گلخانهها بر اساس یک دروغ ساده کار میکنند: اینکه آب و هوا همکاری خواهد کرد. به محض اینکه اینطور نباشد — یک افزایش ناگهانی دما، طوفان باد، قطع برق در ظهر — محصول هزینهاش را میپردازد و کشاورز فاکتور را پرداخت میکند. یک PLC جمع و جور آب و هوا را کنترل نمیکند، اما پاسخ را کنترل میکند و اینجاست که پول در آن است.
بسته کلاسیک گلخانه: فنهای تهویه، پردههای سایهزنی، شیرهای آبیاری و زنجیره اندازهگیری دما/رطوبت. همه اینها روی یک CPU جمع و جور با چند ورودی آنالوگ و خروجی رله جا میگیرد — دقیقاً همان فضایی که خانواده SR/PR برای آن ساخته شده است.
منطق تهویه که پیشبینی میکند
ترموستاتهای ساده فنها را روشن و خاموش میکنند — و آنها را در چرخههای کوتاه قرار میدهند، که برای موتورها سخت است. نسخه PLC از هیسترزیس استفاده میکند: فن اول در ۲۶ درجه سانتیگراد شروع به کار میکند و در ۲۴ درجه سانتیگراد متوقف میشود؛ فن دوم در ۲۹ درجه سانتیگراد وارد عمل میشود؛ یک زنگ هشدار دما در ۳۳ درجه سانتیگراد سایهزنی و یک پیامک را فعال میکند. باند هیسترزیس یک پارامتر بلوکی است که در نرمافزار بدون لمس پنل تغییر میکند.
یک تایمر مرحلهای اضافه کنید و فنها به نوبت کار میکنند و سایش را متعادل میکنند. این تفاوت بین تجهیزاتی است که دوام میآورند و تجهیزاتی که هر فصل نیاز به تعویض دارند.
پاسخ سایهزنی و نور
پرده سایهزنی نباید به خاطر یک وزش باد باز شود و باید وقتی خورشید برمیگردد، بسته شود. یک حسگر نور در ورودی آنالوگ، تماس سرعت باد در ورودی دیجیتال و یک ماشین حالت کوچک در FBD کل توالی را مدیریت میکند: خورشید روشن به علاوه آرام → سایه بیرون؛ زنگ هشدار باد → سایه داخل؛ شب یا ابری → سایه داخل، و تأخیر جمعآوری از چت جلوگیری میکند.
این شاید بیست بلوک باشد. این یک کامپیوتر آب و هوای اختصاصی را جایگزین میکند که پنج برابر هزینه دارد و هیچ کار دیگری انجام نمیدهد.
آبیاری بر اساس برنامه و حسگر
آبیاری باید به موقع و به شرط باشد: یک برنامه هفتگی از RTC — که، به یاد داشته باشید، تقویم خود را برای بیست روز بدون برق نگه میدارد — با ورودی رطوبت خاک یا سطح مخزن کنترل میشود. خاک خشک و زمان برنامه؟ آب. باران یا مخزن خالی؟ چرخه را رد کنید و آن را ثبت کنید. تایمر تابستانی/زمستانی RTC حتی برنامه را در تغییر DST درست نگه میدارد.
ثبت مهم است. کشاورزان درباره مصرف آب بحث میکنند؛ ثبتنام آن را حل میکند.
نصب واقعی: یک گلخانه چهار بخشی
چهار بخش، هر کدام با فن تهویه، پرده و شیر آبیاری خود؛ یک ایستگاه آب و هوا که بین چهار بخش مشترک است. یک CPU از سری PR با ماژولهای توسعه کل سایت را کنترل میکند: ۳۲ ورودی/خروجی، یک ماژول آنالوگ برای حسگرها و یک لینک Modbus به یک کامپیوتر کوچک اداری که صفحههای رایگان easySCADA را اجرا میکند. کشاورز اکنون همه چهار بخش را از یک مانیتور تماشا میکند و وقتی هر بخش از محدوده خارج میشود، یک پیامک دریافت میکند.
بازگشت سرمایه: یک فصل از جلوگیری از خسارت محصول. کلمات کشاورز: "باید این کار را پنج سال پیش انجام میدادم."
