Системы управления питанием растений и поддержания микроклимата в теплицах

Уважаемые дамы и господа, научно-производственная фирма "ФИТО" в течение 14 лет занимается производством систем для интегрированного контроля и управления технологическими процессами в тепличном производстве. За это время оборудование было установлено и успешно эксплуатируется во многих тепличных комбинатах на территории России и стран ближнего зарубежья. Процесс производства постоянно сопровождается процессом модернизации оборудования, и улучшения принципов и алгоритмов, заложенных в системы. На сегодняшний день наши системы используют последние достижения в компьютерной области: локальные сети, сеть Интернет, технологии передачи данных сотовых телефонов, технологии баз данных и т. д. Накопленный опыт производства и внедрения нашего оборудования позволил разработать трехуровневую модель управления технологическими процессами в теплицах.

1) Первый уровень - это основа системы, представляет собой совокупность автономных микроконтроллеров, которые реализуют в автоматическом режиме технологическую программу полива или микроклимата в теплице, путем управления доступными исполнительными механизмами. Сбор сведений о состоянии управляемого процесса осуществляется с помощью специальных датчиков, на основе которых и рассчитываются управляющие воздействия. Основной функциональной особенностью данного уровня является надежность, для этого каждый контроллер оборудован специальными схемами, повышающими помехоустойчивость. Также на этом уровне выполняется диагностические функции контроля возможностей и работоспособности оборудования. Данные с каждого контроллера по единому каналу связи ежеминутно передаются на второй уровень.

2) Второй уровень управления состоит из диспетчерского компьютера, который объединяет группу контроллеров. Для него разработан специальный программный комплекс, который позволяет в удобной графической форме отображать всю информацию с контроллера о состоянии объекта, задавать суточную программу работы, изменять параметры регулирования и т.д. Все данные о состоянии системы управления архивируются и сохраняются для последующего анализа.

Одна из основных задач программы состоит в том, чтобы анализировать данные, полученные от группы контроллеров и обращать внимание пользователя на отклонения от заданного режима, а также указывать причину отклонения и возможные методы ее устранения. На сегодняшний день разработано большое количество средств оповещения о нарушении режима управления. К ним относятся локальные средства оповещения, такие как голосовая и графическая информация на экране диспетчерского компьютера, а также удаленные средства оповещения, такие как посылка SMS-сообщений с кратким описанием проблемы на сотовые телефоны персонала, обслуживающего систему. Если же в процессе эксплуатации возникают проблемы, которые не удается решить на объекте, то существует возможность решения этой проблемы через эксперта на третьем уровне.

3) Программный комплекс, работающий на втором уровне, позволяет с помощью локальных вычислительных сетей в отдельной организации и глобальной сети ИНТЕРНЕТ, передавать и получать данные с удаленных компьютеров. Программа разработана таким образом, что все сведения о работе системы за каждые сутки сохраняются в специальном файле на компьютере. В случае возникновения проблем на втором уровне, эксперт, находящийся на удаленном расстоянии, может полностью восстановить нештатную ситуацию и сформулировать ответ о причинах возникшей проблемы и дать рекомендации по ее устранению.

Данная трехуровневая модель успешно применяется на многих тепличных комбинатах. Преимуществами такой модели является высокая надежность и быстрая оперативность в адаптации управления к инженерным особенностям теплиц.

Рассмотрим теперь виды систем управления технологическими процессами, выпускаемые нашей фирмой:



Управление поливом
=====================

Автоматизированная система полива и дозации удобрений позволяет с высокой точностью контролировать и управлять основными параметрами питательного раствора (EC, pH). Широкий модельный ряд позволяет выбрать, тот растворный узел, который подходит Вам по количеству смешиваемых растворов и по производительности. Последние модели растворных узлов имеют по 2 датчика электронной проводимости и 2 датчика pH, что увеличивает надежность системы и позволяет оперативно выявлять неисправности.
Одной из отличительных особенностей наших растворных узлов является наличие системы кислородного обогащения питательного раствора, благодаря которой улучшается усвояемость питательных элементов растением. Заложенные в систему алгоритмы предоставляют возможности гибкого планирования интенсивности и качества полива в течение суток. Суточное задание поливов программируется с помощью специальной таблицы.
В процессе программирования агроном в графической форме видит прогноз поливов, помогающий ему правильно спланировать суточное задание. По рекомендациям и пожеланиям наших партнеров в последних версиях растворных узлов был добавлен новый тип задания поливов, предоставляя агроному возможность выбора того вида задания, который ему удобнее. Солнечный свет, как основной фактор роста растений должен определять и режим поливов.
Для этого в растворном узле заложено несколько видов корректировки поливов по солнечной радиации:

- Увеличение количества поливов

- Увеличение времени полива

- Уменьшение концентрации питательного раствора

- Увеличение объема питательного раствора

Состояние системы управления поливом в реальном времени отображается на анимированной мнемосхеме.



