Система автоматизации для биовегетариев iFarm
проблема
Климатические условия в северных широтах не позволяют заниматься овощеводством большую часть года. Одним из вариантов решения проблемы является создание аграрно-промышленных комплексов с возможностью поддержания необходимых для роста растений условий. Зачастую это тепличные хозяйства большой площади для выращивания овощей в промышленных масштабах. Такое решение плохо подходит для малого предпринимательства и индивидуальных потребителей, которые хотят самостоятельно выращивать свежие овощи и фрукты круглогодично, но не нуждаются в больших объёмах продукции.
решение
Компания iFarm предлагает своё решение этой проблемы — компактную теплицу для круглогодичного выращивания овощей, фруктов, ягод или зелени (биовегетарий). Концепция заключается в создании компактного биовегетария с системой автоматического управления микроклиматом. Такой подход позволит устанавливать малогабаритные биовегетарии в условиях ограниченных площадей и минимизировать трудозатраты пользователя.
Задачей инженеров Uniscan-Research стало создание надёжной системы автоматизации для управления микроклиматом в биовегетарии.
В рамках совместного проекта на территории Uniscan-Research был простроен опытный биовегетарий площадью 100 м.кв. Поскольку биовегетарий является не только опытным объектом для разработки систем автоматизации, но и играет роль испытательного полигона для агротехников iFarm, он разделён на две равнозначные секции с возможностью выращивания различных культур одновременно.
Для различных культур и вегетативных периодов требуется поддерживать параметры микроклимата в определенных пределах, поэтому все системы автоматизации спроектированы с возможностью поддержания индивидуальных условий в каждой секции, а мониторинг и управление параметрами микроклимата могут осуществляться непосредственно из биовегетария или удалённо через интернет.
процесс
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ МИКРОКЛИМАТОМ БИОВЕГЕТАРИЯ
Для успешного выращивания растений необходимо измерять и поддерживать в определенных пределах такие параметры, как: освещенность, влажность воздуха, температура воздуха и грунта, концентрация СО2, объём воды для полива — всё по определенному агротехниками сценарию.
ТЕМПЕРАТУРА
Система управления температурой воздуха основывается на показаниях термодатчиков, установленных внутри и снаружи биовегетария. Мы решили не ограничиваться стандартными методами поддержания температуры воздуха с использованием кондиционеров и электрических нагревателей, а задействовать все возможные варианты для сокращения итоговых затрат на электроэнергию: закрыть шторы и уменьшить нагрев внутреннего пространства солнечными лучами гораздо экономичнее, чем часами держать кондиционер включённым.
Конечно, для северных широт, особенно в холодное время года, наиболее актуальна проблема повышения температуры, для этого используется подогрев рециркулируемого воздуха электрическими нагревателями. Для снижения температуры в жаркий период могут применяться различные способы: охлаждение воздуха системой кондиционирования, автоматизированное управление открытием окон, забор внешнего воздуха в систему вентиляции, механизированное зашторивание прозрачной поликарбонатной крыши. Разветвлённая система вентиляции позволяет равномерно распределять воздушные потоки внутри биовегетария.
ВЛАЖНОСТЬ
Контроль уровня влажности — ещё один критически важный параметр. Мы приняли решение увлажнять воздух с помощью водяного тумана. Мелкодисперсные капли, созданные ультразвуковыми испарителями, благодаря специальной системе разветвлённых каналов равномерно распределяются по всему объёму биовегетария. В отличие от различных методик механического распыления, водяной туман безопаснее и лучше усваивается растениями из воздуха. К тому же такая система проще в эксплуатации, чем система распыления через форсунки — нет необходимости работать с линиями под давлением, отсутствие затрат на приобретение и обслуживание компрессора.
КОНЦЕНТРАЦИЯ СО2
Ещё одним важным показателем для качественного роста растений является концентрация CO2 в воздухе. В разные вегетативные периоды потребность растений в углекислом газе может быть различной. С необходимостью уменьшения концентрации СО2 может справиться или забор окружающего воздуха в систему вентиляции, или открытие окон для проветривания. В случае необходимости повышения концентрации в систему вентиляции подаётся чистый СО2 в необходимом количестве.
ОСВЕЩЕНИЕ
В средних и северных широтах, особенно в зимнее время года, продолжительности светового дня недостаточно для полноценной вегетации растений. Необходимо использовать дополнительные источники освещения. В тепличных хозяйствах используются натриевые или ртутные лампы, они являются наиболее близким аналогом солнечного света по излучаемому спектру. Основным недостатком таких ламп является большое потребление электроэнергии и выделение огромного количества тепла. Кроме повышения общей температуры воздуха внутри биовегетария использование таких ламп может вызвать ожоги растений при недостаточной высоте подвешивания, что плохо сочетается с общей концепцией малогабаритного строительства.
Для освещения мы решили использовать различные типы специализированных светодиодных ламп. От традиционных ртутных и натриевых ламп они отличаются меньшим тепловыделением и малым энергопотреблением. В одной секции биовегетария досветка происходит светодиодными фитолампами узкого спектра, в другой секции установлены светодиодные лампы широкого спектра. В зависимости от высоты выращиваемой культуры лампы могут перемещаться в вертикальной плоскости. Досветка происходит по расписанию согласно рекомендациям агротехников.
Досветка светодиодными фитолампами узкого спектра
ПОЛИВ
Для полива растений была выбрана капельная система. Вода проходит предварительную фильтрацию и на основании показаний датчиков влажности, установленных непосредственно в грунте, согласно плану подаётся к корням растений с необходимым расходом.
ИТОГИ ПРОЕКТА
Для работы над данным проектом была сформирована команда из четырех инженеров разных специальностей, которые отлично сработались и успешно справились с поставленной задачей. В ходе реализации проекта инженеры получили новый опыт и развили свои компетенции в различных смежных областях.
На данный момент работы по разработке автоматизированного управления микроклиматом биовегетария завершены. Система полностью собрана, протестирована и используется по прямому назначению. Наши инженеры оказывают техническую поддержку команде iFarm, а специалисты iFarm проводят свои изыскания на готовом оборудовании.
команда
| Ответственные за продукт — Павел Караваев, Алексей Лукашов, Алексей Стеринович |
| Менеджер проекта — Максим Хохрин |
| Электронщик — Сергей Чечулин |
| Конструктор — Александр Шамов |
| Программист — Игорь Супрядкин |
| Инженер КИПиА — Дмитрий Грицишен |
Совместно с компанией ТИОН, мы разработали автономную станцию экомониторинга воздуха
Мы на заказ выполнили редизайн коленного протеза и разработали технологию его серийного производства.
Решение для быстрого контроля геометрии алюминиевого профиля