Войти  
Подписка 0
Гость admin

АСУМТ для тепличных комплексов

Оцените эту тему

1 сообщение в этой теме

 АСУМТ для тепличных комплексов, фермерских и индивидуальных теплиц

А.Н. Рыков, генеральный директор ООО НПО «Автоматика», к.т.н.

Ручное управление технологическими системами в теплицах для обеспечения требуемого микроклимата осталось в далёком прошлом. Большое количество различных исполнительных механизмов, высокие требования к качеству их функционирования и к качеству процессов управления, учёт большого количества внутренних и внешних параметров, желание снизить роль человеческого фактора делают неотъемлемой частью современных тепличных комплексов автоматизированные системы управления микроклиматом теплиц (АСУМТ).

Рассмотрим какие основные требования предъявляются к современным АСУМТ и какими средствами эти требования реализуются и обеспечиваются.

Тепличные комплексы, фермерские и индивидуальные теплицы

Говоря о системах управления, в первую очередь, необходимо учитывать для каких объектов они предназначены. Разобьём все виды теплиц на три основные группы по признаку размера и назначения:

Тепличные комплексы – теплицы площадью от 0,5 га до нескольких десятков га. Как правило, тепличные комплексы состоят из блоков. Каждый блок включает в себя группу теплиц. Каждая теплица может состоять их нескольких отделений со своими одинаковыми или отличающимися комплектами технологических систем. Главное назначение тепличных комплексов – это промышленное производство сельскохозяйственной продукции для обеспечения потребностей населения. Обслуживаются тепличные комплексы профессиональными административными, агрономическими и техническими службами. Основные требования к промышленным теплицам и тепличным комплексам – это обеспечение требуемого ассортимента продукции, высокая урожайность, высокое качество и низкая себестоимость продукции.

Фермерские теплицы – теплицы площадью от 500 до 5000 м2. Как правило, фермерские теплицы используются для выращивания отдельных сельскохозяйственных культур с мелкооптовым и розничным сбытом. Главное назначение фермерских теплиц – это вспомогательная, а иногда и основная, занятость отдельных семей. Основные требования к фермерским теплицам – это обеспечение небольшого ассортимента, получение хорошего качества и приемлемой урожайности продукции и её низкая себестоимость.

Индивидуальные теплицы – теплицы площадью от 50 до 500 м2. Как правило, индивидуальные теплицы строятся на индивидуальных участках для личного потребления выращиваемой продукции и для удовольствия. Основные требования к индивидуальным теплицам – это обеспечение небольшого ассортимента экологически чистой сельскохозяйственной продукцией и её низкая себестоимость.

Основные требования к современным АСУМТ

Требования, предъявляемые к современным системам управления, в значительной степени общие для всех типов теплиц, но отличаются приоритетами. Рассмотрим основные факторы, учитываемые при выборе автоматизированной системы управления для конкретных теплиц:

Стоимость системы управления . Этот фактор всегда учитывается в первую очередь и, зачастую, является решающим. Автоматизированные системы управления состоят из интеллектуальной, силовой и вспомогательной частей. Это:

Интеллектуальная часть - контроллеры и компьютеры с программным обеспечением, преобразователи входных и выходных сигналов, информационная сеть, датчики, индикаторы и мониторы;

Силовая часть - шкафы управления с коммутирующим и защитным оборудованием, органами ручного управления, световой сигнализацией, блоками питания;

Вспомогательная часть - кабель силовой и контрольный, коробки соединительные и распределительные, лотки, установочные и монтажные материалы.

Очевидно, что для больших теплиц (тепличные комплексы) с большим количеством технологических систем и множеством функциональных возможностей состав и количество компонентов, а соответственно и стоимость систем управления, будет выше, чем для малых (индивидуальных) теплиц, у которых и систем меньше и требования к ним проще. Поэтому, стоимость систем управления определяется индивидуально для конкретных теплиц и анализируется в сравнении.

