Автоматизированная информационная система управления микроклиматом мультикультурной аэропонной вертикальной фермы

Алексей Календа

Автоматизированная информационная система управления микроклиматом мультикультурной аэропонной вертикальной фермы

Выпускная квалификационная работа направлена на создание автоматизированной информационной системы, позволяющей управлять процессом выращивания мультикультурных растений с помощью прогрессивного метода - аэропоники. Вертикальная ферма – это размещенная в высотном складском помещении многоярусная автоматизированная теплица. Технология имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционным "горизонтальным" земледелием: выращивание культур круглый год, возможность расположения вертикальных ферм в черте города среди жилищных массивов, полная автоматизация процесса выращивания, "прозрачность" технологического процесса, большой спектр видов выращиваемых культур. Побудительным мотивом создания системы послужило текущая безрадостная ситуация в сельскохозяйственном секторе России. Повсеместное использование этой технологии позволит оснастить далёкие уголки России свежими продуктами питания на протяжении всего года. Целью разработки является общемировая тенденция к проприетарности, общедоступности программного обеспечения с дальнейшей положительной модификацией руками страждущих безвозмездной помощью.

Автоматика. Вычислительная техника

Дипломы

Вуз: Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта (БФУ им. И. Канта)

ID: 5f351740cd3d3e0001b880c1

UUID: 8428b580-bf7e-0138-18a4-0242ac180006

Язык: Русский

Опубликовано: больше 3 лет назад

Просмотры: 197

13.94

Алексей Календа

Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта (БФУ им. И. Канта)

Комментировать 0

Рецензировать 0

Скачать - 1,9 МБ

Поделиться работой

И.Д. Рудинский Калининград, 2020

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГООБРАЗОВАНИЯ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «БАЛТИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. И. КАНТА» ИНСТИТУТ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ НАУК И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Направление подготовки 09.03.02 «Информационные системы и технологии» ОТЗЫВ руководителя на выпускную квалификационную работу студента Календа А.В. на тему «Автоматизированная информационная система управления микроклиматом мультикультурной аэропонной вертикальной фермы» Объем работы: 62 страницы, 38 рисунков, 15 источников. Выпускная квалификационная работа Календа А.В. посвящена актуальной проблематике применения современных информационных и коммуникационных технологий для повышения эффективности деятельности предприятия, занимающегося производством продуктов питания. В процессе обучения в университете и непосредственно в ходе выполнения выпускной квалификационной работы Календа А.В. изучил проблематику организации и функционирования систем управления аэропонными вертикальными фермами. Такой анализ позволил сформулировать предложения по совершенствованию таких систем с применением современных программно- технических средств. Предложенные решения характеризуются логичностью, корректностью и завершенностью. В ходе выполнения выпускной квалификационной работы Календа А.В. продемонстрировал высокую профессиональную подготовку, знание современных информационных и коммуникационных технологий, самостоятельность, инициативность и умение решать поставленные задачи. Считаю, что выпускная квалификационная работа Календа А.В. может быть допущена к защите и заслуживает оценку «отлично». Профессор ИФМН и ИТ,

докт. пед. наук, канд. техн. наук Рудинский 05 июня 2020 г. И.Д.

2 ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ...........................4 ВВЕДЕНИЕ...................................................................................... 5 1. АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ 9 1.1 Вертикальные фермы как инновационная форма выращивания сельскохозяйственной продукции 9 1.2 Информационная модель управления вертикальной фермой................................................................................. 16 1.2.1 Общая характеристика объекта....................................16 1.2.2 Характеристика организационной и функциональной структуры объекта 17 1.2.3 Характеристика информационных процессов, подлежащих автоматизации 18 1.2.4 Перечень и анализ недостатков организации обработки данных и управления объектом 21 1.2.5 Характеристика готовности объекта к созданию АИС 21 1.3 Постановка задачи автоматизированного управления вертикальной фермы 23 1.3.1 Назначение системы......................................................23 1.3.2 Цели создания системы.................................................24 1.3.3 Требования к системе....................................................24 1.3.3.1 Требования к структуре и функционированию системы......................................................................24 1.3.3.2 Требования к численности и квалификации персонала................................................................... 25 1.3.3.3 Требования информационной безопасности и защите информации от несанкционированного доступа 26

3 1.3.3.4 Перечень подлежащих автоматизации функций, задач или их комплексов 27 1.3.3.5 Требования к качеству и форме реализации каждой функции или задачи 27 1.3.3.6 Требования к информационному обеспечению системы......................................................................28 1.3.3.7 Требования к лингвистическому обеспечению системы......................................................................28 1.3.3.8 Требования к программному обеспечению системы .................................................................................... 28 1.3.3.9 Требования к техническому обеспечению системы .................................................................................... 28 1.4 Анализ аналогов и прототипов автоматизированных вертикальных ферм 29 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ АЭРОПОННОЙ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ФЕРМОЙ 33 2.1 Функциональная структура АИСУМК................................33 2.2 Пользовательский интерфейс АИСУМК............................35 2.3 Выбор инструментальных средств реализации АИСУМК 39 3. РЕАЛИЗАЦИЯ АИСУМК.........................................................40 3.1 Описание оболочки (Wonderware InTouch).......................40 3.2 Настройка Wonderware InTouch и создание проекта.......41 3.3 Описание приложения mClim............................................52 3.4 Примеры решениязадач автоматизированного управления аэропонной вертикальной фермы с применением приложения 52 ЗАКЛЮЧЕНИЕ.............................................................................. 55 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ................................................................56 Приложение А. Схема организационной структуры объекта....58

4 Приложение Б. Укрупненные схемы основных технологических процессов. 59

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ AS-IS - модель «как есть», т.е. модель существующего процесса / функции IDEF0 - методология функционального моделирования IDEF3 - методология моделирования и стандарт документирования процессов SQL - язык структурированных запросов TO-BE - модель «как будет», т.е. модели новой организации процессов АИС - автоматизированная информационная система АИСУМК – автоматизированная информационная система управления микроклиматом БД - база данных ОС - операционная система ПК персональный компьютер ПО - программное обеспечение СУБД - система управления базами данных ТЗ - техническое задание

ВВЕДЕНИЕ В настоящее время информация является инструментом осуществления деятельности, направленной на производство товаров и услуг, механизмов определяющая регуляции закон функционирования информационных процессов информационной системы. Существующие методологические способы решения проблем по оптимизации системообразующих функций, объединенных единством цели, базируются на достоверной, актуализируемой, защищенной информации об решениях. Первое реализацию объекте и на обеспечивает информационных производственного грамотных цикла, беспрепятственную процессов второе управленческих на каждой определяет фазе траекторию информационных потоков и схему организационной структуры с делегированными полномочиями. Современное развитие вычислительных комплексов и информационных технологий помогает организовать связь между элементами организационной структуры и эксплуатационным персоналом, взаимодействующим с информацией, циркулирующей в АИС. Внедрение автоматизированной информационной системы на предприятие исполнению обязывает определенных эксплуатационный персонал к ролей. стоящий у Персонал, исполнительных элементов системы, совершающий надзор за протекающим процессом и составляющий отчет о результатах, ответственен за оснащения содержанием, за мониторинг производственного процесса, курсирующих системе в системы общего информационным текущего определение состояний направления информационных потоков, предоставления прав доступа, конфигурацию сети, принятие экстренных решений в момент поведенческих девиаций

системы ответственен диспетчер, занимающий центральное положения в управлении АИС, за архитектуру информационной сети ответственен ИТ-отдел.

