ماشین هوشمند و سیستم کنترل اقلیم

ماشین هوشمند و سیستم کنترل اقلیم

یکی از مهم‌ترین چالش‎‌‌های پیش‌رو در پرورش گیاهان در گلخانه‌ها، تأمین مناسب پارامترهای محیطی همانند نور، دما، رطوبت و … است. این پارامترها برای هر نوع گیاه متفاوت است. از آنجا که پارامترهای محیطی داخل گلخانه به سبب تغییرات تشعشع خورشیدی، دما و رطوبت هوای بیرون، سرعت و جهت باد و مقدار تراکم گیاهی در حال تغییرات مداوم هستند، بنابراین دقت اندازه‎‌‌گیری و کنترل آن‎ها از اهمیت بالایی برخوردار است. به طور کلی، کنترل مداوم و دقیق شرایط محیطی گلخانه به دلیل حساس بودن گیاهان گلخانه‎ای، امری مهم و ضروری در صنعت پرورش این گونه گیاهان به شمار می‌‎رود.

•  سخت‌افزارهای سیستم کنترل هوشمند گلخانه:

سخت افزار شامل پروسسورها (CPU) ، کارت های ورودی، خروجی، تجهیزات شبکه، لایه های فیزیکی انتقال داده و سیستم های مانیتورینگ می­باشد که بر اساس نوع محیط و نقاط کنترلی، سرعت تبادل اطلاعات، هماهنگ سازی سنسور ها و تجهیزات با سخت افزار، پایداری سیستم و قابل اطمینان از عملکرد آنها انتخاب می­شود. مجموعه تجهیزات فوق این امکان را فراهم می­سازد تا در سیستم کنترل بتوانیم داده های خط تولید را دریافت نمود و پس از تحلیل و بررسی فرامین لازم را به تجهیزات ارسال نمائیم.

• نرم‌افزارهای سیستم کنترل هوشمند گلخانه:

زبان برنامه‌نویسی بر اساس سخت‌افزار زیمنس انتخاب شده و جهت به‌دست آوردن تمام امکانات و قابلیت‌های موجود سخت افزار، همچنین پیاده‌سازی منطق کنترل خط تولید و انتظارات واحدهای مهندسی، تولید، مدیریت و اپراتوری مد نظر قرار می­‌گیرد.

تجهیزات و زبان برنامه‌نویسی انتخابی برای سیستم کنترل گلخانه واقع در آبیک، TIA Portal شرکت زیمنس آلمان می‌باشد که یک پکیج نرم‌افزاری است که هدف اصلی آن خلق یک بستر یکپارچه مهندسی برای کار با تجهیزات اتوماسیون شرکت زیمنس بوده است. با ارائه این بسته، تمام نرم‌افزارهای قبلی ارائه شده با یکدیگر یکپارچه شدند و کاربران به آسانی می‌توانند ارتباطی بدون نقص بین آن‌ها ایجاد کنند. این پکیج شامل نرم‌افزارهای اصلی شرکت زیمنس یعنی STEP7، WINCC می‌باشد.

• مانیتورینگ:

سیستم‌های مانیتورینگ شامل نمایش پارامترهای خط تولید بر مبنای P&ID، نمودارها، خطاها، هشدارها و وقایع با در نظر گرفتن برخی استانداردها می­‌باشد. نمایش تغییرات اطلاعات بایستی در زمان مناسب و واقعی باشد.

مشخصات مانیتورینگ استاندارد:

• استفاده از رنگ‌های مناسب برای تشخیص و آگاه نمودن سریع اپراتور از وضعیت داده‌ها به‌عنوان مثال حدهای مختلف یک سیگنال آنالوگ فشار با رنگ‌های مشخص تعیین می‌شود.
• استفاده از Smart Object یکسان برای تمام المان‌های مشابه به‌عنوان مثال برای موتورها و پمپ‌ها، شیرهای برقی و … از شکلی مناسب، با رنگ بندی مشابه و Dataset یکسان و مطابق با نقشه P&ID سایت استفاده نمود تا اطلاعات یکسانی را در اختیار اپراتور قرار دهد.
• طراحی Dynamic : صفحات طراحی شده می­باید بیشتر حاوی اطلاعات باشد و از استفاده اشکال بزرگ، رنگی و Static در حد امکان خودداری شود.
• سطوح دسترسی:

وجود قابلیت تعریف سطح دسترسی اپراتورها در سیستم کنترل امر بسیار ضروری می­‌باشد که بتوان با مشخص کردن نام کاربری و رمز عبور، سطوح دسترسی هر یک از کاربران را تعیین نمود. لازم به‌ذکر است در سیستم کنترل بر پایه برنامه‌نویسی S7 (آخرین ورژن تولیدی شرکت زیمنس آلمان) در صورت استفاده از کتابخانه‌های استاندارد، فعالیت کلیه User ها اعم از استارت تجهیزات و گروه‌ها قابل ردیابی می­‌باشد. به این معنی که زمان استارت و استاپ دقیق تجهیزات و گروه‌ها در سیستم ثبت می‌­گردد که این مزیت می­‌تواند در تهیه Log Sheet ها و سایر گزارش‌ها مرتبط مورد استفاده قرار گیرد.