استراتژی حسگر برای گلخانهها
از پروبهای PT100/PT1000 برای دما در جایی که سیمکشی اجازه میدهد استفاده کنید — آنها مستقیماً بر روی ورودیهای آنالوگ CPU خوانده میشوند بدون فرستنده. از ۰-۱۰ ولت یا ۴-۲۰ میلیآمپر برای فرستندههای نور و رطوبت استفاده کنید. کابلهای حسگر را از کانالهای برق دور نگه دارید؛ گلخانهها محیطهای الکتریکی پر سر و صدایی هستند و شیلد، که در یک انتها زمینگیر شده، اختیاری نیست.
مدل آب و هوا: هیسترزیس، مراحل و پاسخ کند
فرایندهای گلخانهای کند هستند — این هدیه آنها به مهندس کنترل است. تغییر دما چند دقیقه طول میکشد، نه میلیثانیه، که به این معنی است که کنترلکننده زمان دارد تا ملایم باشد: باندهای هیسترزیس، فنهای مرحلهای، تایمرهای تأخیر در هر انتقال. ترموستات bang-bang که یک فن را در چرخههای کوتاه قرار میدهد یک مشکل کنترل نیست؛ این یک انتخاب طراحی است و PLC برای انتخاب بهتر وجود دارد.
مراحل را با در نظر گرفتن گیاه بسازید: فن اول در ۲۶ درجه سانتیگراد، فن دوم در ۲۹ درجه سانتیگراد، سایهزنی در ۳۲ درجه سانتیگراد، زنگ در ۳۴ درجه سانتیگراد — هر کدام با تأخیری که از جستجو فنها جلوگیری میکند. گلخانه به پاسخ میلیثانیهای نیاز ندارد؛ به پاسخ منظم نیاز دارد و بلوکهای تایمر این را با چند پارامتر ارائه میدهند. نتیجه یک آب و هوا است که به آرامی تغییر میکند به جای اینکه دندانهدار باشد و محصول تفاوت را در ستون بازده متوجه میشود.
مقادیر آب و هوا را ثبت کنید. وقتی کشاورز میپرسد چرا بازده بهبود یافته یا فن خراب شده است، ثبت با دادهها به جای داستانها پاسخ میدهد. آن ثبت همچنین ورودی به بهبودهای فصل بعدی است — منبع مورد علاقه مهندس کنترل برای حقیقت.
بازیابی قطع برق که هیچکس آزمایش نمیکند
این تست راهاندازی است که همه از آن صرف نظر میکنند و هر گلخانهای در نهایت به آن نیاز دارد: برق را قطع کنید، ببینید چه اتفاقی میافتد و آن را بازگردانید. کنترلکننده ساده به حالت پیشفرض برمیگردد — فنها خاموش، شیرها بسته، پردهها در جایی که بودند — و گلخانه در حالی که هیچکس نظارت نمیکند، میپزد یا غرق میشود. کنترلکننده آماده آخرین حالت ایمن را بازیابی میکند، برنامه را از RTC ادامه میدهد — که تقویم خود را در طول قطعی نگه داشته است — و اگر محیط در طول فاصله تغییر کرده باشد، زنگ هشدار میدهد.
پشتیبانگیری بیستروزه RTC و انتخابهای حافظه نگهدارنده تصمیم میگیرند چه چیزی در طول قطعی زنده میماند. منطق بازیابی را به طور عمدی طراحی کنید: چه حالتی در راهاندازی مجدد ایمن است، چه چیزی نیاز به تأیید اپراتور دارد و چه چیزی به طور خودکار دوباره اجرا میشود. یک بار، به عمد، در طول راهاندازی آن را آزمایش کنید — نه در طول اولین طوفان تابستانی.
آزمایش قطع برق ده دقیقه طول میکشد و نصبهایی که زنده میمانند را از آنهایی که تیتر میشوند جدا میکند. آن را اجرا کنید، مستند کنید و به محصولات بروید.
خودکارسازی گلخانه علم موشکی نیست. این منطق منظم است که به آب و هوایی که از رفتار خودداری میکند اعمال میشود — که دقیقاً همان چیزی است که یک کنترلکننده برنامهپذیر بهترین کار را انجام میدهد.