В настоящее время в России доля аграрного производства во внутреннем валовом продукте на уровне 4,7%, данный показатель находится в долгосрочном снижающемся тренде, который подпитывают множество различных факторов, одним из которых является специфичное географическое расположение в непредсказуемых погодных условиях. Автоматизация зависимость аграрного фермерских неблагоприятных сектора хозяйств погодных сельскохозяйственных от ликвидирует времён условий культур. года и выращивания Текущая тенденция технологизации сфер человеческой деятельности, проникнув в сельское хозяйство в виде автоматизированной информационной системы, оказалась способной к ликвидации изъянов технологических осуществляемой процессов, присущих сельскохозяйственной деятельности традиционным способом – культивацией культур на земельных участках. Вертикальное продуктов фермерство питания тепличном в комплексе практика выращивание автоматизированном многоярусном [2]. – Является современным направлением в сельском хозяйстве в России, принявшее участие в формировании урбанистических ферм. инновационного Представляет кластера собой объект с замкнутым производством, внутри которого осуществляется выращивание зелени высокотехнологичной автоматизированной методом аэропоники вертикальной системой фермы, управления с помощью оснащённой микроклиматом (АИСУМК). Актуальность темы выпускной квалификационной работы обусловлена тем, что в существующих типовых проектных

решениях автоматизированных ферм включена не гидропонных подсистема подачи вертикальных питания корням растения, осуществляемая вручную и задействующая при этом лишнюю рабочую силу, чем увеличивает стоимостные временные затраты на совершение производственного цикла. и

Необходимость проведения работ по созданию АИСУМК заключается в отсутствии в существующих типовых проектных решениях технологии, централизовать позволяющей такие технологические объединить процессы, и как мониторинг и сбор информации о состоянии каждого гроубокса мультикультурной вертикальной фермы, контроль входных и выходных параметров значений. Повсеместное стимулирует рост в пределах спектра нарождение отечественного оптимальных вертикальных производства ферм продуктов первой необходимости, что повлечет за собой увеличение экспорта сельскохозяйственных культур, обеспечит стабильное производство больших объемов зелени высокого качества, к тому же, данная технология, в перспективе, способствует, кроме производства зелени, осуществлению контроля над ростом фруктов и цветов. Настоящая главы: В первой выпускная главе квалификационная исследуется проблемная включает область 3 с описанием современных трендов беспочвенного выращивания растений, во второй главе производится описание автоматизированной системы управления микроклиматом, в третьей главе описывается процесс создания АИС. Основными целями создания АИСУМК являются:  добавление в систему контроля микроклимата подсистемы ритмичной подачи питания;  организация централизованного управления микроклиматом;  сокращение времени выращивания сельскохозяйственных культур. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

 обеспечить диспетчерское системой с управления помощью программного пакета SCADA;  оптимизировать процессы сбора, анализа и хранения производственной информации;

 предложить результативному вертикальной фермы. проектные решения по управлению микроклиматом

1. АНАЛИЗ ОБЪЕКТА ПОСТАНОВКА АВТОМАТИЗАЦИИ ЗАДАЧ И ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ 1.1 Вертикальные фермы как инновационная форма выращивания сельскохозяйственной продукции Согласно исследованиям, проведенным отделом народонаселения ООН, к 2050 году населения Земли составит 9 миллиардов человек, из которых 68% будет жить в городах [8]. Комфортное проживание в городских условиях обеспечивает развитая инфраструктура, подразумевающая размещение всех необходимых людям некоммерческих, муниципальных и государственных предприятий в шаговой доступности. Рост плотности населения повышает спрос на свежие продукты питания, большая часть которых транспортируется с областных территорий. Непредсказуемые, климатические условия в нестабильные России и суровые сокращают объемы выращиваемых сельскохозяйственных культур, соответственно, привлекаемые для нивелирования ущерба ресурсы делают коммерческое сельское хозяйство всё более дорогостоящим. Неблагоприятная экологическая пригодных для состояния окружающей является обработки признаками ситуация земель среды. и сужает ведет к область ухудшению Всё вышеперечисленное подступающего продовольственного кризиса, ведущего к удорожанию продуктов питания. Решить проблему можно с помощью автоматизации процесса выращивания сельскохозяйственных культур. Концепция вертикальной агропромышленного сектора. фермы Гибкое станет внедрение будущим ферм в

жилищные структуры значительно сократит логистические издержки и преобразит эстетические формы улиц. Вертикальная ферма – это размещенная в высотном складском теплица. помещении многоярусная автоматизированная

Вертикальные преимуществами горизонтальным фермы по обладают сравнению земледелием. конструктивное исполнение с большими традиционным, Высотное насаждений многоярусное извлекает из пространства максимальную пользу. Также немаловажным достоинством является то, что фермы могут располагаться в черте города, избавляя промежуточных обеспечивая продукцию складах население и и длительных сферу свежими продуктами короткого времени круглый от первой хранения на перевозок и общественного необходимости год. питания в Диспетчерский течение центр и автоматика обеспечат полный интеллектуальный контроль над всеми этапами роста культур, что позволит точно прогнозировать и планировать объём производства зелени, выпускаемый освещение и конкретным объектом контроль подачи [15]. Настраиваемое питания позволят конфигурировать для каждого вида культуры индивидуальные микроклиматические рецепты, расширяя тем самым список предлагаемых населению безотходного производства продуктов могут питания, послужить в продукты качестве биотоплива. Бессубстратная технология выращивания культур методом аэропоники и гидропоники позволяет экономить пространство и сокращает требуемый для орошения объем воды на 95%. Вертикальные фермы также способствуют поддержанию общественного вегетарианского движения, направленного на развитие здорового пищевого поведения у населения. Уклонению экологической ситуации в положительную сторону способствует:  снижение общего потребления энергии и воды;

 улучшение экологического фона жилищных массивов;  самодостаточность производственного процесса снижает выбросы в атмосферу;

 возможность увеличения площадей лесных массивов за счет освобождения пахотных земель [1]. Существует два метода бессубстратного выращивания сельскохозяйственных культур в условиях изолированного от внешней среды производства:  гидропоника;  аэропоника. Гидропоника – беспочвенное культивирование сельскохозяйственных культур, при котором растение получает все необходимые химические элементы с помощью корневой системы, погруженной в выверенный под каждый вид культуры питательный раствор. При выращивании культур методом гидропоники корневая система растений прорастает на твёрдых органических субстратах, не имеющих питательного значения [4]. По сравнению с выращиванием растений в почве, гидропоника имеет ряд преимуществ:  сокращение временных и стоимостных затрат за счет выверенной ритмики индивидуальных режимов питания, отсутствие тургора, повышение урожайности в несколько раз;  корневая система не подвергается иссушению и не повреждается переизбытком полива;  контролируемые питательным процедуру условия раствором полива за подпитки исключает счет растений ежедневную подобранного гроубокса;  отсутствует избыток или нехватка удобрений; объема

 ликвидируется возможность повреждения культур вредителями, растения не нуждаются в отталкивающих вредителей химикатах;  облегченный процесс сбора урожая.

