Особенности проектирования системы автоматизации водоснабжения на примере тепличных хозяйств Чеченской Республики

В статье представлены результаты исследования систем автоматизированного управления водоснабжения тепличного хозяйства, а также сравнительного анализа оборудования различных производителей. Представлены особенности расчета и проектирования автоматизированных систем управления водоснабжения на примере программно-аппаратных средств компании ОВЕН. Представлены примеры внедрения комплексов АСУ ОВЕН в различных проектах и анализ их эффективности. Проведен анализ уровня внедрения и развития автоматизированных систем в тепличных хозяйствах Чеченской Республики.

Ключевые слова: асу, автоматизация, автоматизация водоснабжения, автоматизация в агрономии, асу водоснабжения.

В современном мире всё больше сфер жизни и деятельности человека подвергаются оптимизации за счет внедрения систем автоматизированного управления. Автоматизированные системы управления позволяют повысить производительность, эффективность и рентабельность различных предприятий за счет оптимизации скорости выполнения операций, точности и других факторов. Наиболее востребованные в системах автоматизации сферы — это производственные предприятия, выпускающие различные виды продукции: транспорт, электроника, бытовая техника и другие. В последнее время наблюдается тенденция частичной автоматизации некоторых производственных процессов без полной перестройки линии производства. Например, в агропромышленном комплексе автоматизируется процесс поддержания микроклимата в тепличных комплексах, полив и даже сбор урожая. В данной статье будут рассмотрены вопросы проектирования и обслуживания автоматизированных систем управления водоснабжением в агропромышленном секторе.

Сельское хозяйство в Чеченской Республике активно развивается. В регионе наблюдается устойчивый рост показателей производства овощных культур. Растут объемы промышленного производства овощей в тепличных комплексах. Наиболее крупными агропромышленными предприятиями Чеченской Республики являются ООО «ТК ЮгАгроХолдинг», ООО «Родина». На данных предприятиях внедрены современные системы автоматизации производственных процессов, такие как комплексы водоподготовки, системы поддержания микроклимата, автоматическое орошение и т. д.

Автоматизированная система управления (АСУ) водоснабжением — ключевой элемент в агропромышленном предприятии, без которого невозможно добиться высоких показателей производительности и эффективности [1]. От функциональных возможностей, эффективности алгоритмов и надежности АСУ водоснабжения зависит качество и объемы производства продукции. В АСУ водоснабжения тепличных комплексов должны быть реализованы алгоритмы не только автоматического полива, но и смешивания удобрений.

Технические решения для автоматизации водоснабжения тепличных хозяйств предлагаются многими российскими и зарубежными производителями. Однако, наиболее популярными в России являются решения таких компаний, как ООО «Производственное Объединение Овен», ООО «Россион», ООО «Измерение и Контроль» и других. Система автоматизации проектируется под определенные задачи объекта, но в большинстве случаев функциональные характеристики программно-аппаратных комплексов могут быть схожими. Типовая схема системы автоматизированного управления водоснабжения с использованием программно-аппаратных комплексов ОВЕН представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Типовая схема АСУ водоснабжения [2]

В представленной на рисунке 1 схеме используется восьмикональный регулятор ТРМ138, предназначенный для мониторинга и управления различными физическими параметрами с использованием до восьми исполнительных механических устройств. Данный регулятор интегрируется в SCADA систему и обменивается данными с ЭВМ через канал RS 232. Количество исполнительных механизмов, датчиков, насосных станций и резервуаров зависит от конкретного объекта [3]. В данную схему возможно добавление отдельного узла со станцией водоподготовки для системы туманообразования, системы поддержания климата, включения освещения и т. д. Все эти функции могут быть заложены в программное обеспечение аппаратных средств ОВЕН. На рисунке 2 представлена автоматизированная станция водоподготовки, спроектированная и установленная компанией Россион на базе Тепличного комплекса ООО «ТК ЮгАгроХолдинг» в Чеченской Республике.

Рис. 2. Станция водоподготовки для системы туманообразования [4]

Данная система обеспечивает очистку скважинной воды от различных примесей, корректирует pH и подает уже очищенную воду на систему полива и поддержания микроклимата в тепличном комплексе. В состав системы входят несколько насосных станций, системы дозации, фильтры механической очистки и другие элементы. Мнемосхема автоматизированной системы водоснабжения тепличного комплекса представлена на рисунке 3.

Рис. 3. Мнемосхема типовой АСУ водоснабжения

В представленном проекте в основном использовано оборудование компании ОВЕН, а также элементы от других производителей. Например, радиомодемы, антенны, различные датчики и т. д. Диспетчеризация системы осуществляется в SCADA-системе MasterSCADA.

