Van Dorssen & Frensch B.V.
VENLO | Автоматические системы управления

Автоматические системы управления теплицами

Конференция на выставке Цветы-2008Любое современное производство невозможно представить без автоматических систем управления. Сегодня тепличное хозяйство все меньше похоже на сельскохозяйственное предприятие, превращаясь в высокоэффективное производство по выпуску цветов, овощей, зелени и другой продукции. Управление технологическим процессом – сложная задача, от правильного решения которой зависит конечный результат – стабильные урожаи и высокое качество. И на первый план выходят системы, позволяющие комплексно автоматизировать это сложное производство.

Одним из важных аспектов ведения современного хозяйства является экономичное использование энергии. Энергетический кризис в Европе в семидесятых годах 20-го века, когда резко возросли цены на энергоносители, заставил все европейские страны кардинально пересмотреть подходы к теплоснабжению. И уже тогда Голландия добилась больших успехов в оптимизации потребления тепловой энергии. В тоже время в Советском Союзе внедрялось крайне мало энергосберегающих технологий. В последние годы ситуация повторяется, - цены на энергоносители растут, снова заставляя Европу искать пути экономии энергии.

ВетроустановкаСолнечная электростанцияСтоимость альтернативных источников энергии пока довольно велика и эти источники имеют ряд существенных недостатков – занимают большие площади, зависят от погодных условий, времени суток, сезона. Несмотря на бурное развитие в последние годы, использование ветровой и солнечной энергии остается экзотическим и дорогим экспериментом. Некоторые специалисты в области энергетики утверждают, что при всех усилиях доля альтернативной энергетики к 2020 году не поднимется существенно выше 1% от мирового энергопотребления. Без помощи государства использовать эти источники энергии пока дороже, чем традиционные.

«Тепловые насосы», о которых много пишут в последнее время, кроме указанных выше недостатков (больших капиталовложений в оборудование и монтаж, потребность в больших площадях для укладки труб, и т.д.), имеют еще один существенный недостаток – температура теплоносителя на выходе слишком низкая для эффективного отопления теплицы. Их применение ограничено контуром подогрева субстрата, где не требуется высокой температуры теплоносителя.

Геотермальный источникНа одном из альтернативных источников тепла я хочу остановиться отдельно. Многим нашим потенциальным клиентам кажется, что единственным применимым источником бесплатного тепла для отопления тепличного комплекса может стать геотермальная энергия (Прим.: Этот вопрос также активно обсуждался в ходе дискуссии на конференции). Геотермальные ресурсы действительно огромны, но они, к сожалению, зачастую экономически и экологически неэффективны. Также ограничены ресурсы, пригодные для освоения. Вода редко вырывается из-под земли в виде чистого «сухого пара», который может быть непосредственно использован для вращения турбины для выработки электроэнергии или для подогрева воды отопления через теплообменники. Если пар влажный, капли воды повредят оборудование. В большинстве месторождений есть только горячая вода, однако она, как правило, сильно минерализована, что также быстро изнашивает оборудование и требует специальных мероприятий. Обессоливание геотеормальных вод - это сложная технологическая задача. Также после отработки образуется концентрированный рассол, который не утилизируется, являясь загрязнителем окружающей среды - сброс такого рассола уничтожает все живое в водоеме или участке грунта.

Применение геотермальных источников не может рассматриваться как экологически чистое еще и потому, что их выход часто сопровождается газообразными выбросами, включая двуокись углерода, метан, радон и сероводород. Многие из них не только токсичны, ядовиты, и их нельзя просто выпускать в атмосферу, но и взрывоопасны. Поэтому геотермальная вода перед использованием должна подвергаться дегазации.

В России геотермальные источники в основном расположены экономически невыгодно – Сахалин, Камчатка, и Курильские острова отличаются слабой инфраструктурой, высокой сейсмичностью, малонаселенностью, сложным рельефом местности.

Сегодня геотермальная энергетика развивается достаточно интенсивно в некоторых странах, и в России также имеется опыт ее освоения, но этот способ отопления никак нельзя назвать бесплатным.

Какой бы источник тепловой энергии не был выбран, остро встает вопрос о ее правильном распределении и экономичном использовании.Старый тепличный комплексКак и в России, в Европе, и в Голландии в частности, кроме строящихся новых теплиц, конструкции которых имеют хорошие показатели по энергосбережению, существует и множество старых тепличных хозяйств. Их модернизация ограничена, и наряду с мероприятиями по улучшению изоляции теплиц, дальнейшее повышение экономичности потребления энергии возможно с помощью более эффективных методов управления энергосистемой. Это заставляет голландских производителей автоматизированных систем управления разрабатывать и внедрять всё более совершенные компьютеры и программы, способные принимать самостоятельные компромиссные решения, и совмещая точность поддержания температурного режима и экономное потребление тепловой и электрической энергии.

Теплогенератор Одновременно с распределением тепла, стоит задача эффективного управления сразу несколькими источниками – водогрейными и паровыми котлами, теплообменниками, когенираторами, теплогенераторами, а также косвенными источниками тепла, такими, как лампы досветки. Решение может быть только комплексным, и достигается передачей управления всеми источниками тепла и микроклиматом единой автоматизированной системе.