 вбирание растением отведенных ему человеком питательных веществ, делает продукцию более полезной и питательной, нежели наполненная тяжелыми металлами и ядовитыми органическими соединениями почва. Различают следующие методы выращивания растений с использованием гидропоники [3]:  гидропоника (водная культура);  гидрокультура (субстратная культура);  аэропоника (воздушная культура);  хемокультура (культура сухих солей);  ионопоника;  аквапоника. Система глубоководных культур (Deep Water Culture) – гидропонная система, состоящая из гроубокса, воздушного компрессора, трубки и аэрационного камня (Рис.1.1). Слабо автоматизированная система, в которой корни растения находятся в питательном растворе, обогащаясь кислородом от автоматического воздушного компрессора в соответствии с заданным графиком. Система система периодического орошения автоматизации корневой процесса затопления области прилива и – интервальная (Рис.1.2). отлива от За счет корневой системы питательного раствора, вызванного внедрением в процесс выращивания автоматический системы подкачки компрессором питательного раствора в лоток, с находящейся в нем корневой вентилирование системой, корней, что в субстрате приводит к происходит обогащению их кислородом. Система прилива и отлива не используется в

промышленных масштабах, но используются для подержания жизни декоративных растений [5].

Рисунок 1.1 – Автоматическая система глубоководных культур Рисунок 1.2 - Система периодического затопления Система капельного полива – гидропонная система, с разветвлёнными, по участку шлангами, подающими раствор (Рис.1.3). Принцип действия системы состоит в подаваемом из цистерны с раствором питательного раствора с помощью насоса выдаваемым по шлангам каждому растению в виде капель, делая процесс орошения плавным, а влажность равномерной. Метод применяется в случаях эффективной и дешевой автоматизации тепличного бизнеса.

Рисунок 1.3 - Система капельного полива “Система аэро-гидропоники - один из современных методов культивирования растений, который базируется на оксигенации воды путем прохождения ее через воздух (Рис.1.4). Для этого есть множество способов с применением воздушных и водяных насосов либо водоворотов” [6]. Аэрогидропонная система с помощью трубок, играющих роль оксигенерации, и насоса распыляет раствор в виде аэрозоли в области корневой системы растений, заполняя пространство гроубокса влажным воздухом, насыщая его питательной аэрозолью и кислородом. Автоматизация функции подпитки корневой системы избавляет от необходимости поливать культуры. Рисунок 1.4 - Система аэро-гидропоники Аэропоника – беспочвенный метод выращивания растений, при котором, находящиеся в воздухе, корни растения получают питательный раствор в виде аэрозоля (Рис.1.5).

Рисунок 1.5 - Схема системы аэропоники В отличие от гидропоники, которая использует в качестве субстрата воду, насыщенную необходимыми минералами и питательными веществами для поддержания роста растений, аэропонный способ выращивания растений не предполагает использование почвенного субстрата [7]. Метод воздушной культуры позволяет управлять условиями жизни растений, широко использовать автоматизацию и механизацию трудоемких процессов при выращивании овощных растений, способствует росту урожайности при значительном снижении себестоимости овощей. Корневая система растений развивается в условиях воздушной среды в гроубоксе. Корни при необходимости опрыскиваются питательным раствором из форсунок нагнетательной системы коллекторной трубы. Питательный раствор для опрыскивания корней периодически подаётся из бака в нагревательную трубу или форсунки с помощью насоса. По причине того, что культивация зелени на вертикальных фермах методом аэропоники в сельскохозяйственном секторе находится в рудиментарном состоянии, в Калининградской области отсутствуют типовые проектные решения. Выбранное

направление претендует на вполне определенную перспективу развития и согласуется с мировой тенденцией повсеместного нарождения высокотехнологичных вертикальных ферм,

свободно внедряемых в жилищные массивы и обеспечивающих высокое качество логистического обслуживания. Данная технология обладает следующими преимуществами:  обеспечение населения полезными продуктами питания в любое время года;  гибкое внедрение в жилищные массивы позволит осуществлять как персональную доставку на случай ЧС в стране или режима самоизоляции, так и крупным клиентам городского общепита;  центрирование внимания исключительно на выращивании зелени положительно резонирует в обществе с активной гражданской позицией, выступающих в пользу защиты животных;  неприхотливость позволит технологии развертывать к фермы климатической в тех среде географических точках, где погодные условия не допускают возможности выращивания зелени в традиционной форме;  возможность расширения ассортимента выпускаемого продукта, например, можно добавить цветы, ягоды;  бессубстратное выращивание культур исключает трудоемкие работы, связанные с подготовкой грунтов, поливом и т.д., воздушная среда ликвидирует опасность поражения культур вредителями. 1.2 Информационная модель управления вертикальной фермой 1.2.1 Общая характеристика объекта В качестве объекта исследования используется предприятие ИП Шорин, которое осуществляет деятельность в сельскохозяйственном секторе, выращивая зелень методом аэропоники с помощью высокотехнологичных вертикальных

ферм, предоставляя общественному питанию. товар повседневного спроса

1.2.2 Характеристика организационной и функциональной структуры объекта Укрупненные схемы основных технологических процессов представлены в виде IDEF0-диаграмм в приложении Б. Объектом автоматизации является предприятие ИП Шорин общей площадью 200 м2, с занимаемой вертикальной фермой площадью 75 м2. Схема организационной структуры объекта (схема на рис. А.1). Предприятие ИП Шорин с организационной структурой линейного типа подразумевает наличие иерархии с делегацией ответственности и полномочий строго сверху вниз. Главным делегирующим лицом в организационной структуре предприятия является ИП Шорин, занимающийся разработкой стратегии развития дела в сельскохозяйственном сегменте рынка, самостоятельно нанимая работников, рассматривая партнёров, определяя стоимость товаров и услуг. Проект по развёртыванию вертикальной фермы начинается с того, что директор производства с помощью инженера и механика подготавливает помещение, возводит стеллажи, устанавливает систему освещения и вентиляции, монтируя оборудование, необходимое для создания микроклиматических условий. Далее, технический директор излагает требования по целевому продукту агрохимику. Агрохимик, выяснив особенности выращиваемых растений, составляет в лаборатории шаблон параметров системы контроля микроклимата индивидуально под каждую культуру, учтя особенности питательного ритмики раствора, импульсного влажности питания, воздуха, состав освещения и температуры. Составленный шаблон отправляется в IT-отдел, где разрабатывается программное обеспечение, хранятся,

анализируются и резервируются данные, которые в систематизированном виде отправляются на диспетчерский пункт управления и мониторинга. На завершающем этапе помощники агронома

подробно анализируют качество конечного продукта, собирают, упаковывают и подготавливают на отправку для логистического центра или курьера. 1.2.3 Характеристика информационных процессов, подлежащих автоматизации Проект по развёртыванию вертикальной фермы начинается с того, что директор производства с помощью инженера и механика подготавливают производственное помещение, возводят стеллажи, над гроубоксом размещают систему освещения, внутрь гроубокса монтируют вентиляцию, устанавливая оборудование, необходимое для создания микроклиматических условий. Далее, технический директор излагает требования агрохимику по объёму, качеству и виду целевого продукта. Агрохимик, выяснив особенности выращиваемых растений, составляет в лаборатории шаблон параметров системы контроля микроклимата индивидуально под каждую культуру, учтя особенности ритмики импульсного питания, состав питательного раствора, влажности воздуха, освещения и температур. Составленный шаблон отправляется в IT- отдел, где разрабатывается программное обеспечение, хранятся, анализируются и резервируются данные, которые в систематизированном виде отправляются на диспетчерский пункт управления и мониторинга. На завершающем этапе помощники агронома подробно оценивают продукт, собирают, упаковывают и подготавливают на отправку для логистического центра или курьера Информационные процессы, подлежащие автоматизации: 1. Определение видов выращиваемых культур (диаграмма на рис. Б.1) (смена культур каждый квартал) – диспетчер на основе собственных наблюдений и коллективной

