Автоматизация управления микроклиматом теплицы

Тепличное выращивание сельхозпродукции – это емкий технологический процесс, в рамках которого учитываются и корректируются все факторы, оказывающие непосредственное влияние на количественные и качественные показатели деятельности.

Благоприятная среда для растений создается искусственно, поэтому именно ее составляющие, представленные оптимальными освещением, поливом, температурным режимом, проветриванием, высокой концентрацией СО2 в микроатмосфере, плодородностью почвы, отсутствием вредителей, болезней и сорных трав, чаще всего становятся объектом автоматизации.

Понятие промышленных теплиц

Характерная черта промышленных теплиц, отличающая их от единичных фермерских конструкций аналогичного типа, – усиленный каркас, способный выдерживать не только обшивку, масса которой возрастает вместе с площадью сооружения, но и дополнительные нагрузки в виде снега.

Постройки бывают сезонными и круглогодичными.

Первые эксплуатируются в период естественной вегетации овощных и цветочных культур, который обычно длится с начала весны по конец лета. Через некоторое время после сбора урожая (в последние месяцы осени) они подготавливаются к зимовке.

Первоначальные вложения для обустройства таких теплиц значительно ниже, чем требуют более сложные промышленные модификации. По сути, сезонные культивационные помещения представляют собой увеличенные в несколько раз аналоги дачных версий.

Круглогодичные сооружения имеют мощный фундамент, защищающий почву внутри них от промерзания, а также сложную отопительную систему, которая обеспечивает восполнение недостатка тепла, и искусственное освещение для поддержания требуемой продолжительности светового дня, особенно укорачивающего в зимний период. Возведение промышленных теплиц обходится гораздо дороже, однако срок их окупаемости ниже.

Необходимость АСУ

Выращивание культур в искусственно созданных условиях предполагает организацию их круглосуточного поддержания на уровне, достаточном для правильного развития растений, путем объединения разрозненных процессов в единую систему.

Тепличное хозяйство – крайне энергоемкая отрасль. Себестоимость конечного продукта на 40-80% состоит из затрат на осуществление обогрева площади. Например, на зимние теплицы с территорией в 10 тыс. кв. м расходуется не менее двух сотен тонн условного топлива в год, чем обусловливается актуальность вопроса оптимизации его использования.

Решить эту и многие другие проблемы позволяет АСУ, внедрение которой приводит к экономии ресурсов (потери сокращаются на 15-25%) вкупе с ростом урожая и благоприятно сказывается на условиях труда работников, культуре производства в целом.

Если рассматривать зимние постройки в качестве объекта регулирования параметров температурно-влажностного режима, прослеживаются неудовлетворительная динамика и нестабильность характеристик, определяющиеся технологическими особенностями процесса выращивания сельскохозяйственной продукции в защищенном грунте.

Согласно агротехническим нормам температура должна стабилизироваться с высокой точностью (+/-1 ℃) и своевременно корректироваться на основании значений ФАР. Во внимание здесь также принимаются время суток и текущая фаза развития возделывающихся культур.

Ручное управление электрооборудованием, отвечающим за микроклимат помещения, не способно обеспечить полную сбалансированность работы. При развертывании целого комплекса промышленных парников, занимающих обширные территории и сформированных большим количеством подсистем, без построения АСУ о положительных результатах не может идти и речи.

Электрощитовое оборудование

Автоматика рассредоточивается по шкафам в зависимости от того, на какой технологический параметр ориентирована.

Одни ШУ регулируют температурный режим в отдельно взятых теплицах. Подконтрольными объектами являются отопление и вентиляция. Территория каждого сооружения оснащается соответствующими датчиками, которые подсоединяются к щиту и подключаются в определенной последовательности с полуминутным интервалом. За этот период вырабатываются управляющие воздействия. Когда датчик отключается, состояние систем остается прежним и при необходимости корректируется по факту очередного взаимодействия с НКУ.

Другой элемент АСУ – ШУ орошением и подкормкой СО2.Он имеет звуковую сигнализацию (оповещает об авариях), световую индикацию для визуального мониторинга полива, пускозащитную аппаратуру и регуляторы влажности. Последние функционируют в связке с контрольно-измерительными приборами, расположенными внутри построек. Если влажность превышает заданные значения, по сигналу датчика шкаф направляет исполнительным устройствам команду на открытие фрамуг; а если она не дотягивает до нормативов – инициируется включение системы увлажнения.

Насосы-повысители, гидравлические машины, подающие минеральные удобрения, регулирующий клапан подогревателя, электропривод фрамуг, размещенных в соединительном коридоре, объединяются в группу и обслуживаются собственным ящиком. Для осветительных установок также монтируется отдельный шкаф.

В АСУ также входит ШУ, который регистрирует метеорологические параметры, контролирует поливную воду (t℃) и концентрацию в ней питательных для растений веществ. Он оборудуется набором регуляторов; приборами, отвечающими за температуру воздуха (внутри и снаружи) и оросительной смеси; ДСВ (определяет скорость ветра).

Существуют также местные щиты, выступающие в роли связующего звена между агрегатами более высокого уровня иерархии и исполнительными механизмами теплиц.