Устройство фитотрон для теплицы

Фитотрон

СОДЕРЖАНИЕ

ТЕРМИНОЛОГИЯ

Фитотрон
(от фито. и греч. thronos — местопребывание, средоточие), подробнее см. здесь

Поток излучения
Энергия электромагнитных волн, проходящая за единицу времени через площадку облучаемой поверхности. Поток излучения характеризует мощность излучения и измеряется в ваттах. Поток зависит от ориентации площадки.

Световой поток
Выделенная из потока излучения мощность, на которую реагирует глаз человека. Измеряется в люменах (лм).

Освещенность
Световой поток, падающий на единичную площадку некоторой поверхности. Обозначается буквой Е. Единица измерения — люкс (лк). 1 лк = 1 лм/м 2 .

Коэффициент мощности
Значение фазокомпенсации для пуско-регулирующей аппаратуры (ПРА) газоразрядных ламп. Чем больше коэффициент, тем больше КПД светильника, то есть при сохранении характеристик лампы из сети потребляется меньший ток. У современных электронных ПРА коэффициент мощности более 0,9, в то время как у старых электромагнитных ПРА этот параметр не превышал 0,5.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Автоматизированная система управления вегетационной климатической установкой (фитотроном) представляет собой комплекс программных и технических средств. Основное назначение системы — поддержание заданных оператором параметров окружающей среды (температура, влажность, освещенность).

Технологический процесс заключается в поддержании заданных параметров среды: влажности, температуры и освещенности. При управлении освещенностью имитируется цикл день/ночь, то есть лампы включаются днём и выключаются ночью (хотя возможны и другие режимы). Параметры среды задаются оператором в пределах, указанных в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Диапазоны значений параметров среды.

№	Параметр	Значение
1	Освещенность, люкс	5 000 . 30 000
2	Температура, о С	15 . 40
3	Влажность, %	45 . 95

Данные параметры требуется поддерживать в помещении 5х6 м с высотой потолков 3 м. То есть площадь помещения 30 м 2 , объём помещения — 90 м 3 .

На объекте имеются два стеллажа размером 2900х2000 каждый для размещения вегетационных сосудов. На каждый стеллаж устанавливается 96 сосудов. Над каждым из этих стеллажей размещены по 6 ламп на расстоянии 2 м от стеллажей.

Список оборудования объекта приведен в таблице 1.2.

Таблица 1.2. Оборудование объекта.

№	Оборудование	Назначение	Количество
1	Светильник (лампы ДНаТ-400)	Освещение	12
2	Вытяжной вентилятор	Вентиляция помещения (температурный режим)	2
3	Приточный вентилятор	Вентиляция помещения (температурный режим)	2
4	Увлажнитель	Обеспечение заданной влажности	1
5	Система управления	Управление освещенностью, температурой и влажностью	1
6	Электрошкаф	Размещение элементов системы управления и силовой автоматики	1

Основные задачи системы управления перечислены ниже:

1. Поддержание заданной освещенности
2. Поддержание заданной влажности
3. Поддержание заданной температуры
4. Визуализация технологического процесса
5. Визуализация состояния системы и оборудования
6. Автоматическое управление оборудованием системы
7. Ручное управление любым оборудованием системы с одного рабочего места оператора
8. Диагностика и анализ состояния оборудования (только программными средствами)
9. Ведение журнала событий
10. Ведение журнала режимов работы оборудования
11. Ведение базы данных наблюдения за процессами (опция)
12. Формирование отчетов

2. СИСТЕМА ОСВЕЩЕНИЯ

Для нормального развития растений необходима интенсивность освещения в пределах 20000 . 30000 люкс, что достигается при использовании ламп ДНаТ-400 (по 6 штук на стеллаж, см. рис. 2.1 и 2.2), монтируемых на потолке на расстоянии не менее 2 м от стеллажа. Таким образом, на объекте установлено 12 ламп. Светильники разбиты на 4 группы по 3 светильника в каждой.

