Пример использования современных средств автоматизации в теплице


СОДЕРЖАНИЕ:

Что такое умная теплица и как сделать автоматическое управление своими руками

Занимаясь выращиванием сельскохозяйственных культур в больших объемах, хочется в той или иной степени облегчить работу, сократить сроки ее проведения и минимизировать прикладываемые при этом усилия. Посильную помощь в этом может оказать умная теплица, обустроить которую вполне можно своими руками и без чрезмерных затрат. Эта статья поведает о том, что скрывается за этим понятием, как реализовать на практике теоретические задумки и на что при этом обратить особо пристальное внимание.

Возможности и классификация теплиц с умным управлением

Автоматизированная теплица подразумевает выполнение ряда операций без участия человека, а именно:

  • поддержка требуемых температурных параметров внутри;
  • автополив растений посредством капельного орошения;
  • мульчирование (восстановление) почвенного слоя.

Систему реагирует блок управления, который программируется владельцем, в зависимости от климатической зоны и требований выращиваемых культур. Блок может быть подключен к персональному компьютеру или планшету, что позволяет менять параметры удаленно, находясь вне дома.

Радует тот факт, что система вполне может быть обустроена своими руками – никаких особых проблем в этом нет, да и использование специализированного инструментария и комплектующих не требуется. С точки зрения ценового аспекта также не возникает никаких вопросов – стоимость оборудования по карману каждому дачнику, а некоторые из компонентов так и вовсе можно изготовить самостоятельно.

Умные теплицы можно классифицировать следующим образом:

  • автономные – все системы работают исключительно на тепловой или солнечной энергии;
  • энергозависимые – питание элементов осуществляется от подведенной электросети.

Каждый тип обладает своими достоинствами и преимуществам о важности, которых споры между дачниками не утихают и по сей день. Впрочем, имеют место и недостатки. Так, например, умная теплица Курдюмова, функционирующая от электросети, вызывает существенный расход электроэнергии, при отключении которой для растений могут наступить наиболее неблагоприятные последствия.

Автоматика автономных теплиц не отличается оперативностью реагирования – при резких температурных колебаниях форточки неспособны быстро закрыться, что может нанести выращиваемым культурам определенный вред.

Этапы внедрения автоматики

Понятно, что создание умной теплицы своими руками возможно лишь при наличии самого сооружения. Сделать его достаточно просто и без чрезмерных финансовых вложений. Те, кто желает сэкономить свое время вполне могут приобрести уже готовое изделие. Для его превращения в «умное» потребуется проделать следующие действия:

  1. Установить систему автоматической вентиляции.
  2. Организовать автополив.
  3. Мульчировать почву.
  4. Усовершенствовать функциональность всех систем.

Система автопроветривания и ее особенности

Для автоматической вентиляции помещения используют специальные гидравлические приспособления – покупные или изготовленные самостоятельно. Если с фабричным вариантом все предельно ясно, то самодельное оборудование заслуживает более пристального внимания. Оно состоит из двух емкостей, соединенных посредством шланга и заполненных жидкостью, но не полностью.

Располагают емкости внутри умной теплицы и за ее пределами. При достижении внутри сооружения критичного температурного показателя происходит расширение жидкости с ее последующим перетеканием во внешний сосуд. Под действием увеличившейся массы срабатывает «принцип рычага», и форточка открывается. При остывании температуры внутри происходит обратный процесс.

Проветривание имеет основную цель – оптимизировать температурный режим в теплице.

Форточки следует обустраивать на максимально возможной высоте – таким образом будет достигнута практически идеальная циркуляция воздуха. Их установка возле земли недопустима – это приведет лишь к появлению сквозняков, не более того.

Организация капельного орошения

Капельный полив растений обеспечивает поставку воды непосредственно к корневищу – малыми партиями и индивидуально к каждому кусту, что достигается посредством установки разветвленной системы из резиновых или пластиковых трубок с капельницами. При таком подходе верхний слой почвы всегда будет влажным, а корень получит воду в том количестве, которое ему необходимо.

По поводу холодной воды переживать не стоит – ее медленная подача обеспечивает требуемый прогрев. Для полива достаточно лишь открыть кран – умная система избавляет от утомительных «забегов» с лейкой или шлангом в руках.

Основу системы автополива составляет гидроавтомат, аналогичный тому, который задействуется для автоматического открытия форточек. Все что нужно – закрепить на штоке цилиндра простой крюк, с помощью которого и будет открываться кран. Вода поступает из бака, ее подача осуществляется самотеком – все просто, но эффективно.

Мульчирование почвенной среды

Специалисты рекомендуют покрывать тепличную почву рыхлой органикой (мульчей), оптимизирующей влажность и избавляющей растения от сорняков. В весенний и осенний период такая мульча закрывается темным полиэтиленом – он хорошо прогревается и эффективно снабжает воздух и почву накопленным теплом. Влага при испарении оседает на обратной стороне покрытия и повторно уходит в почву, избавляя ее от пересыхания.

Рекомендовано использовать для укрытия особый нетканый агроматериал, плотность которого варьируется в пределах 40–60 г/м2. Для теплиц это оптимальное решение. В летний период пленка убирается, а почва покрывается опилками или соломой – они отлично отражают излишек поступающего тепла, равномерно распределяя его по всей теплице.

Недостаток удобрений компенсируют заселенные в почву калифорнийские черви – помимо прочего они еще и отлично восстанавливают верхние слои грунта.

Дополнительные усовершенствования и функциональность

Представленная теплица с умным управлением включает минимум автоматизированных процессов и является энергонезависимой. Можно ли еще более улучшить систему и увеличить ее функциональность? Можно, но лишь при подключении электроэнергии. Не лишним будет автоматический подогреватель, оснащенный встроенным тепловым регулятором. Вполне подойдет даже бытовой электронагревательный прибор на масляной основе.

Здесь важно провести правильные экономические расчеты, ведь затраты на электроэнергию сегодня достаточно внушительные. Бак с водой можно дополнить системой наполнения с электронасосом и поплавковым регулятором уровня – в этом случае можно будет раз и навсегда позабыть о ручном пополнении водного запаса.

Выбор места установки – основные аспекты

При выборе месторасположения теплицы следует учесть такие аспекты:

Сильные порывы ветра способны нанести вред теплице, особенно если используется ее облегченная вариация. Да и на температурный режим внутри конструкции ветер способен оказать существенное влияние, «выдув» все то тепло, которое есть. Для предупреждения этого стоит позаботиться о защите – живая изгородь являет собой отличное решение проблемы.

В южных регионах страны умная теплица должна быть установлена в направлении север-юг. Это создаст для растений оптимальные условия на протяжении всего дня. Для центральных и сибирских регионов актуальна западно-восточная направленность, обеспечивающая растениям максимум тепла и света.

Стоит заметить, что умная теплица при кажущейся сложности, имеет достаточно простую и понятную обычному обывателю конструкцию. Справиться с ее обустройством вполне по силам каждому, кто имеет начальные навыки строительства и «дружит» с инструментом. Впрочем, для этой цели вполне можно привлечь команду мастеров-профессионалов, способных выполнить весь спектр требуемых работ с максимальным качеством и в кратчайшие сроки.

Курсовая работа: Автоматизированная система управления климатом в тепличных хозяйствах

Министерство образования и науки Украины

Национальный технический университет Украины

«Киевский Политехнический Институт»

Кафедра автоматики и управления в технических системах

Курсовой проект

Автоматизированная система управления климатом в тепличных хозяйствах

По дисциплине «Проектирование компьютеризированных систем управления»

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 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 показывает, что на этапе проектирования системы достаточно сложно выбрать единый критерий управления. Поэтому в системе управления должна существовать возможность оперативно задать критерий во время эксплуатации, причем методы его задания должны в наглядной форме отражать агрономические, экономические и технические 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.

Одной из основных характеристик системы управления является ее надежность. Поэтому в качестве аппаратно-технической базы системы был выбран 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. Для передачи управляющих воздействий на исполнительные механизмы система включает в себя блок релейной коммутации с возможностью ручного управления.

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 должны 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.

1. Техническое задание

1.1 Общие сведения

Настоящее техническое задание разработано согласно ГОСТ 34.602-89 «Информационная технология. Техническое задание на создание автоматизированной системы».

Наименование системы

Автоматизированная система управления и контроля климата в тепличных хозяйствах. Условное обозначение – АСУ ККТХ.

Шифр работы

Организации — участники разработки

Заказчик – НТУУ «КПИ», ФИВТ, кафедра АУТС.

Разработчики АСУ ККТХ: ст. гр. ИА-63, Левичев А., Мельник М.

Основание для разработки

Основаниями для разработки АСУ ККТХ являются:

— Учебный план специальности «Системы управления и автоматики» (шифр 7.0914.01);

— Рабочая программа по курсу «ПКСУ»;

— Задание на курсовое проектирование, выданное руководителем.

Сроки начала и окончания разработки АСУ ККТХ

Начало работ — 01.09.09 г.

Окончание работ — 30.01.10 г.

В случае изменения технологической схемы объекта срок окончания работ подлежит корректировке.

Порядок контроля и приема

Оформленный курсовой проект подписывается исполнителем, проверяется и подписывается руководителем и представляется к защите в установленном порядке.

Изменения и дополнения

Настоящее ТЗ может быть уточнено в процессе разработки и проектирования АСУ ТП путем выпуска дополнений, утвержденных в установленном порядке.

1.2 Назначение АСУ ККТХ

Назначение АСУ ККТХ

АСУ ККТХ предназначена для выполнения комплекса информационных и управляющих функций, обеспечивающих:

— задание суточного цикла влажности и поддержание необходимого климатического режима (при изменении задания система обеспечивает плавный переход из одного состояния в другое);

— контроль расхода воды в канале распыления;

— сбор, обработку и хранение архивных данных;

— представление технологической информации в удобном для оперативного персонала виде;

— регистрация событий и ведение журнала тревог (например, при выходе значения влажности за пределы установленного диапазона);

— обеспечение возможности калибровки измерительных датчиков;

— повышение производительности теплицы за счёт жесткого автоматического поддержания требуемых параметров;

— обеспечение возможности постепенной модернизации и усложнения системы за счёт введения новых аппаратных и программных модулей.

Цели создания АСУ ККТХ

Целями создания АСУ ККТХ являются:

— Внедрение высокоэффективной, современной автоматизированной системы управления, которая обеспечивает поддержание необходимого климатического режима за счет использования оптимальных контуров ПИД-регулирования;

— Обеспечение плавности перехода из одного состояния в другое при отклонении климатических условий от нормы или при возникновении такой необходимости;

— Обеспечение достоверности и достаточности информации о технологическом процессе и состоянии технологического оборудования;

— Сокращение затрат на обслуживание и ремонт;

— Обеспечение высокой надежности и ремонтопригодности систем управления и защиты;

— Оперативная отчетность об экономических показателях работы водозаборного узла;

— Накопление информации о технологическом процессе и о работе технологического оборудования.

1.3 Общая характеристика объекта управления

Краткие сведения об объекте автоматизации

Проект управления и контроля климата в тепличных хозяйствах является типовым. В помещении площадью 80 на 60 метров с хорошей термоизоляцией выращиваются цветы, которые требуют некоторых постоянных климатических условий или плавное их изменение. Температура, влажность и уровень CO измеряются с помощью датчиков и с помощью контура ПИД-регулирования вычисляются и формируются корректирующие управляющие воздействия, которые реализуются с помощью отопительной системы, кондиционера, системы подачи газа CO. В помещении также находится пульт управления оператора и системы сбора информации. При отклонении значений климатических условий от нормы, автоматически принимаются управляющие воздействия. При изменении нормальных условий с помощью пульта оператора принимаются управляющие воздействия, которые возвращают систему в нормальный режим.

В состав водозаборного узла входят следующие основные технологические установки и системы:

— Система отопления помещения;

— Системы мониторинга климатических условий в помещении;

— Блоки питания для систем мониторинга и контроля;

— Датчики температуры, влажности, уровня СО;

— Пульт управления оператора;

Сведения об условиях эксплуатации объекта автоматизация и характеристиках окружающей среды

В отношении электробезопасности все блоки и отсеки блочного оборудования теплицы, согласно ПУЭ, относятся к взрывобезопасным помещениям с нормальной средой категории Д.

Операторная комната и помещение для микропроцессорных контроллеров также относятся к взрывобезопасным помещениям с нормальной средой категории Д.

1.4 Требования к системе

Требования к структуре системы

Автоматизированная система управления и контроля климата в тепличных хозяйствах должна быть распределенной и выполнена на базе микропроцессорной техники.

По иерархическому принципу АСУ ККТХ должна подразделяться на уровни:

измерительные преобразователи параметров почвы;

измерительные преобразователи параметров воздушной среды;

измерительные преобразователи параметров сети водоснабжения;

регулирующие и другие исполнительные механизмы;

операторская станция (рабочее место оператора);

Автоматизированный контроль и управление климатом теплицы должен осуществляться из центрального пульта управления без постоянного присутствия эксплуатационного персонала в зоне размещения технологического оборудования.

Связь между компонентами системы должна осуществляться по физическим и интерфейсным каналам.

АСУ ККТХ должна быть подключена к гарантированной системе электропитания с использованием агрегатов бесперебойного питания.

Каждая операторская станция должна включать:

ЭВМ стандартной конфигурации:

— ОЗУ 128 Мб, накопитель на гибких дисках, накопитель на жестком диске емкостью 10-20 Гб;

— один цветной монитор;

— манипулятор типа «мышь».

Технологическая клавиатура предназначена для оперативного управления процессом и должна иметь набор функциональных клавиш, программно привязанных к видеограммам дисплея и позволяющих однозначно выполнять команды управления технологическим процессом. Клавиатура должна быть удобной и простой в использовании.

Требования к функционированию системы

АСУ ККТХ должна:

— обеспечивать эффективную работу технологического оборудования без постоянного присутствия эксплуатационного персонала в зоне размещения оборудования с минимальным количеством ручных операций и безопасными условиями труда;

— обеспечивать высокую надежность автоматического регулирования и управления технологическим процессом за счёт применения современных технических средств и программного обеспечения;

— облегчать работу обслуживающему персоналу за счёт упрощения процедуры пуска оборудования, ведения технологического процесса, перехода с одной скважины на другую и т.д.;

обеспечивать взаимодействие с:

— системами сбора и обработки информации — по сети RS-485;

— исполнительными механизмами и агрегатами — по физическим каналам связи;

— системой автоматического управления исполнительными устройствами – по сети RS-485.

Операторская станция должна быть оборудована системой экстренного останова для возможности корректного останова агрегатов при отказе каналов связи с микропроцессорной техникой.

Требования к численности и квалификации персонала

АСУ ККТХ должна обслуживаться персоналом, прошедшим обучение на специальных курсах подготовки и имеющим удостоверения на право работы со средствами вычислительной техники или соответствующими специалистами.

Численность и режим работы обслуживающего персонала должны быть достаточными для технического обслуживания АСУ ККТХ и выполнения ремонта при круглосуточной работе оборудования.

Требования к Показателям назначения

АСУ ККТХ должна позволять производить корректировку алгоритмов управления в случае изменения структуры объекта. Для этого:

— Использовать программные методы централизованного контроля и управления;

— Предусмотреть резерв по входным и выходным сигналам на уровне – не менее 10%;

— Предусмотреть запас по объёму памяти ОЗУ на уровне – не менее 15%;

— Предусмотреть запас по нагрузке по выходным сигналам — на уровне 30%;

Предусмотреть свободные места для расширения системы — не менее 10%.

Требования к надежности

АСУ ККТХ должна быть многоканальной, многофункциональной системой длительного пользования и являться ремонтопригодным объектом с периодическим техническим обслуживанием. Требования к показателям надёжности системы устанавливаются в соответствии с ГОСТ 24.701-84.

Требования к безотказности АСУ ККТХ устанавливаются для отдельных функций.

Средняя наработка АСУ ККТХ на отказ типа «Пропуск аварии» при работе в нормальных условиях без учёта первичных преобразователей и исполнительных механизмов должна быть не менее 100000 часов.

Критерием отказа типа «Пропуск аварии» является событие, заключающееся в отсутствии команды управления аварийным остановом двигателей на выходе АСУ ККТХ при наличии любого из аварийных сигналов на её входах.

Средняя наработка АСУ ККТХ на отказ типа «Ложный аварийный останов» при работе в нормальных условиях без учёта первичных преобразователей и исполнительных механизмов должна быть не менее 40000 часов.

Критерием отказа типа «Ложный аварийный останов» является событие, заключающееся в наличии выдаваемой команды управления аварийным остановом двигателей при фактическом отсутствии аварийной ситуации на объекте.

Средняя наработка АСУ ККТХ на отказ типа «Невыполнение команд управления» при работе в нормальных условиях без учёта первичных преобразователей и исполнительных механизмов должна быть не менее 40000 часов.

Критерием отказа типа «Невыполнение команд управления» является событие, заключающееся в отсутствии необходимой команды управления в выбранном режиме работы двигателей АСУ ККТХ.

Средняя наработка АСУ ККТХ на отказ по любому из основных каналов контроля параметров температуры, давления, частоты вращения, расхода силы токов и пр. при работе в нормальных условиях без учета первичных преобразователей должна быть не менее 50000 часов.

Критерием отказа измерительного канала является невозможность получения достоверной информации о параметре.

Подтверждение показателей безотказности каналов регулирования и измерительных каналов проводится путем контрольных испытаний не реже одного раза в три года.

Контроль показателей долговечности измерительного канала и канала регулирования проводится путем обработки статистических данных, полученных в условиях эксплуатации параметрическим методом по ДСТУ 3004-85.