генерации идей между директором и агрохимиком, дважды в месяц вносит в фактографическую базу данных список наиболее востребованных, актуальных видов зелени, сортируя её по виду кухни и востребованности, своевременно, с поступающими от

клиентов запросами, сравнивает наличествующий товар, в конце каждой недели формирует список на передачу техническому директору. Входные данные: поступающие от востребованные клиентов виды уникальные зелени, запросы о продуктах повседневной необходимости, пищевое меню общепита. Выходные данные: ассортимента предложение товаров. Исполнитель: диспетчер. 2. Формирование структурных микроклиматических шаблонов типа “понятие - определение” (диаграмма на рис. Б.2) - технический директор, на основе списка выращиваемой течение зелени, недели даёт поручение подобрать агрохимику в сбалансированный микроклимат для каждой группы вида культур. Агрохимик с помощниками, руководствуясь теоретическими сведениями и практическим опытом, полученными в ходе экспериментальных исследований над ростом растений в лабораторных условиях, к концу недели вырабатывают параметрические требования к системе микроклимата в виде списка, состоящие из состава питательного раствора, массовой концентрации искусственной аэрозоли, ритмичности питания, рецепта освещения, состоящий из комбинаций различных длин волн света, температуры и влажности; систематизирует по очередности выполняемых действий данные и приводит их к структурному виду “понятие-определение”, например, “укроп – питательный раствор: интервал между поливами 5 минут по 2 минуты опрыскивания, температура 20 , влажность 90 %, длинна волны света 640 и 700 нм”.

Входные данные: экспериментальные данные, список культур. Выходные данные: структурный шаблон “понятие-определение”. Исполнитель: агрохимик, помощники агрохимика. 3. Формирование (диаграмма на программных шаблонов рис. – драйверов – Б.3) ИТ-отдел берет на экспертизу структурный шаблон и в

течение 5 рабочих дней реализует его в программном виде. За разработку шаблона отвечают 2 программиста, первый - из структурного шаблона создаёт скелет шаблона-драйвера в программном виде, задавая значение воздействующего на оконечное оборудование сигнала, настраивая логику работы исполнительных устройств, второй – занимается отладкой, настройкой алармов и процессами хранения производственных данных. Далее шаблон дополняется графическим интерфейсом в inTouch, готовым к применению. Смысл адаптации состоит в том, чтобы на основе существующих шаблонов-драйверов с названием, например, “укроп” конфигурация параметров системы микроклимата соответствовала естественной среде выращивания укропа. Входные данные: структурный шаблон “понятиеопределение”. Выходные данные: действующая ИС. Исполнитель: ИТ-отдел. Периодичность: зависит от поступающих структурных шаблон “понятие- определение”. 4. Осуществление надзора за этапами роста зелени и отправка отчетности (диаграмма на рис. Б.4) – помощники агрохимика на протяжении всего периода роста, ежедневно, сопровождают растения визуальным осмотром участков вертикальной фермы, пресекая появление тургора растения на каждом этапе роста; оптимальный интервал осмотра - 3 дня, далее отправляют статистические данные в виде структурного шаблона о состоянии и времени роста растений диспетчеру помощью программы mClim, установленной на планшеты. с

Входные данные: внешний вид и минеральный состав растений. Выходные данные: статистические данные. Исполнитель: помощники агрохимика. 5. Систематизация данных – диспетчер, получив данные в виде структурного шаблона о состоянии растений, в течение трёх дней

производит статистику и составляет отчетность о времени роста и количестве полученного урожая в табличном виде, на 4-ый день, эти данные предоставляются клиенту в открытом доступе по почте или звонком. Входные данные: статистические данные. Выходные данные: отчётность. Исполнитель: диспетчер. 1.2.4 Перечень и анализ недостатков организации обработки данных и управления объектом Перечень недостатков в организации обработки данных и управления объектом:  ручное конфигурирование параметров системы;  установка параметров микроклимата производится последовательно, вручную;  вместо базы данных вся статистика хранится в Excel. Анализ недостатков: Автоматизация процессов формирования микроклимата при помощи значительно шаблонов-драйверов сократит в программном количество виде производственных процессов. Внедрение промышленной системы хранения информации исключило бы данных систему, в посредника но при внесении потребовало бы статистических определенного квалификационного уровня подготовки работников. В связи с появлением новой технологии управления микроклиматом, возникла необходимость в автоматизации процессов анализа данных, поступающих от системы.

1.2.5 Характеристика готовности объекта к созданию АИС

Информационная состоит из структура анализируемых ИП Шорин, программой в сущности, управления микроклиматом сигналов, поступающих от сенсорных датчиков влажности и температуры, и сигналов от электромеханических элементов системы, производящих микроклимат. Компьютерная сеть состоит из 2 рабочих станций ИТ-отдела, 8 рабочих станций остального персонала и одного сервера, объединенных в локальную вычислительную сеть. Техническое и программное обеспечение:  Конфигурация 8 рабочих станций – OC Windows 10, SDD 120GB Intel(R) Core (TM) i5-7400 CPU @ 3.00GHz, 2000Mhz, 3TB HDD, VGA видеоадаптер, монитор LCD, клавиатура, мышь.  Конфигурация 2 рабочих станций ИТ-отдела: OC Windows 10, Intel – i5-9600K и i7-9700K, DDR4 – 2400MHz, SSD 120GB + HDD 3 TB, HDMI, монитор LED, клавиатура, мышь, 3 планшета iPad Pro.  Конфигурация сервера - Intel Xeon E5620 (4 Core, 12M Cache, 2.40 GHz), 4903 Мб RAM, 250 Гб HDD, HDMI, монитор LED, клавиатура, мышь.  Вычислительная сеть: радиальная топология на основе протокола TCP/IP с пропускной способностью 10/100 Мбит/с.  Программа управления микроклиматом вертикальной фермы mClim, создаваемая ИТ-отделом с помощью программного пакета SCADA, Excel, Word, Skype.  Информационное табло, использующееся в качестве информационного центра;

 программируемый логический контроллер производства фирмы ОВЕН, модель 150;

 растворный узел Ponics Pilot;  светодиодные светильники Harvest-Tech 60;  встраиваемый вентилятор garden highpro 100. Все необходимые элементы для создания АИС готовы к сборке полноценной структуры системы. 1.3 Постановка задачи автоматизированного управления вертикальной фермы 1.3.1 Назначение системы Вид автоматизируемой деятельности – управление микроклиматом. Алгоритмическая структура управления микроклиматом декомпозируется на следующие функции обработки информации, подлежащие автоматизации:  внесение диспетчером в фактографическую базу данных перечня наиболее востребованных, актуальных видов зелени, сортируемых по виду кухни и востребованности, формирование чек-листа на передачу техническому директору;  формирование агрохимиком структурных микроклиматических шаблонов определение” параметрических в виде типа “понятие - требований к системе микроклимата;  формирование программных шаблонов – драйверов ИТотделом;  осуществление надзора за этапами роста зелени и отправка отчетности помощниками агрохимика;  систематизация итоговую данных статистику и диспетчером, производящим составляющим отчётность о

времени роста и количестве полученного табличном виде с дальнейшим занесением в БД. урожая в