Функциональные возможности системы управления . Практически все современные автоматизированные системы управления микроклиматом теплиц обладают достаточным набором функциональных возможностей, необходимых для управления микроклиматом теплиц, но отличаются деталями. Это:

Возможность автоматического управления имеющимися в теплице технологическими системами обогрева, форточной вентиляции, зашторивания, рециркуляции воздуха, полива, электрического досвечивания, подпитки СО2, химической защиты;

Возможность обеспечения взаимосогласованного управления различными технологическими системами и исполнительными механизмами;

Качество поддержания требуемого климата в теплицах или возможность имеющимися средствами добиться минимального отклонения от задания поддерживаемых климатических параметров: температуры, влажности, концентрации СО2, освещённости;

Возможность корректировки задаваемых параметров микроклимата в теплице в зависимости от состояния растений, времени суток, года и метеоусловий для повышения урожайности в теплице;

Возможность согласованного с потребностями теплицы управления вспомогательными тепловыми пунктами, электрогенерирующими установками и энергосберегающими системами.

Следует отметить, что, если для малых теплиц достаточна сама возможность автоматичекого управления имеющимися технологическими системами, то для больших теплиц эта возможность рассматривается как безоговорочная и обсуждаются дополнительные возможности управления котельными, электростанциями и т.п. Продвинутые заказчики оценивают качество динамических процессов управления параметрами микроклимата.

Степень автоматизации и методы управления. Имеющееся в названии любой автоматизированной системы управления микроклиматом теплиц слово «Автоматизированная» многих неискушённых пользователей вводит в заблуждение, вызывая уверенность, что эта автоматизированная система сама будет управлять всеми процессами в теплице. Необходимо учитывать, что в соответствии с существующей терминологией: «автоматическая система» - система, способная функционировать без участия человека; «автоматизированная система» - система, функционирующая с участием человека. Отличий у различных автоматизированных систем управления по способам достижения поставленных целей больше, чем сходств. Основные факторы, характеризующие функционирование системы управления:

Степень автоматизации функций управления. Чем выше степень автоматизации, тем меньше требуется вмешательств оператора в процессы управления. В идеале, агроному требуется задать название сорта посаженной культуры и все действия по управлению исполнительными механизмами для обеспечения необходимого климата сделает система автоматического управления. Реально, на практике, агрономом или оператором, по указанию агронома, задаются задающие графики поддержания микроклимата и режимы работы оборудования, которые автоматически корректируются в соответствии с процессами управления, состоянием растений и внешними метеоусловиями. Системы, в которых аргоном, как великий «гуру», постоянно колдует над процентами открытия форточек или градусами теплоносителя – слабые системы, требующие постоянного и квалифицированного вмешательства в работу системы. Сильные системы на основе задания параметров микроклимата и введённых ограничений сами определяют необходимые режимы функционирования технологических систем и обеспечивают их корректировку в соответствии с автоматически контролируемыми процессами работы оборудования и состоянием растений в теплицах, создавая объективные предпосылки для надёжного повышения урожайности и качества урожая;

Методы автоматического управления. Теплицы с множеством параметров, перекрёстных влияний, распределённостью на значительных площадях, изнашивающимся оборудованием, подверженностью непредсказуемым, а иногда и неизмеряемым, воздействиям относятся к классу сложных, многомерных, распределённых, нелинейных и нестационарных объектов управления. Методы управления должны быть соответствующие: оптимальные – обеспечивающие оптимизацию критерия качества, многосвязные – учитывающие многомерность объекта, динамические – учитывающие протяжённость процессов управления во времени, адаптивные и самообучающиеся – учитывающие нелинейность и изменяемость параметров объекта управления, с обратной связью по управлению и возмущениям. Традиционные ПИД-регуляторы, ситуационные регуляторы или балансные системы управления работают лишь в ограниченных диапазонах и условиях. Наилучшие результаты по качеству процессов управления обеспечивают системы, построенные на основе динамического моделирования процессов управления в теплицах. Причём, чем больше параметров учитывает используемая модель, тем точнее вычисляются процессы в теплицах и точнее определяются команды управления. Это относится как к процессам формирования микроклимата в теплицах, создающим условия для роста растений, так и к процессам самого роста растений.

Степень автоматизации и применяемые в системах управления методы накладывают определённые требования на техническое обеспечение и, естественно, существенно влияют на стоимость систем управления. Поэтому, если к системам управления для промышленных тепличных комбинатов экономически целесообразно предъявлять максимальные требования, то к системам управления для средних (фермерских) и, тем более, для малых (индивидуальных) теплиц требования должны быть значительно ограничены.

Техническая база системы управления . Техническая база или техническое обеспечение систем управления включает в себя две основные составляющие: средства контроля и ввода данных, преобразования, обработки и выдачи управляющих воздействий (интеллектуальная составляющая) и средства электрического питания, коммутации, защиты и подключения средств управления (силовая составляющая). При множестве специфических есть и ряд основных характеристик технического обеспечения:

Структура системы управления - количество уровней управления, централизованность или распределённость технических средств, структура сети передачи данных;

Надёжность элементной базы. Как правило: чем ниже надёжность элементов, тем ниже капитальные затраты при создании системы и выше стоимость эксплуатационных затрат на энергоносители и ремонт оборудования. И наоборот, надёжное оборудование позволяет меньше внимания уделять его работоспособности и больше – выращиванию урожая;

Наличие запаса по функциональным и количественным показателям;

Техническая база формируется, в первую очередь, из соображений обеспечения функциональных возможностей системы управления. Во вторую очередь – из условия оптимизации соотношения цена/качество.

Удобство эксплуатации и обслуживания . Как известно, ничто не вечно под Луной. Это относится и к системам управления. Со временем их приходится ремонтировать, а также желательно, для предотвращения сбоев в работе, выполнять профилактическое обслуживание. Удобство эксплуатации и обслуживания определяется наличием и полнотой технической и технологической документации, включая электрические принципиальные схемы, паспорта на оборудование, описания и инструкции по эксплуатации. Данные факторы и их актуальность зависят, в свою очередь, от других факторов: степени автоматизации, структуры, надёжности технического обеспечения, наличия проектной и эксплуатационной документации.

Реализация АСУМТ

НПО «АвтоматикА» разработало и успешно реализует системы управления микроклиматом для всех трёх основных групп теплиц. Подходы к их разработке наилучшим образом отвечают перечисленным выше требованиям.

АСУМТ для промышленных тепличных комплексов имеют двухуровневую структуру, реализованы на базе промышленных контроллеров и средств преобразования информации фирмы ICPDAS . Прикладное программное обеспечение на основе системы программирования ISaGRAF реализует систему оптимального многосвязного нелинейного управления с помощью модели теплицы, построенной на базе динамических графовых моделей и методов адаптации. АСУМТ для промышленных тепличных комплексов обеспечивают согласованное управление всеми имеющимися в теплицах технологическими системами, а также вспомогательным водо-, тепло- и электроснабжающим оборудованием. Данные системы управления обеспечивают высокое качество управления параметрами микроклимата в овощных, цветочных, рассадных и пр. теплицах при минимальном участии оператора в процессе управления. Реализованы на множестве теплиц и комплексов от 1 до 8 га.

 

clip_002.9212C8ECCFA84F37AD70328DBE907C2  Как вариант совершенной системы управления, ООО НПО «АвтоматикА» создаёт и внедряет совместно с голландской фирмой « Hoogendoorn » АСУМТ на базе поставляемых из Голландии средств измерения, обработки и выдачи управляющих команд. Система реализует передовые голландские технологии управления процессами в теплицах. Данная система наиболее целесообразна для крупных тепличных комплексов, она отвечает всем современным наиболее полным и изощрённым требованиям.

Для фермерских теплиц ООО НПО «АвтоматикА» создаёт АСУМТ на такой же элементной базе, что и для крупных комплексов, но одноуровневую с некоторым ограничением функциональных возможностей и, за счёт этого, более дешёвые по цене, но эффективные по качеству.

clip_003.9212C8ECCFA84F37AD70328DBE907C2  Для индивидуальных теплиц ООО НПО «АвтоматикА» создаёт и с 2009 года массово внедряет АСУМТ «Малый климат» - принципиально другие системы: более простые, но обеспечивающие автоматическое управление всеми основными системами в малых теплицах. Низкой стоимости при высокой надёжности удалось добиться благодаря применению малого промышленного контроллера серии « Alpha » производства фирмы Mitsubishi и схемотехническим решениям.

Калужская обл., г. Малоярославец, т/ф: (48431) 24904; 24905

NPO-AvtomaticA.ru; E-mail: [email protected]

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Создайте аккаунт или войдите для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!


Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.


Войти сейчас
Войти  
Подписка 0

Пользовательский поиск