Zemědělství je inerciální odvětví, ve kterém se nové technologie usazují na dlouhou dobu. Zdá se, že automatizace může zvýšit výnosy a zlepšit produktivitu. Ale jak to vlastně funguje?
Byl jsem pozván do biotechnologického komplexu RUE “Ústav pěstování zeleniny” poblíž Minsku, kde se pěstuje salát, bazalka, cibule, paprika, okurky, borůvky a brambory a kde bylo realizováno několik automatizačních projektů. Můj průvodce byl Alexander z LedFarm.byna starosti LED osvětlení.
Doufám, že tato krátká recenze bude užitečná pro čtenáře, kteří uvažují o svém „chytrém skleníku“ nebo domácí hydroponii.
Okamžitě udělám rezervaci: průmyslové pěstování rostlin je vícestupňová fáze. Ale dnes budu mluvit pouze o místě mikropropagace. Při mikroklonálním množení se ze vzorků nepohlavně získávají semenáčky podobné originálu. Výsledkem je, že sadební materiál je geneticky homogenní a může mít dodatečnou odolnost vůči chorobám.
Správné mikroklima
Pro dobrou sklizeň je nutné zajistit správné mikroklima. Za prvé je to režim osvětlení a zavlažování. Následuje kontrola teploty, vlhkosti a CO₂. Obvykle agronom podle rozpisu obchází skleník nebo regálový systém, porovnává hodnoty čidel s cílovými, řídí větrání, zalévání atp.
S touto metodou jsou zřejmé problémy: vzácná frekvence bypassu spolu s lidským faktorem. Pokud například zaměstnanec zapomene vypnout zavlažování, může to vést ke snížení výnosů nebo dokonce k úplné ztrátě.
Aby se takovým situacím předešlo, zavádí se automatizace: od jednoduchého monitorování s alarmy na pracovišti operátora skleníku až po plnou automatizaci procesů.
Na tomto stanovišti bylo úkolem sledovat všechny důležité parametry a automatizovat závlahu a osvětlení, neboť výrazně ovlivňují výnos. Operátor bude na dálku sledovat zbývající parametry a zasáhne, pokud jsou hodnoty mimo rozsah.
Úkol se nezdá příliš obtížný, ale během implementace se objevují nuance:
Cloudová řešení byla okamžitě opuštěna: vzdálené stránky mají obvykle špatný internet, takže všechna naměřená data musí být zobrazena a uložena lokálně. Navíc může přestat fungovat cloudová služba a zařízení se změní v hromadu železa.
Chtěl jsem použít hotové průmyslové řešení. Poradit by si mohlo i Raspberry Pi se sadou štítů a adaptérů, ale spolehlivost takového řešení je otázkou. Navíc by to na průmyslovém zařízení vypadalo divně.
Na druhé straně spektra automatizace jsou PLC. Mnoho z nich je ale stále svázáno s aplikacemi pro Windows a nativními programovacími prostředími a jejich studiu jsem se chtěl vyhnout.
Nakonec stejně zvolili PLC, ale s Linuxem a webovým rozhraním – řadič Wiren Board 6.
Řadič a I/O moduly v panelu Probíhá ladění skriptu
Automatizace osvětlení
Vybrán ovladač, co dál? Prvním krokem byla automatizace osvětlení.
Rozdíl je v osvětlení regálových systémů a skleníků. Sluneční světlo proniká do skleníků, takže během dne má smysl brát v úvahu přirozené světlo, aby se snížil jas lamp a spotřeba energie. Ale konkrétně byl tento systém plánován jako rackový systém. Bude zcela uzavřeno před slunečním zářením, takže existuje dostatek jednoduchých scénářů pro rozsvícení lamp podle plánu.
Po konzultaci s agronomem byl zvolen scénář, který odpovídá přirozenému slunečnímu cyklu:
svítání – lampa se rozsvítí a dosáhne nastaveného výkonu,
den – udržování pracovní úrovně expozice,
západ slunce – jas lampy se sníží na úplný útlum,
noc – světla nesvítí.
Trvání fází a požadovaný výkon se však pro různé plodiny liší.
Osvětlení – Alexandrův profil. Instaloval lampy LED FARMA 80 s vysokou účinností světelného spektra a dobrým rozložením světla po celé ploše standardního policového systému.
Scénář solárního osvětlení byl plánován k implementaci na Home Assistant nebo OpenHAB. Ale nakonec s pomocí technické podpory Wiren Board bylo vše napsáno na vestavěném enginu pravidel podobného JavaScriptu. Poté začaly testy regálových systémů.
Ovládací panel ovladače
Vybraná svítidla jsou ovládána přes vstup 0-10 V. Pro jejich ovládání jsme nejprve zvolili modul, který neuměl nahnat napětí přesně na 0 a zůstala minimální svítivost. Ale pak jsme zvolili modul WB-MAO4 s PWM a problém s úplným vypnutím zmizel.