1.3.2 Цели создания системы Цели создания АИСУМК:  добавление в систему микроклиматом управления подсистемы ритмичной аэрозольной подачи питания;  организация централизованного управления микроклиматом;  сокращение времени выращивания сельскохозяйственных культур. Для достижения указанных целей необходимо решить следующие задачи:  обеспечить диспетчерское системой с управления помощью программного пакета SCADA;  оптимизировать процессы сбора, анализа и хранения производственной информации;  предложить проектные решения результативному по управлению микроклиматом вертикальной фермы. 1.3.3 Требования к системе 1.3.3.1Требования к структуре и функционированию системы АИСУМК должна иметь линейную структуру с последовательным осуществлением этапов производственных процессов. АИСУМК должна состоять из следующих подсистем:  Подсистема централизованного Информационные элементами внутри связи АИС между хранилища данных. функциональными осуществляются через базу

данных, в которой должны храниться производственная информация о видах выращиваемых культур в виде списка; параметрические данные структурного шаблона “понятиеопределение”; статистическая информация об объемах производимой продукции, времени роста каждого вида культур, информация о заказчиках и сделках

с ними; бухгалтерская организационной отчётность. структуры Каждый должен иметь элемент доступ к хранилищу. В случае аварии на производстве объект должен перейти на аварийное питание.  Подсистема должны микроклимата. гибко Параметры настраиваться микроклимата под каждый вид выращиваемой культуры. На основе хранящегося в базе данных структурного шаблона “понятие- определение” конкретного вида культуры, программой производиться воздействующий на исполнительное оборудование должен оконечное сигнал, задающий необходимый данному виду культуры спектр освещения, уровень влажности, температуру, ритмику питания. 1.3.3.2Требования к численности и квалификации персонала С АИСУМК непосредственно взаимодействуют директор, технический директор, диспетчер, агрохимик, два помощника агрохимика, два IT- специалиста. С АИСУМК косвенно взаимодействуют финансовый директор, бухгалтерия. Директор предприятия и технический директор являются руководящими органами предприятия, делегирующие полномочия нижним элементам организационной структуры. Имеют права администратора и полный доступ ко всем уровням информационной базы. Уровень профессиональной подготовки в области предпринимательства и менеджмента должен соответствовать индивидуального требуемому предпринимателя в объему отношении знаний. В частности, технический директор должен быть компетентным в

вопросах информационной предприятия, и технической последовательно инфраструктуры осуществляя контроль подотчетных протекающих фазисов производственного цикла.

Диспетчер вносит список выращиваемых культур и задаёт системе параметры микроклимата, исходя из выращиваемой зелени в текущем квартале. Относительно информационной базы может выполнять чтение, запись и создание новых наборов данных в базе или может выполнять чтение и запись в существующих наборах данных. Должен обладать системным аналитическим мышлением, знать все возможности программы контроля микроклимата и быть готовым к подготовке новых кадров. Агрохимик, имеющий в подчинении двух помощников с высшим образованием, должен иметь более пяти лет практического опыта работы в области сельского хозяйства и соответствующее высшее образование. Права доступа к информационной базе ограничиваются чтением и записью. ИТ-отдел состоит из двух программистов-администраторов. Обязательными умение удобную требованиями обеспечить в к надежную, использовании программистам стабильно конечными являются работающую, пользователям компьютерную сеть, обеспечение поддержки пользователей, оборудования и программного обеспечения. На уровне доступа к информационной базе являются администраторами. 1.3.3.3Требования информационной безопасности и защите информации от несанкционированного доступа Специфичность осуществляемой деятельности, на уровне защиты информации, обязывает к минимальным и достаточным требованиям защиты сервера, хранящего производственную информацию. К таким требованиям относятся:

 физическая расположением защита сервера сервера, в закрытом обеспечиваемая и охраняемом помещении, ограждающим от постороннего доступа;  аутентификация по паролю с тремя попытками ввода;

 создание резервных копий. 1.3.3.4Перечень подлежащих автоматизации функций, задач или их комплексов Согласно требованиям по наличию в системе подсистем, описанных в разделе «Требования к структуре и функциональности системы», требуется решить следующие задачи и разработать следующие автоматизируемые функции: Для подсистемы централизованного хранилища данных:  создание в базе данных экстентов под каждый вид исполняемой работниками деятельности; Для подсистемы “микроклимат”:  формирование программных шаблонов-драйверов;  исполнение оконечным оборудованием системы заданного программой поведения. 1.3.3.5Требования к качеству и форме реализации каждой функции или задачи В разрабатываемых автоматизируемых функциях необходимо предусмотреть выполнение следующих условий: 1. Входящая в базу данных информация списка выращиваемых культур, структурного шаблона “понятиеопределение”, отчета о текущем состоянии культур должна поступать в табличном виде. Форма записи не допускает точек, запятых и иных символов. 2. Установка параметров оборудованием системы оконечным исполнительным должна осуществляться последовательно: свет, питательный раствор, температура.

3. Выходная информация о состоянии микроклимата каждой группы культур должна отображаться на персональном компьютере диспетчера, директора, технического директора и на трёх планшетах агрохимиков. 1.3.3.6Требования к информационному обеспечению системы Информация структурного текущем о списке шаблона выращиваемых культур, “понятие-определение”, состоянии культур должна отчета поступать о в централизованную базу данных MySQL. АИС «АИСУМК» пользователям должна одновременно позволять нескольким работать с одной информационной базой. Все изменения, вносимые одним из пользователей, сразу становятся пользователям системы. Для доступны каждого из другим пользователей, работающих с системой, может быть назначен набор прав на доступ к информации, обрабатываемой системой, и настроен индивидуальный интерфейс для быстрого доступа к часто используемым функциям и режимам. 1.3.3.7Требования к лингвистическому обеспечению системы Ввод и вывод данных пользователями АИС должен осуществляться на русском языке. Синтаксическая схема вводимой информации должна быть реализована в “понятие-определение”. 1.3.3.8Требования к программному обеспечению системы виде

Для взаимодействия с АИСУМК компьютер диспетчера должен быть оснащен ОС Windows 10, программа Intouch Wonderware, MS Exel 2010, браузером FireFox и программным пакетом SCADA. 1.3.3.9Требования к техническому обеспечению системы Рекомендуемые системные требования сервера - Intel Xeon E5620 (4

Core, 12M Cache, 2.40 GHz), 4903 Мб RAM, 250 Гб HDD, HDMI, монитор LED, клавиатура, мышь. На сервере должна быть предустановлена операционная система Microsoft Windows server 2012 r2 и установлен Microsoft SQL Server.  подключение к сети Интернет (скорость - 100 Мбит/с).  количество одновременных запросов не более 20.  максимальное время реакции на запрос не более 30 секунд. Рекомендуемые системные требования рабочих станций 2 рабочих станций ИТ-отдела - OC Windows 10, Intel – i5-9600K и i7-9700K, DDR4 – 2400MHz, SSD 120GB + HDD 3 TB, HDMI, монитор LED, клавиатура, мышь, 3 планшета iPad Pro, подключение к сети Интернет (скорость - 100 Мбит/с). Необходимо возвести вертикальные стеллажи с подведенными к каждому ярусу светодиодными лампами, системой подачи питательного раствора, вентиляцией, и прототипов датчиками температуры. 1.4 Анализ аналогов автоматизированных вертикальных ферм Развитие инновационного сельскохозяйственного кластера рынка растениеводства. Замещение автоматизированными системами производства с горизонтальных замкнутое многоярусное и Российского затронуло область ручного труда смещение процессов земледельческих вертикальное полей в сооружение, называемое вертикальной фермой, реализовано несколькими компаниями, такими, как iFarm, Агроновия, AgroTechFarm и другими. iFarm предлагает автоматизированные вертикальные фермы различных типов, например, клубничная, салатная, под

ключ и собственное, необходимое для выращивания методом гидропоники, оборудование (Рис. 1.6).

