Учёные Мордовского государственного университета (МГУ) им. Н. П. Огарёва разработали гидропонную установку для автоматизированного выращивания растений, которая легко интегрируются в системы управления и доступна для небольших хозяйств.

Гидропоника — новый метод беспочвенного выращивания растений. Его основа — конструкции, в которых вместо грунта используется насыщенный водный раствор. Гидропонные установки называют одним из ключевых направлений будущего сельского хозяйства, поскольку они решают проблему нехватки ресурсов, урбанизации и необходимости круглогодичного производства свежих продуктов.

Однако, как показывает практика, покупка полноценного промышленного контроллера (ПЛК) и внедрение сложной системы диспетчерского управления (SCADA) для одной-двух «грядок» экономически нецелесообразна. Аграрии часто тратят средства на компоненты системы управления, которые окупаются лишь при масштабе в десятки квадратных метров, из-за чего часто разоряются на старте.

Учёные МГУ им. Н. П. Огарёва предлагают метод бесшовного перехода управления для гидропонных систем.

«В основе разработки лежит одна гидропонная ячейка с классическим методом выращивания „Глубоководная культура“. Вместо дорогостоящего промышленного оборудования на первом этапе используется отечественная плата Iskra Mega. Этот микроконтроллер стоимостью в несколько тысяч рублей полностью справляется с задачами, управляет насосами, регулирует яркость фитоламп, следит за кислотностью (pH) и электропроводностью (EC) питательного раствора», — отметил преподаватель кафедры светотехники МГУ им. Н. П. Огарёва Михаил Абрамов.

Главное преимущество проекта — алгоритмы онлайн-перехвата и офлайн- миграции. Когда потребитель решает масштабироваться и подключает промышленный контроллер, система не требует перезагрузки или перезапуска циклов выращивания.

Во время онлайн-перехвата промышленный контроллер подключается к шине, считывает текущее состояние системы и за миллисекунды перехватывает управление насосами. В ходе эксперимента было установлено, что средний разрыв в управлении составил всего 3,4 миллисекунды, что абсолютно незаметно для медленного процесса роста салата.

Кроме того, даже если старое устройство нужно физически отключить и заменить, система «запоминает» последние данные и при включении заполняет пробел в телеметрии специальными метками. На графиках мониторинга не возникает «провалов», которые могли бы быть восприняты как авария. Так работает офлайн-миграция.

Исследования подтвердили высокую надежность: ошибка переключения фаз полива не превышает 0,1%, а показатели кислотности и электропроводности приходят в норму после корректировки всего за 12−15 минут.

На этапе 1−3 ячеек затраты на автоматику на базе микроконтроллера составляют около 9 тысяч рублей против 79 тысяч на ПЛК. Выгода очевидна. Однако при росте до 6−12 ячеек и более стоимость промышленной системы в пересчете на одну ячейку резко падает и становится сопоставимой с «микроконтроллерной» — 20 тысяч рублей, но при этом дает колоссальные преимущества в надежности, диагностике и едином центре управления.

«Для нас важно, что этот проект реализуется в тесном сотрудничестве с реальным сектором экономики. Индустриальным партнёром данного проекта выступает АО „Ардатовский светотехнический завод“, совместная работа с которым позволила решить другую проблему для внедрения вертикальных ферм в малом и среднем бизнесе — высокие затраты электроэнергии. Мы видим в таком сотрудничестве основу для внедрения разработок в агропромышленный комплекс и выхода на федеральный уровень», — отметил ректор МГУ им. Н. П. Огарёва Дмитрий Глушко.