Введение

Автоматизация технологических процессов становится обязательной частью обеспечения эффективного функционирования вертикальных ферм. Автоматизация, основанная на передовых технологиях, позволяет перейти к новому уровню эффективности производства при поддержании оптимальных условий среды для растений при наименьших затратах [1–3].

Материалы и методы

Проведен анализ внешних и внутренних факторов, влияющих на затраты на потребляемую электроэнергию при выращивании сельскохозяйственной продукции на вертикальных фермах. С одной стороны, необходимо создавать и поддерживать оптимальные параметры микроклимата. С другой стороны, потребление электроэнергии инженерными системами, создающими параметры микроклимата, должно быть организовано рационально с учетом часов наименьшей цены на электроэнергию. То есть работа инженерных систем на основе данных о климате должна быть организована в рамках дифференцированного по зонам суток тарифа на электроэнергию. Таким образом, необходимо применение метода системы управления, допускающего изменение параметров регулятора в зависимости от изменения параметров объекта управления или внешних возмущений, действующих на объект управления — адаптивное управление энергопотреблением.

Результаты и обсуждения

Функциональная схема блока управления инженерными системами вертикальных ферм показана на рисунке 1.

Рис. 1. Функциональная схема программно-аппаратного комплекса адаптивного управления энергопотреблением вертикальных ферм

Для выполнения задачи по адаптивному управлению энергопотреблением инженерными системами вертикальной фермы должен использоваться набор связанных технических и программных средств блок управления. В аппаратную часть блока управления входят устройства идентификации параметров микроклимата, устройства идентификация потребления электроэнергии, устройства управления инженерными системами (освещения, водоснабжения, вентиляции), устройства сбора, обработки и анализа данных. Программная часть включает программное обеспечение, обрабатывающее и интерпретирующее данные, собранные аппаратной частью. Устройства идентификации параметров микроклимата предназначены для фиксации фактических данных температуры воздуха, влажности субстрата или воздуха, количества света. Устройства идентификация потребления электроэнергии предназначены для фиксации фактической потребляемой мощности в каждый час времени суток и формирования графика энергопотребления вертикальной фермой. Эти данные передаются в устройства управления и сравниваются с оптимальными заданными параметрами. На основе сравнения параметров микроклимата и часа в сутках принимается решение по работе инженерных систем, обеспечивающих микроклимат. Адаптивное управление энергопотреблением вертикальных ферм предусматривает сохранение оптимальной настройки системы (необходимое получение света и воды растениями при заданной температуре воздуха в течение суток) при изменении внешних параметров (цены на электроэнергию в течение суток) за счет изменения параметров регулятора (режима работы инженерных систем). При начальном отсутствии информации о параметрах регулятора и воздействиях на систему необходимо производить расчет оптимальных режимов работы инженерных систем. Построение адаптивных обратных связей по управлению энергопотреблением осуществляется на основе результатов обработки данных модели регулятора в составе технических средств сопряжения с системой управления и информационной базой модели технологического цикла производства (затраченная электроэнергия, урожай, витамины, нитраты и пр.). Для этого служит устройство сбора, обработки и анализа данных.

Прикладное программное обеспечение представляет из себя созданный в среде разработки SMLogix алгоритм, согласно которому происходит управление ПЛК, используемым в системе. При создании используется так называемый язык функциональных блоков (FBD), представляющий из себя графический инструмент разработки прикладного ПО для ПЛК.

ПО в среде разработки представляет из себя рабочее поле с размещенными на нем графическими примитивами — логическими блоками, выполняющими ту или иную функцию. Данные блоки соединены связями, которые представляют из себя набор входных и/или выходных данных, необходимый для работы каждого логического блока в отдельности и всей прикладной программы в общем. Фрагмент ПО блока управления «Режимы работы» показан на рисунке 2.

Рис. 2. Фрагмент ПО блока «Режимы работы»

Выводы

Разработана функциональная схема блока управления инженерными системами вертикальных ферм, на основе которой будет разрабатываться конфигурация и физическое устройство изделия. При создании блока управления используется так называемый язык функциональных блоков (FBD), представляющий из себя графический инструмент разработки прикладного ПО для ПЛК.

Литература:

1. Волощук, Л. А. Вертикальные фермы — новая бизнес-модель развития аграрного сектора / Л. А. Волощук, С. И. Ткачев, А. В. Ламентова, И. Ю. Спасов // Экономико-математические методы анализа деятельности предприятий АПК: Материалы VIII Международной научно-практической конференции, Саратов, 25 апреля 2024 года. — Саратов: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н. И. Вавилова», 2024. — С. 99–103. — EDN QCDFMI.
2. Груднева, А. А. Вертикальное фермерство как инновационная технология решения проблемы продовольственного снабжения крупных городов / А. А. Груднева. — Текст: электронный // Инновации и инвестиции. 2018. № 9. — С. 39–41.
3. Гурина, И. В. Конвергентная платформа Smart Agriculture и применение цифровых информационных технологий в агробизнесе / И. В. Гурина, А. В. Медведев, Л. Н. Медведева, А. Ф. Рогачев. — Текст: электронный // Учет и статистика. 2019. № 3 (55). — С. 74–84.