Перейти к содержимому
ЛиС ФИТО

Тепличная автоматика

  • записей
    16
  • комментариев
    140
  • просмотра
    3 482

"iТеплица-малый контроллер" в системе полива для открытого грунта

Greeds74

392 просмотра

Предисловие

Наполнение бочки это рутинная и достаточно второстепенная задача. Главным приоритетом сейчас является научить систему автоматически начинать полив, и вот тут как раз и встаёт вопрос - а когда именно надо начинать поливать? Тут же найдётся тот, кто мне посоветует таймерный полив. Действительно, почему бы и нет? Дёшево и сердито, и всегда можно сказать, что у меня всё в полном ажуре. Но увы - это не совсем так. Погода штука непостоянная, и даже самый изощрённый таймерный вариант не сможет уследить за тем, сколько сегодня было облаков и насколько сильно светило солнце. Про дождь даже и говорить не приходится - таймер этот факт проигнорирует. Хотя есть продвинутые варианты таймеров с датчиком дождя - но они увы, стоят как небольшой самолёт.

 И в итоге из всего разнообразия вариантов был выбран вариант системы, которая учитывала бы солнечную радиацию, накопленную растениями, и при достижении необходимого порога подавала бы воду для полива растений. Плюс к этому надо не забывать о том, что надо автоматически определить чистоту фильтра, правильность коммутации кранов, не давать поливать ночью и слишком рано утром. Также надо учесть то, что при пасмурной погоде растениям совсем не надо давать столько воды, сколько в солнечную погоду - но она всё равно нужна.

Состав оборудования


В качестве сердца системы был выбран выпускаемый малой серией программируемый логический контроллер "iТеплица -малый контроллер" .
И это именно программируемый логический контроллер - для него есть среда разработки, которая позволяет не только написать  программу на промышленных языках стандарта IEC 61131-3, но и произвести  онлайн отладку с режимом мониторинга. В качестве среды программирования используется демонстрационная версия программы GX Developer-FX. Сам контроллер полностью совместим с серийным контроллером Mitsubishi FX2N.

 Немного о его возможностях:

1. Количество шагов выполнения программы -2000. О шагах более подробно расскажу немного ниже.
2. Гальванически изолированная шина интерфейса 1-wire. Позволяет работать со 128 датчиками. При помощи утилиты настройки производит поиск датчиков и сохранение в энергонезависимой памяти контроллера.
3.  Гальванически изолированная шина интерфейса RS-485 с поддержкой протокола обмена modbus RTU. При помощи утилиты настройки может работать как в режиме мастера, так и в режиме слейва.Всего может быть поддержано до 64 слейвов( при работе контроллера в режиме мастера).
4.  Программирование и отладка производятся при помощи micro -USB кабеля.
5.  Имеет 8 дискретных входов и 8 дискретных выходов, из которых 2 выхода снабжены реле с нагрузочной способностью 5A 250V AC. Также имеет 2 аналоговых входа.
6.  Имеется 2-й порт протокола modbus RTU - но он имеет TTL интерфейс и предназначен для подключения к системам сбора данных. Может работать тольков режиме слейва.
7.  Используется операционная система реального времени.

Следующее действующее лицо - это датчик освещённости. Он построен на основе микроконтроллера STM32F030 с использованием операционной системы реального времени. Имеет последовательный интерфейс стандарта RS-485 с поддержкой протокола обмена Modbus RTU для обмена данными и настройки параметров. Корпус исполнения IP67 позволяет производить установку под открытым небом. Фотография будет ниже.
Для любопытных читателей сразу скажу - сенсор BH1750 позволяет произвести замеры освещённости больше 100 тыс. люкс за счёт изменения ширины окна измерения.
И ещё есть одна отличительная особенность данного датчика от тысяч других - он сам считает накопленную мощность в Дж/см2/час и по запросу передаёт мастеру сети. При поставке каждый сенсор имеет собственный сертификат калибровки на мощность излучения 1000 Дж/см2/час и сразу готов к применению.

Сам объект управления
В качестве объекта используется небольшой участок земли размерами 5,5м х 25 м, оборудованный 6 линиями капельного полива. Капельные трубки 16 мм с капельницами через каждые 30 см с водовыливом 1,6л/час. То есть в теории за один час такая система может израсходовать 800 литров воды. Но так  как мы не используем бустерный насос для поднятия давления воды, то под давлением самотёка значения расхода оказываются значительно ниже.