Рис. 1.6 – Модель производственного помещения iFarm 1. Увлажнитель; 2. Кондиционер; 3. Бак с питательным раствором; 4. Модуль доращивания зелени (3 штуки); 5. Насос; 6. Модуль для рассады; 7. Баллон с CО2; 8. Концентрат питательного раствора; 9. Бак для подготовки питательного раствора; 10.Бак для чистой воды; 11. Фильтр для воды; 12. Компьютер с управляющей программой; 13.Блок автоматики. В качестве инструмента управления технологическим процессом и анализа данных предлагается разработанное приложение iFarm Growtune (Рис. 1.7).

Рис. 1.7 – Приложение iFarm GrowTune для планирования посадки Приложение способно [9]:  помогать автоматически планировать и безошибочно посадки, максимально загружая производство;  выдавать четкие инструкции растениеводам по уходу за посадками и контролировать ход ежедневных агротехнических и технических работ;  предоставлять инструменты мониторинга микроклимата onlineи производства на фермах iFarm;  получать прогнозируемый урожай в заданные сроки;  существенно снижать нагрузку на персонал ферм. iFram предлагает фермы масштабом в 43 м2 с урожайностью от 110 кг с фермы стоимостью от 2,02 млн. руб. и крупные фермы в 2000 м2 с урожайностью от 2500 кг/мес. Стоимостью 50 млн. руб. Период окупаемости от трёх лет.

Агроновия выращивания производит зеленого гидропонные корма. избавляют фермеров от зависимости установки “Гидропонные для системы

выращивания и заготовки кормов на полях, рационально и выгодно использовать свободную землю для выращивания овощей, к примеру, картофеля и и пр. культур и получать дополнительный доход. Животные, питаясь круглый год свежими зелеными кормами, меньше болеют и дают большой прирост в количестве и качестве молока, мяса” [10]. Производственный материал (Рис. 1.8): Рис. 1.8 – Производственный материал “AgroTechFarm оборудования для – производитель выращивания автоматизированного органической клубники, салатов и зелени круглый год в любом месте” [11]. Предлагает широкий список выращиваемых культур на контролируемых автоматизированных гидропонных вертикальных фермах. Предлагает фермы различных масштабов, от частных ферм 30 м2 с урожайностью от 50 кг/мес. Стоимостью от 1,8 млн. руб. до крупного производства на площади от 200 м2 с урожайностью от 2500 кг/мес. Стоимостью 20 млн. руб. Период окупаемости от двух лет. Функционирование городской фермы (Рис.1.9):

Рис. 1.9 - Функционирование городской фермы Выводы по разделу: анализ проблемной области показал, что в существующих автоматизированных типовых проектных вертикальных ферм решениях отсутствует подсистема аэрозольной подачи питания, требующая гораздо меньших трудовых, монтажных и временных затрат, а проприетарное программное обеспечение мешает свободному внедрению и развитию высокотехнологичной отрасли сельского хозяйства. 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ УПРАВЛЕНИЯ АЭРОПОННОЙ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ФЕРМОЙ 2.1 Функциональная структура АИСУМК

Согласно требованиям к структуре и функционированию АИС, описанным в пункте 1.3.3.1, этапы производственного процесса должны осуществляться последовательно.

В АИСУМК обработка данных строго централизована, каждый этап производственного цикла, информационные процессы которого регулируются информационными связями между элементами сопровождается функциональной восполнением структуры (Рис хранилища 2.1), данных производственной информацией. Рис. 2.1 – Элементы функциональной структуры Первый этап производственного цикла предусматривает формирование диспетчером списка выращиваемых культур, являющимся подспорьем для создания структурного шаблона “понятие-определение”. Составленный список должен храниться на сервере в специально отведенном под этот этап именном экстенте, служащим для соблюдения читаемости и четкости формы информационной и организационной структуры предприятия. На основе списка выращиваемых культур возникает второй этап – формирование структурных микроклиматических шаблонов типа “понятие- определение”. помощниками, руководствуясь практическими данными, экспериментальных Агрохимик теоретическими полученными исследований над ростом в с и ходе растений в

лабораторных условиях, вырабатывают параметрические требования к системе микроклимата, состоящие из состава питательного раствора, его объема, массовой концентрации искусственной

аэрозоли, ритмичности питания, длины волны света, температуры и влажности; систематизирует по очередности выполняемых действий данные и приводит их к структурному виду “понятие-определение”, например, “укроп – питательный раствор: интервал между поливами 5 минут по 2 минуты опрыскивания, температура 20 , влажность 90 % и т.д.”. Список оформляется в файле Excel и отправляется на сервер. Далее программисты извлекают с сервера структурный шаблон и разрабатывают логическую структура будущего программного шаблона- драйвера, реализуемый в диспетчерской программе и непосредственно применяемый к системе, связывают программный код с графическим интерфейсом и сохраняют в базу данных. Готовые шаблоны извлекаются из общей папки и встраиваются в программу mClim. Третьим этапом производственного цикла, связанного с информационной структурой, является формирование отчетности о состоянии выращиваемых культур с занесением результатов в фактографическую базу данных с планшета или ПК. Завершающий этап производственного цикла является общим и обязательным формирование отчетности для о всех, он подразумевает проделанной работе последующее ее внесение в общую базу данных. 2.2 Пользовательский интерфейс АИСУМК Предлагается следующая организация пользовательского интерфейса: Работа с системой начинается с меню авторизации (Рис.2.2): и

Рис.2.2 – окно авторизации Нажатие на кнопку слева вызывает авторизационное меню (Рис.2.3): Рис.2.3 – меню авторизации После успешной авторизации кнопка справа становится активной.

Нажатие кнопки “Vertical переводит пользователя farm” в приложения, где для него доступны 3 кнопки (Рис.2.4). меню

Рис.2.4 – Меню приложения Первая кнопка “Рецепты выращивания культур” открывает доступ к диспетчерскому меню, предназначенное только для администратора системы. Нажатие по этой кнопке, открывает панель мониторинга за состоянием выращиваемых культур на стеллажах вертикальной фермы со списком шаблонов-рецептов и списком выращиваемых культур и параметров для системы микроклимата, предварительно сформированных агрохимиком и помощниками. Окно списка рецептов составляет ядро производственного процесса, позволяющее централизованно производить установку микроклиматических параметров с внесением дополнительных шаблонов под новые виды культур и оперативное реагирование на сбой в работе какого- нибудь из стеллажей или ярусов вертикальной фермы с возможностью

фиксировать происходящие на производстве процессы (Рис. 2.5).

Рис.2.5 – Список рецептов Находясь в данном окне, можно переместиться в окно мнемосхемы производства по нажатию кнопки “Мнемосхема” (Рис.2.6). Рис.2.6 – Мнемосхема

2.3 Выбор инструментальных средств реализации АИСУМК В качестве инструментального средства для разработки ПО выбран Wonderware InTouch. Wonderware InTouch — это приложение-генератор интерфейса (HMI) для графического систем SCADA операторского и других систем автоматизации производства. InTouch позволяет пользователям создавать операторские интерфейсы под Windows, которые тесно взаимодействует с другими компонентами [12]. Для доступа к ПО требуется установить приложениегенератор графического операторского интерфейса на компьютер ПДС. InTouch SQL Access Manager – менеджер доступа к хранилищу данных, позволяющий производить необходимые манипуляции с данными приложения в таблице, хранить пользовательские отчёты, обмениваться информацией [13].