Poté nastal další problém. Nejprve byl systém testován ve skleníku, který dostával přirozené světlo. Bylo použito univerzální čidlo světla, vlhkosti a CO₂, jehož osvětlení vstoupilo do našeho modelu a za určitých podmínek spustilo cyklus dodatečného osvětlení. Když jsme systém přemístili dovnitř, nenastalo žádné přirozené svítání a nebyla zapnuta žádná světla. V důsledku toho bylo nutné model upravit.
V důsledku toho bylo u rackových systémů rozhodnuto zbavit se světelného senzoru. Ale samotný senzor se nyní používá pro řízení: sleduje ozáření a CO₂, zobrazuje tyto indikátory na obrazovce agronoma a také je zadává do paměti regulátoru. Odtud je můžete zobrazit jako graf nebo stáhnout protokol do počítače.
Mimochodem, zajímavá nuance. Čím větší rostlina, tím více světla potřebuje. Pokud se na konečná místa vysadí malé sazenice, projde kolem rostlin hodně světla. Pro zvýšení účinnosti proto agronomové rozdělují systém na sekce s různou hustotou rostlin. A jak rostou, rostliny se přesazují, čímž se vzdálenost mezi nimi zvětšuje.
V sekci sazenic jsou rostliny umístěny blízko sebe. V oddělení pro dospělé se vzdálenost mezi nimi zvětší. Demo závod ukazující možnosti automatizace. Momentálně se pěstuje salát, ale pak budou hlavní plodinou brambory a borůvky.
Automatizace zavlažování
Dalším krokem je automatizace zavlažování. Zalévání by se mělo provádět nejen ve dne, ale i v noci ve stanovenou dobu, kterou určí agronom. V průměru je optimální režim pro rostliny 10-15 zálivek denně, to znamená jednou za několik hodin na několik minut. Doba zavlažování se může lišit v závislosti na vlhkosti a nasycení půdy.
Plánované zavlažování je snadné. Stačí ve správný čas sepnout kontakt reléového modulu, který zapne čerpadlo. A po předem stanovené době zavlažování otevřete.
Další iterací je sledování vlhkosti půdy a zavlažování při určitých parametrech. Byly zakoupeny čínské půdní senzory se stanovením obsahu soli (na tuzemském trhu takové senzory nejsou). Jenže to, co přišlo, bylo trochu jiné, než bylo objednáno: místo senzorů s výstupem RS-485 přišla zařízení s výstupem 0-10 V.
Podařilo se nám je připojit přes adaptér. Ale když začali porovnávat své hodnoty s řídicím zařízením Grodan, ukázalo se, že senzory ukázaly silnou chybu. V důsledku toho nebylo možné je zkalibrovat a rozhodli jsme se upustit od přiřazení závlahy k nim kvůli špatné kvalitě měření.
Do hry vstoupil i další faktor. Při použití průtokové hydroponie musí agronom pravidelně měnit živný roztok, a k tomu musíte odstranit kryt podnosu spolu se všemi rostlinami. A senzor si mezi rostlinami není snadné všimnout a několikrát na něj prostě zapomněli.
Výsledkem bylo, že agronom změřil vlhkost půdy v jednom cyklu pomocí Grodan a zaznamenal scénář zavlažování. Program má tradičně 25 buněk, ve kterých můžete nastavit čas začátku zavlažování a dobu trvání. To se ukázalo být více než dostatečné pro všechny scénáře.
Automatizovaný regálový panel v mobilním prohlížeči Demonstrační zařízení ukazující automatizační a hydroponické schopnosti Grodanův nástroj
Závěr
V tomto příkladu bylo možné rychle implementovat základní automatizaci: osvětlení a zavlažování plus odesílání dalších parametrů na ovládací panel. To je dostatečné pro malé regálové systémy. Navíc je to levné: cena automatizačního zařízení je pouze 5 % ceny základního rackového vybavení.
Ale stejný systém lze použít i ve velkých sklenících. Tam lze jeho funkčnost rozšířit. Pokud jsou například instalovány systémy přívodu oxidu uhličitého, lze hodnoty ze senzoru CO₂ použít k udržení optimální koncentrace. A pokud regulátor připojíte k topným, klimatizačním a ventilačním systémům, můžete mikroklima jemněji regulovat.
Mnoho přívrženců zahradnictví, kteří se zabývají pěstováním různých plodin, začíná s výstavbou obyčejného skleníku. Po zasazení semen začínají různé práce pro údržbu a zachování plodin. Pokud je skleník malý, nebude to způsobovat velké obavy. Ale co ti, kteří mají na místě postavenou masivní stavbu vyžadující téměř neustálý dohled? Náš materiál bude vyprávět o vlastnostech “chytrých skleníků”, které mohou výrazně usnadnit práci zahradníků.
Co je to?