Управление микроклиматом теплицы
======================================

С каждым годом в тепличных предприятиях все большее внимание уделяется качественному поддержанию микроклимата. Правильно выбранная технология поддержания микроклимата - одна из важнейших составляющих, позволяющих повысить урожайность. А эффективное использование энергоресурсов - дополнительная возможность существенно уменьшить себестоимость производимой продукции. Современная автоматизированная система управления микроклиматом должна поддерживать не только заданный режим, но и максимально эффективно использовать возможности исполнительных систем.

В настоящее время ведется активная модернизация теплиц, связанная с повышением количества исполнительных систем: разделение контуров, модернизация форточной вентиляции, установка систем зашторивания, установка вентиляторов. И чем больше исполнительных систем имеет теплица, тем важнее для нее выбор критерия, определяющего технологию поддержания микроклимата. Например, одним из основных критериев управления является экономия теплоресурсов. В данном случае целесообразнее активно использовать нижние контура обогрева, т.к. они меньше всего отдают тепла внешней среде. Но зачастую та или иная технология выращивания растений подразумевает, что в ущерб энергосбережению, необходимо поддерживать нижними контурами в корневой зоне постоянную температуру, так называемый оптимум, и лишь при исчерпанных ресурсах других исполнительных систем отклоняться от него.

Опыт внедрения автоматизированных систем управления микроклиматом теплиц и тесная работа с нашими партнерами показывает, что на этапе проектирования системы достаточно сложно выбрать единый критерий управления. Поэтому мы решили, что в системе управления должна существовать возможность оперативно задать критерий во время эксплуатации, причем методы его задания должны в наглядной форме отражать агрономические, экономические и теплотехнические требования, предъявляемые к системе. Для этого разработчиками системы был разработан специальный программный модуль, реализующий все вышеперечисленные функции и получивший название стратегия управления. Наряду с разделением контуров отопления особенностью многих современных теплиц является разделение их на 2 зоны. Это делается с одной стороны для более равномерного распределения теплового поля, а с другой стороны для возможности поддержания разного режима микроклимата при выращивании различных культур. Такие разделенные теплицы, как правило, содержат ряд раздельных исполнительных систем, которые оказывают влияние на соответствующую зону, а также ряд общих систем отопления и вентиляции, оказывающих влияние на общий микроклимат теплицы. Исходя из этого, в стратегии управления микроклиматом задается конфигурация технологического оборудования. По этой конфигурации компьютер управляет 2 климатическими зонами с учетом возможностей и эффективности общих исполнительных систем.

Суточный режим микроклимата для системы управления задается в виде таблицы. Одна из особенностей программирования микроклимата - это возможность задания требуемого дефицита водяного пара воздуха, что открывает дополнительные возможности перед агрономом-технологом в планировании температурно-влажностного режим. Все задаваемые параметры могут автоматически корректироваться по солнечной радиации.



Расчет растворов для питания растений
======================================
Расчет питательного раствора - это важный и трудоемкий процесс, определяющий полноценное развитие растений. Существующее многообразие простых и комплексных удобрений ставит перед агрономом сложную расчетную задачу, процесс решения которой занимает немало времени. Зачастую оказывается очень непросто получить заданные уровни элементов, и агроному приходится повторять проделанную работу раз за разом в попытках найти оптимальный вариант. И чем больше выбор удобрений, тем сложнее подобрать точное, качественное и экономически привлекательное решение.

Нашей фирмой разработана программа, получившая название "ФИТО Агроном", которая может внести упорядоченность и ясность в работу, связанную с расчетом питательного раствора, а также обеспечить:

-высокую скорость и точность расчета;

-универсальность и удобство в работе.

Основная функциональность заключается в проведении расчетов различной сложности с использованием любого набора удобрений. Проверки и прозрачность всего хода решения, а также индивидуально настраиваемые параметры позволяют мгновенно получать состав питательного раствора и быть уверенным в его правильности.

Среди специфических особенностей программы можно выделить удобный пользовательский интерфейс и наглядное отображение данных в таблицах и диаграммах. Ввод данных (по уровням, анализам воды) осуществляется пользователем в тех единицах измерений, которые кажутся ему более предпочтительными. В это же время происходит автоматический подсчет и сравнение сумм анионов и катионов, равенство которых в значительной степени определяет качество питательного раствора.

Огромным преимуществом компьютерного проведения расчета является строгий алгоритмический поиск всех точных и нескольких приближенных решений, что позволяет поэлементно оценивать уровни и легко получать требуемые варианты раствора, просматривать подробные выкладки о ходе расчета.

Распределение удобрений по бакам производится с учетом состава удобрений автоматически и с заданной точностью (до граммов или миллилитров). Объем баков, пропорция разбавления, необходимое количество ОЭДФ и кислоты в конкретном баке являются параметрами, доступными для изменения в любой момент.

Важная черта программы - это возможность вывода на печать, сохранения и загрузки уровней, анализов воды и результатов расчета. Ведь удобство использования - фактор, во многом определяющий отношение пользователей к любому продукту.