Среднее время восстановления работоспособного состояния АСУ ККТХ путём замены неисправного сменного блока, модуля или устройства из состава ЗИП должно быть не более 1 часа, включая время поиска неисправности.

Средний срок службы АСУ ККТХ должен быть не менее 10 лет.

Значения показателей надёжности АСУ ККТХ должны подтверждаться следующим образом:

— на этапе разработки — аналитическим способом с экспоненциальным законом распределения интенсивности отказов;

— в процессе эксплуатации — на основе наблюдения её работоспособности на объектах эксплуатации;

на этапе разработки — аналитическим способом по данным экспертной оценки времени восстановления;

в процессе эксплуатации — на основе наблюдения её ремонтопригодности на объектах эксплуатации.

Требования безопасности

Монтаж, наладку, эксплуатацию, обслуживание и ремонт технических средств системы необходимо производить согласно требованиям:

— «Правил устройства электроустановок» шестого издания, 1985 г.;

— «Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей» четвертого издания, утвержденных 21.12.84 г.;

— ДНАОП 0.00-1.21-98 «Правила безопасной эксплуатации электроустановок потребителей»;

— инструкций заводов изготовителей оборудования;

— заводских инструкций по технике безопасности.

Все токоведущие части технических средств АСУ ККТХ, находящиеся под напряжением, должны иметь защиту от случайного прикосновения.

Металлические шкафы, пульты, стативы, корпуса электрооборудования должны быть заземлены.

Электрическая изоляция гальванически разделённых цепей технических средств АСУ ККТХ относительно корпуса и между собой при температуре 20 ± 5°C и относительной влажности до 80% должна выдерживать в течение 1 минуты действие испытательного напряжения синусоидальной формы промышленной частоты:

— между цепями с напряжением до 40В – 250В;

— между цепями с напряжением от 60В до 250В – 1500В.

Электрическое сопротивление изоляции электрически несвязанных цепей АСУ ККТХ относительно корпуса и между собой должно быть не менее 20МОм при температуре 20 ± 5 °C и относительной влажности до 80%.

Технические средства АСУ ККТХ должны иметь электрическое соединение под винт или клемму для защитного заземления, возле которых должен быть нанесён знак защитного заземления.


Сопротивление между заземляющим винтом, клеммой и каждой доступной прикосновению металлической нетоковедущей частью изделия, которая может оказаться под напряжением, не должно превышать 0,1Ом.

По способу защиты человека от поражения электрическим током технические средства АСУ ККТХ должны соответствовать классу 0I и обеспечивать требования к заземлению устройств по ГОСТ 12.2.007-75.

Должна быть обеспечена взрывозащищенность, искробезопасность измерительных цепей технических средств АСУ ККТХ. Приборы, имеющие искробезопасные входные цепи или обеспечивающие искробезопасность, должны иметь соответствующие надписи и знаки, а также места для пломбирования – если это необходимо.

Проводники электропитания должны подключаться к потребителям через защитные автоматические выключатели.

Уровень шума, создаваемый техническими средствами АСУ ККТХ при работе, не должен превышать 75 дБ, в местах постоянного нахождения персонала.

Требования к эргономике и технической эстетике

Способы и формы представления информации оперативному персоналу, средства контроля и органы управления должны быть выполнены с учетом инженерной психологии и технической эстетики, обеспечивающих информационное, моторное и антропологическое соответствие системы «оператор — управляемый объект» и соответствовать ОСТ 36.13-90 «Щиты и пульты систем автоматизации технологических процессов».

При этом размещение средств контроля и управления должно соответствовать технологическому процессу (последовательности узлов) и позволять осуществлять активный контроль и управление, как в нормальном режиме, так и в аварийных ситуациях.

Рабочим местом оператора должна быть рабочая станция.

Количество органов управления и элементов индикации должно быть минимальным, но достаточным для выполнения всех функций, возложенных на оператора.

Вся информация, необходимая для ведения технологического процесса, должна отображаться на экранах видеомониторов рабочей станции.

Компоновка технических средств АСУ ККТХ должна обеспечивать свободный доступ к ним для осуществления наладки и ремонта.

Требования к эксплуатации, техническому обслуживанию, ремонту и хранению компонентов системы

Технические средства АСУ ККТХ (центральной части) должны эксплуатироваться круглосуточно в течение 365 дней в году с заданными техническими показателями.

Технические средства АСУ ТП КЦ (центральной части) должны быть рассчитаны на эксплуатацию в закрытых, не отапливаемых и вентилируемых помещениях.

По защищенности от воздействия окружающей среды технические средства АСУ ККТХ (центральной части) должны быть обычного исполнения, со степенью защиты по ГОСТ 14254 — 80.

По устойчивости к воздействию температуры, влажности и атмосферного давления окружающего воздуха технические средства АСУ ККТХ (центральной части) должны быть рассчитаны на работу в следующих условиях:

— температура окружающего воздуха – от -15°C до+40°C;

— относительная влажность воздуха – от 30% до 80% при температуре +35°C и более низких температурах без конденсации влаги;

— атмосферное давление – от 84кПа до 107кПа.

Электропитание АСМУ должно обеспечиваться от основной и резервной гальванически развязанных электросистем. В качестве основного электропитания использовать источник переменного напряжения 220В ±10%, 50Гц, в качестве резервного – источник постоянного напряжения 220В ±10%. Электропитание к АСМУ должно подводиться через автоматические предохранители.

Технические средства АСУ ККТХ (центральной части) должны сохранять работоспособность при воздействии постоянных или переменных, частотой 50Гц, магнитных полей напряженностью не более 40А/М.

АСУ ККТХ должна позволять вести технологический процесс без постоянного присутствия обслуживающего персонала в зоне действия технологического оборудования.

Площадь помещений для размещения технологического и обслуживающего персонала, а также для установки технических средств АСУ ККТХ (центральной части), должна быть достаточной для нормальной работы персонала и обслуживания оборудования.

Технические средства АСУ ККТХ (центральной части) должны питаться от сети переменного тока с параметрами 380В ±10%, частотой 50 ±1Гц и содержанием высших гармоник питающей сети не более 5%.

АСУ ККТХ (центральная часть) должна обслуживаться персоналом, прошедшим обучение на специальных курсах подготовки и имеющим удостоверения на право самостоятельной работы.

Комплекс технических средств АСУ ККТХ (центральной части) должен быть снабжен 100% — ным, по номенклатуре применяемых модулей и блоков, комплектом ЗИП, комплектность и исправность которого необходимо поддерживать в течение всего срока службы АСУ ККТХ.

Условия хранения ЗИП должны удовлетворять требованиям эксплуатационной документации на соответствующие технические средства.

Виды работ по техническому обслуживанию, содержание работ и их периодичность выполняются в соответствии с руководствами по эксплуатации заводов изготовителей технических средств АСУ ККТХ (центральной части).

Технические средства АСУ ККТХ (центральной части) должны быть рассчитаны на эксплуатацию в закрытых, не отапливаемых и вентилируемых помещениях — в соответствии СНиП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха».

По защищенности от воздействия окружающей среды технические средства АСУ ККТХ (центральной части) должны быть обычного исполнения, со степенью защиты по ГОСТ — 14254 — 80.

По устойчивости к воздействию температуры, влажности и атмосферного давления окружающего воздуха технические средства АСУ ККТХ (центральной части) должны быть рассчитаны на работу в следующих условиях:

— температура окружающего воздуха – от -15°C до+40°C;

— относительная влажность воздуха – от 30% до 80% при температуре +35°C и более низких температурах без конденсации влаги;

— атмосферное давление – от 84кПа до 107кПа.

Технические средства АСУ ККТХ (центральной части) должны сохранять работоспособность при воздействии постоянных или переменных, частотой 50Гц, магнитных полей напряженностью не более 40А/М.

Требования по стандартизации и унификации

Система управления должна обеспечить функционирование технологического объекта в пределах регламентных норм.

На экранах мониторов информация представляется в виде отдельных групп, сообщений, фрагментов мнемосхемы, графиков и таблиц.

Оперативное отображение информации должно обеспечивать достаточное представление о ходе технологического процесса.

Информация на экране дисплея должна обновляться с периодом не более 5 секунд для обзорных кадров и не более 2 секунд — для кадров контуров регулирования.

Сигнализация о предаварийных ситуациях должна появляться по мере их возникновения.

Тренды должны обеспечивать одновременное отображение до 5 параметров на интервале от 20 минут до 30 суток.

В кадре контуров регулирования должно отображаться до 8-ми групп параметров однотипных контуров регулирования в цифробуквенном виде и в виде вертикальных гистограмм. В каждой группе параметров контура регулирования должна отображаться следующая информация:

— текущее значение параметра;

— текущее значение задания;

— значение управляющего воздействия на исполнительный механизм;

— режим работы двигателя;

— сигнализация о выходе параметра за регламентные и/или предаварийные значения (изменением цвета);

Мнемосхемы должны быть как укрупнёнными, так и детальными для каждого узла. При выходе параметра за регламентные или предаварийные границы надписи, числа и гистограммы на мнемосхемах должны изменять цвет, и это событие должно сопровождаться звуковым сообщением.

Требования к функциям, выполняемым системой

АСУ ККТХ должна выполнять функции информационные, управляющие и противоаварийные.

— вычислительные и логические функции информационного характера;

— автоматическая регистрация текущих значений технологических параметров и состояния исполнительных механизмов;

— автоматический контроль и фиксация команд и действий оператора при пуске, работе и нормальной остановке оборудования;

— автоматическое обнаружение и отображение (аварийных и предупредительных) значений технологических параметров и показателей состояния оборудования на экранах мониторов операторских станций;

— отображение и регистрация первопричины аварийной остановки;

— диагностика исправности (состояния) управляющего оборудования АСУ ККТХ;

— звуковое оповещение об отклонениях или нарушениях в технологическом процессе;

— подача звуковых и световых сигналов при включении предупредительной и аварийной сигнализации.

— автоматический программный пуск оборудования АСУ ККТХ;

— автоматическая программная остановка (нормальная и аварийная) оборудования АСУ ККТХ;

— изменение текущих значений технологических параметров в ручном режиме;

— дистанционное управление вспомогательным электрооборудованием, регулирующим оборудованием;

— работа технологического оборудования без постоянного присутствия эксплутационного персонала;

— возможность поэтапного пуска АСУ ККТХ при производстве пусконаладочных работ.

— автоматическая защита оборудования АСУ ККТХ путем его аварийной остановки;

— формирование необходимых технологических блокировок;

— запрет выполнения команд, которые не предусмотрены алгоритмом управления;

— экстренная остановка АСУ ККТХ по инициативе оператора;

— возможность ручной остановки АСУ ККТХ оператором при аварийных ситуациях;

— возможность остановки АСУ ККТХ при исчезновении напряжения основного источника электроэнергии;

— контроль наличия питающих напряжений.

Требования к математическому обеспечению

Математическое обеспечение микропроцессорного контроллера должно обеспечивать выполнение следующих функций первичной обработки аналоговых сигналов:

— расчет действительных значений;

— фильтрация сигналов (усреднение);

— сравнение с уставками (технологические границы);

— формирование дискретных сигналов нарушений;

— формирование массива текущих значений параметров.

Математическое обеспечение микропроцессорных контроллеров, кроме функций по обработке текущей информации, должно производить выполнение управляющих и противоаварийных функций, в состав которых входят:

— автоматический программный пуск оборудования АСУ ККТХ;

— автоматическая программная остановка (нормальная и аварийная) оборудования АСУ ККТХ;

— автоматическое регулирование технологических параметров;

— дистанционное управление вспомогательным электрооборудованием и регулирующим оборудованием;

— автоматическая защита оборудования АСУ ККТХ путем его аварийной остановки.

Настройка систем регулирования должна производиться заданием соответствующих коэффициентов.

Математическое обеспечение должно обеспечить выполнение основных функций АСУ ККТХ, функций хранения и представления информации. Для этого необходимо предусмотреть:

— разработку общего алгоритма функционирования АСУ ККТХ;

— разработку алгоритмов автоматического пуска оборудования скважин;

— разработку алгоритмов автоматического пуска оборудования насосной станции;

— разработку алгоритмов автоматического останова (нормального и аварийного);

— разработку алгоритмов противоаварийной защиты;

— создание базы данных о технологическом процессе;

— разработку алгоритмов сбора и первичной обработки аналоговой информации;

— разработку алгоритмов технологического контроля;

— разработку алгоритмов учета состояния оборудования;

— разработку алгоритмов отображения информации оператору-технологу;

— разработку алгоритмов опроса микропроцессорных контроллеров;

— разработку алгоритмов выдачи заданий микропроцессорному контроллеру;

— разработку алгоритмов диагностики микропроцессорных контроллеров.

Требования к информационному обеспечению

База данных АСУ ККТХ должна формироваться путем заполнения стандартных форм на экране видеотерминала на основании перечня каналов контроля и регулирования. Вызов форм должен осуществляться при помощи системы вложенных меню. Меню должно обеспечивать:

— описание системы отображения;

— описание аналоговых сигналов;

— описание дискретных сигналов;

Описание аналоговых сигналов должно определять подключение сигнала в системе, параметры обработки сигнала, признаки усреднения, включения значений параметра в рапорт-отчет, формирования истории параметров контура на указываемом временном интервале, контроля на достоверность.

Описание дискретных сигналов должно содержать информацию о подключении параметра в систему, признак включения значений параметра в таблицу аварийных ситуаций в случае изменения значения входного сигнала, нормальное значение (состояние) параметра.

Описание протоколирования и печати должно содержать описание таблицы нарушений, описание рапорта-отчета, описание архивного тренда, описание протоколирования значений параметров, заносимых оператором в оперативную память контроллера.

Необходимо предусмотреть протоколирование действий оператора по изменению задания, режима работы контуров управления, выдаче дискретных управляющих воздействий (пуск, останов, открытие, закрытие) и запись протокола на носители ПЭВМ.

Для конфигурирования системы и формирования базы данных необходимо предусмотреть режимы корректировки базы данных. Корректировка базы данных должна выполняться в автономном режиме работы ПЭВМ или на инструментальной ПЭВМ.

К изображению на мнемосхемах, как к средству человеко-машинного интерфейса в промышленных условиях, предъявляются следующие требования:

— средняя степень детализации с применением не менее восьми цветов для того, чтобы позволить легко распознавать производственные ситуации;

— изменение состояния технологических переменных преобразуется в изменение отображения соответствующих элементов мнемосхемы (цвет, мерцание, заполнение).

Необходимо организовать изменение подсветки соответствующего элемента мнемосхемы в случае изменения состояния дискретного параметра.

Вход в кадр мнемосхемы должен выполняться клавишами вызова мнемосхемы.

Обеспечить возможность управления контурами регулирования из мнемосхемы посредством окна управления.

Архивирование истории процесса

Для отслеживания изменения состояния параметров технологического процесса необходимо организовать хранение истории значений параметра.

Предусмотреть архивы аналоговых параметров:

— архив мгновенных значений параметров;

— архив предаварийных и после аварийных ситуаций;

— архив усредненных значений параметров за сутки;

— архив среднечасовых значений параметров на месячном интервале.

По инициативе оператора архивный тренд в виде графиков должен выводиться на экран дисплея.

Просмотр трендов не должен мешать оператору управлять технологическим процессом.

Формирование отчетной документации

Протоколы нарушений и событий

В режиме оперативного контроля должен формироваться протокол нарушений регламентных и предаварийных границ. Оператор должен иметь возможность просматривать протокол на экране видеомонитора в произвольный момент времени. В протоколе должны фиксироваться в хронологическом порядке с начала смены шифры, наименования параметров, вышедших за границы, и значения этих границ для аналоговых параметров, а также время и дата возникновения нарушения. Для дискретных параметров должно фиксироваться изменение состояния.

Требования к программному обеспечению

Программное обеспечение АСУ ККТХ должно быть достаточным для реализации всех функций системы и подразделяется на программное обеспечение микропроцессорных устройств определенного назначения (преобразователей, контроллеров) и программное обеспечение операторской станции.

Системное ПО поставляется совместно со средствами ВТ.

Специализированное и прикладное ПО разрабатываются на стадии разработки информационного, математического и программного обеспечения и поставляются ЗАКАЗЧИКУ на указанном носителе информации. К изображению на мнемосхемах, как к средству человеко-машинного интерфейса в промышленных условиях, предъявляются следующие требования:

— средняя степень детализации с применением не менее восьми цветов для легкого распознавания производственных ситуаций;

— изменение состояния технологических переменных преобразуется в изменение отображения соответствующих элементов мнемосхемы (цвет, мерцание, заполнение).

Необходимо организовать изменение подсветки соответствующего элемента мнемосхемы в случае изменения состояния дискретного параметра.

Вход в кадр мнемосхемы должен выполняться клавишами вызова мнемосхемы.

Необходимо обеспечить возможность управления контурами регулирования из мнемосхемы посредством окна управления.

Требования к техническому обеспечению АСУ ККТХ

Технические средства, предлагаемые для использования в АСУ ККТХ, должны полностью удовлетворять всем требованиям, изложенным в настоящем ТЗ, и иметь возможность выполнять все функции, описанные в соотв. разделах настоящего ТЗ.

Технические средства АСУ ККТХ состоят из следующих компонентов:

— системы визуализации на базе компьютеров индустриального исполнения;

В составе технических средств АСУ ККТХ должны использоваться микропроцессорные контроллеры и индустриальные ЭВМ, совместимые с IBM PC AT, которые будут использованы в качестве рабочих мест операторов-технологов.