Mnoho lidí pěstuje skleníkovou zeleninu kvůli samotnému procesu, protože je příjemné cítit, že tyto produkty jsou prakticky ručně vyráběné. Někteří majitelé příměstských oblastí by s velkým potěšením vzali takovou věc ještě vážněji, ale na to prostě není síla ani čas. Automatizovaný systém, který řídí zavlažování, ventilaci a dodávku hnojiv, je stále konečným snem některých letních obyvatel. Ve skutečnosti všechny sny již úspěšně fungují v reálném životě.
Vzhledem k tomu, že pokrok se neustále vyvíjí, „chytrý skleník“ ve skutečnosti existuje. Rozvoj stavebního trhu a souvisejících technologií vedl k tomu, že dnes automat dokáže řídit všechny procesy.
Proč vlastně ta automatizace skleníků? Stačí si vzít za příklad obyčejný skleník a zvážit, jaké procesy tam probíhají. Vzhledem k tomu, že klimatizace tam probíhá správně, ale dělá se to co nejdříve, i když na denní bázi.
S příchodem prvních slunečních paprsků začíná teplota ve skleníku prudce stoupat. Toto období je pro rostliny velmi příznivé. Jedině tak, že zároveň roste teplotní rozdíl mezi půdou a vzduchem. V tomto ohledu kořeny, které zůstávají chladné, nemohou plně zásobovat klíčky vlhkostí. Tento jev nemá příliš příznivý vliv na růst vaječníku.
S ventilací je to ještě horší. Obvykle chodí majitel skleník vyvětrat, když teplota uvnitř překročí 40 °C. Otevřením dvířek a větracích otvorů odnáší průvan spolu s teplým vzduchem zbývající vlhkost a vytváří tak ve skutečnosti pouštní klima. Vzniká tak ideální prostředí pro rozmnožování škůdců a chorob.
K večeru, až se teplota vrátí do rovnováhy, se rostliny vrátí do normálu. Ale pokud porovnáme výsledky sklizně, pak bude více zeleniny z automatizovaného skleníku a bude vypadat mnohem hezčí. Ukazuje se, že hlavním úkolem “chytrého” skleníku je poskytnout rostlinám pohodlné mikroklima.
Vlastnosti
Toto dílo „zahradního“ umění se objevilo již dávno a po mnoho let se těší zasloužené oblibě. Pouze důchodci si mohou dovolit trávit veškerý čas na své letní chatě. Zbývající kategorie lidí v rozsahu svého zaměstnání mohou své zahrady navštěvovat pouze periodicky.
Automatický skleník je unikátní design navržený tak, aby co nejvíce usnadnil práci zahrádkářům. Kromě toho může být každý skleník „chytrý“. Vše záleží na vynalézavosti zahradníka a využití moderních technologií.
“Inteligentní” skleník, aby mohl mít svůj “rozumný” titul, musí nutně splňovat následující vlastnosti:
- regulace teploty uvnitř skleníku by měla probíhat automaticky pomocí vzduchového senzoru;
- povinná přítomnost kapkového zavlažovacího systému;
- půda ve skleníku by měla být obnovena bez lidské pomoci.
Není potřeba, aby byl automatizovaný skleník nacpán shora dolů nejnovějšími moderními výrobními systémy. Zařízení skleníku lze vyrobit s minimálními náklady. Hlavním hlediskem je konzistentní funkčnost všech instalovaných systémů. Tím je dosaženo maximální účinnosti.
Typy a provedení
Všechny výhody vlastnictví skleníku se projeví ve chvíli, kdy se na stole objeví čerstvá a chutná zelenina. A to se děje každý den, nejen v teplých letních dnech. Pro budoucí použití není potřeba zavařování a mrazení. Skleník dává vše čerstvé, přirozené a své.
Pro výběr kvalitního provedení je potřeba zohlednit parametry terénu a samozřejmě rozhodnout o výběru pěstované plodiny. Je těžké se neztratit v rozmanitosti nabízených možností, protože dnes je na trhu velký sortiment modelů a jeden je lepší než druhý. A moderní venkovští řemeslníci nabízejí své vlastní vynálezy, mnohem pokročilejší než některé tovární návrhy. Jaká je tedy vaše volba?
Nejprve se musíte rozhodnout, k čemu skleník je:
- co v něm poroste a v jakých objemech;
- design bude používán pouze v létě nebo po celý rok;
- rozměry konstrukce;
- počet vypěstované zeleniny (pro osobní potřebu nebo také na prodej);
- stupeň automatizace skleníku atd.
V zásadě trh představuje skleněné skleníky na kovovém rámu ve formě domu a také zajímavé obloukové konstrukce z polykarbonátu. Plech z tohoto materiálu se snadněji ohýbá do oblouku než řeže, navíc je zde důležitý faktor těsnosti konstrukce. Před výběrem je nutné zvážit všechny nevýhody a výhody těchto skleníků.
