Комплексное управление микроклиматом теплиц, котельными и оборудованием электроснабжения

А.Н. Рыков, генеральный директор

ООО НПО «Автоматика», к.т.н.

Управление микроклиматом промышленных теплиц – это управление тепловым и электрическим оборудованием мощностью в несколько мегаватт на каждый гектар площади теплиц. Соответствующие эксплуатационные расходы составляют наиболее значимую долю в себестоимости выращиваемой продукции. Поэтому, проблема эффективного использования и расходования энергоресурсов – одна из важнейших в тепличном производстве.

Наряду с задачей управления потребляющим энергию тепличным оборудованием, важное значение имеет задача управления оборудованием, производящим тепло, электричество, углекислый газ. Это – котельные, электрические подстанции, тепло- и электрогенераторы, когенераторы, тригенераторы различных типов.

Рассмотрим, какие основные задачи решаются при комплексном управлении теплицами, котельными и оборудованием электроснабжения.

Показатели использования энергоресурсов

Организации, производящие оборудование для управления процессами в тепличном производстве, постоянно и, как правило, успешно решают задачи повышения эффективности работы оборудования, добиваются снижения энергозатрат. Однако, учитывая, что главное предназначение теплиц – это производство сельскохозяйственной продукции, то и меры по развитию теплицестроения и внедрение новых технологий и нового оборудования должно преследовать цели повышения урожайности и качества выращиваемой в теплицах продукции. Некоторые из внедряемых технологических систем достаточно энергоёмки, например, системы электрического досвечивания. Но их применение не только резко повышает урожайность теплицы, но и позволяет осуществлять выпуск этой продукции в зимнее время года, когда её стоимость максимальна. Поэтому при выработке мер и оценке эффективности использования энергоресурсов в качестве показателя может быть использован комплексный критерий, как функция от стоимости полученной продукции, необходимых энергозатрат и величине капитальных вложений.

Степень автоматизации процессов управления

Повышение уровня или степени автоматизации производства – это повышение качества и объективности процессов управления, повышение урожайности и качества продукции, снижение удельных эксплуатационных затрат. Однако, повышение степени автоматизации процессов управления влечёт за собой повышение сложности и, соответственно, стоимости самой системы управления. Например, добиться поддержания требуемой температуры воздуха в теплице можно включением или выключением контура обогрева, открытием или закрытием клапана обогрева или форточки. Для этого достаточно одного автоматического регулятора с одним датчиком температуры воздуха. Если же мы хотим качественного поддержания требуемой температуры воздуха в теплице, то необходимо контролировать и учитывать множество внутренних и внешних возмущений, что требует применения дополнительных датчиков контроля температуры теплоносителей, метеодатчиков, соответствующих преобразователей и оптимальных регуляторов, что, естественно, приводит к усложнению и удорожанию систем управления. Применительно к тепличным комплексам, где теплицы рассматриваются вместе с оборудованием, производящим энергию, требования к системам управления удваиваются. На графике относительной зависимости показан характер роста качества процессов управления при росте стоимости систем управления (эта зависимость справедлива для одной какой-либо фирмы-производителя систем управления) и, наоборот, характер роста стоимости систем управления при росте качества процессов управления.

Учитывая требования и критерии оценки систем управления можно условно выделить три диапазона степеней автоматизации процессов управления для трёх различных по масштабу теплиц.

Выбор оборудования источников энергии

В промышленных комплексах, ориентированных на всесезонное круглогодичное выращивание сельскохозяйственной продукции, имеется следующая потребность в различных источниках энергии:

§ тепловая энергия для обогрева 2÷4 МВт/га;

§ электрическая энергия для системы досвечивания 1÷3 МВт/га;

§ производство СО2 (эквивалент при сжигании газа) 0,5÷1 МВт/га.

Количество и состав различных видов расходуемой энергии отличается для различных промышленных теплиц, различных регионов, выращиваемых культур, а также их пропорции меняются в различное время года. НПО «АвтоматикА» ещё на этапе проектирования определяет оптимальную структуру требуемого промышленно-энергетического комплекса и характеристики требуемого оборудования, затем обеспечивает его поставку и монтаж.

Координированное управление оборудованием производства и потребления энергии

НПО «АвтоматикА» разрабатывает и создаёт для тепличных комплексов оптимальные автоматические системы управления микроклиматом теплиц (АСУМТ), включая управление всем технологическим оборудованием теплиц, автоматические системы управления котельными (АСУК), автоматические системы управления досвечиванием (АСУД). В автоматических системах управления микроклиматом теплиц АСУМТ «АвтоматикА» все вычисления по параметрам и режимам функционирования технологического оборудования возлагаются на контроллер управления микроклиматом. Оператор выполняет лишь функции наблюдателя.

Агрономам предоставляется набор рекомендованных заданий, настроек режимов и параметров работы всех технологических систем для различных климатических сезонов. Оператор по команде агронома может легко выбрать необходимый режим, при необходимости, внести в него поправки по работе того или иного оборудования и сохранить весь комплекс настроек и уставок для повторного применения в будущем. Агроном своё основное внимание уделяет климату и растениям. Автоматика осуществляет такую работу всего технологического оборудования, которая обеспечивает поддержание заданных параметров микроклимата.

При этом, предусмотрена гибкая система задания различных ограничений и условий согласованного функционирования различного оборудования. В автоматических системах управления котельными АСУК «АвтоматикА» в соответствии с запросами, поступающими от АСУМТ, в автоматическом режиме вводятся в работу или выключаются котлы, сетевые насосы, конденсоры и вентиляторы подачи СО2, при наличии бака-аккумулятора, контролируются и используются резервы тепловой мощности с оптимизацией работы оборудования. В автоматических системах управления досвечиванием АСУД «АвтоматикА» благодаря системе распределённого и плавного включения и выключения мощностей обеспечивается требуемый заводами-изготовителями режим работы электрогенераторов, что снижает капитальные затраты, повышает к.п.д. генераторов, а также гарантирует их долговременное и бесперебойное функционирование.

Отличительной особенностью всех автоматических систем управления, создаваемых НПО «АвтоматикА», является то, что они могут функционировать полностью в автоматическом режиме, т.е. без участия человека. Различные автоматические системы управления могут реализовываться как на одном, так и на множестве промышленных контроллеров. Обычно, для одного тепличного комплекса система управления микроклиматом создаётся для всех теплиц и тепличных отделений на одном промышленном контроллере, система управления оборудованием энергоснабжения - на другом, система управления досвечиванием – на третьем контроллере. Это обеспечивает удобство работы операторов и высокую надёжность всего комплекса в целом.

Наши системы управления микроклиматом работают на десятках тепличных комбинатов России, Украины, Казахстана. Наши системы управления котельными и электрогенераторами установлены и спроектированы для Брянска, Боровска, Красноярска, Новосибирска, С-Петербурга. Наши системы управления досвечиванием и сами системы досвечивания освещают десятки гектар России, Белоруссии, Казахстана.