Gewächshausanlage sind in letzter Zeit immer populärer geworden. Ihre Erträge hängen von vielen Faktoren ab, darunter auch von den Umweltbedingungen. Automatisierte Steuerungssysteme werden in Gewächshausbetrieben eingesetzt, um die Erträge zu steigern und die Zahl der benötigten Arbeitskräfte zu verringern.
Die Hauptaufgabe dieser Systeme ist die Überwachung der wichtigsten Parameter für die Pflanzen: Lichtintensität, Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Dies ermöglicht die Auswahl des optimalen Steuerungsszenarios zur Schaffung günstiger Wachstumsbedingungen. Falls erforderlich, können diese Parameter angepasst werden, um den Ertrag der Ernte zu maximieren.
Die Anlagen ermöglichen die Fernüberwachung und -steuerung von verschiedenen Aktoren der Wasserversorgung oder Beleuchtung. Die Betriebsparameter werden aktualisiert und archiviert. Die Informationen werden zur Analyse, Entscheidungsfindung und Behebung von Notfallsituationen verwendet. Gleichzeitig erfassen ein SCADA-System und der steuernde Regler alle Parameteränderungen und Störungen.
Konzept
Die Systeme können die Aufrechterhaltung der Verfahrensparameter innerhalb bestimmter Bereiche nach vorgegebenen Algorithmen steuern. Im Falle einer Notfallsituation signalisiert das System, dass ein Eingriff des Bedieners erforderlich ist. Das bedeutet, dass die Automatik die gleichen Aufgaben wie Mitarbeiter erledigt, nur mit größerer Genauigkeit, Geschwindigkeit und Pünktlichkeit. Das System besteht aus einer Reihe von Sensoren, Software- und Hardwarelösung zur Erfassung und Verarbeitung empfangener Informationen und zur Erzeugung von Steuersignalen. Das System kann sowohl am Standort als auch fern über eine Webschnittstelle auf einem PC, Laptop, Tablet oder Smartphone bedient werden. Auf diese Weise lassen sich Informationen sammeln, analysieren und Prognosen erstellen. Das Funktionsschema ist unten abgebildet:
Konzept eines Steuersystems der Wasserversorgung mit Produkten der akYtec GmbH
Am häufigsten wird die Wasserversorgung durch Brunnen mit Tauchpumpen auf dem Gelände sichergestellt. Das Wasser wird für Betriebszwecke, zur Bewässerung der Gewächshäuser und zur Filterspülung verwendet. Um eine kontinuierliche Wasserversorgung zu gewährleisten, muss das System mit einem Puffer- und Wassertank sowie einer Zwischenstation zum Pumpen ausgestattet sein. Das Wasser aus den Brunnen wird in der Filteranlage von mechanischen und chemischen Verunreinigungen befreit. Die Kommunikation zwischen den Brunnen, der Pumpstation, der Filtrationsanlage, den Lagertanks und dem Leitstand des Bedieners wird über eine Funkverbindung realisiert. Für einen ununterbrochenen Funkempfang sollte an jedem Punkt ein Repeater installiert werden. Es ist sinnvoll, das Steuersystem der Wasserversorgung in mehrere Schaltschränke zu unterteilen, und zwar entsprechend den folgenden technologischen Aufgaben: Hauptschrank, Schaltschränke für den Vorratsbehälter, die Brunnen und die Förderpumpen.
Der Bediener in der Leitstelle kann den Status von Sensoren und Aktoren überwachen sowie Betriebsmodi im SCADA-System einstellen und Berichte in tabellarischer und grafischer Form erhalten. Die Bedientafeln zeigen den Status der Aktoren, Sensoren, Alarme, den Füllstand des Vorrats- und Reservetanks an. Die Einschalt- und Ausschaltzeiten der Pumpen werden in separaten Fenstern aufgezeichnet. Der Wasserverbrauch und die Betriebszeit der einzelnen Pumpen können auch protokolliert werden. Sie können auch Parameter ändern und den Betrieb auf dem Bildschirm des Bedienfelds überwachen.
Das System zur Wasserversorgung von Gewächshäusern kann Folgendes gewährleisten:
- Gleichzeitiger oder sequentieller Betrieb der Pumpen nach einem voreingestellten Algorithmus, abhängig von der Kapazität jedes Brunnens und der Betriebszeit der Pumpen;
- Pflege der Wasserreserven in den Tanks;
- Aufzeichnung über die in jedem Brunnen verbrauchte Wassermenge;
- Echtzeitüberwachung von Aktoren und Wasserständen in den Tanks;
- Lokale und ferngesteuerte Pumpe ein/aus";
- Pumpenschutz gegen Überstrom und instabile Netzversorgung;
- Pumpenschutz gegen Trockenlauf;
- Anzeige der Werte des Wasserdurchflussmessers;
- Steuerung von Brunnen- und Förderpumpen nach einem voreingestellten Algorithmus;
- Betriebszeit der einzelnen Pumpen;
- Erstellung des Ereignisprotokolls.
Jeder Brunnen ist mit einem Durchflussmesser ausgestattet, um die verbrauchte Wassermenge aufzuzeichnen. Dies dient auch als Kontrollelement bei Pumpenausfall oder "Trockenlauf".
Konzept für ein automatisiertes System zur Steuerung der Beleuchtung einer Gewächshausanlage
Die meisten Gemüsekulturen gedeihen bei 15-20.000 Lux. Lux ist Physikalische Größe der Beleuchtungsstärke. Diese Lichtwerte wird bei sonnigem Wetter von März bis August beobachtet. Die geringe Intensität des natürlichen Lichts im Herbst und Winter erschwert den Gemüseanbau. Die künstliche Beleuchtung löst dieses Problem und ermöglicht es, das optimale Lichtniveau je nach Jahreszeit und Länge der Tageslichtstunden beizubehalten.
Der automatisierte Schaltschrank für die Beleuchtung steuert die Leuchtgruppen in jedem einzelnen Gewächshaus. Informationen über den aktuellen Status der Leuchten werden auf dem im Schrank installierten HMI angezeigt. Vom gleichen Bedienfeld ist es möglich, die Leuchten im manuellen Modus zu steuern, d.h. eine beliebige Reihe von Leuchten ein- und auszuschalten. Der Vorteil einer automatisierten Steuerung liegt in der erhöhten Effizienz der Beleuchtungsanlagen und einer deutlichen Reduzierung der Stromspitzen beim Einschalten der Leuchten.
Perspektiven für die Modernisierung
Wie jede modulare Struktur kann auch das Steuersystem verändert und erweitert werden. Beispielsweise könnte die Zustandsüberwachung von Prozessanlagen eingeführt werden, um den Zustand von Hardware-Einheiten zu überwachen und Störungen im Voraus zu beheben. Infolgedessen werden die Reparaturkosten für die Anlagen gesenkt und die Erträge durch verbesserte sowie intelligente Steuerungsalgorithmen erhöht.
Die Wahl des Überwachungs- und Kontrollsystems hängt von den Geschäftszielen des Landwirts ab. Einige ziehen es vor, sich mit einem Minimum an Grundfunktionen zu behelfen, mit denen alle automatischen Steuerungssysteme ausgestattet sind. Die Gewächshausanlage wird die erforderlichen Parameter messen, Entscheidungen treffen und die notwendigen Maßnahmen einleiten. Andere sind daran interessiert, die erworbenen Systeme weiterzuentwickeln und ihre Funktionalität zu erweitern.