3. РЕАЛИЗАЦИЯ АИСУМК 3.1 Описание оболочки (Wonderware InTouch) Wonderware визуализации InTouch и 10.0 (Рис.3.1) проектирования – это средство человеко-машинного интерфейса для промышленных объектов различного типа. Рис. 3.1 – Логотип InTouch Процесс создания связан с работой в трех основных модулях. В модуле проводника приложений предлагается выбор создаваемых проектов, приложений и настройку базы данных, в модуле window market производится работа с графической частью проектирования приложения, создаются анимационные сенсорные окна, отображение и выполнение проекта происходит в WindowViewer с поочередным исполнением сценариев [14]. InTouch поддерживает множество тэгов, предназначенных для обработки фиксированных значений тэгов исполнительными механизмами системы или анимированными сценариями. Тэги можно создавать вручную или пользоваться списком тэгов, предоставляемых лицензионным ПО, хранящихся в броузере тэгов в виде словаря. Поддерживается тэговая регуляция параметров системы, выходящих за допустимые пределы, обозначенных как минимальное, среднее и максимальное значение.

3.2 Настройка Wonderware InTouch и создание проекта При первом запуске inTouch появляется диалоговое окно с выбором существующих шаблонов проектов, в списке которых необходимо создать собственный, определив название Vertical farm для разрабатываемого приложения (Рис.3.2): Рис. 3.2 – Создание проекта в InTouch По нажатию двойным щелчком по нашему проекту, переходим в окно WindowMaker, исполненное в классическом виде с его стандартными программными компонентами и графическими примитивами, распложенных справа (Рис.3.3): Рис.3.3 – Стандартное окно InTouch

Приложение будет состоять из 5 окон:  авторизация в приложении mClim;  меню vertical farm;  база данных клиентов;  мнемосхема;  cписок рецептов. В окне авторизации будет осуществляться аутентификация, при прохождении которой предоставляется доступ к следующему окну меню производственного сегмента вертикальной фермы. Окно авторизации создавалось путем выделения прямоугольной области под интерфейс окна и заполнения его картинкой командой import image. Для авторизации и перехода на следующее окно, с помощью элемента графического примитива button, были созданы две кнопки. На первом этапе необходимо изменить стандартный текст кнопки на “введите Ваш аккаунт”. По нажатию двойным щелчком (Рис.3.4). на кнопку открывается функциональное меню

Рис.3.4 – Функциональное меню объекта

Для анимирования кнопки необходимо в окне action script написать скрипт, вызывающий встроенную в библиотеку тэгов функцию авторизации. Далее тэг сохранится в библиотеку тэгов. DIM – функция объявления; PostLogonDialog() – системный тэг InTouch. Вызванное окно для написания скрипта (Рис. 3.5): Рис. 3.5 – Окно action script Для написания скрипта, в открывшемся по нажатии правой кнопки мыши по окну авторизации и выбора функции window script, окне, необходимо задать условия срабатывания кнопки (condition type) и период срабатывания скрипта (Every) (Рис.3.6). Переход к следующему окну осуществляется только в том случае, если в базе найден соответствующий аккаунт:

Рис.3.6 – Скрипт DiscTag1 – созданный тэг типа memory discrete. Для второй кнопки, по которой осуществляется переход к окну меню вертикальной фермы, зададим функциональные параметры отображения окон опцией show window и возможность перехода по ней к меню приложения опцией disable, делающая кнопку активной только в том случае, когда осуществлена авторизация по тэгу DiscTag1=0 (Рис. 3.7). Окно меню функциональных Vertical кнопок, структуру объекта (Рис. 3.8). farm состоит отражающих из активных информационную

Рис.3.7 – Настройка второй кнопки Реализация окна авторизации (Рис.3.8): Рис.3.8 – Окно авторизации.

Рис.3.9 – Меню Vertical farm Нажатие переводит в кнопки “Рецепты диспетчерское окно, выращивания где культур” устанавливаются параметры микроклимата и отображаются в виде таблицы список параметров сервере, которые выращиваемых культур, подтягиваются хранимых нажатием на по запрограммированной кнопке “Рецепты выращивания культур ” из базы данных соответствующего экстента, сигнальные значки процесса роста культур служат для отображажения состояния отдельных протекающих процессов на вертикальной ферме с градацией по стеллажам, именуемые “Circle 1, Circle 2” (Рис.3.10).

Рис.3.10 – Окно Vertical farm Информация о списке выращиваемых культур хранится на сервере и подтягивается отдельным файлом с помощью скрипта (Рис.3.11). Рис.3.11 – Скрипт кнопки “Список выращиваемых культур”

Процесс состоящей выращивания из трех отображается элементов, первый на из панели, которых при завершении созревания сигнализирует зелёным цветом, второй сигнализирует красным миганием при отсутствии подачи питания насосом, третий сигнализирует о преизбытке влажности в гроубоксе (Рис.3.12). Рис.3.12 – Сигнальная панель Заложенный в кнопку Grow скрипт выводит выполняемый программой SQL Access Manager сценарий, хранимый в именном экстенте “Recipe”. Нажатие на которую производит установку параметров микроклимата аэропонной вертикальной фермы (Рис.3.13).

Рси.3.13 – Скрипт кнопки Grow CREATE TABLE recipe (

name_culture varchar (30) NOT NULL default '', tempo int NOT NULL default '', damp int default NULL, tempo_f varchar default NULL, time_grow time NOT NULL default '', PRIMARY KEY (abbrev) ) TYPE=MyISAM; INSERT INTO recipe VALUES ('Укроп','20','90',1 мин каждые 5 мин,172:00:00); INSERT INTO recipe VALUES ('Салат', '15','90',4 мин каждые 2 мин,90:00:00); INSERT INTO recipe VALUES ('Кинза', '25','90',1 мин каждые 10 мин,72:00:00); INSERT INTO recipe VALUES ('Пак чой', '18','90',6 каждые 10 мин,92:00:00); INSERT INTO recipeVALUES ('Руккола', каждые 7 мин, 99:00:00); Активация файл мин '23','90',3 мин кнопки “Планирование” вызывает БД со информации о заказах клиентов (Рис.3.14). списком

Рис.3.14 – База данных клиентов Переход к четвёртому окну “МНЕМО” мнемосхемы осуществляется по нажатию кнопки “Мнемосхема”. Окно состояние мнемосхемы (Рис.3.15) производственного отображает процесса, визуальное показывающий в реальном времени состояние процесса выращивания культур. Рис.3.15 – Мнемосхема Элементы системы: 1. Светодиодная фито лампа Лира VA-3; 2. Форсунки для распыления; 3. Датчик влажности АМТ 1001; 4. Центробежный вентилятор; 5. Насос Ad RIGING; 6. Растворный узел. Светодиодная система, состоящая из фито регулирует освещение растений. Работает от реле в двух состояниях: вкл – 1, выкл – 0. ламп,

Сектор вертикальной фермы, задействующий 6 гроубоков, оснащен распыляющими форсунками, приводимых в действие насосом и производящими опыление корней питательным раствором форсунками с заданным интервалом. турбулентности, корни За счет не создаваемой нуждаются в дополнительном, встроенном в гроубокс, вентиляторе. Датчик влажности получает информацию о влажности соответствующего гроубокса и отправляет сигнал на ПЛК, чтобы в случае повышенной влажности более 90% скриптом (Рис.3.16). привести в действие вентиляционную систему оттока влажности. Рис.3.16 – Скрипт вентилятора Если цвет вентилятора зеленый – вентиляционный режим включен. Насос обеспечивает питательным раствором гроубоксы с зеленью с заданным интервалом.