Рассмотренные автоматизированные системы управления водоснабжением тепличных хозяйств позволяют повысить эффективность производства и качество продукции. Кроме того, системы автоматизации производственных процессов снижают энергопотери и сохраняют ресурсы предприятия. Например, автоматизация освещения в тепличных хозяйствах позволяет снизить энергопотребление до 15 % [5], а системы управления микроклиматом позволяют существенно повысить урожайность и также оказывают ресурсосберегающих эффект [6]. Автоматизированные системы управления не обходятся без исполнительных механизмов. В основном, в таких системах используются электроприводы различной мощности, однако их загрузка, по различным данным, не превышает 30 % [7]. Существенный эффект по снижению потребления исполнительных механизмов дает применение частотного регулирования. Технология частотного регулирования приводов позволяют существенно снизить энергопотребление исполнительных устройств и дает экономический эффект в связи с повышением надежности и срока службы оборудования. Это актуально также для системы автоматизированного водоснабжения, так как значительное потребление энергоресурсов приходится на насосные станции, в которых используются электроприводы.

Следует отметить, что системы автоматизации технологических процессов в агропромышленных предприятиях реализуются не только с использованием готовых решений от приведенных выше производителей, но и строятся на более простых платформах, таких как Arduino [8]. Такие системы отличаются низким объемом капитальных затрат на внедрение, однако, для их разработки и адаптации к конкретным задачам требуется наличие в штате специалистов по программированию на низком уровне, в отличие от настройки готовых регуляторов в визуальных средах и SCADA-системах.

Подводя итоги, можно сделать вывод, что проектирование и внедрение автоматизированных систем управления различных технологических процессов в агропромышленных предприятиях — это важнейшие задачи, от которых зависит качество и объемы производства конечной продукции [9]. Следует уделять большое внимание выбору конфигурации систем управления, а также разработке алгоритмов управления. Процесс проектирования и разработки автоматизированных систем управления должен обязательно быть сопряжен с вопросами энерго- и ресурсосбережения для получения более значимого экономического эффекта. При выборе оборудования стоит рассматривать не только готовые решения от крупных производителей, но и отдельные аппаратные платформы, которые могут быть адаптированы для решения данных задач с меньшими финансовыми вложениями.

1. Катков А. Ю., Ползунов И. В., Петрянин Д. Л. Проблемы построения систем управления микроклиматом теплиц // Новые информационные технологии в автоматизированных системах. 2014. № 17.

2. Структурная схема АСУ водоснабжения // URL: https://owen.ru/project/avtomatizacziya-sistemy-vodosnabzheniya (дата обращения: 28.11.2021).

3. Силаев Алексей Александрович, Чесноков Александр Владимирович, Першин Евгений Георгиевич ОЧИСТКА ВОДЫ ДЛЯ СИСТЕМ КАПЕЛЬНОГО ПОЛИВА ТЕПЛИЧНОГО ХОЗЯЙСТВА // StudNet. 2021. № 6.

4. Система водоподготовки для тепличного комплекса в г. Грозный // URL: https://rossion.su/projects/sistema-vodopodgotovki-dlya-teplichnogo-kompleksa-v-g-groznyy/ (дата обращения: 28.11.2021).
5. Ассонова М. Л., Ольховой А. А., Ильин С. В. Энергосберегающие технологии для систем освещения промышленных теплиц // Новые информационные технологии в автоматизированных системах. 2014. № 17.
6. Катков А. Ю., Ползунов И. В., Петрянин Д. Л. Проблемы построения систем управления микроклиматом теплиц // Новые информационные технологии в автоматизированных системах. 2014. № 17.
7. Эрк А. Ф., Судаченко В. Н. Методы энергосбережения и повышения энергоэффективности сельскохозяйственного производства // АгроЭкоИнженерия. 2015. № 87.
8. Адищев И. В., Вялых И. А., Таскаева А. А. СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ КЛИМАТОМ ЗАЩИЩЕННОГО ГРУНТА НА БАЗЕ АППАРАТНОЙ ПЛАТФОРМЫ ARDUINO // Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология. 2021. № 2.
9. Горбунова Олеся Сергеевна, Петрякова Светлана Викторовна, Радионова Светлана Владимировна, Пильников Леонид Николаевич РОБОТИЗАЦИЯ ТЕПЛИЧНЫХ КОМПЛЕКСОВ В СФЕРЕ ЦИФРОВИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА // Образование и право. 2019. № 4.