Технические характеристики используемых технических средств системы должны обеспечить взаимозаменяемость одноименных технических средств без каких-либо изменений или регулировок в остальных устройствах.

Используемые в системе приборы и средства автоматизации должны соответствовать по параметрам электропитания ГОСТ 721-77.

Используемые в системе технические средства должны соответствовать требованиям надежности.

Уровень индустриальных радиопомех, создаваемый техническими средствами системы при работе, а также в момент включения и выключения, не должен превышать величин, предусмотренных «Общесоюзными нормами допускаемых помех» №1-72-9-72.

Уровень шума, создаваемый техническими средствами, не должен превышать в местах расположения оперативного персонала 75 дБ при диапазоне частот 600-1200 гц по ГОСТ 12.1.003-83.

Технические средства системы должны соответствовать требованиям безопасности по ГОСТ 12.2.007-75 и ГОСТ 12997-84.

Все внешние элементы технических средств системы, находящиеся под напряжением, должны иметь защиту от случайных прикосновений, а сами технические средства — иметь защитные заземления в соответствии с ПУЭ.

Характеристика системы технического обслуживания и ремонта, а также требования к средствам технического обслуживания и ремонта, должны быть приведены в техническом описании и инструкции по эксплуатации системы.

АСУ ККТХ должна быть укомплектована комплектом ЗИП в соответствии с техническими условиями на технические средства.

Весь комплекс технических средств АСУ ККТХ (центральная часть) при исчезновении электропитания должен сохранять работоспособность (наблюдаемость и управляемость) не менее 1 (одного) часа с использованием агрегата бесперебойного питания UPS с запасом мощности в 30% от номинальной.

Требования к метрологическим характеристикам измерительных каналов

Метрологические характеристики измерительных каналов определяются и нормируются в процессе метрологической аттестации согласно ДСТУ3215-95, ДСТУ2682-94, ДСТУ2708-94, ГОСТ 12997-84, ГОСТ8.010-90.

Система автоматического управления должна иметь следующие метрологические характеристики (без учета первичных преобразователей ):

— пределы допускаемой основной приведенной погрешности каналов измерения температуры — не более 0,5%;

— пределы допускаемой основной приведенной погрешности каналов измерения давления, перепада давления, уровня — не более 0,5%;

— предел допускаемой относительной погрешности каналов приема измерения частоты вращения — не более 0,1%;

— суммарный предел допускаемой относительной погрешности по определению объемного расхода — не более 1,0%.

— предел допускаемой относительной погрешности каналов приема измерения токов и напряжений — не более 0,5%.

Для ведения технологического процесса класс точности первичных измерительных преобразователей должен быть следующим:

— класс точности измерительных преобразователей, участвующих в измерении температуры, должен быть не ниже 0,5;

— класс точности измерительных преобразователей, участвующих в измерении давления, перепада давления, уровня, должен быть не ниже 0,5;

— класс точности измерительных преобразователей, участвующих в измерении частоты вращения, должен быть не ниже 0,1;

— класс точности измерительных преобразователей, участвующих в измерении расхода, должен быть не ниже 1,0;

— класс точности измерительных преобразователей, участвующих в измерении токов и напряжений двигателей, должен быть не ниже 0,5.

Основная погрешность нормируется при следующих условиях эксплуатации:

— температура окружающего воздуха — +20°С ±5°С;

— относительная влажность воздуха — от 30% до 80%;

— атмосферное давление — от 84 до 107 кПа;

— напряжение питающей сети 220В ± 10%;

— частота 50 ± 1 Гц;

— отсутствие внешних электрических и магнитных полей;

— отсутствие вибрации, тряски, ударов.

Изменение погрешности, вызванное изменением температуры окружающего воздуха от границ области нормальных значений (от 15°С до 25°С) до любой температура в пределах от 5°С до 50°С не должно превышать 0,5 границы абсолютного значения предела основной погрешности на каждые 10°С.

В технической документации на систему должны быть следующие документы:


— программа метрологической аттестации измерительных и вычислительных каналов;

— методика калибровки измерительных и вычислительных каналов;

— методика метрологической поверки каналов в процессе эксплуатации.

Требования к методам и средствам испытания и проверки измерительных каналов АСУ ККТХ

К методам и средствам испытания и поверки измерительных каналов предъявляются следующие требования:

— в качестве образцовых средств измерения при контроле метрологических характеристик измерительных каналов должны использоваться серийно выпускаемые образцовые приборы. Все измерительные ИК АСУ ККТХ подлежат периодической поверке;

— ИК поверяются комплексно, включая, все первичные измерительные преобразователи и средства отображения информации в соответствии с ГОСТ 8.438-81;

— входные сигналы ИК в поверяемых точках диапазона измерений должны иметь фиксированное значение технологического параметра или обеспечена его имитация образцовой мерой;

— поверка должна осуществляться с помощью серийно выпускаемых средств измерений, которые определяются методами поверки измерительных компонентов ИК;

— методические указания по поверке ИК должны предусматривать их поверку комплексно в соответствии с ГОСТ 8.326-89;

— после проведения поверки не допускается какое-либо изменение структуры ИК без разрешения ведомственной метрологической службы.

Создаваемые в составе АСУ ККТХ ИК и ИС подлежат метрологической аттестации на объекте в установленном порядке Днепропетровским государственным центром стандартизации метрологии и сертификации (ДГЦСМС).

1.5 Состав и содержание работ по созданию АСУ ККТХ

Таблица 1.1 – Состав и содержание работ по созданию АСУ ККТХ

Наименование этапов работ

Разработка технического задания

Согласно календарного плана

Разработка общесистемных решений

Согласно календарного плана

Разработка информационного обеспечения

Согласно календарного плана

Разработка математического и программного обеспечения микропроцессорных контроллеров

Согласно календарного плана

Разработка технического обеспечения АСУ ККТХ

Согласно календарного плана

Разработка организационного обеспечения

Согласно календарного плана

Поставка оборудования АСУ ККТХ центральной части. Этап 1

Монтаж АСУ ККТХ центральной части

Пусконаладочные работы центральной части АСУ ККТХ

Шефмонтаж АСУ ККТХ

Согласно календарного плана

Пусконаладочные работы нижнего

уровня АСУ ККТХ

Согласно календарного плана

Комплексная наладка АСУ ККТХ

после подписания акта рабочей комиссией

1.6 Требования к составу и содержанию работ по подготовке объекта автоматизации к вводу системы в действие

При подготовке объекта к внедрению АСУ ККТХ предприятие, эксплуатирующее систему, должно:

— обеспечить готовность объекта к проведению монтажных работ по созданию АСУ ККТХ;

— обеспечить организацию подразделения технического обслуживания АСУ ККТХ;

— осуществить входной контроль средств АСУ ККТХ на комплектность и соответствие технической документации проекту;

— выполнить наладку и госповерку АСУ ККТХ;

— совместно со специализированными организациями осуществить инженерный надзор за монтажом частей АСУ ККТХ;

— организовать с привлечением разработчика техническое обучение оперативного и ремонтного персонала правилам эксплуатации АСУ ККТХ;

— организовать и провести с участием разработчика, соисполнителей и заказчика приемосдаточные испытания АСУ ККТХ;

— выполнить изменения в технологической схеме объекта, предложенные разработчиком АСУ ККТХ и согласованные с проектной организацией.

ПРИМЕЧАНИЕ: Заказчик выполняет вышеуказанные работы самостоятельно или с привлечением специализированных организаций.

1.7 Требования к документировании

Виды и комплектность документов на АСУ ККТХ регламентированы положениями ГОСТ 34.201-89.

— общесистемные проектные решения;

— комплект документов организационного обеспечения;

— комплект документов математического обеспечения;

— комплект документов программного обеспечения;

— комплект документов информационного обеспечения.

Содержание разделов технического задания может уточняться в установленном порядке протоколами (подраздел 3.3 ГОСТ 34.602-89) в процессе разработки и ввода в действие АСУ ККТХ без внесения изменений в техническое задание.

1.8 Источники разработки

ГОСТ 34.602-89 Информационная технология. Техническое задание на создание автоматизированной системы.

«Исходные требования на создание автоматизированной системы управления водозаборным узлом”

“Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств» ОПВБ — II, Москва, «Недра», 1982г.

«Правила устройства электроустановок» шестое издание, 1985 г.

«Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей» четвертое издание, утвержденное 21.12.84 г.

ДНАОП 0.00-1.21-98 «Правила безопасной эксплуатации электроустановок потребителей».

ОСТ 36.13-90 «Щиты и пульты систем автоматизации технологических процессов».

СНиП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха».

ДСТУ3215-95 «Метрологічна атестація засобів вимірювальної техніки. Організація та порядок проведення».

ГОСТ 12.1.003-83 «Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие требования безопасности».

ГОСТ 12.2.007-75 «Изделия электротехнические. Общие требования безопасности».

ГОСТ 12997-84 «Изделия ГСП. Общие технические условия».

ГОСТ 34.201-89 «Виды, комплектность и обозначение документов при создании автоматизированных систем».

ГОСТ 22315-77 «Средства агрегатные информационно-измерительных систем. Общие положения».

ГОСТ 14254 — 80 «Изделия электротехнические. Оболочки. Степени защиты. Обозначения. Методы испытаний».

Архитектура разрабатываемой системы имеет два уровня: нижний – подсистема управления (датчики, микроконтроллер, исполнительные механизмы и оборудование) и верхний – пост оператора (персональный компьютер). Связь между уровнями осуществляется по интерфейсу RS-485. Реализация алгоритмов управления осуществляется с помощью автоматизированного модуля верхнего уровня, который также отвечает за интерфейс на посту оператора (рис. 2.1).

Рисунок 2.1 – Мнемосхема АСУТП

В состав тепличного хозяйства входят следующие основные технологические установки и системы:

— Система отопления помещения;

— Системы мониторинга климатических условий в помещении;

— Блоки питания для систем мониторинга и контроля;

— Датчики температуры, влажности;

— Пульт управления оператора;

3. Анализ требований к системе

Полный перечень требований к системе управления и контроля климата в тепличных хозяйствах можно разделить на ряд подгрупп. Среди них:

— требования к структуре системы;

— требования к функционированию;

— требования к численности и квалификации персонала;

— требования к показателям назначения;

— требования к надежности;

— требования к эргономике и технической эстетике;

— требования к эксплуатации, техническому обслуживанию, ремонту и хранению компонентов системы;

— требования к защите информации от несанкционированного доступа;

— требования к защите от влияния внешних воздействий;

— требования по стандартизации и унификации;

Основными являются требования к структуре системы и ее функционированию, которые и будут рассмотрены далее.

Архитектура разрабатываемой системы имеет два уровня: нижний – подсистема управления (датчики, микроконтроллер, исполнительные механизмы и оборудование) и верхний – пост оператора (персональный компьютер). Связь между уровнями осуществляется по интерфейсу RS-485. Реализация алгоритмов управления осуществляется с помощью автоматизированного модуля верхнего уровня, который также отвечает за интерфейс на посту оператора.

3.1 Требования к структуре системы

Автоматизированная система управления и контроля климата в тепличных хозяйствах выполнена на базе микропроцессорной техники.

По иерархическому принципу АСУ ККТХ должна подразделяться на уровни:

— регуляторами форсунок увлажнения, открытия клапана подачи воды, включения и выключения отопительной системы, и кондиционера;

— датчики температуры воздуха, влажности;

— устройства световой и звуковой сигнализации несанкционированного проникновения на территорию теплицы;

— регулирующие и другие исполнительные механизмы;

— микропроцессорные контроллеры мониторинга и управления регуляторами форсунок увлажнения, открытия клапана подачи воды, включения и выключения отопительной системы и кондиционера.

— операторская станция (рабочее место оператора).

Автоматизированный контроль и управление оборудованием контроля климата в тепличных хозяйствах может осуществляться без постоянного присутствия эксплуатационного персонала в зоне размещения технологического оборудования.

Связь между компонентами системы должна осуществляться по физическим и интерфейсным каналам.

АСУ ККТХ должна быть подключена к гарантированной системе электропитания с использованием агрегатов бесперебойного питания.

Каждая операторская станция должна включать:

Технологическая клавиатура предназначена для оперативного управления процессом и должна иметь набор функциональных клавиш, программно привязанных к видеограммам дисплея и позволяющих однозначно выполнять команды управления технологическим процессом. Клавиатура должна быть удобной и простой в использовании.

3.2 Требования к функционированию системы

АСУ ККТХ должна:

— повышение производительности теплицы за счет жесткого автоматического поддержания требуемых параметров микроклимата;

4. Обзор существующих решений и обоснование выбора принятого принципа построения проектируемой системы

Практически все тепличные хозяйства строятся по единой схеме: теплоизолированное помещение, в котором к нужным значениям с помощью системы обогрева, системы опрыскивания растений, датчиков температуры воздуха и воды (для полива), влажности почвы, и воздуха.

Тепличные хозяйства различаются лишь в зависимости от объекта культивирования.

Т.е. различие системе технического обогрева помещения, системе увлажнения и пр. Сбор информации будет проходить по всем основным ОУ, необходимым для успешного выполнения поставленных задач. По этим параметрам оператор будет принимать решения по управлению.

Эффективность работы АСУ ККТХ в большей степени будет зависеть от того как она будет спроектирована. Тепличное хозяйство будет полностью автоматизировано за исключением случаев либо слишком сильного не предусмотренного воздействия на данную систему, либо при случаях несанкционированного вмешательства в работу системы.

Системы управления ККТХ могут отличаться между собой лишь уровнем автоматизации, т.е. количеством и качеством регулируемых параметров объекта. Схема же систем в большинстве случаев остается постоянной. Это в значительной степени обусловлено радом требований к АСУ ВЗУ со стороны ГОСТов и СПИНов. Среди таких требований можно выделить следующие:

— Общие положения (СНиП 2.10.04-85);

— Объемно-планировочные и конструктивные решения (ОНТП-СХ.10-81);

— Водопровод, водостоки и дренаж (ОНТП-СХ. 10-81);

— Отопление и вентиляция (СНиП II-33-75);

— Электротехнические устройства (ОНТП-СХ.10-81).

4.1 Общие положения

Теплицы следует проектировать однопролетными или многопролетными. Тип теплиц для каждой зоны определяется технико-экономическим обоснованием. Парники следует проектировать с односкатным или двускатным покрытием.

Вспомогательные помещения для работающих в теплицах и парниках следует проектировать в соответствии с требованиями СНиП II-92-76. Геометрические параметры теплиц и парников должны назначаться в соответствии с технологической частью проекта. Теплицы следует проектировать с деревянным или металлическим каркасом в соответствии с требованиями ТП 101-81. Парники необходимо проектировать с деревянным или железобетонным каркасом.

Светопрозрачные ограждения зимних теплиц следует проектировать из стекла или пленки, как правило, двухслойными или однослойными с дополнительной трансформирующейся шторой или теплозащитным экраном, а весенних теплиц — из пленки, снимаемой на зимний период. В стенах теплиц, предназначенных для выращивания рассады, высаживаемой в открытый грунт, необходимо предусматривать вентиляционные проемы.

4.2 Водопровод

Нормы и режим водопотребления, качество и температуру воды для полива и других технологических целей следует принимать в соответствии с требованиями ОНТП-СХ. 10-81.

При проектировании систем водоснабжения теплиц и парников необходимо руководствоваться указаниями СНиП 2.04.01-85 и СНиП 2.04.02-84 с учетом требований настоящего раздела. Для полива в теплицах и для других производственных целей допускается при обосновании подавать воду питьевого качества. Если в сеть производственного водопровода подаются удобрения или другие вещества, он должен присоединяться к хозяйственно-питьевому водопроводу с разрывом струи не менее 50 мм от максимального уровня воды в баке или в резервуаре до низа подающего трубопровода. Предусматривать внутреннее и наружное пожаротушение теплиц и парников не следует. Внутренний водопровод теплиц должен присоединяться к наружному, как правило, одним вводом. Водопровод в теплицах должен быть оборудован форсунками или капельницами для полива почвы, форсунками для увлажнения воздуха, а также кранами для полива, мытья проездов и других технологических целей. В теплицах, предназначенных для выращивания овощей на искусственных субстратах, водопровод должен быть оборудован в соответствии с требованиями технологии. Водопровод парников должен иметь краны для полива.

Постоянный свободный напор воды в трубопроводах у форсунок и капельниц, зоны их действия и другие характеристики, необходимые для проектирования, следует принимать по данным заводов-изготовителей. Краны для полива должны иметь условный диаметр 20 мм. Радиус зоны обслуживания одним краном не должен быть более 45 м.

Внутренние сети водопровода и водостоков теплиц следует проектировать, как правило, из неметаллических труб; гребенки, фасонные части, их соединения и при обосновании магистральные трубопроводы, прокладываемые по коридорам и теплицам, — из металла.

Внутренние сети водопровода и водостоков теплиц допускается прокладывать по поверхности земли и в земле.

Трубопроводы должны иметь устройства для опорожнения.

На вводах в теплицы следует предусматривать установку водомеров. Допускается установка водомеров на группу или блок теплиц.

Запорную арматуру необходимо устанавливать на вводах в теплицы и на ответвлениях от магистральных трубопроводов теплиц и парников.

Управление поливом следует предусматривать, как правило, дистанционным по заданной программе. Категория надежности систем водоснабжения теплиц должна быть не ниже II, парников — не ниже III согласно классификации СНиП 2.04.02-84.

Многопролетные зимние теплицы следует проектировать, как правило, с внутренними водостоками для отвода атмосферных осадков из лотков покрытия. Многопролетные весенние и однопролетные весенние и зимние теплицы необходимо проектировать без внутренних водостоков.

