Современные системы автоматического управления микроклиматом в теплицах

Лашин Д.А.  – зам. директора по новым технологиям НПФ «ФИТО»

На сегодняшний день в связи с ростом агрономических требований к микроклимату повышается интерес к автоматическим системам управления.

         Еще несколько лет назад агрономы допускали погрешность поддержания температуры в +-2°.,на данный же момент требуется выдерживать температуру +-0.2 гр. , т.е. требования возросли в 10 раз. Также при управлении микроклиматом раньше редко использовалась влажность, сейчас же требования подразумевают изменение влажности несколько раз в день. Такие требования, в совокупности с энергосберегающими технологиями, требуют установки в теплицы большого количества исполнительных систем. Это и разделенная на несколько контуров система отопления, зашторивание, вентиляторы, СИО, подкормка СО2 и т.д. При большом количестве исполнительных систем человеческое управление становится практически невозможным, отсюда и высокий интерес к автоматическим системам управления. С другой стороны, интерес возрастает, потому что экономия  энергии выходит сейчас на первый план в процессе производства, и система управления микроклиматом играет здесь одну из ключевых ролей, какая бы ни была котельная, какая бы ни была теплица, решение о количестве и качестве расхода энергии принимает автоматика.

         Интерес интересом, а вот выбор системы управления усложняется в связи с достаточно большим многообразием такого рода систем на рынке. Основным критерием  выбора, естественно, является качество поддержания температурного режима, но достаточно ли только этого? Оказывается, что нет. Сейчас очень остро стоит вопрос оптимальности управления, а именно, задача максимально эффективного использования разделения контуров, разделения теплицы на климатические зоны, а также задача контроля температуры не в одной точке растения, а по всей его высоте.

Рассмотрим такой пример: допустим, у нас имеется 2 контура отопления. Сразу встает вопрос, как ими управлять: каким больше, а каким меньше? Проведенный анализ показал, что многие системы управления предлагают такой подход к решению: зафиксировать температуру в одном контуре и управлять другим. Еще ряд систем предлагают пользователю установить принудительно, каким больше топить, а каким меньше. В такой ситуации система, что бы ни происходило, будет придерживаться установленного параметра. Мы же предлагаем особенный алгоритм согласованного управления  всеми контурами отопления, фрамугами и др. системами. Требуется лишь задать общие принципы технологии поддержания микроклимата, или у нас это называется задать стратегию управления, а дальше система уже сама осуществляет автоматический выбор той исполнительной системы, которая сейчас необходима. Причем этот выбор основывается на более чем 20 параметрах климата (температура, влажность, концентрация, Т стекла, Т точки росы листа, положении зашторивания). Например, при падении влажности активнее использовать контур кровли и меньше контура у корня. При падении температуры стекла и угрозе его замораживания активно включается, если есть, подлотковый контур. При использовании зашторивания, контура, которые оказываются выше экрана, работают ровно настолько, чтобы не позволить замерзнуть стеклу и накопиться снегу. Соблюдение требований это хорошо, но мы знаем, что технология иногда идет вразрез с энергосбережением. Что делать? На помощь нам опять приходит стратегия управления, которая позволяет задать еще и экономические показатели той или иной системы. Таким образом, мы сами определяем баланс между расходом энергии и технологией микроклимата. Причем, несмотря, на всю внешне кажущуюся сложность, задание стратегии управления это очень простой процесс, заключающийся в установке нескольких коэффициентов. Многие комбинаты, использующие наши системы, на сегодняшний день уже выработали несколько стратегий, на различные времена года и фазы роста растений (когда-то в период активного развития растений важным является безукоризненное соблюдение технологии, а в моменты, когда растение слабо подвержено стрессам, приоритет можно отдать энергосбережению). В агрокомбинате «Майский» на агрисовгазовской теплице, где получили в прошлом году 105кг с кв.м., тоже  активно используется стратегия управления.     

         Сейчас часто теплицы разбиваются на несколько климатических зон, которые содержат как собственные исполнительные системы, так и общие, распространяющие свое влияние на всю площадь теплицы. Встает вопрос: как управлять общими контурами? Здесь опять же некоторые производители систем предлагают вариант зафиксировать общий контур на каком-то уровне и управлять только контурами зон. Другой вариант работать то на одну климатическую зону, то на другую. Например, по минимальной температуре или по максимальной. Мы же предлагаем, основываясь все на той же стратегии управления, создать согласованное управление климатическими зонами, т.е. динамически с помощью специального алгоритма определять ту зону, в которой управление затруднено, и «помогать» ей, в других зонах одновременно совершая коррекцию.

Делаем вывод, что стратегия управления со всеми ее возможностями, является гибким инструментом для настройки максимально эффективного использования всех исполнительных систем теплицы, предоставляя агроному возможность эксперимента, как технологического, так и энергосберегающего. Также стратегия дает возможность применять любые современные технологии, а также выработать какую-то свою немного отличающуюся от других технологию.

В идеале процесс выращивания требует не просто поддержания температуры в какой-то точке теплицы, а ставит задачу распределения температуры по всей высоте растения, т.е. в прикорневой зоне должна быть одна температура, у макушки растения - другая. Такой режим стимулирует растения к высокой урожайности, а также защищает его от болезней, связанных с микроклиматом. Практически нет ни одной автоматической системы управления, решающей данную задачу.  В системе нашей фирмы заложен специальный алгоритм, позволяющий поддерживать температуру в разных частях растения с высокой точностью, при условии разделения системы отопления хотя бы на 2 контура.

Возвращаясь к вопросу выбора системы управления, стоит отметить, что еще одним важнейшим критерием выбора является наглядность представления информации о состоянии теплицы. Поэтому в нашей фирме большое внимание уделяется организации максимально простого и удобного диалога пользователя с системой. Информация о микроклимате представляется пользователю в виде среза теплицы, на котором, отображаются все требуемые для анализа параметры, начиная с температуры, влажности, концентрации СО2 в теплице и заканчивая температурой в контурах, положением фрамуг, смесительных клапанов и т.д. Более того, пользователь сам может выбрать необходимые параметры для отображения. Также пользователь имеет возможность посмотреть динамику изменения любого параметра микроклимата в виде графика. Задание величин происходит в удобной табличной форме. Для более понятного восприятия информации используется подкрашивание цветом.

На сегодняшний момент нами создана система автоматического управления микроклиматом в теплицах, которая позволяет согласованно управлять от 1 до 4 климатическими зонами, в которых расположены контура обогрева, фрамуги, зашторивание, СИО, вентиляторы, газогенераторы, калориферы и т.д.

Алгоритмы, заложенные в систему позволяют успешно работать и в блочных теплицах (установлено на площади более 150га), и в ангарных теплицах (например, г. Нижний Новгород), и в пленочных теплицах (например, RICHEL г. Вологда), и, конечно же, в теплицах «Агрисовгаз» (более 14 га).

Хотелось бы отметить, что сейчас с новыми теплицами часто строят котельные. Нами разработан специальный комплекс, который позволяет сделать из практически любой котельной и автоматики микроклимата единую систему управления. Такие комплексы стоят на Украине г.Днепродзержинск, в Беларуси г. Витебск, и планируется к запуску в г.Мокшан Пензенской области.

В мае проходила крупнейшая сельскохозяйственная выставка AgriTech в Израиле. К сожалению, НПФ «ФИТО» - единственная российская фирма, которая выставлялась там, и хотелось бы отметить, что иностранцы проявляют большой интерес к нашему оборудованию и есть уже ряд конкретных предложений.