طراحي، ساخت و ارزيابي سیستم هوشمند صنعتی براي کنترل شرايط محيطي گلخانه

چکیده:

در کشت گلخانه‌اي، ضمن افزايش کمي و کيفي محصول توليدي در مقايسه با روش‌هاي سنتي، در مصرف نهاده‌هاي کشاورزي نيز صرفه جويي مي‌شود. در سال‌هاي اخير، با بهره‌گيري از روش‌ها، طرح‌ها و مواد جديد و افزايش سطح اتوماسيون در گلخانه ها، امکان مديريت صحيح در جهت افزايش عملکرد و بهبود کيفيت محصول فراهم شده است. دستگاه ساخته و ارزيابي شده در اين تحقيق، يک سیستم هوشمند صنعتی براي گلخانه ها است،که از اجزای مختلف تشکیل شده است. عمل کننده‌ها شامل سيستم‌هاي گرمايشي، سرمايشي، مه پاش، تهويه و روشنايي گلخانه‌اي بوده و سنسورها شامل دما، رطوبت، گازکربنيک،  نور و غیره در داخل و خارج گلخانه هستند. با دريافت و ارسال اطلاعات محيطي توسط سنسورها، سیستم هوشمند صنعتی شرايط محيطي داخل گلخانه را در محدوده مطلوب از قبل تعريف شده نگه ميدارد. این سیستم قابليت هماهنگ‌سازي بر اساس نياز و سفارش کاربر را دارد. سیستم هوشمند صنعتی در بخش کشاورزی تاثیری مثبت در کیفیت و کمیت محصول نهایی دارد.

 

مقدمه:

افزايش جمعيت و نياز بيشتر انسان به غذا و همچنين وجود محدوديت در تأمين نهادههاي اصلي کشاورزي مانند زمين و آب مناسب، باعث شده تا به روش هاي نوين و پربازده در زمينه‌ي توليد غذا توجه بيشتري شود. افزايش سطح زير کشت محصولات به ‌منظور افزايش عملکرد، با توجه به محدوديت‌هاي منابع آب در ايران،  راه حل اصولي نيست. از جمله روش‌هاي قابل توجه در کشاورزي نوين، کشت گياهان گلخانه‌اي است. در کشت گلخانه‌اي، علاوه بر افزايش کمي و کيفي محصولات توليدي در مقايسه با روش هاي سنتي، با استفاده از سيستم‌هاي هوشمند صنعتی (اتوماسیون) در گلخانه‌ها، امکان مديريت صحيح در جهت افزايش کمّي و کيفي محصولات گلخانه اي فراهم شده است. همچنين، با بهره‌گیری از روش‌هایی نظیر کشت‌هاي بدون خاک و روش‌های نوین آبیاری، بهره وري نهاده‌هاي توليد و کارايي مصرف آب بهبود يافته است.

با تحقیقات انجام شده برای کنترل محیط گلخانه استفاده از سیستم هوشمند صنعتی ( اتوماسیون) روش بسیار سودمند و مقرون به صرفه می‌باشد، سیستم‌های هوشمند وارداتی به علت بالا بودن قيمت تمام شدة و نمايش اطلاعات و نحوة وارد کردن دستورات به زبانی غیر از فارسی یا انگلیسی، کار با آنها براي گلخانه‌داران مشكل است و گاهي احتياج به متخصصين خارجي براي نصب، راه اندازي و آموزش دارند.

علاوه بر اين، چون اين دستگاه ها معمولاً براساس نيازهای پیش فرض و به‌طور عمومي براي گلخانه‌هاي متدوال کشورِ سازنده طراحي و به تولید انبوه رسیده اند، امکان تغييرکاربري و تطابق با شرايط اقليمي مناطق مختلف کشور ما در آنها وجود ندارد. با توجه به مشکلات مذکور، ضروري است سيستم‌هايي طراحي و توسعه داده شوند که در عين نوين و کارآ بودن، کم هزينه بوده و طراحی آن‌ها با فناوري موجود در کشور هماهنگ باشد تا از این راه گامی در جهت پيشرفت و خودکفايي برداشته شود.