Расчетные расходы дождевых вод при гидравлическом расчете лотков на кровлях теплиц и сетей внутренних водостоков следует определять по методу предельных интенсивностей. При этом период однократного превышения интенсивности дождя в расчетах внутренних водостоков необходимо принимать, как правило, равным 0,5 года.

В зависимости от гидрогеологических условий площадки строительства необходимо предусматривать закрытый дренаж в зимних грунтовых теплицах и в рассадных отделениях весенних теплиц.

Расстояние от проектной отметки поверхности почвы до верха дренажа должно быть не менее 0,7 м. Устройство дренажа в парниках не допускается.

Дренаж должен обеспечивать оптимальный воздушно-влажностный режим корнеобитаемого слоя, своевременное отведение дренажных стоков согласно требованиям ОНТП-СХ.10-81, а также предотвращение загрязнения грунтовых вод пестицидами и минеральными удобрениями.

4.3 Отопление и вентиляция

Отопление и вентиляцию теплиц и парников следует проектировать в соответствии с указаниями СНиП II-33-75 и с учетом норм настоящего раздела.

Отопление и вентиляция теплиц и парников совместно с другими системами должны обеспечивать в них параметры микроклимата (температуру воздуха и почвы, относительную влажность и скорость движения внутреннего воздуха), установленные требованиями ОНТП-СХ.10-81. Теплицы должны быть оборудованы системой вентиляции. Необходимость устройства системы отопления теплиц и парников, а также ее мощность следует определять расчетом. Теплоснабжение теплиц и парников должно осуществляться за счет вторичных энергоресурсов, тепла геотермальных вод, при отсутствии указанных источников — от ТЭС, АЭС и ТЭЦ или собственных источников тепла.

При использовании для отопления теплиц вторичных энергоресурсов допускается применять схемы теплоснабжения с использованием пиковой котельной. Расчетные параметры внутреннего воздуха и температуру почвы теплиц следует принимать в соответствии с требованиями ОНТП-СХ.10-81. Расчетные параметры наружного воздуха следует принимать согласно СНиП 2.01.01-82:

а) в холодный период года для зимних теплиц — среднюю температуру наиболее холодных суток с обеспеченностью 0,92, среднюю относительную влажность наиболее холодного месяца и среднюю скорость ветра за январь; для весенних теплиц — среднюю температуру наиболее холодного месяца за период эксплуатации, сниженную на половину максимальной суточной амплитуды температуры воздуха, среднюю относительную влажность и среднюю скорость ветра в этом месяце;

б) в теплый период года (для всех теплиц) — среднюю температуру и среднюю относительную влажность самого жаркого месяца, среднюю скорость ветра за июль.

Отопление и вентиляцию теплиц и парников следует проектировать с учетом поступлений тепла, аккумулированного почвой в дневное время (холодный период года) и от солнечной радиации (теплый период года).

При расчете водяного отопления необходимо учитывать лучистую составляющую теплоотдачи нагревательными приборами (трубами) и изменение теплоотдачи по их длине.

В зимних теплицах следует предусматривать водяное отопление или водяное в сочетании с воздушным (комбинированное отопление) и водяной обогрев почвы. Комбинированную систему отопления необходимо предусматривать, как правило, в зонах с наружной температурой наиболее холодных суток минус 20 °С и ниже, в остальных районах ее применение должно быть обосновано. Тепловую мощность воздушного обогрева в системе комбинированного отопления следует принимать в однопролетных теплицах равной 35-50%, в многопролетных — 20-40 % общего расхода тепла в расчетный период.

Проемы для естественной вентиляции (притока и удаления воздуха) в многопролетных теплицах шириной свыше 25 м следует располагать в покрытии — вдоль коньков, во всех однопролетных и многопролетных шириной менее 25 м — в наружных стенах (для притока) и в покрытии (для удаления). Открывание и закрывание вентиляционных проемов должно быть механизировано. В теплицах с воздушным отоплением необходимо предусматривать использование вентиляторов отопления для вентиляции в теплый период года. Вентиляция парников осуществляется подниманием (открыванием) парниковых рам или покрытия из пленки. В однопролетных теплицах площади приточных и вытяжных проемов для естественной вентиляции следует определять расчетом. В многопролетных теплицах, предназначенных для выращивания овощей, общую площадь проемов для естественной вентиляции необходимо принимать: в районах севернее 60° с. ш. — не менее 10%, в остальных районах — не менее 20 % общей поверхности ограждения теплиц. В многопролетных теплицах, предназначенных для выращивания рассады (высаживаемой в открытый грунт), общую площадь проемов для естественной вентиляции следует принимать в соответствии с требованиями технологии.

4.4 Электротехнические устройства

Электротехнические устройства следует проектировать в соответствии с правилами устройства электроустановок (ПУЭ) Минэнерго СССР. Категории электроприемников по обеспечению надежности электроснабжения теплиц и парников необходимо принимать в соответствии с требованиями ОНТП-СХ.10-81. В проездах теплиц и коридорах следует предусматривать искусственное освещение преимущественно люминесцентными лампами; освещенность на уровне пола должна быть не более 10 лк. Облучение растений должно осуществляться высокоэффективными облучательными устройствами в соответствии с требованиями ОНТП-СХ.10-81. Расстояние между облучательными устройствами и высота их подвески должны определяться расчетом. Прокладку распределительных сетей в теплицах из кабелей и проводов в пластмассовых трубах следует выполнять открыто на лотках.

5. Описание разработанного решения системы управления, обеспечивающего выполнение требований технического задания

5.1 Оснащение тепличного хозяйства

Для обеспечения выполнения требований технического задания, предлагается обеспечить надежное централизованное управление при помощи датчиков которые связаны напрямую с промышленным контроллером и элементы регулирования.

Измерение температуры воздуха будет осуществляться с помощью датчиков KTY-81-210. Датчики помещаются в специальный освинцованный пластиковый корпус. Данные датчики имеют небольшой уровень погрешности и подходят для данного проекта. Измерение температуры воды в резервуаре будет осуществляться с помощью датчиков numerix ETF-01. Погружные датчики температуры устанавливаются непосредственно в трубопровод для измерения температуры воды (или другого теплоносителя) в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Сигналы с датчиков уровня воды, температур воздуха и воды, влажности почвы и воздуха, расхода воды, а также уровня воды резервуаре поступают на промышленный микроконтроллер Modicon 984 – 685 модуль. Питание датчиков обеспечивается дополнительным блоком питания.

Измерение влажности воздуха будет осуществляться с помощью датчиков Honeywell HIH-3602. Датчики осуществляют непрерывные круглосуточные измерения относительной влажности воздуха и поддержание заданных режимов.

Измерение влажности почвы будет осуществляться с помощью датчиков Gardena. Требуемая влажность задается с помощью вращающегося регулятора. Индикация актуального значения влажности почвы. Укомплектован соединительным кабелем 5 м со штекером.

Для регулирования влажности воздуха и почвы используются спринклеры. Для поддержания нормального температурного режима используется центральное водное отопление.

5.2 Оборудование тепличного хозяйства

В электрощитовом зале насосной станции второго подъема будет установлен шкаф с оборудованием, отвечающим за управление частотными регуляторами, измерение расхода и давления воды на выходе насосной станции, измерение уровня воды в резервуаре, а также за включение/отключение и измерение токов пожарных насосов.

Для управления влажностью и температурой применяются спринклеры (4191 компании JHi I.S) для опрыскивания почвы и воздуха, а также водяная система отопления (подача нагретой воды с котельной).

В качестве датчика влажности воздуха используется датчик HIH-3602-L фирмы Honeywell.

Датчик ДРК-4 предназначен для измерения расхода и объема воды в трубопроводах.

Выходные сигналы с датчиков уровня, давления и тока поступают на промышленный контроллер Modicon 984 – 685.

Оборудование смонтировано в шкафу Schroff размером 600 — 600 – 320 /1/.

5.3 Центральный пост оператора

Центральный пост оператора — комплекс технических средств, находящийся в операторской комнате. Он включает в себя шкаф с оборудованием, монитор и консоль управления.

В качестве управляющего в системе используется промышленный компьютер, имеющий в своем составе корпус РАС-40Н с пассивной объединительной платой, процессорную плату РСА-6154 с флэш-диском DiskOnChip, 32 Мбайт ОЗУ и процессором Pentium 150 МГц.

В шкафу монтируются промышленный компьютер с коммуникационными платами, устройство бесперебойного питания.

Электрощитовая связана с центральным постом оператора каналом RS-485.

6. Описание видов обеспечения

Исходя из технического задания можно выделить следующие основные виды обеспечения разрабатываемой АСУ:

— обеспечение сохранности информации;

Далее будут рассмотрены математическое и информационное, т.к. в проекте они практически явно не выражены.

6.1 Математическое обеспечение


Математическое обеспечение микропроцессорного контроллера должно обеспечивать выполнение следующих функций первичной обработки аналоговых сигналов:

Математическое обеспечение микропроцессорных контроллеров, кроме функций по обработке текущей информации, выполняет также управляющие и противоаварийные функции, в состав которых входят:

Настройка систем регулирования производится заданием соответствующих коэффициентов.

Математическое обеспечение, кроме указанных задач, обеспечивает выполнение основных функций АСУ ККТХ, функций хранения и представления информации. Для этого реализуются алгоритмы:

6.2 Информационное обеспечение

База данных АСУ ККТХ формируется путем заполнения стандартных форм на экране видеотерминала на основании перечня каналов контроля и регулирования. Вызов форм осуществляется при помощи системы вложенных меню. Меню обеспечивает:

Описание аналоговых сигналов должно определять подключение сигнала в системе, параметры обработки сигнала, признаки усреднения, включения значений параметра в рапорт-отчет, формирования истории параметров контура на указываемом временном интервале, контроля на достоверность.

Описание протоколирования и печати должно содержать описание таблицы нарушений, описание рапорта-отчета, описание архивного тренда, описание протоколирования значений параметров, заносимых оператором в оперативную память контроллера.

Также предусматривается протоколирование действий оператора по изменению задания, режима работы контуров управления, выдаче дискретных управляющих воздействий (пуск, останов, открытие, закрытие) и запись протокола на носители ПЭВМ.

Используемые мнемосхемы могут строиться из следующих элементов:

Для конфигурирования системы и формирования базы данных предусмотрены режимы корректировки базы данных. Корректировка базы данных выполняется в автономном режиме работы ПЭВМ или на инструментальной ПЭВМ.

7. Разработка базы параметров контроля и регулирования

Все основные и вспомогательные параметры, используемые при управлении АСУ ККТХ, сведены в таблице 7.1. В таблице указаны верхние и нижние границы их предельных значений, единицы измерения, контроллеры, используемые для первичного преобразования и фильтрации параметров и их количество.

Таблица 7.1 – Измеряемые физические величины АСУ ККТХ

Автоматизация производственных процессов в сельском хозяйстве

Термин «автоматизация производства» означает использование автоматических, а также автоматизированных устройств для полного или же частичного освобождения человека от работы и возлагая на оператора только функцию контроля. Автоматизированное производство состоит из следующих частей: контроль при получении, передаче, обработке и, разумеется, использовании энергии, материалов или информации.

Механизация и автоматизация в сельском хозяйстве позволяет в несколько раз повысить производительность труда. Также новые технологии способствует значительному увеличению уровня производства сельскохозяйственной продукции, стремительному росту уровня его качества. Подобные процессы имеют непосредственную связь с применением в данной отрасли индустриальных технологий, а также совершенствования планирования и управления.

Множество животноводческих комплексов сегодня оснащаются потоковыми автоматизированными линиями доения коров и первичной обработке молока, также нередко закупаются системы приготовления, а также линии раздачи корма животным. В помещениях, где размещаются животные, автоматика контролирует климат, системы отопления и водоснабжения помещений.

Системы вентиляции, размещенные в зерно- и овощехранилищах с автоматикой дают возможность значительно уменьшить потери готового продукта при его хранении. А поддержание в теплицах искусственного климата даст возможность начать выращивать овощи даже в областях с очень суровым климатом на протяжении всего года. Вентиляция и температурный режим, которые регулирует автоматизированная система, позволяют достигать необходимой чистоты воздуха, кроме того, система позволяет обеспечить наиболее оптимальный световой режим.

Для успешного развития сельского хозяйства огромное значение играет постоянная подача электрической энергии. В том случае, если линии электрических передач чрезмерно удалены, необходимость обеспечения подобных районов электроэнергией возлагается на дизельные или гидроэлектростанции.

Автоматизация сельского хозяйства – возможность эффективно и оперативно управлять отраслью.

Энергетика и автоматизация в сельском хозяйстве

Сельское хозяйство сегодня просто невозможно представить без применения в нем системы автоматизации промышленных процессов. Постоянно внедряемые в отрасль электронные инновации позволяют весьма значительно увеличить не только производственные мощности, но и объемы реализации продукции. В свою очередь, это серьезно сказывается на прибыли, которую получает предприятие.

Основная проблема, с которой может столкнуться фермер – необходимость непрерывного обеспечения объектов сельского хозяйства бесперебойной энергией. В качестве простого примера приводим инкубаторы, располагающиеся на птицефабриках. В инкубаторе посредством использования термоустройств, а также ламп накаливания формируется микроклимат с постоянной температурой. В свою очередь, специальное поворотное устройство переворачивает яйца для равномерного их прогрева.

Если оборудование перестает действовать, предприятие получит огромные убытки. В таком случае можно использовать альтернативные источники энергии, к примеру обычные генераторы. Как показывает практика, покупка генератора оправдывается – ведь риск потери прибыли несоизмеримо больший.

Для расчета энергообеспечения крупных автоматизированных систем, которые используются для орошения на полях, а также в теплицах – необходимо обязательно учитывать используемые производственные мощности. Применять портативные «домашние» генераторы для таких систем невыгодно и нецелесообразно.

Общеизвестно, что стоимость дизельных генераторов значительно выше, если сравнивать их с бензиновыми аналогами. При этом нельзя забывать, что получаемая от количества выработанной энергии отдача значительно выше. Да и цена солярки примерно в 1,5 раза ниже, чем стоимость бензина – собственно, это практически полностью покрывает имеющуюся разницу в стоимости бензиновых и дизельных генераторов. Итак, при длительном отключении автоматизированных сельскохозяйственных объектов именно дизельные генераторы превращаются в действительно незаменимый инструмент.

Рекомендуется покупать генераторы, работающие на бензине только в том случае, если наблюдаются кратковременные перебои в подаче электрической энергии. Стоимость бензинового генератора формируется, главным образом, из качества силовых элементов, цены системы зажигания, мощности встроенного двигателя, преобразования и защиты.

Генератор – залог безаварийной и бесперебойной работы сельскохозяйственного бизнеса.

Развитие процессов автоматизации производства

В России существует стратегия машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции. По данной стратегии определена необходимость формирования конкурентоспособного агропромышленного производства, которое обеспечивает не только продовольственную безопасность государства, но также и дальнейшую его интеграцию в сельскохозяйственное мировое производство.

Чтобы сельское хозяйство России было конкурентоспособно по отношению к западным и европейским производителям, требуется внедрение автоматизированных технологий. Техника, которая обеспечивает подобного рода технологии, обязательно должна отвечать всем существующим требованиям прецизионного управления продукционными процессами не только в животноводстве, но также и в растениеводстве.

Автоматизация отрасли как глобальная стратегия развития

Сегодня автоматизация отрасли создает не только научную, но также и технологическую основу, предназначенную для возникновения и дальнейшего развития новейших направлений технического прогресса. Как следствие, очень быстрый рост технической оснащенности, а также успешное развитие микропроцессорной базы (если используются топо-ориентированные технологии), а также новые радионавигационные системы, создают важные предпосылки для успешного развития автоматизации.

Если учесть, что мировой уровень механизации всех основных процессов в отрасли сельского хозяйства вплотную приближается к 100 процентам, дальнейшее развитие сельхозтехники будет характеризоваться более интенсивным использованием методов информатизации, автоматизации, а также использованием робототехнических комплексов.

Впрочем, внедрение интенсивных технологических процессов вкупе со стремлением получить очень высокое качество продукции могут быть ограничены индивидуальными физиологическими человеческими возможностями. По этой причине огромной популярностью пользуются, прежде всего, точные технологии, которые базируются на автоматическом управлении процессами. Для этого в растениеводстве активно используются технические средства. Это позволяет точно позиционировать технику на полях, на базе навигационных и спутниковых систем.

Всего за несколько последних десятилетий автоматизация сельского хозяйства трансформировалась в самостоятельную отрасль техники и науки, которая охватывает теорию, принципы построения, а также способы использования автоматизированных систем управления в отрасли сельского хозяйства, с минимальным человеческим участием.

Главная особенность на данном этапе развития автоматизации – это неразрывная связь техники с биологическими объектами, непостоянными параметрами (во времени) – животными, растениями и почвой.

Очень важно рассматривать связь техники и биологических объектов в качестве человеко-машинной системы, что обуславливается:

  • Сложностью и многообразием производственных процессов, разнообразием технологических процессов и техники.
  • Распределенностью регулируемых и контролируемых параметров большинства объектов по теплицам или хранилищу со случайными возмущающими воздействиями.
  • Рассредоточением техники по большой территории (очень велика удаленность ремонтной базы и низкая квалификация обслуживающего персонала).

Современные производственные процессы сельского хозяйства относятся к технически сложным объектам управления – как правило, это характеризуется на порядок большим числом управляемых, а также контролируемых параметров и действием возмущений, что оказывают влияние на эффективность выполнения подобного рода процессов. Механизаторы своевременно отреагировать на них могут далеко не всегда.

