и доступны для просмотра на индикаторе. После смены даты начинается новый цикл накопления в текущие сутки.
Время полива и параметры питательного раствора через каждый клапан сохраняются в архиве компьютера в течение 120 дней, что позволяет технологам анализировать питание растений за весь оборот.
Микрокомпьютеры могут подключаться к персональному компьютеру. Для персонального компьютера разработана программа контроля системы капельного полива.