 

کلیات پژوهش:

اتوماسيون گلخانه، امکان مديريت صحيح در جهت افزايش عملکرد و کيفيت محصولات گلخانه‌اي را فراهم می‌کند. کنترل مطلوب شرايط محيطي گلخانه فرايند دشواري است . شرايط محيطي گلخانه تحت تأثير متغيرهاي مختلف بيروني و درونی، کاملاً ناپايدار بوده و به طور پيوسته تغيير ميکند وکنترل بهینه‌ی اين شرايط متغير، فرآیندی پيچيده و پرهزينه است. از این جهت اهداف كاربرد اتوماسيون هوشمند صنعتی در گلخانه‌هاي کشور عبارتند از: دستيابي به دانش فني، بومي سازي افزايش بهره‌وري انرژي و نيروي کار، افزايش بازدة مديريتي، افزايش يکنواختي رشد گياه و کيفيت محصول کاهش مصرف آب، کاهش مصرف کودها و سموم شيميايي، کاهش مصرف مواد تنظيم کنندة رشد، کاهش استهلاک تجهيزات گلخانه‌اي و نيز کاهش ريسك توليد در گلخانه، صرف نظر از ميزان توليد کشاورزان، اتوماسيون به طور اقتصادي ميتواند آنها را در فرايند توليد ياري دهد همچنين، با استفاده از سیستم‌های هوشمند صنعتی، نياز به نيروي متخصص براي کنترل شرايط محيطي کمتر مي‌شود. با اين وجود، منافع حاصل از کنترل دقيق و بهينه ي گلخانه به مراتب بيشتر از هزينه‌هاي مربوط به سرمايه‌گذاري اوليه است.

مهمترين بخش در اتوماسيون گلخانه، کنترل و پايش دقيق شرايط محيطي آن است. در ايران نيز ضرورت توسعه طرح‌هاي جديد و مکانيزه براي افزايش بهره‌وري و کاهش هزينه‌هاي توليد در بخش کشاورزي، به ويژه در گلخانه‌ها، احساس مي‌شود. از اين رو، با توجه به ضرورت افزايش سطح اتوماسيون گلخانه‌اي کشور به منظور افزايش بهره وري و کاهش مصرف نهاده‌ها و هزينه‌هاي توليد و نيز لزوم بومي‌سازي فناوري هاي خارجي موجود، اتوماسیون هوشمند صنعتی گلخانه‌اي طراحي، ساخته و ارزيابي شده است.

 

نتیجه‌گیری:

یکی از مهمترین تأمین مناسب پارامترهای محیطی همانند دما، نور، رطوبت و است تأمین مناسب پارامترهای محیطی همانند دما، نور، رطوبت و است و از آنجا که این پارامترها برای هر نوع موجود زنده متفاوت می‌باشد، سیستم اتوماسیون هوشمند سامتک ، برای کنترل شرایط اقلیمی سالن‌های مختلف با انواع کشت، انواع پرورش و انواع سازه ها با حداکثر قابلیت اطمینان طراحی شده است. در طراحی سیستم اتوماسیون هوشمند صنعتی  که کالای سرمایه‌ای است از سخت افزارهای صنعتی روز دنیا و نرم افزارهای بومی‌سازی شده متناسب با جغرافیای ایران مبتنی بر تکنولوژی فازی PID و iot  استفاده شده است، هدف برآورده‌کردن تمام نیازهای یک صاحب فارم اعم از کنترل، مانیتورینگ و ذخیره سازی اطلاعات و کنترل کلیه ی پارامترهای محیطی می باشد. گروه ما طیف گسترده ای از روش های اتوماسیون و کنترل بهینه اقلیم را در اختیار آن‌ها قرار می‌دهد تا زمینه دستیابی به تولید باکیفیت، افزایش تولید در واحد سطح، کاهش مصرف مواد شیمیایی، کاهش مصرف سوخت، کاهش نیروی انسانی و منابع انرژی را به همراه می‌آورد.