Практика показывает, что ручное управление техникой и технологическими процессами в сельском хозяйстве недостаточно эффективно. Приводим простой пример – чтобы эффективно использовать МТА, тракторист должен управлять:

  • Направлением движения агрегата
  • Загрузкой двигателя трактора
  • Изменением тяговой мощности
  • Обеспечить безопасность движения
  • Следить за качественным выполнением технологических операций

Соответственно, по мере увеличения рабочей скорости, увеличения ширины захвата МТА увеличивается и сложность управления – как следствие, оператор должен переработать в разы большее количество информации за то же время. Более частое использование органов управления приведет к достаточно быстрой утомляемости – как следствие, оператор может запоздать в принятии решения, находясь за рулем, и эффективность (вместе с качеством) работы сильно снижается.

Все более часто на прямолинейном ходе гона системы используется система автоматического вождения. Пользуются системой GPS, которая обеспечивает точность хождения по прямой – 1,52см.

Еще больше функций накладывается на оператора при управлении техникой на послеуборочной обработке зерна. Перед рабочим персоналом стоит сразу две категории задач:

  1. Необходимость управления электроприводами автомобилей, а также механизмов при выборе маршрутов обработки зерна. В обязанности операторов входит ликвидация возникающих внештатных ситуаций.
  2. Необходимость управлять режимами работы множества отдельных машин (контроль более 20 параметров).

Согласно проведенным исследованиям, такое большое количество обрабатываемой информации значительно превышает психофизиологические возможности оператора – как следствие, управлять вручную линиями послеуборочной обработки зерна очень неэффективно (средняя производительность – не более 70%).

Автоматизация в полеводстве

К обобщенным объектам автоматизации в растениеводстве можно отнести технологию получения растениеводческих продуктов. Множество операций и технологических процессов в таких технологиях механизировано – производится при помощи сельскохозяйственных машин, а также их комплексов. Это дает возможность позиционировать их в качестве частных объектов автоматизации.

Сельскохозяйственная техника, которая рассматривается в качестве объекта автоматизации, делится на три категории:

  1. Поточные линии
  2. Агрегаты
  3. Отдельные сельхозмашины.

Автоматизация в животноводстве

Для отраслей птице- и животноводства тоже характерны все группы объектов автоматизации. В частности, речь идет про:

  1. Автоматизируемые технологии
  2. Объекты автоматизации

Автоматизированные технологии также разбивают на 3 группы:

  1. Заготовка, подработка, раздача и хранение кормов
  2. Выращивание молодняка для воспроизводства стада
  3. Производство мяса, яиц и молока

Применяющиеся в животноводстве технологии характеризуются общими технологическими процессами:

  1. Вентиляция и отопление
  2. Переработка и уборка биологических отходов
  3. Облучение и освещение животных
  4. Раздача и приготовление корма

В свою очередь, хранение и заготовка корма включает в себя следующие функции: уход за культурами, уборка, вентилирование и сушка, химическая консервация. А объекты автоматизации включают в себя поточные линии, машины и агрегаты. Они характеризуются большим разнообразием, однако по ряду операций имеют общие черты (раздача кормов, водопотребление и прочее).

Пути развития автоматизации технологических процессов

Пути развития в сфере растениеводства на ближайшей перспективе определяются прогрессивными тенденциями:

  • Совершенствование систем механизации
  • Совершенствование систем автоматизации
  • Совершенствование машинных технологий в целом.

Также к прогрессивным тенденциям в совершенствовании систем автоматизации агрегатов, машин и поточных линий в растениеводстве принято относить переход от использования локальных систем автоматического регулирования и контроля к разработке, а также дальнейшему использованию многомерных систем автоматизированного управления.

Грядет техническое переоснащение – речь идет о переходе к микропроцессорной программируемой технике, которая заменит электронную аппаратную и релейно-контактную технику. Локальные системы автоматического контроля регулирования в отрасли автоматизированного управления играют роль уже подсистем, которые необходимо совершенствовать методом использования эффективных алгоритмов управления.

Автоматизированные системы в микропроцессорном исполнении будут унифицированы – создается единая система для контроля группы схожих объектов. Неодинаковость функций такой системы можно легко устранить программными средствами без необходимости конструктивного изменения систем.

Существенное расширение областей использования средств автоматики в растениеводстве (на перспективу) обуславливается появлением все новых и новых средств механизации, а также отдельных машинных технологий. К подобным технологиям принято относить:

  • Технологию уборки, послеуборочной обработки урожая зерновых культур
  • Технологию дифференцированного внесения удобрений.

В животноводческой отрасли это – производство, а также разработка технических средств для приготовления точного (по созданной программе), а также сбалансированного состава кормов для различных групп птицы и животных. В кормах используются микродобавки (в том числе лечебно-профилактические). Также необходимы средства доставки корма до каждого животного в установленное время.

Основные проблемы, которые на данном этапе развития сельскохозяйственной отрасли требуют немедленного решения:

  • Создание микроклимата с требуемыми параметрами в помещении, а также в зоне содержания животного
  • Достижение надежности идентификации и позиционирования животных
  • Экологические аспекты перечисленных проблем.

Основные направления для успешного развития автоматизации в животноводстве и растениеводстве – организация, а также массовое использование робототехнических систем в отрасли. На современном этапе развития России такие работы получили только начальное развитие. Как следствие, применение средств робототехники требуется в процессах, которые вредны для человека (использование, а также хранение минеральных удобрений и средств химзащиты растений, протравливание перед посевом зерна), а также в задачах, что требуют серьезных трудовых затрат (яркий пример – сбор урожая готовой продукции).

Информатизация, а также автоматизация отрасли сельскохозяйственного производства сегодня – это приоритетное направление современного научно-технического прогресса. Стремительное и массовое их развитие способствует:

  • Быстрому развитию и использованию достижений биотехнологии генной инженерии
  • Созданию интегрированных систем защиты животных и растений
  • Интенсификации продуктивности птицы и животных
  • Технологий управления и мониторинга природных ресурсов
  • Программированию урожая в агро-ландшафтных системах.

Если учесть постоянную и неразрывную связь технических средств с животными, потребуется своевременно активизировать работы, направленные на создание приборной базы, предназначенной для измерения и контроля определенного количества биологических параметров. Также нужно отметить, что на данном этапе развития примерно 20 процентов разных параметров в сельскохозяйственном производстве недопустимо непосредственному измерению, ведь до сих пор для них не удалось разработать даже первичных преобразователей. Датчики и приборы необходимо ставить на биообъектах – такое оборудование должно иметь небольшой вес, размеры и, разумеется, высочайшую надежность, способность работать в агрессивных средах.

Чтобы выполнить поставленные технологические операции, в отрасли животноводства используется огромное количество автомобилей, половина их которых не может быть модернизирована до применения здесь средств автоматизации. Максимум внимания необходимо уделить высокому уровню защиты от перегрузки оборудования.

Автоматизация и механизация – это важные, неотъемлемые части ресурсосберегающих интенсивных технологий производства продукции, а также малоотходных технологий разработки, реализации и хранения. Новые интенсивные технологии дадут возможность в разы повысить продуктивность отрасли животноводства и растениеводства (по подсчетам экспертов – 2,5 раз), а также вдвое сократить трудозатраты. Впрочем, это недостижимо без поисковых, а также фундаментальных исследований.

Автоматизация теплиц

Текст: А. Шуравин, директор департамента развития и инноваций; А. Кучинский, руководитель центра R&D, ООО «Телеком-Защита»

В жизненном цикле любого бизнеса рано или поздно настает момент, когда необходимо повысить производительность и сократить расходы. На первый взгляд кажется, что это взаимоисключающие понятия, однако опытные предприниматели знают, что обе проблемы можно решить в комплексе — путем автоматизации ключевых процессов. Особенно этот вопрос актуален для владельцев тепличных хозяйств.

Благодаря популярной концепции «Интернет вещей» обычная теплица может превратиться в высокотехнологичный объект, способный заботиться о сельхозкультурах не хуже любого растениевода. Главное достоинство комплексов автоматизации помещений защищенного грунта — возможность построить весь процесс выращивания на основе точных и актуальных данных. Базовая задача подобных решений — непрерывный мониторинг жизненно важных для растений параметров микроклимата: уровней освещения; температуры и влажности воздуха, почвы; напора прямой воды в трубопроводе из котла и в обратном направлении по всем контурам отопления.

Как это работает?

Качество урожая зависит прежде всего от последовательных действий, применяемых в зависимости от сложившихся условий. Система мониторинга в свою очередь обеспечивает наиболее полную и достоверную картину. В конечном счете она позволяет подобрать правильный сценарий необходимых операций и добиться максимального эффекта при выращивании овощей, фруктов, цветов и других растений.

Для построения подобного решения и достижения нужного результата требуются три основных компонента: набор датчиков, которые считывают те или иные параметры; программно-аппаратный комплекс, или ПАК, для сбора и обработки этой информации, а также технологии передачи данных, призванные связать две других составляющих. Перечисленного достаточно для качественного мониторинга состояния воздуха и почвы, регуляции работы автоматики и всех этапов выращивания.

Автоматизированное управление осуществляется следующим образом: у сельхозпроизводителя есть некое устройство — компьютер, ноутбук, планшет или смартфон, через которое он может получать доступ к снятым параметрам. Например, система сигнализирует, что в теплице влажность почвы стала ниже порогового значения, вследствие чего необходим полив. В этом случае аграрий может дать соответствующее поручение обслуживающему персоналу и через некоторое время проследить за изменениями в параметрах влажности. Это самый простой пример реактивного управления, то есть волевого решения, принятого в ответ на конкретную ситуацию.

Главное достоинство данных, полученных в результате мониторинга, — точность и достоверность. Например, прогноз погоды может иметь серьезные погрешности и не отражать реальной картины. Оценка дается на населенный пункт в целом, и ситуация в какой-нибудь его части может сильно отличаться от происходящего в другой. Благодаря системе мониторинга сельхозпроизводитель имеет возможность самостоятельно собирать статистику и составлять собственный прогноз, в том числе привязанный к конкретной дате. Подобные данные позволяют начинать высаживать растения раньше или позже установленного срока, то есть в тот момент, когда это наиболее эффективно.

«Умное» управление

Следующая ступень автоматизации — внедрение интеллектуальной системы, которая обрабатывает информацию мониторинга и управляет всей аграрной автоматикой: схемами обогрева, освещения и другими. Ее можно сразу предусмотреть в составе комплексного решения или добавить в уже готовую архитектуру. В случае критического изменения параметров влажности, температуры и других показателей система не только сигнализирует о необходимости вмешательства со стороны, но и сама выполняет его: включает комплексы полива, обогрева, вентиляции и контролирует результат своих действий. То есть она реализует те же задачи, что и обычный персонал, только с большей точностью и оперативностью. В результате затраты предприятия на сотрудников снижаются, при этом урожайность повышается до 30 процентов. В будущем данная цифра может увеличиться, поскольку механизмы и алгоритмы интеллектуального управления постепенно совершенствуются.

В каких случаях требуется автоматизация? Затраты предприятия можно снижать двумя способами: оптимизировать персонал или наращивать площади, обслуживаемые тем же количеством работников. Если на зарплату сотрудникам уходит слишком много средств, то следует внедрить автоматизацию, которая позволит сократить эту статью расходов. Если необходимость в полном исключении человеческого фактора отсутствует, то можно увеличивать производственные площади, в результате чего меньшее количество работников будет приходиться на один квадратный метр, что при установке системы не повлияет на производительность труда. Это важное преимущество комплекса автоматизации управления для владельцев крупных тепличных хозяйств площадью в несколько гектаров, которые смогут расширять бизнес без дополнительных затрат.

Экономия на освещении

Еще одно немаловажное преимущество внедрения автоматизированной системы управления — повышение эффективности работы осветительных систем и значительное снижение расходов на электроэнергию. Растениям в разные фазы развития требуется свет различного, зачастую довольно узкого спектра, а при использовании стандартных источников освещения, в основном обычных натриевых ламп, большая часть энергии затрачивается впустую. С «умной» системой управления возникновение данной ситуации невозможно в принципе, поскольку в ней используются специализированные источники освещения, которые позволяют дозировать те или иные цвета спектра и добавлять либо убирать разные компоненты. Опция обеспечивает экономию до 70 процентов электроэнергии, причем без учета фактора внешнего естественного освещения, которое дает возможность оптимизировать насыщенность красного и синего цветов. Свет солнца тоже учитывается, причем с поправкой на преломления через прозрачные стены теплицы. Кроме того, современные источники света позволяют поддерживать заданные объемные конфигурации светового потока, то есть досвечивать определенные области теплицы светом необходимого спектра. Это обеспечивает равномерное формирование кроны растений без физического перемещения самих светильников. Человек не смог бы отследить такие параметры. В составе данного решения также возможно предусмотреть специальные камеры, позволяющие наиболее полно реализовать все возможности системы автоматизации.

Непрерывное улучшение

Как и любую модульную структуру, систему интеллектуального управления можно модернизировать и улучшать. Например, существует возможность ввести в контур мониторинга отслеживание состояния технологического оборудования. Если комплекс даст команду на включение обогрева, а устройство будет неисправно, то действие не будет выполнено, что может привести к потерям урожая. Решение данной проблемы заключается во внедрении контроля аппаратных узлов и заблаговременном устранении повреждений.

Для получения наиболее полной картины развития растений можно дополнить систему мониторинга специализированными камерами, способными «видеть» в ближнем инфракрасном спектре и фиксировать форму и размеры листа или плода. Благодаря этой технологии у сельхозпроизводителя есть возможность отслеживать все фазы развития культур. Существуют методики, которые помогают считывать дополнительные параметры биосистемы теплиц, например контролировать уровень азота в почве по окрасу листьев. Возможна установка камер, распознающих болезни различных культур, о которых свидетельствует появление пятен и налета на листовой поверхности. Все эти меры выводят контроль выращивания овощей на новый уровень качества. На стадии формирования плодов важным параметром становится уровень концентрации СО2. Для его мониторинга в систему можно интегрировать соответствующий датчик и добавить процедуры поддержки требуемого уровня. Для данной опции необходимы внешние источники углекислого газа и оптимизация алгоритмов управления вентиляцией, при этом целесообразно, чтобы количество посещений теплиц сотрудниками было минимальным. Чем меньше людей ходят и открывают двери, тем стабильнее работа системы и качественнее поддержание уровня CO2. Таким образом, при разработке алгоритмов приходится учитывать еще и человеческий фактор.

Внедрение дополнительных опций требует определенных расходов, но чаще всего подобные действия оправданны. В этом случае экономика проста: когда стоит вопрос сохранения урожая, то затраты допустимы, поскольку при несвоевременном открытии вентиляции, включении освещения, отопления и так далее сельхозпроизводитель рискует потерять часть, а иногда и весь урожай. При этом отсутствует необходимость непосредственного выполнения всех действий и их контроля в самой теплице, поскольку система мониторинга и управления позволяет сделать все операции автоматически, оперативно и удаленно.

Почти отечественное

В России климат изменчив, поэтому системы автоматизированного управления могут быть востребованы во всех регионах страны, где располагаются комплексы защищенного грунта, в том числе в южных субъектах. Хотя в большей степени подобная технология актуальна для зоны «неустойчивого земледелия», то есть для средней полосы и северных территорий. Сегодня на рынке существуют российские компании, уже имеющие реальный опыт внедрения контролирующих систем на крупных агропромышленных предприятиях в рамках

правительственной программы автоматизации сельского хозяйства. Как правило, в части программного обеспечения подобные технологические решения являются полностью отечественной разработкой, а в области аппаратного обеспечения частично имеют иностранные комплектующие. Перспективной в качестве технологии передачи данных является специальная технология LoRa как наиболее подходящая по дальности связи и времени автономной работы. Она не требует какой-либо дополнительной инфраструктуры, работает на открытом пространстве в радиусе до 30 км в зависимости от высоты подвеса. Однако компании стремятся максимально полно реализовать автоматизированные системы на базе российских компонентов для снижения их конечной стоимости. В связи с этим осуществляется постоянный мониторинг новинок на рынке комплектующих.

Способность к обучению

Применять систему мониторинга и управления можно по-разному, и выбор зависит от бизнес-задач каждого сельхозпроизводителя. К примеру, одни аграрии предпочитают обзавестись минимальным набором базовых функций, которыми обычно оснащаются все автоматизированные системы управления, и пользоваться им несколько лет. При этом комплекс будет самостоятельно измерять необходимые параметры, принимать решения и запускать нужные действия. Другие же пользователи заинтересованы в развитии приобретенных систем и расширении их функционала. Получив точный инструмент измерения показаний, аграрий может накапливать статистику, наращивать собственную экспертизу ухода за растениями и даже экспериментировать — составлять свои алгоритмы, вмешиваясь в настройки решения. Некоторые компании-производители даже поощряют подобную самостоятельность и стараются привлекать к сотрудничеству экспертов отрасли, которыми могут выступить как крупные научные центры и вузы, так и независимые специалисты, готовые внедрить у себя подобные комплексы и дать обратную связь, для совместной разработки новых эффективных способов ухода за культурами.

Автоматизированные системы управления «обучаемы», поэтому чем больше они применяются на практике, тем совершеннее их алгоритмы и лучше результаты. При этом вся информация и получаемые с помощью мониторинга данные представляют немалую ценность для развития агрономии в целом. Подобные комплексы могут стать одним из способов улучшения инновационных технологий и подготовки новых квалифицированных кадров. Также системы управления и мониторинга могут быть интересны не только конечным пользователям — фермерам и владельцам тепличных хозяйств, но и производителям теплиц. С помощью подобных комплексов они могут повысить привлекательность своей продукции на рынке, продавая не просто строительно-монтажный объект, а высокотехнологичное решение.

