Мониторинг тепличного хозяйства

Описание проекта

Один из наших клиентов, компания ТОВ “ФруТек”, занимающаяся выращиванием плодово-ягодных культур в теплицах, обратился с запросом на систему мониторинга и управления группой теплиц.

В каждой из теплиц необходимо было контролировать температуру, влажность, управлять клапанами полива, тумана, актуаторами фрамуг, регистрировать параметры на графиках. Для каждого из исполнительных устройств необходима была возможность задания расписания и применения рецептов (программ), а также возможность управления положением фрамуг по температуре.

Объекты мониторинга и управления

Выбор струкутры системы управления и мониторинга

Компания находилась перед выбором по какому пути построения системы пойти и рассматривала несколько альтернативных вариантов системы:

• Микроконтроллеры c “закрытым” протоколом обмена. Системный интегратор, применяющий данные контроллеры, предложил услугу написания пользовательского приложения для решения данной задачи. При относительно невысокой стоимости контроллеров отечественного производства, минусами явились достаточно высокая стоимость разработки приложения, необходимость выделения отдельного компьютера для рабочего места диспетчера, а также полная зависимость заказчика от исполнителя.
• ПЛК в паре с панелью оператора. Минусами данного варианта являлось то, что панель оператора, как правило, может работать только с одним соединением, поэтому ПЛК должен был бы быть только один – с комплектом удорожающей решение децентрализованной периферии, либо громоздкой разводкой аналоговых линий от центрального ПЛК во все теплицы. Вариант с комплектом “HMI панель + ПЛК” на каждую теплицу не рассматривался как заведомо дорогостоящий.
• SCADA система с набором децентрализованной периферии. Применение SCADA также подразумевало бы подбор нужной конфигурации, покупку лицензии, отдельный компьютер для места диспетчера, большое время для заказчика на ее освоение и развертывание, написание проекта, в то время как задачу необходимо было реализовывать в сжатые сроки, используя какое-то готовое решение.

Одним из критериев подбора оборудования были датчики температуры и влажности с интерфейсом 1-Wire, что позволило бы максимально удешевить оборудование и упростить кабельную разводку.

Другим важным критерием для заказчика была возможность менять режимы работы теплиц находясь прямо на месте, с локальной панели оператора или планшета.

Компоновка системы

В результате рассмотрения разных вариантов, оптимальным решением с точки зрения простоты построения, гибкости, масштабирумости и цены решения оказалась структура с централизованным управлением всеми теплицами с одного интеграционного контроллера WebHMI и распределенной периферии с открытым протоколом Modbus RTU RS-485 (производства АКОН, Украина) для ввода-вывода сигналов от каждой из теплиц.

Модули АКОН серий WAD-TC и WAD-AIK стали также идеальным решением для данной задачи – каждый модуль может обладать сразу несколькими функциями – ввод аналоговых и дискретных сигналов, а также подсчет импульсов. Например, модуль WAD-TC был задействован для ввода сигналов температур по шине 1-Wire и датчиков положения фрамуг (конечных и инкрементальных датчиков позиции). Модуль WAD-AIK был использован для ввода унифицированных сигналов 4..20 мА (влажность, температура) и импульсного датчика количества осадков. Благодаря компактности модулей (клеммы подкючения располагаются вертикально в 4 ряда) автоматика была размещена в небольших распределительных коробках в каждой теплице.

Данная структура обладает следующими преимуществами:

• В WebHMI есть все необходимое – компактная аппаратная платформа, встроенная SCADA
• Простая топология и кабельная разводка – достаточно одного кабеля чтобы связать между собой все теплицы
• Масштабируемость – для расширения числа сигналов достаточно добавить требуемый модуль в эту же шину
• Интерфейс в кармане – удобство для персонала дистанционно управлять всеми теплицами с любого мобильного устройства, перемещаясь по территории тепличного хозяйства. А также, удаленный доступ к системе через сеть Интернет.

Конфигурация проекта после применения WebHMI

Внешний вид интерфейса оператора

Полученные преимущества

1. Минимальная избыточность системы “все в одном” – дистанционное ручное или автоматическое управление всеми теплицами, рецептурное управление, ведение графиков и отчетов, сигнализация. И это все – без применения ПЛК, HMI панелей, отдельного серверa для SCADA.
2. Удобный доступ к интерфейсу в любой из теплиц с планшета или смартфона.
3. Простая реализация удаленного доступа через интернет.
4. Благодаря возможности удаленного сервисного доступа, все наладочные работы по проекту после продажи оборудования были выполнены удаленно из офиса.
5. Как следствие пунктов 1..4, проект был реализован в сжатые сроки и с минимальными затратами.