Тепличная автоматика

  • записей
    10
  • комментариев
    85
  • просмотров
    1 196

Об этом блоге

Приветствую вас, уважаемые посетители,и спасибо за то время, которое вы потратите на этот блог.

Здесь я касаюсь старой и давно обсуждаемой темы- а именно вопроса создания и применения средств, могущих облегчить тяжёлый труд человека, с раннего утра и до поздней ночи работающего на земле. Случилось так, что технический прогресс немного обошёл малые и средние агротехнические хозяйства, зачастую по банальным причинам - стоимость и сложность применения. Отдельно можно ещё добавить надёжность - но это уже частные случаи.

Немного о себе  - я программист промышленных систем автоматики. Специализация - разработка оборудования, тестирование и ввод в эксплуатацию электрометаллургических заводов и цементных производств. Для создания оборудования, о котором тут будет рассказано, использую все свои наработки и опыт.

Моя мечта - реализовать действительно народный контроллер. Многие юные и не очень изобретатели пишут "народный контроллер", но на самом деле скрывая под этим словосочетанием "я хочу от вас денег побольше и чтобы вы от меня зависели". И именно поэтому я избегаю такого названия, и для всех своих изделий буду применять термин "iТеплица".

А теперь давайте рассмотрим путь нашего сотрудничества. Я работаю не один - у меня есть мои коллеги и единомышленники, и мы составляем команду. Это гарантия того, что ни одна просьба не будет проигнорирована и проект не завершится внезапно и будет развиваться.

Все устройства, которые будем вам предлагать, проходят обязательное тестирование в условиях, приближенных к реальным. Тут есть одна трудность - пока мы не имеем своего тепличного модуля, и проверки производим либо на открытом грунте( летом), либо в комнатных условиях. И именно поэтому разыскиваем хозяйство, готовое применить наши технологии - это будет выгодно обеим сторонам, а нам сэкономит драгоценное время.

Цены - одна из наших целей именно доступность, и поэтому мы планируем держать минимально возможные цены. Повторить наше изделие может каждый желающий - секрета тут никакого нет, схемы и решения будут в свободном доступе. Плюс бесплатная доступность прошивки) Но мы надеемся, что трудности и головную боль вы оставите нам, а сами получите надёжного, понятного и доступного помощника.

 

Записи в этом блоге

Greeds74

День добрый, уважаемые коллеги!

Одной из ключевых особенностей хорошей системы управления является возможность сохранять необходимые параметры в долгосрочный архив данных с возможностью быстрой выборки и построения графиков. Эта особенность будет весьма полезна для систем тепличной автоматики  - ведь появляется возможность провести не только самостоятельный анализ, и но и привлечь сторонних специалистов. Зачастую именно за счёт графического отображения удаётся понять зависимости, ранее не замеченные ввиду или слишком медленно меняющегося характера сигнала( например, внешняя температура), либо просто не привлекающие внимания. Но увы - такие системы достаточно дороги и порой их стоимость превышает цену самой теплицы вместе с посадками.

Наш контроллер позволяет использовать эту интереснейшую возможность по более чем бюджетной цене - по сути, до 64 сигналов бесплатно ( конечно, потребуется персональный компьютер и некоторые затраты на написание самого проекта для программы визуализации). Также один компьютер позволяет использовать не один, а целую группу контроллеров - можно смело строить целую систему управления. Но сейчас мы рассмотрим самый простой вариант - один контроллер, один компьютер, одна шина обмена данными.

Следуя сложившейся традиции, мы собираем тестовую установку, показанную на фото ниже. Состоит из контроллера, аналогового датчика освещённости, двух датчиков температуры типа DS18B20, витой пары для обмена данными с контроллером по шине RS-485. Датчики температуры устанавливаем снаружи , датчик освещённости поворачиваем в сторону окна. Включаем питание 220В - установка готова к работе.

 

set1.jpg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Увы - для теста погода выдалась пасмурная и целый день шёл дождь, поэтому  не удалось сохранить график солнечной погоды. Ниже на фото вы можете видеть график - выборку данных за 12 часов. Если честно, на большее время мне просто не хватило терпения) График освещённости приведён без обработки - прямо в отсчётах АЦП.