Растворный узел содержит питательный раствор и поддерживает его температуру на заданном уровне.

3.3 Описание приложения mClim Приложение mClim – это средство контроля и мониторинга параметров микроклимата применяемое для аэропонной вертикальной фермы, реализована с помощью программного пакета SCADA и средств визуализации wondeware InTouch 10. Согласно описанному выше технологическому процессу, каждый производственный этап реализуется последовательным исполнением команд в приложении. Приложение mClim позволяет сконфигурировать параметры микроклимата конкретного гроубокса с помощью нажатия одной неисправностей кнопки. загорается В случае возникновения соответствующий сигнальный элемент на панели, который оповещает о выходе из строя конкретной функции системы. Централизованное наполнение базы данных производственной информацией позволяет увидеть полноценную информационную структуру со всеми внутренними связями. 3.4 Примеры управления решения задач аэропонной автоматизированного вертикальной фермы с применением приложения На почту пришел заказ от трёх клиентов с просьбой вырастить для каждого по одному виду культуры. Совершение производственного цикла начинается с того, что диспетчер системы, взяв в обработку заказ и авторизовавшись как администратор, заносит в БД информацию о клиентах (рис.3.17). Результат, выдаваемый программой в ответ на нажатие кнопки “База данных клиента” (Рис. 3.18).

Рис.3.17 – Окно авторизации диспетчера Рис.3.18 - База данных клиента Далее, с помощью выверенного агрономами структурного параметрического шаблона, подгружаемый нажимаемой кнопкой “Grow”, конфигурируются соответствующие стеллажу и виду выращиваемой культуры микроклиматические параметры, зеленый сигнал кнопки оповещает о завершении роста культуры (Рис.3.19). Для двух гроубоксов на первом стеллаже “Circle 1” устанавливается температура 20 градусов, производится подача питания по минуте с интервалом 5 минут, включается светодиодная лампа и по достижении системой 172 часов рабочего времени всё прекращается, продукт готов. Для остальных двух стеллажей производятся аналогичные действия с аналогичными результатами.

Рис.3.19 – Диспетчерское окно Сконфигурированные параметры отображаются на мнемосхеме (Рис.3.20). Загоревшаяся зеленая стрелка означает, что для клиента, заказавшего укроп в объеме 20 кг, процесс выращивания окончен, можно собирать урожай. Рис. 3.20 – Мнемосхема функционирующего объекта

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате выполненной работы была спроектирована и разработана автоматизированная информационная система правления микроклиматом аэропонной вертикальной фермы. В ходе выпускной квалификационный работы были изучены проблемы сельскохозяйственного сектора и найдены пути их решения, которые отражены в решении поставленных задач на пути достижения производственной функциональная цели. Была среды схемы Автоматизированная и под изучена архитектоника разработаны уникальные информационная структурная условия система и объекта. управления микроклиматом реализована в программном пакете SACADA InTouch Wonderware. Результатом выпускной квалификационной работы стало разработанное приложение контроля и мониторинга производственного процесса вертикального выращивания культур с возможностью обмена информацией между эксплуатационным персоналом, обращаясь к централизованной системе хранения данных. Пользование приложением не требует от пользователей специализированных знаний и подготовки, что обеспеченно дружелюбным интерфейсом. Разработанная система контроля автоматизированная микроклимата информационная является уникальным продуктом на рынке вертикальных ферм в России, система имеет возможность гибкого внедрения в готовое производство с местным оборудованием и открыта к расширению как программного, так и технического функционала.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Вертикальные фермы [Электронный ресурс]: DWG Формат | Проектирование |Дизайн |Креатив [сайт]. – Режим доступа: http://dwgformat.ru/2015/11/14/вертикальные-фермы / - Загл. с экрана 2. Вертикальное сельское Википедия свободная – хозяйство [Электронный энциклопедия: [сайт] – ресурс] Режим доступа: https://ru.qwe.wiki/wiki/Vertical_farming 3. Какие бывают гидропонные системы [Электронный ресурс]: Объединяя природу и технологии – FloraGrow.ru [сайт]. – Режим доступа: http://floragrow.ru/gidroponika/gidroponnye- sistemy.html - Загл. с экрана 4. Гидропоника [Электронный ресурс]: Википедия – свободная энциклопедия [сайт]. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/ wiki/Гидропоника - Загл. с экрана 5. Система периодического затопления [Электронный ресурс]: FloraGrow.ru – Объединяя природу и технологии [сайт]. FloraGrow.ru – Режим доступа: https://floragrowing.com/ru/encyclopedia/sistemaperiodicheskogo-zatopleniya 6. Уильям Тексье. Гидропоника для всех. Все о садоводстве на дому. — М.: HydroScope, 2013. — 296 с. — ISBN 978-2-84594089-5. Бентли М. Промышленная гидропоника. — М.: Изд-во Колос, 1965. — 819 с. 7. И.Г. Мураш. Аэропоника в теплицах. М.: Московский рабочий, 1964. – 11 с. 8. Население городов мира по оценкам ООН 2018 года [Электронный ресурс]: Институт демографии Национального исследовательского университета “Высшая школа

экономики” - demoscope.ru [сайт]. – Режим доступа: http://www.demoscope.ru/weekly/2020/0841/barom02.php 9. Технология выращивания растений [Электронный ресурс]: iFarm – ifarmproject.ru [сайт]. – доступа: https://ifarmproject.ru/technologies#comp Режим

10. Проектирование установок и производство [Электронный ресурс]: гидропонных многопрофильная сельскохозяйственная группа компаний – agronovia.ru [сайт]. – Режим доступа: https://agronovia.ru/gidroponika/ 11. Вертикальные Вертикальные фермы фермы [Электронный AgroTechFarm – ресурс]: agrotechfarm.com [сайт]https://agrotechfarm.com/ 12. Руководство [Электронный по ресурс]: klinkmann.ru визуализации Руководство [сайт]. – по InTouch HMI эксплуатации Режим – доступа: http://old.intouch.su/support/pub/ITVisualization_ru_10_300408. pdf 13. Wonderware SQL Access Manager [Электронный ресурс]: Руководство по эксплуатации – klinkmann.ru [сайт]. – Режим доступа: http://old.intouch.su/support/pub/InTouchSQLRus.pdf 14. Wonderware InTouch [Электронный ресурс]: Руководство по эксплуатации – klinkmann.ru – Режим [сайт]. доступа: http://old.intouch.su/support/pub/InTouchUG.pdf 15. Автоматизированная управления как инструмент система повышения диспетчерского эффективности котельных. Журнал «Автоматизация и IT в энергетике», №12/2014. Ладугин Д.В., Прошин А.И. Режим доступа: http:// www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=3197. обращения 05.05.19) (дата

58 Приложение А. Схема организационной структуры объекта. Рисунок А.1 – Схема организационной структуры объекта

Приложение Б. Укрупненные схемы основных технологических процессов. Рисунок Б.1 - Диаграмма определения видов выращиваемых культур

Рисунок Б.2 - Диаграмма формирования структурных микроклиматических шаблонов типа “понятие-определение”

Рисунок Б.3 - Диаграмма формирования программных шаблоновдрайверов

Рисунок Б.4 - Диаграмма осуществления надзора за этапами роста зелени и отправки отчетности

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

- у работы пока нет рецензий -

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв