Учёные Мордовского государственного университета (МГУ) им. Н.П. Огарёва разработали гидропонную установку для автоматизированного выращивания растений, которая легко интегрируются в системы управления и доступна для небольших хозяйств.
Гидропоника – новый метод беспочвенного выращивания растений. Его основа – конструкции, в которых вместо грунта используется насыщенный водный раствор. Гидропонные установки называют одним из ключевых направлений будущего сельского хозяйства, поскольку они решают проблему нехватки ресурсов, урбанизации и необходимости круглогодичного производства свежих продуктов.
Однако, как показывает практика, покупка полноценного промышленного контроллера (ПЛК) и внедрение сложной системы диспетчерского управления (SCADA) для одной-двух «грядок» экономически нецелесообразна. Аграрии часто тратят средства на компоненты системы управления, которые окупаются лишь при масштабе в десятки квадратных метров, из-за чего часто разоряются на старте.
Учёные МГУ им. Н. П. Огарёва предлагают метод бесшовного перехода управления для гидропонных систем.
«В основе разработки лежит одна гидропонная ячейка с классическим методом выращивания «Глубоководная культура». Вместо дорогостоящего промышленного оборудования на первом этапе используется отечественная плата Iskra Mega. Этот микроконтроллер стоимостью в несколько тысяч рублей полностью справляется с задачами, управляет насосами, регулирует яркость фитоламп, следит за кислотностью (pH) и электропроводностью (EC) питательного раствора», – отметил преподаватель кафедры светотехники МГУ им. Н.П. Огарёва Михаил Абрамов.
Главное преимущество проекта – алгоритмы онлайн-перехвата и офлайн- миграции. Когда потребитель решает масштабироваться и подключает промышленный контроллер, система не требует перезагрузки или перезапуска циклов выращивания. Во время онлайн-перехвата промышленный контроллер подключается к шине, считывает текущее состояние системы и за миллисекунды перехватывает управление насосами. В ходе эксперимента было установлено, что средний разрыв в управлении составил всего 3,4 миллисекунды, что абсолютно незаметно для медленного процесса роста салата.
Кроме того, даже если старое устройство нужно физически отключить и заменить, система «запоминает» последние данные и при включении заполняет пробел в телеметрии специальными метками. На графиках мониторинга не возникает «провалов», которые могли бы быть восприняты как авария. Так работает офлайн-миграция.
Исследования подтвердили высокую надежность: ошибка переключения фаз полива не превышает 0,1%, а показатели кислотности и электропроводности приходят в норму после корректировки всего за 12-15 минут.
На этапе 1-3 ячеек затраты на автоматику на базе микроконтроллера составляют около 9 тысяч рублей против 79 тысяч на ПЛК. Выгода очевидна. Однако при росте до 6-12 ячеек и более стоимость промышленной системы в пересчете на одну ячейку резко падает и становится сопоставимой с «микроконтроллерной» – 20 тысяч рублей, но при этом даёт колоссальные преимущества в надёжности, диагностике и едином центре управления.
«Для нас важно, что этот проект реализуется в тесном сотрудничестве с реальным сектором экономики. Индустриальным партнёром данного проекта выступает АО «Ардатовский светотехнический завод», совместная работа с которым позволила решить другую проблему для внедрения вертикальных ферм в малом и среднем бизнесе – высокие затраты электроэнергии. Мы видим в таком сотрудничестве основу для внедрения разработок в агропромышленный комплекс и выхода на федеральный уровень», – отметил ректор МГУ им. Н.П. Огарёва Дмитрий Глушко.
Источник: Минобрнауки России
