Стратегия автоматического управления микроклиматом теплиц

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 стратегию поддержания микроклимата. Например, одним из наиболее популярных критериев управления является экономия теплоресурсов. В данном случае целесообразнее активно использовать нижние контура обогрева, т.к. они меньше всего отдают тепла внешней среде. Другой подход к выбору критерия предполагает поддержание температуры у точки роста выше, чем у корней растения и тем самым подразумевает активное использование верхних контуров обогрева. Еще один критерий управления основывается на том, что нижний контур должен поддерживать в корневой зоне постоянную температуру, так называемый оптимум, и лишь при исчерпанных ресурсах других исполнительных систем отклоняться от него.

Опыт внедрения автоматизированных систем управления 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. Таким образом, современная система управления должна позволять задать не только один из вышеперечисленных критериев управления или их комбинацию, но и любой другой возникающий в процессе производства, предоставляя агроному-технологу широкие возможности в выборе метода поддержания температурно-влажностного режима в теплице.

Активная работа с партнерами позволила нам накопить большой материал по методологиям выбора критерия управления. На основе этого материала разработчики системы провели модернизацию программного обеспечения, позволяющую в удобной таблично-графической форме задать практически любую стратегию поддержания микроклимата. На основе этой таблицы компьютером принимается решение о распределении управляющих воздействий среди исполнительных систем.

Особенностью данной стратегии является дополнительное управление влажностью с помощью контуров отопления. Оно осуществляется не только за счет изменения положения форточной вентиляции, но и за счет разницы между нижним и верхним контурами водяного обогрева: верхний контур, держа температуру выше, создает тепловой экран, не давая выходу влажности через крышу, а первый наоборот, повышая свою температуру, иссушает воздух.


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 пол, 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.

Одной из основных характеристик системы управления является ее надежность. Поэтому в качестве аппаратно-технической базы системы был выбран специально разработанный контроллер, который содержит современные средства защиты от сбоев: копию основных параметров работы системы в энергонезависимой памяти, средство защиты от зависаний и т.д. Помимо контроллера автоматизированная система управления микроклиматом включает в себя набор датчиков для измерения параметров внутри теплицы, а также для измерения внешних метеоусловий. Для передачи управляющих воздействий на исполнительные механизмы система включает в себя блок релейной коммутации с возможностью ручного управления.

Разработанное программное обеспечение, основываясь на показаниях измерительных датчиков внутри теплицы, а также на метеоданных генерирует управляющие воздействия, а затем, используя «Стратегию управления», перераспределяет их на исполнительные системы.

Важным элементом системы управления является диагностика неисправностей и возможностей системы управления. Иногда в процессе эксплуатации случаются непредвиденные ситуации, связанные с нестабильностью температуры подаваемой воды, повышенным износом и люфтом исполнительного механизма или связанные с другого рода ограничениями, накладываемыми на исполнительные системы. Заложенные в систему методы диагностики позволяют выявлять нестандартные ситуации и своевременно перестраивать алгоритмы управления, поддерживая при этом параметры микроклимата с минимально возможным отклонением. При невозможности разрешения ситуации без участия человека, система выдает соответствующее аварийное сообщение.

Для удобной эксплуатации системы все данные системы управления микроклиматом в реальном времени передаются на удаленный персональный компьютер.
Программное обеспечение для персонального компьютера разработано с использованием современных технологий, имеет интуитивно-понятный графический интерфейс и обладает следующими функциональными возможностями:

• возможность индивидуального и совместного просмотра текущих и архивных данных с 16 теплиц (Рис.2)
• отображение контрольных и аварийных сообщений дающих информацию о состоянии системы управления
• просмотр данных на схеме «Разрез теплицы» в реальном времени (Рис.3)
• архивирование данных о теплице (современный ПК позволяет хранить данные за несколько лет)
• просмотр как текущих, так и архивных данных в виде графиков с функцией неограниченного масштабирования
• передача данных по локальным и глобальным сетям в единый информационный центр
• передача выборочных данных на мобильные телефоны инженеров или агрономов в виде SMS-сообщений

Мы выражаем глубокую благодарность нашим партнерам:
ГУП «Майский» г. Казань, ГУП РМ «Тепличное» г. Саранск, ОАО «Агрокомбинат «Горьковский» г. Нижний Новгород за ценные замечания по усовершенствованию алгоритмов и за терпение при перепрограммировании установленных автоматизированных систем управления микроклиматом. Благодарим наших партнеров, которые выбрали наше оборудование: ГУП «Тепличное» г. Тамбов, ВОСХП «Заря» г. Волгоград, ОАО «Косино» Московская обл, ГУП «Волга» г. Балаково, Агрофирма «Бедренский сад» Московская обл, ООО «Цветочная компания» г. Томск, «Днипровский» Украина. г. Днепродзержинск, Агрофирма «Белая дача» Московская обл.