• روش‌های استارت تجهیزات:

تمام تجهیزات الکتریکی از قبیل موتورها و فن‌ها و … به دو روش قابل استارت خواهند بود:

Automatic:

در این روش تجهیزاتی که هدف معینی را در راه‌اندازی یک دپارتمان دنبال می‌­کنند در قالب یک گروه تعریف می­‌شوند و اپراتور با یک فرمان می­‌تواند آن گروه را راه‌اندازی نماید و پس از راه‌اندازی کامل آن گروه، اجازه راه‌اندازی به گروه‌های دیگر مرتبط با آن داده خواهد شد. در این روش تجهیزات به‌ترتیب و با رعایت شرایط ذکر شده روشن خواهند شد و شرایط مورد نیاز را برای راه اندازی سایر تجهیزات و گروه ها مهیا می­‌سازند. همانطور که از روش فوق قابل استنباط است، اپراتوری با سرعت بیشتر و دقت بالاتر انجام خواهد گرفت و خطای اپراتوری به حداقل خواهد رسید و همچنین کلیه شرایط راه‌اندازی موجود در اینترلاکینگ یا همان منطق برنامه‌نویسی رعایت خواهد شد.

Local:

در این روش اپراتور محلی می‌­تواند از محل تجهیز اقدام به راه‌اندازی نماید. همانطور که از روش فوق قابل استنباط است، اپراتوری کلیه شرایط راه‌اندازی را رعایت خواهد شد.

• اجزای کنترل کننده‌­های گلخانه­‌ای :

سنسورها :

سنسورها در سیستم کنترل وظیفه اندازه­‌گیری عوامل مختلف محیطی را به عهده دارند، دقت و قابلیت اطمینان و سرعت عکس‌­العمل در مقابل تغییرات عوامل محیطی از مهم‌ترین فاکتورهای انتخاب سنسور می‌باشد. با توجه به عوامل محیطی سنسورها به شرح زیر وجود دارد:

• سنسور نور :

سنسور سنجش نور (لوکس‌متر) جهت اندازه‌گیری میزان شدت تابش در زمان‌های مختلف و فصول مختلف سال می‌باشد که در ایستگاه هواشناسی بیرون گلخانه و همچنین داخل گلخانه نیز نصب می‌گردد.

• سنسور CO2 :

این سنسور میزان CO₂ داخل گلخانه را اندازه‌گیری کرده و در صورت کمبود آن در فضا دستور تزریق CO₂ به داخل گلخانه از سیستم کنترل صادر می‌شود. (در صورت سفارش)

• سنسور دما :

این سنسورها برای اندازه گیری در قسمت‌های مختلف گلخانه به کار می­‌روند و معمول‌ترین آنها سنسور اندازه‌گیری محیط می‌باشد. این سنسورها دمای متوسط محیط را اندازه‌گیری می‌­کنند. بنابراین از نصب در مناطقی از گلخانه که بسیار سرد و یا بسیار گرم می‌باشد، بایستی اجتناب شود.

• سنسور رطوبت:

این سنسورها جهت اندازه‌گیری رطوبت نسبی هوا به کار می‌رود، این سنسورها به دو صورت زیر ساخته می‌شوند:

الف) سنسورهای برقی به دو گروه رطوبت‌سنج­‌های خازنی و رطوبت سنج‌­های مقاومتی تقسیم می‌­شوند.

ب) رطوبت‌سنج خشک و تر که با استفاده از قرائت درجه حرارت خشک و تر و به کمک جداولی می‌­توان به رطوبت نسبی هوا پی برد. دقت این رطوبت سنج‌­ها خوب بوده و برای محیط­‌‎هایی با رطوبت نسبی بالاتر از 90% مثل محیط­‌های اتاق جوانه‌زنی و تکثیر مناسب می‌باشند.

• سنسورهای بارندگی:

این سنسورها در خارج از گلخانه نصب می­‌شوند و وجود و یا عدم وجود بارندگی را تشخیص می‌­دهند.اساس کار آنها بر انعکاس و شکست نور در مایعات استوار می­‌باشد.این سنسورها قادر به اندازه‌گیری میزان و مقدار بارندگی نمی­‌باشند. از این سنسورها در موقع بارندگی برای باز و بسته کردن دریچه‌­ها و بستن سقف استفاده می‌­شود. برخی از این سنسورها می‌توانند برف و باران و شبنم را نیز از یکدیگر تشخیص دهند. (در صورت سفارش)

• بادسنج‌ها:

جهت اندازه‌گیری سرعت و جهت باد بکار می­‌روند. عموماً در خارج از گلخانه نصب می­‌شود، ولی در مواقع خاص ممکن است برای ثبت جریان هوا داخل گلخانه ها نیز نصب شوند. با استفاده از جهت و میزان سرعت باد می­توان در باز و بسته بودن دریچه­‌های هواکش را تنظیم نمود.

• سنسورهای کنترل تغذیه گیاهی:

این سسنسورها جهت اندازه‌گیری اسیدیته خاک (pH) به منظور تعیین غلظت محلول­‌های اصلاح‌کننده خاک و جهت اندازه‌گیری میزان شوری آب (EC) و یا عصاره خاک از دستگاه‌های اندازه‌گیری هدایت الکتریکی استفاده می­‌گردد. (در صورت سفارش)

• سنسورهای متفرقه:

به منظور افزایش عملکرد گلخانه و بهبود شرایط گلخانه ممکن است از سنسورهای دیگری نیز استفاده گردد. این سنسورها شامل تنظیم زنگ خطر برای شرایط خاص مانند پر شدن مخازن یا بالا رفتن فشار با درجه حرارت به دلیل بروز نقص فنی در سیستم کنترل و اعلام اتفاقات غیرمنتظره مثل آتش‌­سوزی در گلخانه و تاسیسات آن می­‌باشد. (در صورت سفارش)

• سیستم هواشناسی هوشمند:

سیستم کنترل تعبیه شده در قالب PLC SIEMENS کنترل محیطی و پروسس گلخانه را بر اساس شرایط محیطی داخل و خارج تحت کنترل می‌گیرد و در زمان‌های و شرایط آب و هوایی فرامین را به عملگرها (فن‌ها،خنک‌کننده‌ها، مه‌سازها، دریچه، …) ارسال می‌کند.