 

curve1.JPG

 

 

 

 

 

 

Как видно,  за время проведения теста нет ни одного ошибочного опроса датчика. Также видно, как меняется освещённость вечером - практически виден закат)) А вот на фото ниже показан момент снижения освещённости из-за прихода тучи - как раз видно, что и температура немного снизилась.

 

curve2.JPG

 

 

 

 

 

 

Если у Вас имеются вопросы или пожелания - пишите, буду рад обсудить или раскрыть то, что не удалось наглядно показать в этой записи.

 

Greeds74

День добрый, уважаемые коллеги!

Сегодня предлагаю Вашему вниманию очень интересную и обширную тему - программа управления. Наш контроллер имеет одну особенность - при поставке он не имеет никакой программы, то есть в его программную память ничего не загружено. Дело в том, что даже две рядом стоящие теплицы могут иметь различные потребности, и логика управления должна максимально точно и гибко эти потребности реализовывать. На заре зарождения этого проекта у нас было много вариантов реализации, но мы выбрали самый тяжёлый и долгий, но зато наиболее эффективный путь - а именно создание свободно программируемого контроллера.

Работу программы лучше всего рассмотреть на примере - сегодня мы Вам покажем вариант обработки значений двух датчиков температуры типа DS18B20. Ничего особо полезного программа не делает - просто сравнивает два значения температуры датчиков с двумя уставками и по результатам сравнения включаем или выключаем соответствующие биты.

Ниже показана сама опытная установка  - собранный контроллер из опытной партии со снятой верхней крышкой , подключённое питание 220В переменного тока и сами датчики DS18B20.

 

eq.jpg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ниже Вы видите просмотр значений переменных в окне мониторинга. Тут можно собрать любой набор данных и наблюдать их значения онлайн.

online2.JPG

 

 

 

 

 

 

 

 

А вот здесь показана работа программы в режиме онлайн - Вы видите непосредственно работу программы, значения переменных. Очень удобно в таком виде искать ошибки, и алгоритм получается понятным и прозрачным. Вы сами можете это увидеть, просто посмотрев на картинку.

online1.JPG

 

 

 

 

 

 

 

 

Но Вы не думайте,  что программу мы отдадим писать именно Вам - конечно же, программу управления небольшого объёма, полностью соответствующую вашей задаче, напишем мы.

Greeds74

Уважаемые коллеги! Продолжаем модернизацию нашей теплицы. На этот раз добавим два привода открытия форточек - возьмём для этого стандартные устройства, применяемые для управления поворотом спутниковых тарелок. Можно конечно поставить привод  и другого типа - но  сейчас применим именно такие. Получим вот такую картину

part3.jpg

 

Также тут добавлено 3 датчика температуры - два внутри теплицы, и один снаружи. Наружный датчик нужен для определения возможности открытия форточки -чтобы не заморозить посадки в солнечный зимний день. Количество датчиков берём минимально необходимое.

Открытие форточек происходит по сигналам от датчиков температуры  - но тут можно придумать намного более изящный алгоритм управления.

Итак - что же мы потратили из того, что предоставляет контроллер?Из 8 дискретных входов свободными остались 2,  а из 8 дискретных выходов - ни одного. А теперь посмотрим результат - у нас управляется полив,бочка наполняется сама,  имеется фильтр воды с автоматической очисткой, форточки тоже открываются по заданной программе.  Причём полив зависит от величины солнечной радиации. Весьма даже неплохо!

Но не будем останавливаться на достигнутом - далее добавим блок подготовки воды.

Продолжение следует...

 

Greeds74

Добрый день,уважаемые коллеги!

Первый экземпляр контроллера серии "iТеплица" собран, успешно прошёл испытания и готов к опытному применению в тепличных хозяйствах. Ниже приведено фото  собранного устройства.

plc.JPG

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Устройство разрабатывалось специально для применения в малых тепличных хозяйствах, хотя сфера применения может быть гораздо более обширна. Что же делает его особенным, позволяя выделиться среди тысяч подобных устройств? Давайте рассмотрим особенности более подробно .

  1. Доступность по цене . Мы ориентируемся на небольшие тепличные хозяйства, для которых просто нет возможности приобрести дорогую систему.
  2. Гибкость использования. Сам контроллер - это мозг теплицы, который мы запрограммируем для вас именно так, как вам это будет необходимо. Плюс к этому целый парк внешних датчиков, который мы сейчас усиленно разрабатываем, призван решить любую задачу. И при этом недорого)
  3. Лёгкость расширения системы. Для добавления или расширения системы управления совершенно нет необходимости вызывать нас - для конфигурирования и отладки применяются стандартные средства. Пытливый фермер при желании вполне может освоить работу с системой на должном уровне.
  4. Применение промышленных стандартов. Это устройство сочетает в себе всё то, что делает контроллер контроллером - операционная система реального времени, защищённое тактирование процессора, обязательная гальваническая изоляция, защита от перенапряжений, промышленные шины обмена данными, промышленные протоколы обмена. Список можно продолжать - но тут самое главное, что вы можете визуально контролировать то, что происходит в контроллере благодаря возможности онлайн- отладки и мониторинга переменных среды программирования.
  5. Расширенная диагностика. В каждый момент времени важно, чтобы состояние как аппаратной части, так и процесса управления и обмена данными были определены. Также важно, чтобы программист мог описать поведение системы в той ли иной ситуации.

Это был первый краткий обзор - далее я рассмотрю небольшой пример, как такое устройство будет установлено и что именно оно будет решать в вашем тепличном хозяйстве.

Спасибо за внимание! Эта тема на самом деле очень обширна - жду ваших вопросов.

Пишите в личку, если у вас есть желание поближе познакомиться с нашим изделием.

Greeds74

День добрый, уважаемые коллеги!

В наше время любое устройство, не имеющее возможности доступа к беспроводным сетям, выглядит устаревшим. Чтобы соответствовать веяниям времени, мы сообщаем, что для нашего контроллера будет дополнительный выносной модуль, который обеспечит доступ через WiFi к данным контроллера. Также есть возможность построения небольшой веб-страницы для быстрого доступа к самым основным параметрам. Как оказалось, модули, которые нам необходимы, уже несколько лет ждали своего часа. Ниже Вы видите фотографии модулей и корпус для них. Как у нас заведено, корпус имеет исполнение, позволяющее его небрежно помыть водой из шланга)

esp8266.JPG

 

 

 

 

 

 

 

 Тип модуля -ESP-01. Сразу отвечу на самые популярные вопросы:

  1. Можно ли при использовании данного модуля получить к нему доступ через интернет? Можно, но для этого будет необходимо устройство, в просторечии называемое роутером, которое как раз и предназначено для обеспечения такого доступа. В той или иной форме, такое устройство вы используете каждый раз, подключаясь к интернету с домашнего компьютера.
  2. Почему вы сразу не включаете это устройство в комплектацию контроллера? Далеко не каждому пользователю будет необходима подобная функция, и удорожать конструкцию для всех - сомнительное удовольствие. Тем более, что обычно контроллер ставят в места, которые могут сильно  уменьшить силу сигнала. Данный блок можно смело вынести на 5-7 метров от места установки контроллера, что обеспечит и силу сигнала, и удобство установки.
  3. Почему вы сразу не рассказали о данной возможности? В процессе разработки устройства сложно сразу предусмотреть все необходимые варианты. И самое главное, что мы исходим из потребностей тех, кто будет нашу продукцию использовать.
  4. Можно ли теперь использовать системы визуализации на КАСКАДе с использованием устройств на основе  операционной системы "андроид"? Да, теперь у нас прямая поддержка этой системы с каналом связи через WiFi.
  5. Можно ли связать по WiFi между собой два контроллера? Увы, такая возможность не предусматривается.Дело в том, что все связи и подключения, могущие повлиять на надёжность управления, выполняются только проводными соединениями.
  6. Боится ли модуль гроз? От прямого попадания не спасёт ничто - а вот от грозовых перенапряжений все модули имеют специальную защиту.

В дополнение хотелось бы сказать, что  промышленная система визуализации будет работать тоже через этот модуль.

Спасибо за внимание! Если у вас возникли вопросы - пишите, будем рады ответить.

Greeds74

День добрый,уважаемые коллеги!

В ожидании получения заказанных нами плат контроллеров мы продолжаем проводить усиленное тестирование программы контроллера "iТеплица-лайт" или полностью "iТеплица-малый контроллер". Данная версия оборудована 4-мя каналами управления шаговыми двигателями. В качестве подопечного для опыта мы рассмотрим канал номер 1.

Состав опытной установки:

  1. Ядро контроллера с кабелем micro-USB для подключения, отладки и загрузки программы - 1 шт.
  2. Шаговый двигатель Nema 23 типа 23HS8430  200 шагов на один оборот( или 1.8 градуса один шаг) -1 шт.
  3. Драйвер шагового двигателя HY-DIV268N-5A -1 шт.
  4. Блок питания PS307 24В 2A -1 шт.
  5. Компьютер со средой программирования GX Developer FX - 1шт.

Собственно,видео самого теста ниже

 

Вы конечно,резонно спросите - а для чего это собственно необходимо? Да всё просто - имея 4 канала управления перистальтическими насосами на основе шаговых двигателей, можно построить весьма достойный узел подготовки воды и приготовления питательных растворов.  Или подвигать форточки))) Тем более, что оставшееся свободное место в памяти программ контроллера позволяет реализовать любые другие алгоритмы - всё, что Вам ещё необходимо. Для информации - управление 4-мя каналами заняло 74 шага из 2000 доступных.

Greeds74

День добрый, уважаемые коллеги!

Достаточно часто бывают ситуации, когда совершенно нет необходимости в установке компьютера с системой сбора данных, а потребность в быстром и понятном просмотре 40-50 параметров имеется. Плюс к этому и журнал событий интересен( что же тут происходило в отсутствие хозяина ), и графики температур и влажности  за 5-7 дней пролистать любопытно. 

Для бюджетного решения подобных задач и были придуманы так называемые панели оператора. Что она из себя представляет, спросите вы? Да всё просто - обычно это LCD монитор небольшого размера, подключенный к достаточно мощному процессору. Для упрощения процесса ввода данных монитор оборудуют устройством сенсорного ввода,  в просторечии тачскрин. Так как условия далеко не домашние, то применяют резистивные матрицы - так сказать, для любителей вопросов о надёжности. Ещё дополнительно оборудуют устройствами последовательного ввода - вывода информации, обычно промышленного  типа.  В той панели, которую тут рассматривается, имеется интерфейс RS-485, который далее мы и будем использовать. И конечно же, поддержка популярных промышленных протоколов. Мы будем использовать modbus RTU - хорошо себя зарекомендовавший и давно известный.

Ниже показано фото опытной установки - панель TK6070iP, сам контроллер с минимальной обвязкой, преобразователи интерфейсов, и старые добрые 10 датчиков температуры DS18B20.

over.JPG

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача контроллера в данном случае - опросить 10 датчиков температуры по каналу 1-wire, обработать их и передать уже по другому протоколу по другим проводам. Так как тут мы применяем modbus RTU, как протокол понятный панели оператора, то естественно в него и преобразуем. На фото белый провод - канал связи с панелью.

Ниже на фото показан экран панели оператора. Диагональ экрана  - 7 дюймов.

op.JPG

 

 

 

 

 

 

 

 

Ниже на фото показан экран моего компьютера с работающей в режиме онлайн среде программирования для контроллера и отладочной программой для панели. Согласитесь, наличие возможности разработки дизайна проекта панели с возможностью онлайн- отладки с реальным обменом данными это очень и очень здорово!

show.JPG

 

 

 

 

 

 

 

 

Итак, какие же выводы можно сделать из данного обзора:

  1. С применением контроллеров серии "iТеплица-лайт" можно построить недорогое и понятное средство отображения информации для оператора. К слову сказать, данная панель оператора стоит около 110$ на алиэкспресс.
  2. Панель оператора имеет конечно же ограничения - но я например не знаю ни одного случая, чтобы реализация проекта "упёрлась" бы в одну из них.
  3. Скорость обмена данными довольно впечатляющая - в данном примере использована скорость 187500 бод/сек. Желающие могут познакомиться с проектом панели.
  4. Двух данных устройств достаточно для построения сердца любой небольшой теплицы - узла подготовки и подачи питательного раствора плюс полив и микроклимат. Конечно, потребуются дополнительные преобразователи физических величин ))) Мы уже готовим P&I (process and instrumentation  - диаграмма процесса и приборов ) диаграмму для узла подготовки и подачи питательного раствора - но об этом попозже.

Спасибо за внимание!

Если у вас есть вопросы и пожелания - задавайте)))

Greeds74

День добрый, уважаемые коллеги!

Мы усиленно продолжаем работы над контроллером серии "iТеплица -лайт". Успешно завершена разработка печатной платы и передано в производство 5 опытных образцов. Ниже на фото показан рабочий момент - "примерка" компонентов в корпус.

gen_mod.jpg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И теперь, ожидая получения модулей контроллеров, мы собрали опытную установку, показанную на рисунке ниже.

 

gen_view.jpg

 

 

 

 

 

Состав установки:

  1. ноутбук, выполняющий роль устройства визуализации и управления.  
  2. Плата контроллера.
  3. Преобразователь уровней для согласования с сетью  передачи данных. В данном примере уже применена промышленная сеть RS485, которая достаточно легко обеспечивает связь на большие расстояния.
  4. Блок датчиков температуры типа DS18B20 в герметичном корпусе. Их мы используем для измерения температуры в 10 точках.
  5. Конвертер сети передачи данных RS485 для компьютера. Предназначен для согласования сигналов и получения их в виде, понятном компьютеру - в нашем случае это USB.
  6. Установленная на компьютере система сбора данных и визуализации для оператора Simple Scada 2. Имеет все необходимые части, присущие серьёзным промышленным системам - фиксации сообщений и событий, происходящих в контроллере, ведение архива сигналов и графиков - позволяет просмотреть величины сигналов (температура, давление, влажность, освещенность и т.д.), которые были день, неделю,месяц, год назад. И конечно же, визуальное отображение сигналов на мониторе компьютера. На наш взгляд, достаточно оптимальный выбор - тем более, что просто сравните цены с аналогичными системами других производителей. И , конечно, до 64 сигналов можно использовать бесплатно.

Свои тесты начинаем просто - у нас датчики температуры, поэтому будем измерять температуру. Кружка горячей воды нам в помощь -  погружаем в них блок датчиков. Фото ниже

test1.jpg

 

 

 

 

 

И на мониторе получаем вот такой график - указатель показывает температуры в тот момент времени.

curve1.JPG

 

 

 

 

 

 

Явно видно, что налицо разница, причём весьма значительная - более 3 градусов. Один из способов выравнивания - перемешать холодные и горячие слои воды. Что и было сделано - фото после перемешивания

test2.jpg

 

 

 

 

 

Соответственно получаем вот такие значения температур - фото ниже. Указатель показывает значения температур в тот момент.

curve2.JPG

 

 

 

 

 

 

Отображение в виде окон со значениями температур

T1.JPGT2.JPG

 

Вот так показаны сообщения - фото ниже. Я не стал готовить много сообщений - собственно, и 3-х штук достаточно.

message.JPG

 

 

 

 

 

 

  И в заключение - вытащим датчики из уже немного подостывшей воды, получим вот такую картину остывания

curve3.JPG

 

 

 

 

 

 

Что можно сказать в заключение этого эксперимента?

  1. Вполне реально с применением наших контроллеров построить систему сбора данных,ничем не уступающую мощным промышленным системам.
  2. Датчики DS18B20 имеют достаточно высокую точность - посмотрите, насколько близко они показывают температуры после перемешивания воды.
  3. Контроллер "iТеплица-лайт" может обеспечить недорогой и надёжный сбор данных - за всё время на графиках нет ни одного "провала", показывающего пропуск температуры. И самое что интересное - в проекте контроллера мы не задействовали ни единой строчки кода - все действия сделаны драйверами операционной системы.

Также вот тут можно скачать сам проект.

Greeds74

День добрый,уважаемые коллеги!

Мы завершили тестирование опытного образца датчика влажности почвы. Так случилось, что принцип действия данного сенсора потребовал значения температуры почвы для точного определения величины влажности. Так что наряду с влажностью имеется возможность получить и температуру почвы. Точность показаний будет неизменна на всём протяжении времени службы сенсора - а это не менее 2-х лет. Чувствительным элементом являются два изолированных электрода диаметром 3 мм и длиной 175 мм, погружаемые в почву.

На фотографии ниже показан момент тестирования в почве

 

mb_test.JPG

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И также момент отладки протокола обмена

 

mbb.jpg

 

 

 

 

 

 

Корпуса вот такие

 

case_aa.JPG

 

 

 

 

 

 

 

Цена будет определена по завершению сборки опытной партии - сейчас ожидаем комплектующие  и печатные платы.

Буду рад вашим вопросам или пожеланиям!

Greeds74

Приветствую вас, уважаемые посетители,и спасибо за драгоценное время, которое вы потратите на этот блог.
На фотографии ниже приведены типы корпусов, которые мы планируем применить для сенсоров и устройств управления.

lines.JPG

 

 

 

 

 

 

Тип А на изображении - исполнение, допускающее попадание струй воды( исполнение IP65 )    

   Предназначен для датчиков, устанавливаемых непосредственно в теплице,а именно следующих типов:
    Влажности и температуры почвы.
    Ультразвуковых измерителей расстояния.
    Измерителя освещённости.
    Измерителя влажности  и температуры воздуха.
    Измерителя температуры среды, отличной от воздуха.

Тип В на изображении- предназначен для устройств, устанавливаемых удалённо от центрального контроллера, а именно:
    Дискретных входов/выходов.
    Аналоговых входов/выходов.
    Как шаговых, так и приводов других типов.
    Измеритель концентрации СО2.
    Устройств визуального отображения или ввода информации.

Тип С на изображении - предназначен для центрального процессора упрощённой версии. Вычислительной мощности достаточно для управления теплицей, имеющей малую степень автоматизации. Способен выполнить малую программу - до 4000 шагов.


Тип D на изображении - предназначен для центрального процессора полной версии. Вычислительной мощности достаточно для управления теплицей, имеющей среднюю степень автоматизации.Способен выполнить среднюю программу - до 8000 шагов.


Как вы сами понимаете, весьма условно разбиение по степени автоматизации и зависит от  установленного оборудования.
На фото представлены корпуса типов А и В с установленными в них печатными платами.

ready.JPG

Система визуализации и сбора информации представлена в двух типах  - операторская панель и  SCADA - система Simple Scada .

Ниже на фото приведена операторская панель.

panel.JPG

 

 

 

 

 

 

Контроллеры планируются к  поставке с программой под конкретную задачу. Программы до 250 шагов будут предоставляться бесплатно. Исполняемая программа обязательна к передаче заказчику в формате проекта среды программирования. Это также открывает возможность самостоятельной модернизации системы без нашего участия. Устройства совместимы с контроллерами  FX2N Mitsubishi и программируются при помощи  программного обеспечения для промышленных контроллеров GX Developer FX. Полное соответствие стандарту IEC 61131-3.

Принципиальные электрические схемы в формате pdf и проекты печатных плат в формате CAM350 предоставляются по запросу бесплатно для модулей, запущенных в производство. Цены на компоненты системы на данном этапе проекта находятся в процессе определения и будут известны по завершению реализации конкретного устройства. Для модуля процессора упрощённой версии в корпусе типа С цена не будет превышать 5000 рублей или  80 евро.

На данном этапе ведётся усиленная работа над реализацией контроллера упрощённого типа - изготовление и тестирование печатной платы.

Проект находится в стадии завершающей реализации, поэтому убедительная просьба воздержаться от запросов типа цифр экономии, графиков и ссылок. Всё это будет  - но я намерен предоставить правдивую и убедительную информацию, полученную по результатам различных полевых испытаний.

Спасибо за внимание - если у вас возникли просьбы или пожелания, прошу ими поделиться.