Ход работ: монтаж на объекте
Вот как выглядят смонтированные датчики уровня в бочке для управления наполнением. Как видите, всё прикручено медной проволокой без особых заморочек. Датчики поплавкового типа, герконовые. Ниже на фото показан монтаж датчиков в бочке

level.jpg
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А вот тут  вы можете увидеть смонтированный датчик освещённости. Опять же, один шуруп решает все проблемы.

 

light_0.jpg

 

 

 

 

 

 

 

 

 


И для наглядности вид снизу:

 

light_1.jpg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


А теперь монтаж контроллера и блока питания для клапана - уж не судите строго, монтаж сделан "как есть". Всегда можно сделать намного более аккуратно - но мы тут рассматриваем не качество монтажа, а работу самой системы. Так что сам признаю некую "колхозность" такой конструкции.

plc_0.jpg

 

 

 

 

 

 

 


А теперь фотография монтажа блока механического дискового фильтра и клапана полива. Конечно, фильтр лучше устанавливать горизонтально - но пока так всё устраивает.

valve.jpg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Работа программы
Сразу скажу - исходник программы и распечатка в pdf будут в конце этого раздела. Никаких секретов от вас, уважаемые коллеги, в этой записи не будет.

Итак - наполнение бочки. При этом контролируется тай-аут времени работы насоса.Если наполнение будет длиться больше, чем 30 минут - то отключаем насос и показываем сигнал аварии. Если бочка наполнена в отведённое время - то ставим флаг готовности к поливу. Полив возможен только между 5:00 и 17:35. Время может быть очень легко изменено. Первый полив будет включен, как только утренняя доза поглощённой солнечной энергии будет больше 180 Дж/см2/час. После этого каждый следующий полив будет включен через 300 Дж/см2/час. Если солнечная активность низка и мы до 10:35 не набрали утренней дозы, то будет один раз включен полив и система будет ждать увеличения солнечной активности. Для опустошения бочки отводится тайм-аут 50 минут. Если время превышено - то значит проблемы с фильтром или клапаном. В этом случае выдаём предупреждающий сигнал и отключаем полив. Также контролируется количество воды, израсходованной на полив - если было использовано больше 8 бочек, то полив останавливается и выдаётся сигнал предупреждения. Сигнал не квитируемый - он будет сброшен утром следующего дня. Время выполнения такой программы в контроллере составляет 2 мсек.

Ниже под спойлером показан процесс отладки - онлайн монитор программы в режиме исполнения.

online.JPG

 

 

 

 

 

 


Я не буду тут описывать все временные защитные задержки и логику программы - вы можете посмотреть это всё сами в программе. Вот тут находится архив с программой и распечатанная версия в формате pdf.

Результаты работы и заключение
А теперь самое интересное - результаты работы. После запуска системы полива сразу стало видно, что растения отзываются на полив.Это выражается в качестве ягод. На участке есть несколько кустов малины - если раньше ягоды были мягкие на ощупь и обладали средними вкусовыми качествами, то сейчас они такие, какие должны быть.И вкусовые качества совершенно другие - ягоды стали более ароматными. Также имеется посадка огурца - теперь даже в сильную жару( а территориально я нахожусь на юге -в Краснодарском крае) листья не подвядают. И огурец стал более вкусным.

res0.jpg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

res1.jpg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Самый главный вывод можно сделать такой - с применением данных контроллеров и датчиков освещённости можно построить достойную систему управления поливом не только для теплиц, но и для посадок в открытом грунте. И она может занять достойное место наряду с таймерными системами.

Дальнейший путь
Следующим шагом будет подключение к системе группы дозирования на основе инжекторов Вентури для обеспечения точной подачи удобрений и через систему капельного полива. Этот шаг сделает подобную систему недосягаемой по качеству полива для таймерных систем. Также после оборудования датчиком влажности система будет способна управлять микроклиматом в теплице . Всё это может быть подключено просто и без особых затрат - конфигурирование системы сейчас напоминает простой игровой процесс. О ходе работ я обязательно буду рассказывать вам, мои дорогие коллеги.



