Ранее мы уже посещали стеллажную систему «Реки» по выращиванию салатов и другой зелени в Минске, теперь настала очередь более крупного объекта Greenery.City в Гатчине. Здесь выращивают микрозелень, салаты и съедобные цветы, в общей сложности несколько десятков культур.
Нас встретил Николай, хозяин сити-фермы. Для Николая стеллажная система Greenery.City — один из этапов бизнеса. Он на собственном опыте создает систему, которую хочет в итоге продавать. Помимо проверки рентабельности, Николай обкатывает разные технологии. Тем интереснее нам было познакомиться с опытом автоматизации его системы.
Сначала мы посетили небольшое помещение, в которой выращивают съедобные цветы. Николай дал попробовать Шисо Японскую для рыбных блюд, «электрический» цветок Спилантес, который дает ощущения во рту, как будто батарейку «Крона» лизнул. Контроллер Wiren Board включает здесь по расписанию освещение и насосы для прокачки раствора через стеллажи. Подмешивание питательных веществ осуществляется вручную.
Затем мы перешли в основное помещение сити-фермы. Николай запускал его частями: Stage 1 и Stage 2, с разными системами автоматизации. На самом деле в этом была первая ошибка, поскольку собирать вторую очередь Stage 2 вместе с выращиванием растений на очереди Stage 1 было очень сложно. Но справились. Зато избежали многих ошибок первого опыта Stage 1 - версия Stage 2 получилась намного более функциональной.
Stage 1 содержит 240 обычных ярусов и 10 рассадных, Stage 2 — 240 ярусов (40 стеллажей по 6 ярусов каждый). На Stage 1 освещением можно управлять только по секциям (по 5 стеллажей каждая), в случае Stage 2 сделано уже более тонкое управление — можно подстраивать каждый ярус в каждом стеллаже под выращиваемую культуру, и экономить на электроэнергии заодно, если ярус пустой. Более гибкое управление потребовало и более сложной автоматизации, к чему мы перейдем чуть ниже.
Стеллаж состоит из шести ярусов, на каждом ярусе установлен один поддон. В поддоне допустима следующая нагрузка:
три ящика для Бэби, выращивание ковром;
три кассеты под стаканчики д6, выращивание салатов;
33 лотка, выращивание микрозелени.
Дополнительные фото
Полив
В Stage 1 и Stage 2 есть два гидравлических контура. Первый — подготовка питательного раствора с помощью модулей Ponylab Yieldizer. Используются три питательных компонента, модули подмешивают их в нужной пропорции, при этом контролируется уровни EC и pH жидкости, CO₂ в воздухе. Модули подключены к локальной сети Wi-Fi, они передают информацию через MQTT на контроллер Wiren Board. Модули интересны тем, что полностью берут автоматизацию подмешивания компонентов раствора на себя. Достаточно снимать с них телеметрию и контролировать, что показатели не вышли за пределы нормальных. Контур не имеет никакой автоматики по насосу, он включается кнопкой.
Второй контур — подача питательного раствора. Раствор, приготовленный в каждой из двух емкостей по 2000 л, проливается через 20 стеллажей (в итоге две емкости как раз дают 40 стеллажей). Но если бы Николай собирал сити-ферму сегодня, то сделал бы одну емкость 2000 л на 40 стеллажей, раствор при этом быстрее бы заканчивался и быстрее бы обновлялся. Здесь используются два насоса, каждый для своей группы стеллажей. Они постоянно поддерживают давление в контуре, что позволяет моментально включать подачу раствора и следить за временем полива. Каждый стеллаж снабжен электромеханическим клапаном, который открывается по расписанию. В конкретный момент времени обслуживается только один стеллаж, то есть клапаны работают по очереди. Внизу каждой секции с 5 стеллажами установлен сливной бак, снабженный поплавком. При его заполнении поплавок всплывает, включается дренажный насос на определенное время.
Подача раствора производится каждый час с 6 утра до 22 вечера по 30 секунд на стеллаж. В 18 часов проводится двухминутный полив, чтобы раствор коснулся субстрата. В остальное время просто обновляется раствор в поддоне. Как считает Николай, все это обеспечивает более высокую урожайность. Здесь используется гибридный подход между проточным орошением и подтоплением с небольшим объемом раствора. Скорость роста растений при этом удается значительно повысить. Отметим, что для некоторых культур время полива отличается — здесь еще одно преимущество полноценной автоматики над обычным реле времени.
Оборудование Stage 1 и Stage 2 идентично, то есть системы насосов, емкостей и клапанов дублируются. Но если в Stage 1 для управления используются простые таймеры, то за работу освещения и клапанов в Stage 2 отвечает уже контроллер Wiren Board и модули WB-MR6CU v.2.
Дополнительные фото
Освещение
Второй важный аспект любой стеллажной системы — освещение. Здесь нет солнечного света, поэтому за фотосинтез растений отвечают светодиодные светильники. Здесь между Stage 1 и Stage 2 прослеживаются существенные отличия. В Stage 1 светильниками можно управлять по секциям, в Stage 2 — и по секциям, и по ярусам. Серьезной автоматизации в Stage 1 нет, все включается таймерами.
В случае Stage 2 на каждый ярус выделен выход реле WB-MR6CU v.2, которые установлены в боксена верхней полке каждого стеллажа вместе с драйверами LED-светильников. Соответственно, шесть ярусов в стеллаже – шесть выходов модуля реле. 40 стеллажей - это 40 модулей, то есть 240 драйверов и ламп на большой площади. Диммирования, в отличие от стеллажной системы «Реки», здесь нет, закат и восход не симулируются. Светильники в общем случае включаются по системе 18/6, то есть свет горит 18 часов. Но, как мы отметили выше, гибкость конфигурации позволяет включать/выключать свет для каждого яруса. Если ярус не используется, его светильники выключены. Утром светильники включаются каскадом по ярусам, чтобы не было перегрузки системы электроснабжения пусковыми токами.
Дополнительные фото
Климат
В сити-ферме отказались от воздухообмена с окружающей средой, поэтому экосистема замкнутая. Причина — в переменчивости уличного климата, который гораздо проще поддерживать стабильным в закрытой экосистеме . Кроме того, в сити-ферме живут энтомофаги, которые борются с тлей и другими вредителями. Растения потребляют CO₂, поэтому добавление углекислого газа осуществляется подмесом из баллонов по таймеру.
Главная проблема — влажность: при работе кондиционеров воздух осушается ими. А когда необходимости в охлаждении воздуха нет, используются осушители воздуха. В зале установлены целых 20 осушителей и 6 кондиционеров. Конечно, расходы на электроэнергию значительные.
Зимой включается отопление — в подвале установлены газовые котлы, которые нагревают теплоноситель, затем насосы прокачивают его по радиаторам в помещении сити-фермы. Однако в суровые морозы радиаторы не справились, поэтому в последний сезон был добавлен тепловентилятор с нагревом воздуха теплоносителем.
В теплый период воздух требуется охлаждать, поскольку, хоть окон в помещениях и нет, но тепловыделения значительные. Все электрооборудование выделяет тепло: мощность системы освещения 40 кВт, насосов — 22 кВт. Часть этой мощности превращается в тепло. При работе осушителей воздуха тоже выделяется тепло. Поэтому без кондиционеров не обойтись. Управление кондиционерами — через модуль WB-MIR без обратной связи. Однако Николай присматривается к модулям ONOKOM, которые позволят полностью управлять кондиционером и получать телеметрию. Пока что для получения сведений о температуре используются датчики 1Wire на входе и выходе кондиционера — они подключены к модулю WB-M1W2.
Кроме того, для телеметрии по всем стеллажам развешаны беспроводные датчики Zigbee. Информация с них выводится в интерфейсе Tuya, но для автоматизации не используется.
На стене висит планшет с браузером и запущенным веб-интерфейсом — удобно управлять системой.
Как видно на фотографиях, в помещениях сити-фермы довольно много вентиляторов для обдува растений. Без него очень большая разница во влажности в прикорневой зоне растений, растущих с краю и в центре. Таким образом, хороший продув помогает увеличить плотность посева без риска загнивания. Также Николай считает, что урожайность растений, постоянно сопротивляющихся движущемуся воздуху, увеличивается. Но это уже из области предположений.
Дополнительные фото
Интерфейс Wiren Board
Мы добавили несколько скриншотов интерфейса контроллера Wiren Board.
Дополнительные фото
Заключение
Мы надеемся, что опыт Николая был для вас полезен. Он выбрал модульное решение на базе контроллера Wiren Board и модулей, соединил их шиной RS-485 с Modbus RTU. Система оказалась очень гибкой: ее можно быстро и легко менять и настраивать под любые задачи. Кроме того, она масштабируется практически под любой объект, хоть под целый агрокомплекс. А если нужно, то можно подключать любые сторонние модули, контроллер поддерживает широкий набор интерфейсов. На нем даже свой софт можно запустить, если возникнет такая потребность.
Николай планирует не только выращивать растения, но и продавать подобные стеллажные системы под ключ, поэтому он оценивает рентабельность разных культур, постоянно тестирует различные условия выращивания, оптимизирует процессы. Благодаря автоматизации достаточно выставить параметры выращивания, после чего можно заниматься своими делами.
Возможно, у вас есть свой опыт автоматизации выращивания растений? Или вы хотите внести в проект Николая коррективы? Поделитесь своим мнением в комментариях.