Рис. 2.1. Светильники.

Освещенность каждого стеллажа регулируется независимо, по одинаковым алгоритмам, но с разными входными параметрами (время включения/выключения, освещенность). Например, для стеллажа 1 можно установить такой режим работы: начало облучения — 8:00, период облучения — 10 часов, освещённость — 15000 Люкс. В этом примере лампы стеллажа 1 будут включаться ежедневно в 8:00 и оставаться включенными 10 часов. То есть выключаться лампы будут в 16:00. Если освещённость 15000 Люкс будет достигнута тремя лампами, то оставшиеся 3 лампы не будут включены. Иначе будут включены все 6 ламп.

3. СИСТЕМА УВЛАЖНЕНИЯ

Система увлажнения состоит из цистерны, насоса (рис. 3.1) и увлажнителя (рис. 3.2).

Рис. 3.1. Цистерна и насос.

Использование цистерны решает две задачи:

1. Вода в цистерне отстаивается и нагревается до комнатной температуры
2. В случае перебоев с подачей воды от системы центрального водоснабжения поддержание влажности может продолжаться значительное время за счёт накопленной в цистерне воды

Система непрерывно измеряет влажность с помощью двух датчиков, каждый из которых расположен в районе соответствующего стеллажа. Из результатов измерений двух датчиков выводится среднее значение, которое используется для принятия решения о включении или выключении увлажнителя и насоса.

Рис. 3.2. Увлажнитель.

4. СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ

Система непрерывно измеряет температуру с помощью двух датчиков, каждый из которых расположен в районе соответствующего стеллажа. Из результатов измерений двух датчиков выводится среднее значение, которое используется для принятия решения о включении или выключении вентиляторов (рис. 4.1). Алгоритм управления температурой приведен в таблице 4.1.

Таблица 4.1. Упрощенный алгоритм управления температурой.

№	Температура*	Действие
1	t	Выключить все вентиляторы
2	t + tП	Если температура повышается, то включить приточные вентиляторы. Здесь tП — абсолютная погрешность датчика температуры.
3	t + dt1	Если температура повышается, то включить все вентиляторы. Здесь dt1 — параметр, который задается в настройках программы и хранится в ПЗУ ПЛК.
4	t2	Включить все вентиляторы и выключить все лампы, включить звуковую сигнализацию. Здесь t2 — параметр, который задается в настройках программы и хранится в ПЗУ ПЛК.
5	t3	Критическая ситуация (возможно пожар). Выключить все оборудование, остановить систему. Здесь t3 — параметр, который задается в настройках программы и хранится в ПЗУ ПЛК.

* Среднее значение показаний двух датчиков.

Если температура в помещении опускается ниже минимально допустимого предела, то включаются все светильники независимо от установленного графика работы светильников.

Рис. 4.1. Вентиляторы.

5. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

Система управления построена на программируемом логическом контроллере ПЛК 100-24.К.M производства компании ОВЕН. Аналоговые сигналы датчиков поступают на модуль ввода-вывода МВА8 (производство ОВЕН). Все приборы электроавтоматики смонтированы в шкафу с классом защиты IP54 (рис. 5.1). Монтаж выполнялся «своими силами» заказчика. Сил было много, а опыта не очень. Поэтому получилось не так красиво, как на чертежах)))).

Основные кнопки управления расположены на двери электрошкафа. Там же расположены переключатели режимов работы оборудования. Все настройки выполняются с помощью компьютера (см. раздел «6. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ»).

Рис. 5.1. Электрошкаф.

6. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Программное обеспечение компьютера предназначено для дистанционного наблюдения за ходом выполнения техпроцесса и для выполнения различных настроек, таких как заданная влажность/температура, коррекция погрешностей датчиков и т.п.

Главное окно программы (рис. 6.1) предоставляет пользователю все основные элементы управления оборудованием.

Рис. 6.1. Главное окно.

Состояние оборудования отображается на экране независимо от режима работы системы и от того, вошёл пользователь в систему или нет. Изображение устройства может менять цвет в зависимости от состояния устройства:

1. Серый — устройство выключено (исправные датчики всегда отображаются в сером цвете).
2. Зелёный — устройство включено (работает).
3. Жёлтый — устройство блокировано пользователем. Если блокированы светильники, вентиляторы или увлажнитель/насос, то данное устройство исключено из автоматического управления (управляется вручную). Если блокирован датчик, то данный датчик исключается из диагностики и его показания не принимаются во внимание при работе системы.
4. Красный — авария устройства.

Диагностика оборудования основана на анализе показаний датчиков и состояния переменных, связанных с оборудованием.

Права пользователей разграничены. То есть выполнять те или иные действия (например, пуск системы) может только пользователь, обладающий соответствующими правами.

Параметры техпроцесса устанавливаются в окне, показанном на рис. 6.2. После нажатия на кнопку ПРИМЕНИТЬ данные передаются в контроллер и записываются в его ПЗУ. После этого контроллер может работать самостоятельно. Компьютер нужен только для визуализации процесса и фиксации событий (сообщений об ошибках, неисправностях и т.п.) в базе данных.

Рис. 6.2. Окно ввода параметров техпроцесса.

Оборудованием можно управлять вручную. Для этого требуется щёлкнуть мышью по изображению устройства. Это действие вызывает окно управления оборудованием (рис. 6.3). Здесь же можно заблокировать неисправное или разблокировать исправное устройство.

Рис. 6.3. Окно управления оборудованием.

Источник статьи: http://www.avprog.narod.ru/myprojects/fitotron.htm

Как работает современный фитотронно-тепличный комплекс – побываем в Национальном центре зерна имени П.П. Лукьяненко!

Сегодня создание перспективных сортов сельхозкультур сложно представить без научно-технического сопровождения. В первую очередь, речь идет о фитотронах, а иначе говоря, о специализированных камерах для выращивания растений. Благодаря сотруднику Национального центра зерна имени П.П. Лукьяненко Владимиру Нормову, давайте отправимся на виртуальную экскурсию в это легендарное аграрное учреждение

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Национальный центр зерна имени П.П. Лукьяненко» использует фитотронно-тепличный комплекс в селекционной практике около 50 лет.

За этот период существенно увеличились объемы селекционных питомников, повысилась эффективность селекции зерновых культур, увеличилось количество создаваемых сортов. Новые сорта достигли потенциальной урожайности 120 ц/га.

Ответственность за работу фитотронно-тепличного комплекса возложена на Владимира Александровича Нормова, и вот что рассказал специалист порталу AGRO XXI о Национальном центре зерна и своей работе.

— В 2001 году я окончил Краснодарский Военный Институт, факультет энергообеспечения. После пяти лет службы в армии ушел в отставку и начал работать в Краснодарском НИИ Сельского Хозяйства им. П.П. Лукьяненко, ныне научно-исследовательский институт преобразован в Национальный Центр Зерна им. П. П. Лукьяненко. С 2009 года и по настоящее время являюсь заведующим ФТК (фитотронно-тепличного комплекса).

Наш Национальный Центр ведет свою историю с 1914 года как Кубанская сельскохозяйственная станция. За 100 лет наш коллектив передал в производство 450 сортов озимой пшеницы, тритикале, озимого и ярового ячменя, гороха, конопли, кормовых трав и гибридов кукурузы.

В настоящее время Национальный Центр Зерна продолжает работы по созданию новых, приспособленных к современным условиям хозяйствования, сортов и гибридов зерновых культур. Разрабатываются и совершенствуются методы их селекции и семеноводства, используются современные достижения биотехнологии имолекулярной биологии. Новые научно-технические средства на базе ФТК помогают существенно увеличить объемы прорабатываемого материала, качественно улучшить оценку морозостойкости, ускорить селекционный процесс.

На сегодняшний день на базе ФТК проводятся следующие работы:

— сохранение генетической коллекции сортов института (камеры длительного хранения зерна с установленными температурой и влажностью, позволяющие десятилетиями хранить семенной материал, не теряя его жизнеспособности);

— проведение оценки сортов пшеницы и ячменя на морозостойкость( 7 камер по 8 м2 , позволяющих снижать температуру до -250С с дифференциалом 0.10С).

— ускорение селекционного процесса в теплицах ФТК (3000 м2).

— получение селекционного материала при необходимых для растений освещенности, температуре, влажности, скорости воздушного потока (две ростовые камеры по 40 м2).

Эволюция в тепличном освещении

В ходе эксплуатации ФТК возникла необходимость в замене источников освещения как в теплицах, так и в ростовых камерах.

В 2010 году я был направлен в командировку в Тимирязевскую Академию, где был ознакомлен с новыми методами освещения растений. После чего наш институт стал переходить в теплицах с ДРЛФ 400 на ДНаЗ 400 (фирмы Reflux). (см. фото 1).

После 9 лет использования, мы считаем, что данные светильники (ДНаЗ 400 (фирмы Reflux)) в настоящих условиях цена/качество, оптимально подошли для выращивания зерновых культур (досветка – создание эффекта длинного дня) в теплицах, в соответствии с положительными отзывами селекционеров и биологов.

В то же время после командировки в 2010 году ученые института поставили задачу перед коллективом ФТК о создании современной ростовой камеры, с применением светодиодов.

Основываясь на опыте Тимирязевской Академии, мы приобрели светильники EasyGrow Evo 275W BAR (далее в таблице RB) (фото 2) с параметрами, указанными ниже в таблице №1.

Так как в нашем коллективе были специалисты, необходимые при создании ростовой климатической камеры, то мы приступили к ее сборке своими силами, получив предварительно от ученых, требуемые климатические условия. Было приобретено холодильное оборудование фирм: Bitzer и Аlfa Laval.

Корпус камеры создали из сэндвич панелей отечественного производства, автоматику собрали на базе контроллеров ОВЕН.

После нескольких лет эксплуатации было замечено большое число выгоревших светодиодов в светильниках EasyGrow Evo 275W BAR, из-за чего мы обратились к специалистам из московской фирмы «Пульсар», которые изготовили новые светильники с улучшенными характеристиками по нашим требованиям, светильник Fito Line – Z 160 W( параметры в таблице №2).

В настоящее время в этой камере нами используются 2 вида светильников, и все условия удовлетворяют требованиям ученых, позволяя выращивать зерновые в полном цикле от посева до получения зерна при температурах от 00С до +250С и по высоте растения до 2х метров.

Вторая ростовая камера была собрана на отечественном холодильном оборудовании. Но ее отличие — это стеллажи с лампами ЛБ Philips Fito. Этого достаточно, т.к. из условий наших ученых в ней проводится только яровизация растений про их росте до 15 см. и температуре в камере +50С ( см фото).

В настоящее время потребности ученых в климатических камерах и дороговизна готовых камер иностранных производителей заставляют нас искать и разрабатывать новые технические решения, основываясь прежде всего, на информации из интернета.

Как нам видится сейчас лидерами в области климатического оборудования являются канадцы, фирма Conviron, и канадские фитотроны в научных заведениях. Но к сожалению, наши попытки наладить с ними общение пока не привели к успеху. А за новинками индустрии мы следим, в основном, в интернете.

(Автор текста и фото: Владимир Нормов, заведующий ФТК Национального центра зерна имени П.П. Лукьяненко).

Источник статьи: http://www.agroxxi.ru/zhurnal-agromir-xxi/stati-rastenievodstvo/kak-rabotaet-sovremennyi-fitotronno-teplichnyi-kompleks-pobyvaem-v-nacionalnom-centre-zerna-imeni-p-p-lukjanenko.html