Умная теплица: как максимально автоматизировать свою кормилицу?

Кто-то выращивает овощи в теплице больше ради самого процесса: приятно своими руками что-то создавать, наблюдать, как растут первые помидоры и перцы, удобрять, лечить, собирать и хвастать перед соседями. А вот многие с удовольствием бы занялись вплотную подобным хозяйством, вот только ни сил, ни времени для этого нет. И только мечта подсказывает: вот бы такую конструкцию, в которой все растет само: поливается, удобряется, согревается и проветривается, когда нужно… На самом деле, такие «умные» теплицы уже существуют: благодаря активному развитию технологий и строительного рынка абсолютно все, начиная от искусственного пруда и заканчивая огромными тепличными комплексами, можно автоматизировать. Как? Самый простой путь – это приобрести всякие там регуляторы влажности, системы капельного полива, теплый пол с термодатчиком, автоматические открыватели для форточек и пульт дистанционного управления ко всей этой красоте.

Правда, затраты на такие системы могут не окупиться свежими овощами даже за десять лет (приверженцы жизни в стиле «эко» тут же поспорили бы, приведя массу аргументов в сторону здорового и экологичного питания). Но тогда почему бы не воспользоваться опытом умных огородников, у которых автоматика для теплиц своими руками создается и исключительно подручными средствами. Как? И что все-таки лучше: покупные дорогие системы или домашние методы? Вот сейчас во всем этом и разберемся. Скажем только: делать теплицу «умной» нужно с умом!

Новинок каждый год выходит очень много, это видео с последней выставки новшеств тому доказательство:

К чему теплице автоматизация?

Давайте рассмотрим подробнее, что же происходит в конструкции, которая «не умная». Т.е. попросту которой не ведома автоматика для теплиц и контроль за ее микроклиматом ведется по возможности, хотя и фактически каждый день.

Рано утром, как только первые солнечные лучи попадают в теплицу, температура в последней начинает достаточно быстро повышаться – и чем выше по высоте, тем быстрее. Для растений это – хорошо. Вот только есть проблема: перепад температур в это время между почвой и воздухом достигает порой разницы в 30°С! Корни остаются еще холодными, тогда как верхушки растений уже разогрелись. И происходит вот что: более «холодная» подземная часть плохо снабжает более «теплую» верхнюю часть растений, что приводит к элементарному дефициту влаги. Что на самом деле для растений все-таки не есть хорошо.

Еще больший стресс растения испытывают в жару в такой теплице. Ведь обычно хозяева идут собственноручно открывать форточки и двери уже тогда, когда температура внутри достигает 40°С. Влажность воздуха при этом резко падает, растения начинают испытывать засуху. И что происходит дальше? Еще хуже – двери и форточки резко открывают, и образовавшийся сквозняк уносит остатки и так не достающей влаги. Просто-таки как в пустыне! Молодые побеги от этого теряют тургор – давление внутри клеток, вянут, а цветы и завязи и вовсе отпадают. А вот вредители, особенно паутинный клещ, от жары и сухости начинают чувствовать себя как раз хорошо.

Вечером растения, конечно же, начнут приходить в себя. Но в итоге, собирая урожай, вы не сможете не отметить, насколько он меньше и хилее того, что у соседа с частично или полностью автоматической теплицей. То есть задача «умной» теплицы – это максимально поддерживать комфортный климатический режим для растений в теплице: влажность, температуру, насыщенность кислородом и влагой.

Автоматизируем по последнему слову техники

Что же нам сегодня предлагает последнее слово техники?

Автоматический полив

Так, одна из самых недорогих систем капельного полива – знаменитая Аквадуся. Это бочка на 200 литров, в которую подведена вода через арматуру сливного бочка. Хватает такого объема жидкости примерно на 4-5 поливов – идеально для тех, кто теплицу видит раз в неделю, приезжая на дачу. Не менее популярна в России система капельного полива с израильскими капельницами – они якобы и прочнее, и более устойчивы к напору.

Открываем форточки термоприводом

Неспроста опытные огородники уверены, что жара – куда большее зло для тепличных растений, чем холод. А потому автоматизация теплиц в плане проветривания необходима даже тогда, когда вы имеете возможность и желание проверять внутреннюю температуру теплицы хоть каждый день.

А вот при понижении температуры масло, охлаждаясь, сжимается, и форточка закрывается под собственной тяжестью. А отрегулировать после заправки масла ваш термопривод можно так:

  1. Откройте кран и проследите, чтобы бутылка стояла вертикально вверх – чтобы воздух в систему не попал.
  2. Дождитесь нужной температуры в теплице и перекройте кран.
  3. Форточки оставьте закрытыми – чтобы система не завоздушилась.

Как видите, ничего сложного!

Автоконтроль влажности – почему это так важно?

На самом деле переизбыток влажности даже для тепличных растений не к добру – от этого они могут начать болеть. Существует свой порог этого значения, придерживаться которого вам помогут различные автоматические устройства.

Современный рынок предлагает самые разные модели подобной техники, которые способны задавать и верхний, и нижний пороги относительной влажности в закрытом грунте. По сути, большинство из них просто подает влагу в грунт – при сухости воздуха увеличивает подачи, а при достижении верхнего порога и вовсе ее прекращает. Запомните, теоретически норма для тепличных растений – это 65-70%.

Можно связать с системами автополива и датчик влажности почвы – как только она насытится, подача воды будет автоматически прекращена. А устанавливают этот датчик прямо в землю, рядом с растениями и их корневой системой.

Автоматизируем по-хитрому и домашними средствами

Давайте посмотрим, как можно обеспечить тот же автополив растениям подручными средствами:

Способ №1. Солнечная дистиляцция

Это – очень простой способ автополива, который дает достаточно влаги для растений даже в самые жаркие дни. Суть этого принципа – в солнечной дистилляции – когда вода греется до выделения пара, а этот пар потом конденсируется в воду.

Итак, берем две пластиковые бутылки разного размера, в одну из них наливаем воду, а вторую используем как колпак для нее. Когда вода от солнца будет испаряться, пар осядет на стенках колпака. Такой конденсат хорошо увлажняет грунт, и чем более палит солнце, тем больше влаги получат растения.

Способ №2. Стержень от ручки

Самые простые и бесплатные устройства для капельного полива вы можете сделать из обычных пластиковых бутылок и стержней от старых шариковых авторучек. Стержни промойте бензином от пасты и один конец плотно закройте деревянной палочкой. Швейной иглой проколите отверстие на 3-4 мм от заглушки. В бутылке тоже проколите отверстие – только чуть меньше диаметром, чем у стержня.

И ставьте бутылки так:

  • Вариант 1. Отрежьте у бутылки дно, а отверстие для стержня сделайте на уровне плечиков. Горлышко закройте пробкой и поставьте бутылку вверх дном.
  • Вариант 2. Сделайте отверстие на расстоянии 20-25 мм от самого дна, пробку снимите, а бутылку поставьте на дно. Отверстие уплотните пластилином.

Вот и все. Налейте воду и смотрите, как она капает из стержня – в норме за 5 минут должно вытечь 10 капель.

Как вы заметили, автополив и контроль за влажностью организовать и правда непроблематично, а вот с проветриванием придется повозиться. Самый надежный и простой вариант – купить автооткрыватели для форточек. Но, при желании, вы можете сделать такие и сами. Для этого посмотрите на нашем сайте статьи на такую тематику: как сделать гидроцилиндр или термопривод. Но суть всех этих конструкций одна: масло или другая какая жидкость в них расширяется от повышения температуры и выталкивает поршень. Он, в свою очередь, оказывает давление на следующий элемент конструкции и форточка медленно начинает открываться. Любопытный момент: когда в «умной» теплице едва начинают подниматься фрамуги, соседи счастливого обладателя тоже начинают бежать к своим теплицам делать проветривание. Вот такой себе датчик для окружающих.

Конечно, ни одна автоматическая теплица не будет делать на все 100% за вас вашу работу, но все-таки максимально освободиться от рутины и «танцев с бубном», как любят говорить сегодня русские мастера, – это приятно. И это дополнительное время на новые эксперименты!

«Умная» теплица: особенности конструкции и этапы автоматизации

«Умные» теплицы не слишком распространены, поэтому многие считают, что среднестатистический огородник не может построить что-то подобное у себя во дворе. Но на деле это совсем не так.

Преимущества автоматики

Преимущества «умных» теплиц вполне очевидны. Это не просто место, где растения защищены от морозов и могут плодоносить хоть круглый год. «Умная теплица» – это настоящая помощница огородника. За счет того, что рутинные процессы автоматизированы, человеку не нужно тратить свое время на бытовые задачи.

Конечно, даже «умные» теплицы не способны выращивать растения без человеческого вмешательства. Но умеют они очень многое.

Вот список основных функций таких построек:

  • Поддерживать комфортную температуру внутри. В помещении автоматически включается режим проветривания, поэтому в жаркие дни овощи, фрукты и ягоды не завянут в таких условиях.
  • Поливать растения в заданное время. Система капельного полива автоматизирована и предельно проста в управлении. Даже начинающий дачник легко справится с ее настройкой.
  • Восстанавливать почву и делать ее подходящей для выращивания выбранного сорта растений.

Получается, что какие-то несложные рутинные обязанности действительно можно доверить системе. А вот пасынкование, пересаживание и прочие сложные процессы остаются задачей огородника. Но с ними справиться уже намного проще.

Несмотря на то, что такие конструкции на первый взгляд кажутся очень сложными, воспроизвести их вполне реально. Для начала нужно определиться с тем, какой вид теплицы будет выбран. Условно их делят на две категории: автономные и энергозависимые.

Первый вариант очень выгодный и современный. Автономная теплица, как понятно из названия, не зависит от электросети. Как правило, она работает на солнечной или же на тепловой энергии. Оба варианта хороши, но над оборудованием такой теплицы придется долго провозиться.

Второй вариант попроще. Энергозависимая система функционирует от электросети. И тут есть сразу два минуса. Во-первых, тратится много электроэнергии, поэтому приходится много платить за коммунальные услуги. Кроме того, если внезапно отключается свет, то такая «умная» теплица сразу же превращается в обычную. Зато подобная автоматическая конструкция стоит дешевле автономной.

Кроме того, теплицы, как современные без электричества, так и традиционные, работающие от электросети, различаются и по своим размерам. Тут уже нужно смотреть по обстоятельствам: чем масштабнее планы и чем больше свободного места, тем большую теплицу можно себе позволить. Более компактный вариант – простой парник с открывающейся крышкой. Его тоже можно дополнить различными техническими новинками.

Функции

Каждый огородник сам для себя определяет, какие функции «умной» теплицы для него важны. Вот основные из них:

  1. Вентиляция. Чтобы поддерживать в теплице нужный температурный режим, нужно оборудовать комнату окнами, которые открываются в автоматическом режиме. Открытие окна происходит либо в определенный период, либо после повышения температуры. Регулировка температуры и ее поддержание позволяет выращивать здоровые растения и получать богатый урожай.
  2. Автоматизированная система полива. Хорошая «умная» теплица должна быть оборудована не только датчиком температуры воздуха, но и системой автоматического полива. Капельное орошение растений позволяет решить проблему регулярного полива.
  3. Восстановление почвы. Мульчирование почвы в автоматическом режиме – это еще одна полезная функция, которой славятся многие «умные» теплицы. Это позволяет огородникам забыть о замене почвы, даже если человек выращивает растения круглый год, высаживая при этом разные культуры.

Это, конечно, далеко не все. Многие теплицы буквально напичканы различными системами. Но для начала достаточно простой системы управления микроклиматом.

Как сделать?

Поскольку готовые теплицы стоят дорого, многие огородники предпочитают сделать все своими руками. Вот простая инструкция, которая позволяет справиться с этой задачей в короткий срок.

Выбор места установки

Для начала надо определиться с тем, где будет установлена «умная» теплица. Под нее нужно отвести достаточно большую часть участка.

Еще важный момент – теплица должна быть защищена от сильных порывов ветра. Особенно это актуально в том случае, если сама конструкция не очень прочная. Так что лучше всего располагать теплицу в месте, защищенном от ветра. Дополнительно можно поставить изгородь.

При этом сквозь окна теплицы в нее должны попадать лучи солнца, чтобы растения росли нормально. Иначе им понадобится дополнительная подсветка, на поддержку которой будет уходить много денег.

После того как выбрано подходящее место, нужно рассмотреть еще и такой важный момент, как выбор идеального материала для возведения теплицы. Чтобы растениям было комфортно даже в холодное время года, стены нужно делать теплыми. Ведь если они будут тонкими, то никакая система обогрева не поможет сохранить нужную температуру – все тепло будет уходить на улицу. Лучший вариант материала – поликарбонат. Стены толщиной до 8 миллиметров подходят для возведения теплиц, используемых с весны по раннюю осень. Если же овощи, фрукты и ягоды будут расти там и зимой, то стоит остановить свой выбор на стенах толщиной в 16 миллиметров.

Дополнительно нужно очень тщательно герметизировать стыки. Не стоит экономить и на дверях и стеклопакетах – окна и двери должны закрываться очень плотно.

Еще один способ сохранить тепло в помещении круглый год – использовать теплоизолирующий фундамент. За счет этого корни всех растений постоянно будут находиться в тепле, а значит, те будут очень быстро расти.

Автоматизация своими руками

Следующий важный момент – автоматизация конструкции. Если она полностью самодельная, то на этом этапе возникнет больше всего сложностей. Для начала нужно выбрать подходящее по цене оборудование. Есть разные варианты и схемы, которые подойдут огородникам с разным бюджетом.


В первую очередь ставятся все нужные датчики. Оптимальный по цене вариант – датчики в варианте модуля на Arduino. Они продаются вместе со схемой и понятной инструкцией. В стандартный набор, как правило, входит закрыватель с термодатчиком, электросхемы, фоторезистор и датчик влажности почвы.

На этом же этапе нужно позаботиться и об обогреве помещения. Существует два варианта. Первый – электрообогрев. Схема включает в себя подключение теплого пола, ИК-приборов и конвекторов. Другой вариант – подключение водяного отопления. Центр схемы тут – котел любого типа. К сожалению, по технике безопасности автоматизировать работу отопительных приборов ни в коем случае нельзя, поэтому придется вручную контролировать работу котлов.

Если же хочется, чтобы система была полностью автоматической, лучше выбрать электроподогрев.

Для обогрева воздуха стоит выбрать электрообогреватели. Их рекомендуется располагать повыше. Оптимальный вариант – прикрепить их к каркасу теплицы вместе с датчиками и электросхемами. При таком расположении датчики автоматически измеряют температуру воздуха, и если она ниже необходимого уровня, начинают ее подогревать.

Как правило, в «умной» теплице достаточно установить автоматический подъемник на окна. Но если есть желание, можно установить еще и систему принудительной вентиляции. В этом случае электровентиляторы также крепятся к дугам каркаса теплицы. Подключаются они к электросети и переводятся в автоматический режим. Работает система очень просто: как только солнце нагревает крышу теплицы слишком сильно, вентиляторы автоматически включаются. Но можно обойтись и без вентиляторов – дополнить форточки приводом с автоматикой. При повышении температуры они будут открываться, а потом так же легко закрываться. И все это без вмешательства огородника.

Для того чтобы почва всегда была пригодной для выращивания растений, опытные огородники используют мульчу. Это рыхлая органика, которая не дает земле пересыхать. Получается, что почва постоянно остается рыхлой и хорошо прогретой. Мульчирование, помимо всего прочего, еще и спасает растения от сорняков. Это актуально в любое время года. Правда, весной и осенью специалисты рекомендуют дополнительно укрывать мульчу темным полиэтиленом. За счет этого почва еще лучше прогревается и растения начинают развиваться намного активнее.

На лето этот плотный материал, конечно же, убирается. Но почву все равно не рекомендуется оставлять без покрытия. Плотную пленку можно заменить либо соломой, либо свежими опилками. И тот, и другой материал позволяет равномерно распределять тепло по всей теплице.

Дополнительное усовершенствование

Помимо этих основных моментов, есть ряд дополнительных усовершенствований, которые позволят сделать «умную» теплицу лучше и функциональнее.

Во-первых, можно обратить внимание на такую функцию, как обогрев грунта. Сделать это можно тремя способами. Первый – естественный. Но это способ, который подходит только для лета, ведь почва обогревается прямыми лучами солнца. Второй вариант – биологический. В почву закапывается материал, который постепенно разлагается и выделяет тепло. За счет этого земля постоянно остается хорошо прогретой. Но тут есть и свой минус – регулировать температуру невозможно.

Самый интересный способ для ценителей современных технологий – технический. Под землей прокладываются трубы, которые и дают тепло. Это удобно, поскольку в любой момент можно выставить нужную температуру или вовсе отключить систему отопления.

Увеличить количество урожая можно, установив в помещении лампы. Подсветка особенно важна в холодное время года – с поздней осени и до ранней весны. Подойдет любой вид ламп, ведь у каждой есть свои плюсы. Так, например, натриевые дают свет, похожий на солнечный. Люминесцентные отличаются экономичностью, а светодиодные максимально безопасны, поэтому теплицу, дополненную такими лампами, можно спокойно оставить без присмотра на неделю-две. Кстати, освещение тоже в идеале должно быть автоматическим. Свет должен включаться в темное время суток, а с наступлением дня угасать.

Современная теплица: автоматизированные системы

Автоматизация теплицы по выращиванию плодово-овощных культур на сегодняшний день не является роскошью, а считается даже первой необходимостью, для того чтобы обеспечить себя богатым и качественным урожаем.

Для обустройства теплицы системой автоматизированного полива потребуются бочки, объем которых зависит от квадратуры теплицы, обычно это бочки на 200-250 литров.

Для сохранения оптимального микроклимата в теплице следует поддерживать определенную температуру, влажность.

Для того чтобы растения хорошо принимались и приносили хороший урожай также необходимо вовремя проводить полив почвы, проветривание помещения, а в холодное время проводить подогрев воздуха в теплице. Производить все эти манипуляции нужно ежедневно, что не всегда удается сделать, если теплица находится далеко от дома. Для этого большую часть процессов в теплице можно автоматизировать своими руками при помощи специальных приспособлений и оборудования.

Применение автоматизированных систем поддержания оптимального микроклимата в теплицах позволяет упростить процесс ежедневного ухаживания за тепличными сортами растений.

Различают три основных типа автоматизированных систем, применяемых в тепличном садоводстве. Выбор типа системы будет во многом зависеть от габаритов теплицы или парника, условий выращивания растений, а также возможности присоединения к электросети.

На практике широко используют следующие типы автоматизированных систем:

Схема устройства автоматизированной теплицы.

  • электрическую;
  • гидравлическую;
  • биметаллическую.

Установка компонентов электрических систем требует наличия системы электроснабжения с возможностью присоединения оборудования к сети 220 В и ниже. Комплектующие системы позволяют в автоматическом режиме изменять основные параметры теплицы, к которым относят:

Контроль изменения параметров осуществляется при помощи специально предназначенных и установленных в теплице датчиков. Изменение параметров происходит в результате подачи управляющих команд на исполнительные элементы системы. Управляющие команды задаются садоводом путем установки основных значений микроклимата в теплице и ввода этих значений в специальный блок управления, так называемый контроллер.

Блок управления такого типа системы позволяет сохранять несколько возможных программ. Исполнительными элементами в этом случае являются двигатель насоса полива и вентиляции или электронагреватель. Недостаток применения такого типа системы состоит в том, что монтаж и работа оборудования сопряжена с бесперебойной подачей электроэнергии. В случае отключения электроэнергии автоматизированная система не функционирует.

Схема расположения форточек для проветривания.

Второй тип наиболее чаще встречающегося оборудования автоматизации – это гидравлическая система. Такая система не зависит от электроэнергии и функционирует при изменении значений давления или температуры. Применение таких систем позволяет автоматизировать процесс проветривания теплицы, полив почвы.

Для проветривания теплицы путем автоматического открывания створок оконных проемов или форточек может использоваться биметаллическая система. Компонентом для автоматического открывания форточек служит биметаллическая пластина, состоящая из двух материалов с различным коэффициентом температурного расширения. При нагревании такой пластины происходит деформация на изгиб одной из частей, которая вызывает открывание форточки.

Автоматическая вентиляция

Свежий воздух просто необходим для любого живого растущего организма, поэтому в теплице необходимо проводить регулярное проветривание. Устройство автоматического проветривания представляет собой оборудование, которое воздействует на открывающиеся рамы, тем самым обеспечивая приток воздуха.

Конструкций автоматического проветривания, собранных для теплицы своими руками, огромное множество. Наиболее распространенными являются гидравлические и электрические элементы. Электрические элементы представляют собой маломощные, малогабаритные электродвигатели, которые связаны посредством механизмов и кронштейнов с подвижной системой оконных проемов.

Схема простого устройства для автоматического проветривания теплицы.

Электродвигатели включаются по команде блока управления, который в заданный промежуток времени подает на него напряжение питания.

Гидравлическое оборудование немного проще в конструкции и не требует напряжения питания. Оборудование представляет собой две емкости с жидкостью. При повышении температуры в теплице происходит изменение положения емкости, которая действует на подвижную часть окна с помощью рычага.

В автоматической вентиляции теплиц могут использоваться элементы принудительного нагнетания воздуха – вентиляторы, которые размещают в форточных проемах или под крышей.

Автоматический обогрев

В холодное время года, во время заморозков помещение теплицы должно обогреваться. Простейшее устройство автоматизированного обогрева включает в себя три основных функциональных узла:

Система автоматического обогрева теплицы.

  • термодатчик;
  • блок управления (термостат);
  • электронагреватель.

Нагревательные элементы дополнительно могут снабжаться вентиляторами для более быстрого распространения горячего воздуха. Универсальные блоки управления поддержания оптимального микроклимата в помещениях обеспечивают регулирование температур и управление обогревательными исполнительными устройствами. Термодатчики могут устанавливаться как внутри теплицы, так и снаружи, контролируя изменение температуры окружающей среды.

Автоматический полив

Автоматический полив можно организовать своими руками при помощи бочки, шлангов, разбрызгивателей и небольшого насоса. Емкость бочки будет зависеть от площади теплицы. Чаще всего емкость бочки составляет 200 – 250 литров. В дно бочки монтируется труба, которая присоединяется к шлангам.

Шланги размещают в теплице вдоль грядок. Можно использовать разбрызгиватели, подключив их к шлангам через специальные переходники. Состояние выходного отверстия бочки регулируется при помощи обычного клапана, который управляется электромагнитом с проволочной тягой. Питание на электромагнит будет подаваться с блока управления в заданный промежуток времени.

Система автополива теплицы.

Пополнение бочки водой в ходе расходования можно автоматизировать, установив в бочку поплавковый датчик и подключив через микровыключатель погружной насос. Принцип действия поплавкового датчика заключается в работе простейшего туалетного бачка.

Современная теплица представляет собой компьютеризированный объект, в котором большая часть функций, направленных на поддержание оптимального климата, состояния почвы и растений, выполняется полностью в автоматическом режиме, облегчая тем самым работу садоводу.

Технология работ по автоматизации теплицы своими руками

Построив теплицу, вы наверняка захотите снять с себя часть функций по организации оптимального микроклимата в ней, чтобы они выполнялись автоматически. Рассмотрим два основных варианта монтажа оборудования в теплице для обеспечения автоматического проветривания и полива растений. В первом случае теплица электрофицирована, то есть к ней подведено сетевое напряжение питания в 220 В. Второй вариант – с отсутствием сети электроснабжения приусадебного участка и соответственно самой теплицы.

Схема дождевания в теплице.

Электрофицированная система позволяет использовать устройства электроники, которые можно приобрести в садовом магазине. На сегодняшний день использование электроники в садоводстве не является дорогим удовольствием, поэтому оборудование можно приобрести по сравнительно невысокой цене. Для монтажа вам потребуется набор отверток, электродрель и пассатижи. Для правильного функционирования системы необходимо разместить блок управления и датчики. Датчики контролируют температуру и влажность в помещении теплицы. В нагрузке блока управления подключают маломощные двигатели. Один двигатель является насосом для подачи воды в оросительную систему, второй управляет рычагами открывания закрывания форточки для проветривания.

Для изготовления рычагов можно использовать отрезки металлических или деревянных планок. Длина отрезков будет зависеть от высоты теплицы, месторасположения форточки и электродвигателя. Для того чтобы двигатель отключался при полном открывании форточки, в месте полного открывания устанавливается прерыватель, который в нужный момент разомкнет цепь подачи питания. При отсутствии электроснабжения можно использовать автономные системы электрической автоматизации с использованием аккумуляторов, солнечных панелей. Стоимость таких систем выше.

Сэкономить на системе автоматизации можно, установив гидравлические элементы управления. Для монтажа такой системы вам потребуется инструмент и автоматические “открыватели”. Принцип работы таких открывателей напоминает работу гидроцилиндров. Жидкость, нагреваясь в цилиндре, изменяет положение штока-толкателя, который в свою очередь управляет исполнительным устройством. Датчики в такой системе не нужны, их функцию выполняет жидкость.

Открывателей такого типа вам потребуется как минимум 2. Один будет управлять проветриванием, открывая штоком окно, а второй – поливом, для этого в теплице устанавливается емкость в нижней части, проделывается отверстие и устанавливается труба-соединитель. Через шаровый кран труба соединяется с системой полива. Подвижный механизм шарового крана крепится неподвижно к штоку-толкателю. Таким образом, при изменении положения штока будет открываться кран и подаваться вода.

Современные автоматизированные теплицы

Предлагаю современные, полностью автоматизированные теплицы очень высокого качества по более, чем разумной цене 3300руб/м2+шеф-монтаж.

ТЕПЛИЦЫ цена: 1 865 руб / м2

Теплица блочная цена: 1 650 руб / м2

Теплицы цена: 25 000 руб / шт.

Теплицы сборные, тепличное оборудование:

• Оцинкованный каркас шириной 10 метров,

• Высота в коньке 4,95 метров, длинна 10 метров.

• Двойная пленка 200 мк. с наддувом

• Боковая вентиляция с двух сторон

• Кровельная вентиляция с электроприводом открывания форточки

• Нагнетающие вентиляторы с контролем давления

• Двери и фасады из поликарбоната

предназначена для круглогодичного выращивания:

• Овощных культур (огурцов, томатов, перцев и т.д.);

• Цветочных культур ( розы, тюльпаны и т.д.);

• Листового салата и других зеленых культур;

Компания Perspekta является одной из немногих компаний, имеющей опыт в строительстве теплиц для выращивания методом интерплантинг. Данная технология позволяет выращивать овощную продукцию безостановочно и собирать урожай ±350 дней в году.

Мировые рекорды по урожайности достигаются при помощи именно данной технологии. По европейскому опыту для томата в год сбор более 100 кг/м2, для огурца – более 200 кг/м2.

Минимальная площадь – 11.000м2. По вопросам пишите maria@perspektagroup.com

Perspekta – это Ваш ключ к успеху!

Вы приняли решение купить теплицы! Серьезному бизнесу — серьезные теплицы. Максимально быстрый возврат вложенных средств — теплица «Фермерская 10».

Для теплиц шириной 10м — 57я черная или оцинкованная овальная труба Толщина металла – 2мм.

В процессе эксплуатации, благодаря специальной конструкции «замков», каркас отлично противостоит снеговым нагрузкам и гасит порывы ветра, при этом сохраняя форму и жесткость. Натяжка троса или оцинкованной вязальной проволоки обеспечивает равномерное укладывание пленки и уменьшает соприкосновение покрытия с элементами каркаса.

Для теплиц шириной 10м — рекомендуется трехслойная пленка светостабилизация до 10 сезонов. Ширина рулона – 16м, длина 33, 45, 52м, толщина 150 мкм. Фасады теплицы, по желанию Заказчика, могут быть закрыты поликарбонатом, со сроком службы более 10 лет.

При заказе теплицы способ крепления пленки оговаривается индивидуально. Мы можем подготовить каркас для монтажа бруса, к которому потом .

Изготовление теплицы 10 на 50 метров (500 м2 площадь), с одним слоем пленки, двухсторонним боковым проветриванием, черная труба (без покрытия) 800руб.

Второй слой пленки и система наддува межпленочного пространства +100руб.

Коньковая форточка длина 50 метров, ширина 1.5 метра, с электроприводом + 250руб.

Цинкование конструкции +250руб.

Монтаж конструкции +150руб.

Изготовление теплицы 48 на 50 метров (2400 м2 площадь), с двумя слоеми пленки, четырехсторонним боковым проветриванием, коньковыми форточками 5 штук по 50 метров, материал черная труба (без покрытия) 1100руб.

Автоматизация в закрытом тепличном комплексе Текст научной статьи по специальности « Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Ивченко Андрей Владимирович

Представлено решение проблемы овощеводства защищенного грунта с использованием контроллера фирмы «ARDUINO». Выращивание культур в закрытых теплицах реализуется посредством искусственного освещения и подпиткой питательным раствором, что дает круглогодичный урожай в сложных климатических условиях. Автором лично разработан натурный макет, включающий все необходимые элементы автоматики, осуществлено программирование контроллера для управления процессом выращивания

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Ивченко Андрей Владимирович

Текст научной работы на тему «Автоматизация в закрытом тепличном комплексе»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент С. В. Стельмащук Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет

АВТОМАТИЗАЦИЯ В ЗАКРЫТОМ ТЕПЛИЧНОМ КОМПЛЕКСЕ

Представлено решение проблемы овощеводства защищенного грунта с использованием контроллера фирмы «ARDUINO». Выращивание культур в закрытых теплицах реализуется посредством искусственного освещения и подпиткой питательным раствором, что дает круглогодичный урожай в сложных климатических условиях. Автором лично разработан натурный макет, включающий все необходимые элементы автоматики, осуществлено программирование контроллера для управления процессом выращивания.

Защищенный грунт, тепличное производство, контроллерное управление, «ARDUINO».

The paper presents the solution of vegetable growing of the protected ground using the controller of «ARDUINO» company. Growing crops in closed hothouses is implemented by the artificial lighting and feeding of nutrient solution that gives a year-round harvest in difficult climatic conditions. The author personally developed a working model, including all the necessary elements of automation and implemented the programming of the controller to manage the process of growing.

Protected ground, hothouse production, master switch control, «ARDUINO».

Традиционное сельское хозяйство использует слишком много энергии и производит слишком мало продуктов для растущего населения планеты, несет в себе требования, накладывающие ограничения по климатическим, физическим и экологическим критериям, и зачастую является малоэффективным, а то и вовсе экономически нецелесообразным. Авторитетные представители агропромышленного комплекса предлагают радикальные решения: перенести плодо-воовощной комплекс из горизонтальной в ярусно-вертикальную ориентацию [2].

Воплотить эту идею в зависимости от условий окружающей среды возможно в надземных или в подземных комплексах, эргономично размещенных на территории городов. Эти комплексы использовали бы гидропонные фермы и при необходимости технологию светокультуры [1], [3]. В результате снизятся трудозатраты, энергоемкость производства продуктов, а также исключаются из цепочки снабжения промежуточные звенья. Дополнительным достоинством такой реорганизации сельского хозяйства является освобождение сельхозугодия для деревьев, которые помогут очистить атмосферу от углекислого газа.

Гидропоника — это способ выращивания растений без почвы. Его актуальность заключается в том, что при использовании данного метода отпадают трудоемкие работы по внесению удобрений, поливу, подкормке, подсыпке почв, дезинфекции. Открываются возможности более широкого применения автоматики, что сокращает трудовые затраты на выращивание овощей и дает возможность для получения круглогодичных урожаев вне зависимости от климатических внешних условий.

Сущность метода довольно проста: для того, чтобы растения, расположенные в активной зоне могли

расти и цвести, им нужны свет, воздух, вода, тепло и питательные вещества. Почва вовсе не так уж нужна, если корни могут получать необходимые для роста растения минеральные вещества из питательного раствора, концентрация которых повышается с течением времени. Почва при необходимости заменяется инертным субстратом, например, гравием, а в ряде случаев и вовсе исключается. Субстрат служит лишь опорой, в нем размещаются корни растений. Питание они получают из водного раствора, приготовленного растворным узлом по потребностям конкретной культуры в конкретный период ее развития, в котором содержатся все необходимые элементы питания в усвояемой форме.

Светокультура — это процесс выращивания растений при искусственном освещении. Применяется для выращивания овощных культур при ограниченных возможностях естественного освещения или абсолютном отсутствии такового. Существенное значение имеют: спектральный состав света, интенсивность радиации, длина фотопериода [4]. Ускоряя или задерживая развитие культуры (в зависимости от спектральной и фотопериодической чувствительности растений), можно повышать производительность.

Функциональная схема установки выращивания. Функциональная схема установки выращивания приведена на рис. 1а. Установка выращивания состоит из двух модулей: модуль искусственного освещения и модуль растворного узла.

В основе решения задачи искусственного освящения лежат светодиодные модули, состоящие из попарно параллельно соединенных светодиодных матриц, запитываемых с блока питания. Замыкание силовой цепи происходит посредством реле по команде контроллера по программно заданному времени, которое в свою очередь считывается с RTC модуля.

Часы реального времени (RTC — real time counter) — это малопотребляющие часы-календарь, имеющую энергонезависимую статическую ОЗУ. Часы-календарь отсчитывают секунды, минуты, часы, день, дату, месяц и год. Последняя дата месяца автоматически корректируется для месяцев с количеством дней меньше 31, включая коррекцию високосного года. RTC имеет встроенную схему наблюдения за питанием, которая обнаруживает перебои питания и автоматически переключается на питание от батареи.

Модуль растворного узла предназначен для автоматизированного приготовления питательного раствора. Управляемая контролером система дозации жидких минеральных удобрений обеспечивает приготовление растворов с точно выдержанной концентрацией питательных веществ. Параметры питательного раствора поддерживаются на заданном уровне с помощью постоянного двойного измерения электропроводимости (ЕС) и кислотно-щелочного баланса (pH) раствора и регулирования подачи маточных растворов и поливочной воды.

В растворном узле обеспечивается приготовление питательного раствора заданной концентрации (контролируя ЕС) и с оптимальным значением рН путем смешивания с водой маточных растворов и кислоты. Контроллер анализирует параметры питательного раствора и поддерживает их на заданном уровне. Для этого используются датчики ЕС и PH, которые ведут непрерывный мониторинг и отправляют данные о состоянии наблюдаемой среды в контроллер, инициирующий управляющее воздействие на дозаторы посредством драйвера двигателей.

Алгоритм управления. Блок-схема алгоритма управляющей программы контроллера представлена на рис. 1б. Ежедневно производится искусственное освещение в течении 16 час. Это обеспечивается путем сравнения времени с установленным значением (T > 7). Если количество часов, прошедших с начало суток, менее семи, то цепь находится в разомкнутом состоянии и питание на светодиодные модули не подаются. Как только количество часов превысит установленный порог, контроллер замыкает цепь питания искусственного освещения.

Помимо создания ритмичного искусственного освещения решается задача создания благоприятной питательной среды путем контроля PH и ЕС уровней. Следует заметить, что ЕС уровень постепенно, с течением времени необходимо менять в большую сторону. Для этого вводится вспомогательная переменная b, с помощью которой мы сможем судить о том, прошли ли сутки после последнего повышения ЕС уровня. Работает это следующим образом: во первых, происходит сравнение переменой b с числом месяца d (b = d). В случае, если это условие верно, никаких шагов не предпринимается, и алгоритм идет далее, но если эти значения различны, происходит увеличение переменой С, отвечающей за концентрацию ЕС следующим образом: C = C*1,05, а также увеличение b = d + 1.

Стоит заметить, что при созревании продукции ЕС необходимо установить в изначальный уровень, для это используется проверка условия С > 2000.

Предполагается, что при достижении данного уровня продукция будет отправлена на реализацию и начнется новый цикл выращивания.

Постоянно производится мониторинг и сравнение требуемого и фактического уровней ЕС, и при недостаточной концентрации (ЕС C*1,1), которое выполняет две функции:

1) введение зоны нечувствительности для стабильности работы системы,

2) при превышении этой зоны срабатывает сигнальное оповещение о превышении допустимых значений.

Аналогично решается задача контроля PH-уровня: в случае его превышения (PH > 6) активируется дозатор 2. В случае, если концентрация ионов водорода не превышает заданный порог, происходит остановка дозирующего насоса и проверка: входит ли фактический наблюдаемый уровень в допустимую зону нечувствительности, ограниченную условием (PH Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Существует множество микроконтроллеров и платформ для осуществления «physical computing»: Parallax Basic Stamp, Netmedia’s BX-24, Phidgets, MIT’s Handyboard и мн. др., которые предлагают схожую функциональность. «Arduino», в свою очередь, тоже упрощает процесс работы с микроконтроллерами, однако имеет ряд преимуществ перед другими устройствами для преподавателей, студентов и любителей:

1. Низкая стоимость — платы «Arduino» относительно дешевы по сравнению с другими платформа-

ми. Самая недорогая версия модуля «Arduino» может быть собрана вручную, а некоторые даже готовые модули стоят меньше 50 дол.

2. Кросс-платформенность — программное обеспечение «Arduino» работает под ОС Windows, Macintosh OSX и Linux. Большинство микроконтроллеров ограничивается ОС Windows.

3. Простая и понятная среда программирования — среда «Arduino» — подходит как для начинающих пользователей, так и для опытных. «Arduino» осно-

вана на среде программирования Processing, что очень удобно для преподавателей, так как студенты, работающие с данной средой, будут знакомы и с «Arduino».

4. Программное обеспечение с возможностью расширения и открытым исходным текстом — программное обеспечение «Arduino» — выпускается как инструмент, который может быть дополнен опытными пользователями.

Рис. 1. Функциональная схема установки (а) и алгоритм управляющей программы (б)

5. Аппаратные средства с возможностью расширения и открытыми принципиальными схемами -микроконтроллеры ATMEGA8 и ATMEGA168 — являются основой «Arduino». Схемы модулей выпускаются с лицензией Creative Commons, а значит, опытные инженеры имеют возможность создания собственных версий модулей, расширяя и дополняя их. Даже обычные пользователи могут разработать опытные образцы с целью экономии средств и понимания работы.

Arduino Mega построена на микроконтроллере ATmega2560. Плата имеет 54 цифровых входа/выходов (14 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 16 аналоговых входов,4 последовательных порта UART, кварцевый генератор 16 МГц, USB коннектор, разъем питания, разъем ICSP и кнопка перезагрузки.

Конструкция установки выращивания. Установка выращивания продуктов имеет стендовый вид, где на одной стороне стенда (активной стороне, см. рис. 2), размещены короба с выращиваемым продуктом и светодиодные модули. На другой стороне -управляющая часть: растворный узел, контроллер, датчики концентрации и pH-уровня раствора, релейный модуль, насосы дозаторов и источник питания.

Светодиодные матрицы ARPL-10W на основе нитрида галлия разработаны для применения в мощ-

ных осветительных приборах. Отличаются продолжительным сроком службы, стабильностью характеристик, качественным исполнением. В конструкции светодиодов применен люминофор с повышенной термической устойчивостью. Массивная медная подложка облегчает отвод тепла от светоизлучаю-щих кристаллов.

В конструкции применено 9 кристаллов световой эффективностью 90-100 Лм/Вт, подключенных последовательно-параллельным способом, в каждой из трех параллельных ветвей включены последовательно три светодиодных кристалла. Светодиодная матрица питается постоянным током равным 900 мА. Рабочая температура входит в диапазон -45 и до +60 °С. Даная светодиодная матрица нуждается в принудительном охлаждении. При пассивном охлаждении площадь радиатора должна быть не менее 200 см2.

Управляющая часть установки представлена на рис. 3. Среди датчиков представлены рН-метр для измерения рН-уровня и кондуктометр для измерения электропроводности питательного раствора. В качестве исполнительного устройства используются: перистальтический насос, плата расширения с драйвером для управления двигателями и блок реле. Управляющими элементами являются контроллер и часы реального времени ЯТС.

Рис. 2. Активная сторона установки выращивания продуктов

Чувствительный элемент рН-метра

Рис. 3. Управляющая часть установки выращивания продуктов

Плата расширения Arduino Motor построена на базе микросхемы L298N, представляет собой сдвоенный мостовой драйвер и предназначена для управления двигателями постоянного тока или шаговыми двигателями. Одна микросхема L298N способна управлять двумя двигателями, используя широтно-импульсную модуляцию, и позволяет плавно изменять скорость вращение двигателя.

Перистальтический насос предназначен для перекачки жидкостей, текущих по гибким трубкам. Принцип действия основан на том, что ролики передавливают трубку с жидкостью, и, двигаясь вдоль трубки, проталкивают жидкость вперед. В проекте используется дозирующий насос WPN японской фирмы «Welco».

Показатель рН представляет собой логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком, т. е. pH=-log[H+]. Величина рН определяется количественным соотношением в воде ионов Н+ и ОН-, образующихся при диссоциации воды. Если в воде пониженное содержание свободных ионов водорода (рН>7) по сравнению с ионами ОН-, то вода будет иметь щелочную реакцию, а при повышенном содержании ионов Н+ (рН Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

В результате выполнения проекта, в ходе которого была разработана и опробована установка выращивания продуктов, была проведена теоретическая оценка финансово-экономических показателей. Выяснилось, что для обслуживания одной этой установки достаточно одной ставки лаборанта в размере 15000 руб. В обязанность лаборанта входит снятие показаний уровней PH и ЕС на всех этапах производства для каждой из производимых культур, производство расчета необходимой концентрации ЕС в соответствии с культурой ее вегетативным сроком и потребностями, и подачи заявки оператору.

Ежемесячные отчисления на текущий и плановый ремонт, на расходные материалы составляют 10 % от итоговой стоимости оборудования, т. е. 1000 руб. ежемесячно. Таким образом, экономический эффект, определяемый ежемесячной экономией финансов, направленных на зарплату лаборанта, за вычетом денежных средств, направленных на обслуживание контроллера, составляет 15000 — 1000 = 14000 руб.

Проведя финансово-экономический анализ проекта, выяснилось, что срок окупаемости инвестиций с учетом ставки дисконтирования 0,02 составил 4,6 мес., а индекс рентабельности 3,7. Проект по показателю рентабельности является привлекательным.

1. Клешнин, А. Ф. Растение и свет. Теория и практика светокультуры растений / А. Ф. Клешнин. — М., 1954.

2. Кудашов, А. Теплицам нужна господдержка / А. Кудашов // Ассоциация «Теплицы России». — 2006. -№2. — С. 39-41.

3. Леман, В. М. Культура растений при электрическом свете / В. М. Леман. — М., 1971.

4. Мошков, Б. С. Выращивание растений при искусственном освещении / Б. С. Мошков. — М., 1966.

5. Соммер, У. Программирование микроконтроллерных плат АпМпо/Ргее(1шпо / У. Соммер. — СПб., 2012.

З. К. Кабаков, Ю. В. Грибкова, Д. И. Габелая

Череповецкий государственный университет

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ ШТАБЕЛЕЙ НА ХОЛОДНОМ СКЛАДЕ

В статье рассматриваются вопросы, связанные с математическим моделированием процесса охлаждения слябовой заготовкой на холодном складе. Приведенная оценка позволяет определить продолжительность охлаждения из слябов углеродистых сталей при постоянных условиях охлаждения в зависимости от различных геометрических параметров штабеля. Для построения этой зависимости использован полный факторный эксперимент.

Сляб, штабель, математическое моделирование, продолжительность охлаждения.

This article considers the issues related to the mathematical modeling of the slab cooling in a cold store room. This estimate allows determining the cooling time of the slabs of carbon steels at constant cooling conditions according to the different geometric parameters of the stack. The authors used a full factorial experiment to build this relationship.

Slab, stack, mathematical modeling, duration of cooling.

Перед контролем качества поверхности непрерывно литых слябов на стеллажах они охлаждаются в штабелях. Контроль производится при температуре штабеля, не превышающей заданное значение. Продолжительность охлаждения штабелей зависит от теплофизических свойств стали, условий охлаждения, образования окалины и геометрических параметров штабеля, что затрудняет ее прогнозирование. В связи с этим необходимо знать динамику охлаждения штабеля. Эффективным инструментом исследования тепловых процессов и прогнозирования продолжительности охлаждения является математическое моделирование. В работе [1, с. 83] разработана математическая модель охлаждения штабелей непрерывно литых слябов на воздухе. В модели учитывается теплопередача внутри штабеля, наличие окалины на поверхности штабеля, теплопередача от поверхности, излучение и конвекция воздуха. Математическая модель протестирована и проверена на адекватность на основе экспериментальных данных. Модель позволяет получить большое количество информации о процессе охлаждения: температурные поля штабеля, тепловые потоки от поверхности шта-

беля, степень влияния соседних штабелей на процесс охлаждения рассматриваемого штабеля и др. Эта информация является излишней, если необходимо знать только продолжительность охлаждения штабелей из слябов углеродистых сталей при постоянных условиях охлаждения в зависимости от различных геометрических параметров штабеля. Для построения этой зависимости использован полный факторный эксперимент. В качестве объекта, на котором проводятся эксперименты, использовалась математическая модель [1, с. 83] охлаждения штабеля.

Основными параметрами, влияние которых рассматривается в данной работе, являются ширина штабеля 2А, длина штабеля 21, высота штабеля Н и расстояние между штабелями а. Выберем диапазоны изменения параметров в соответствии с технологией:

— половина ширины А штабеля (фактор х^: 0,6-1,0 м;

— половина длины I штабеля (фактор х2): 2,0-6,0 м;

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБОГРЕВА ПАРНИКОВ И ТЕПЛИЦ

Важнейшим фактором, определяющим рост растений в теплице, является температура.

В природе существует равновесие между поступающей за счет солнечного излучения теплотой и ее потерей. В теплице это равновесие менее устойчиво, так как ограждение плохо пропускает назад длинноволновые солнечные лучи, отражаемые от внутренних элементов теплицы, вследствие чего происходит накопление теплоты. Такое явление называют парниковым эффектом. Равновесие, конечно, наступает. Однако важно, чтобы это произошло при той температуре, которая нужна растению. Следует также иметь в виду, что температура самого растения может значительно (иногда на

5. 10 °С) отличаться от температуры окружающего воздуха.

Регламентации подлежит не только температура окружающего воздуха, но и скорость ее изменения, поскольку массивные части растений прогреваются медленнее и на них в момент прогрева может конденсироваться влага.

Задача системы управления микроклиматом состоит в обеспечении условий для максимальной интенсивности фотосинтеза, которая зависит от температуры, при высоких значениях которой дыхание (процесс обратный фотосинтезу) начинает превалировать над фотосинтезом. Оптимальное значение внутренней температуры зависит от вида растения и его развития.

Внутренняя температура должна возрастать при увеличении освещенности. Нарушение этого условия зимой, когда температура в теплице может быть высокой, а освещенность недостаточной, вызывает дефицит углеводов и истощение растений.

Состав и принцип построения систем автоматического управления (САУ) температурным режимом в теплице во многом определяются способом ее обогрева.

Сооружения защищенного грунта обогревают за счет солнечного излучения, биотоплива, горячей водой или паром от котельных, отходами теплоты промышленных предприятий, а также электронагревательными установками.

Солнечный обогрев используют наряду с другими дополнительными видами обогрева. Солнечные лучи, проникая через светопрозрачные ограждения, нагревают почву, воздух и растения. Нагретые тела испускают инфракрасные тепловые излучения, которые через светопрозрачные ограждения практически обратно не проникают. Однако солнечный обогрев определяет большие суточные колебания температуры: днем она повышается, а ночью резко снижается. Солнечный обогрев в утепленном грунте широко распространен в южных районах, а также на Крайнем Севере в период полярного дня.

Биологический обогрев осуществляют за счет теплоты, выделяемой органическими материалами в процессе их разложения микроорганизмами. В качестве биотоплива используют навоз, городские отбросы и органические отходы промышленных предприятий. После заправки защищенного грунта биотопливом температура его постепенно за одну—три недели повышается до 60. 70°С, а затем снижается до 20. 30 °С и держится на этом уровне в течение двух месяцев. Биологический обогрев наиболее удобен в парниках и небольших весенних теплицах, где постепенное снижение температуры биотоплива компенсируется увеличением солнечной радиации. Однако на заправку биотопливом требуются большие затраты труда, и в то же время практически невозможно управлять температурой его разложения.

Водяной обогрев — самый распространенный вид обогрева благодаря высоким эксплуатационным и экономическим показателям. Он характеризуется простотой устройства и низкой трудоемкостью, легкостью управления и безвредностью для растений и обслуживающего персонала, доступностью и высоким процентом использования теплоты (65. 70 %).

Для водяного обогрева почвы в парниках на глубине 60. 65 см в песчаной подушке укладывают асбоцементные трубы диаметром

50. 100 мм, а для обогрева воздуха прокладывают под рамами металлические трубы диаметром 50 мм с уклоном 3 %. Циркуляцию горячей воды создают принудительно при помощи электронасоса.

В блочных теплицах трубы для циркуляции горячей воды укладывают как в почве, так и по ее поверхности, а также вдоль стен и под стеклянной кровлей. Зимние теплицы обогревают водой температурой 70. 90 °С, а парники — 50. 70 °С.

Воздушно-тепловой обогрев применяют в качестве дополнительного и особенно аварийного. При этом используют калориферные установки, которые обладают малой инерционностью, легко управляемы и быстро выравнивают температуру по всей площади теплицы. В этом случае источником теплоты является водяной, газовый или электрический калорифер, а теплоносителем — воздух теплицы, прогоняемый вентилятором через калорифер.

В некоторых теплицах воздух обогревают за счет непосредственного сжигания газа в теплице, с одновременным обогащением атмосферы углекислым газом. Несмотря на простоту этого метода отопления и высокий коэффициент использования теплоты, он не нашел широкого распространения из-за неравномерности распределения температуры и наличия в газах вредных для растений соединений.

Электрический обогрев используют в основном в парниках. Он бывает почвенный, воздушный и комбинированный. Для электрообогрева применяют трубчатые или оголенные проволочные нагревательные элементы, специальные нагревательные провода, асфальтобетонные, электродные и другие нагревательные элементы.

В качестве трубчатых нагревательных элементов используют оцинкованную проволоку диаметром 2,5. 3 мм, протянутую внутри керамических или асбоцементных труб диаметром 75. 100 мм. Трубы прокладывают в слое песка на глубине не менее 200 мм от поверхности почвы на теплоизоляционной подложке из шлака и гравия.

Нагревательные элементы присоединяют к сети напряжением 380/220 В. Средняя мощность нагревательных элементов для южных зон должна составлять 150. 180 Вт на 1 м 2 площади. Оголенные проволочные нагревательные элементы выполняют из стальной оцинкованной проволоки диаметром 3. 4 мм, которую укладывают в теплоаккумулирующем слое песка петлями под обогреваемой почвой и закрепляют в натяжных планках в торцах обогреваемого участка. Для питания используют пониженное напряжение (12. 50 В).

Промышленность выпускает Подогревательный оцинкованный сельскохозяйственный провод ПОСХП с полиэтиленовой изоляцией. Диаметр провода 1,1 мм, а вместе с изоляцией 3 мм. Провод ПОСХП заливают теплоаккумулирующим слоем, состоящим из цементно-песочной смеси (1 : 10), а сверху насыпают слой почвы. Провод рассчитан на напряжение 380/220 В. Асфальтобетонные нагревательные элементы выполняют в виде плит толщиной

6. 7 см на все дно площади парников. В плиту закладывают зигзагом стальную оцинкованную проволоку диаметром 2. 3 мм, рассчитанную на напряжение 380/220 В.

Каждый электрик должен знать:  Почему горят ТЭНы на водонагревателях и стиральных машинах и как их заменить
Добавить комментарий
Название: Автоматизированная система управления климатом в тепличных хозяйствах
Раздел: Рефераты по информатике, программированию
Тип: курсовая работа Добавлен 20:54:31 23 декабря 2010 Похожие работы
Просмотров: 12129 Комментариев: 13 Оценило: 7 человек Средний балл: 4.4 Оценка: 4 Скачать