Однако во многих российских хозяйствах принята еще советская система подачи тепла - по графикам температуры, когда температура теплоносителя жестко привязана к наружной температуре. Зачастую это приводит в одних случаях к перерасходу топлива, а в других – дефициту тепла в теплице. Причина кроется в том, что при такой регулировке температуры теплоносителя не учитывается огромное количество другой информации, необходимой для правильного расчета температуры теплоносителя – скорости ветра, наличия осадков, уровня освещенности, положения форточек и экрана, температуры обратки в контурах, расчетной и измеренной температуры и влажности в отделениях теплицы и т.д. Становится очевидным, что без единой системы сбора информации и принятия решений тут не обойтись.

Система управления получает информацию со множества внешних датчиков:

  • Скорости и направления ветра,
  • Температуры воздуха,
  • Освещенности,
  • Влажности,
  • Наличия дождя,
  • Интенсивности осадков,
  • Положения форточек и экрана,

А также датчиков, расположенных внутри теплицы:

  • Температуры и влажности в различных частях отделений,
  • Концентрации СО2,
  • Температуры растений (одна специальная ИК-камера способна «видеть» температуру растений на площади до 15кв.м, передавая данные в систему),
  • Датчиков PAR, измеряющих естественное и искусственное световое излучение в наиболее важной для фотосинтеза области спектра - между 400 и 700 nm.

На основе всех собранных данных современная система управления в режиме реального времени просчитывает необходимое количество энергии, согласно стратегии распределяет этот запрос между всеми источниками тепла. Далее возможны два варианта управления.

Паровые теплообменникиВ первом случае, единая система управления теплицей передает запрос на систему управления тепловой установки, и лишь контролирует результат – температуру теплоносителя. Этот способ используется в основном для управления технически сложными и уникальными агрегатами, такими как когенераторы и горелки котлов с нестандартным протоколом управления. Еще одно исключение – агрегаты, где повышение температуры теплоносителя происходит мгновенно, лавинообразно, например – паровые теплообменники.

Во втором случае, система управления теплицей непосредственно управляет тепловой установкой. В этом случае штатный блок управления может быть простым и недорогим, и использоваться только как резервный, при переводе установки на автономную работу при сбоях или плановых отключениях единой системы управления.

Модуляторная горелкаКак пример второго способа, можно привести водяные теплообменники, и модуляторные горелки котлов. Для производства именно необходимого количества энергии мощность горелки регулируется плавно, в зависимости от запроса, при этом единая система управления теплицей непосредственно управляет положением топливного и воздушного клапана горелки, отслеживает его состояние, и процент открытия, корректируя его в зависимости от температуры подачи и обратки.

Далее произведенное тепло нужно правильно и экономно распределить между всеми потребителями - системами подогрева воды для полива, контурами отделений, сервисными, административными зонами, аккумуляторами тепла.

В этом помогают точные трехходовые краны, циркуляционные насосы переменной мощности - со ступенчатой или плавной регулировкой частоты вращения, которые позволяют значительно экономить электроэнергию.

Система зашторивания ДосветкаВ экономии энергии также большую роль играет система зашторивания, уменьшая необходимость обогрева кровли в ночное время и увеличивая светоотдачу ламп досветки. Как я уже упомянул выше, немаловажно, что тепло, излучаемое лампами, также учитывается системой, и на время включения ламп снижает запрос тепла, чтобы сэкономить тепло, предотвратить перегрев и температурный стресс растений. С этой же целью лампы досветки в теплице делят на нескольких зон для предотвращения резких токовых скачков при включении-выключении, а каждую зону - еще пополам, чтобы в одном ряду лампы включались сначала через одну (50%), и только через некоторое время, остальные.

ОператорНесомненно, даже самые совершенные и сложные системы не могут обойтись без человека, ибо любой компьютер выполняет и знает лишь то, что в него заложил человек. Поэтому разработчики наряду с усложнением систем стараются максимально упростить работу операторов, технологов, агрономов. Создаются новые программы, с наглядным и понятным представлением информации, простыми способами ввода параметров. Например, оператор лишь задает стратегию отопления, вводя только ночную и дневную температуры в теплице, а машина самостоятельно принимает все решения по поддержанию режима. Большинство параметров вводятся однократно, при настройке системы, многие другие имеют понятные, рекомендованные производителем пределы. Современные программы управления, таких производителей, как Hoogendoorn, позволяют убирать или добавлять на экран монитора только ту информацию, которую оператор, инженер, или агроном считают важной. Эти настройки по отображению информации индивидуальны для каждого сотрудника теплицы, имеющего персональный код доступа к системе управления, что никак не влияет на сами режимы теплицы, остающиеся общими для всех. Такая персификация также позволяет отслеживать конкретные действия каждого сотрудника, имеющего доступ к системе, и ограничивает доступ неквалифицированного персонала к управлению.

В целом, новые технологии и все большая автоматизация процессов в теплице делают работу более комфортной, уменьшают затраты труда, привлекают в эту область сельского хозяйства молодых квалифицированных специалистов.

Сегодня невозможно представить современную экономичную теплицу без мощной, быстродействующей, надежной системы управления.

Будем рады видеть Вас в нашем московском офисе, а также на наших выставочных стендах, и с удовольствием ответим на все интересующие вас вопросы по реконструкции и строительству современных голландских теплиц.

Google

© 2007-2017      VENLO Projecten