9 комментариев


Recommended Comments

Я стал обладателем этакого "джентльменского" набора инжекторов Вентури  - и теперь бочка будет ещё и удобрения подавать в линию. Работы продолжаются))

venturi.jpg

 

 

 

 

 

 

 

Идея такова - пока нет подходящего насоса циркуляционного, поставить дозаторы в подающую линию. Подавать думаю пока только 2 компонента - а может, даже один. Конечно, хотелось бы реализовать уже с pH и EC измерением - но пока вот так, с ручным управлением. И в любом случае, это будет лучше, чем ручная подача  под каждый куст)))))

Цель этого эксперимента - выбрать наилучшую конфигурацию для бака растворного узла. Хочется минимизировать и количество компонентов, и не потерять эксплуатационные качества. Коллеги - если у вас есть идеи и наработки, которыми можете поделиться - буду рад. 

Изменено пользователем Greeds74

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

А вот коллеги, и дошёл до первого изменения - увеличил норму переключения полива с 350 до 400 Дж/см2/час. Так что сейчас моя минимальная доза полива 220 литров будет подаваться в линию полива каждые 400 Дж/см2/час. Причиной же увеличения стало разрастание водорослей на открытых участках мульчевого покрытия. Посмотрим, как отреагирует культура на такое изменение.

Немного цифр - сегодня в 12:10 система набрала уже 912 Дж/см2/час. Конечно, идеально будет сделать график - но пока нет свободного компа, остаётся только мечтать.
 

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Есть ли различия в показания датчика если на него светить под углом 90 градусов и другим углом? Я для себя делал систему полива и отказался от датчика освещенности. И вот почему. Я, оговорюсь, не работал ни с какими датчиками измеряющими освещенность, кроме как того, что установлен на смартфоне, но у меня предположение, что они все устроены аналогично. Так вот, при отклонении датчика даже на несколько градусов от источника света - показания меняются существенно. Соответственно, как я это понимаю, датчик должен быть всегда направлен на источник света под углом 90 градусов, и только тогда показания можно принимать в учет. А для этого нужно делать несколько датчиков на какой-то моторизированной платформе, которая сама бы следовала за солнцем или нужен какой-то хитрый датчик который измеряет освещенность "вокруг".

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

 

25 минут назад, Evgeny41 сказал:

Есть ли различия в показания датчика если на него светить под углом 90 градусов и другим углом? Я для себя делал систему полива и отказался от датчика освещенности.

Датчик освещённости должен быть расположен горизонтально. А зависимость от угла падения компенсируется математически - я к примеру, применяю кусочно - линейную аппроксимацию. Насчёт недостатков, например, для открытого грунта - да, они есть. Например, проблемно правильно рассчитать время начала полива после прошедшего дождя - тут очень кстати будут показания датчика влажности почвы.

Но опять же, подобные системы в работе себя показывают весьма положительно - и плюсов тут больше, чем минусов.

 

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий
15 часов назад, Greeds74 сказал:

 

А зависимость от угла падения компенсируется математически - я к примеру, применяю кусочно - линейную аппроксимацию.

 

Ну да, сам я что то до этого не додумался) Это многое упрощает

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий
10 часов назад, Evgeny41 сказал:

Ну да, сам я что то до этого не додумался) Это многое упрощает

Сарказм Ваш понятен - тем более, что я сам долго сомневался в целесообразности применения датчика освещённости. Но как показала практика, для большинства культур нет надобности в очень точных расчётах.  Сами представьте себе модель растения как поглотителя солнечной энергии - если не упрощать,  на математическое описание одного листа потребуется  визуально пугающее уравнение. Ваш подход будет хорош например для солнечных панелей - там всего одна рабочая плоскость, и её реально надо ставить перпендикулярно падающей лучистой энергии в течении светового дня.

Тут была опубликована "жёлтая таблица", где очень хорошо и понятно рассчитаны  и представлены все зависимости.

Если Вам интересно - я её найду в архивах и тут продублирую.

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Никакого сарказма в этом не было:huh: Действительно не думал, что это так реализуется. Если можно продублируйте таблицу

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Пользовательский поиск





×
   Сайт работает на облачном сервере ispserver.ru