ОБ НЕОБХОДИМОСТИ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ SMART-ТЕПЛИЦЫ НА СЕГОДНЯШНИЙ ДЕНЬ. - Студенческий научный форум

XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

ОБ НЕОБХОДИМОСТИ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ SMART-ТЕПЛИЦЫ НА СЕГОДНЯШНИЙ ДЕНЬ.

Демченко В.В. 1, Обухов П.С. 1
1ДГТУ


 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
 

По оценкам экспертов, самая высокая рентабельность по EBITDA у фермеров-производителей тепличных овощей: за год она увеличилась на 8 процентных пунктов (п.п.) до 52%.

Быстрое развитие тепличного бизнеса началось в 2014 году после введения продуктового эмбарго и девальвации рубля.

Высокая производительность гарантирует рентабельность современных теплиц. С 1 кв. м. можно получить урожай до 80 кг, а цена на овощи, особенно вне сезона, в зимнее время и ранней весной слишком высока.

У инвесторов построивших собственные мини-ТЭЦ для обогрева и досветки теплиц рентабельность еще выше.

В 2015–2019 гг. более 200 млрд руб. было инвестировано в теплицы. Заложено свыше 1100 га новых теплиц. В России по-прежнему около 40% томатов импортируется, тем не менее огурцами собственного выращивания страна обеспечена полностью.

В 2015–2017 гг. тепличный бизнес являлся самым рентабельным направлением сельского хозяйства. В настоящее время маржа большинства теплиц ниже оценки Россельхозбанка. Высоким показатель был в 2017–2018 гг. около 50%. В то время образовался дефицит после запрета поставок из Турции.

Сейчас достаточно самых популярных недорогих томатов, а большинство крупных производителей осваивают премиальную продукцию, такую как помидоры черри, фасованные и брендированные овощи. Данный продукт и дороже, но и затраты выше.

В настоящее время рентабельность EBITDA теплиц составляет 45% и не растет. В связи с этим отмечается влияние отмены компенсации капитальных затрат[1].

Рост конкуренции является причиной снижения рентабельности тепличного бизнеса. Затраты повышаются из-за роста тарифов на электроэнергию, а вот стоимость овощей не увеличивается.

Рентабельность тепличного бизнеса за последний год не повысилась, хотя в будущем по оценке экспертов маржа увеличится до прежних показателей.

Стоит также учитывать и сроки окупаемости для оценки инвестиционной привлекательности отрасли. Из-за отмены компенсации капитальных затрат они увеличились с 7,5 до 12 лет.

В связи со всем вышесказанным наибольшую популярность начинают набирать SMART-теплицы. Появились в России совсем недавно, около 3х лет назад. Набирают популярность в крупных городах страны.

Анализ применения SMART-теплицы

SMART-теплица – сельскохозяйственный объект для получения продукций растениеводства, автономно и роботизировано работающий, в автоматическом режиме и изолированный от внешних факторов и воздействий с минимальным участием человека.

С учетом затрат и потребительского роста система оптимизирует экономику объекта.

В SMART-теплице используются цифровые технологии (искусственный интеллект, интернет вещей, RFID и др.)  с учетом агроэкологической оценки, сортов растений, анализа грунтов и т.д. Соблюдаются экологические и санитарно-гигиенические регламенты.

В связи с построением цифровой экономики происходит внедрение информационных технологий во все сферы деятельности государства. Программно-аппаратные решения являются ключевым направлением выращивания сельскохозяйственных растений в закрытых системах (SMART-теплицах). Роботизированные интеллектуальные технологии позволяют уменьшить издержки производства и увеличить производительность работ. С применением данных технологий комплексно решается целый ряд задач обработки массивов данных в цифровой экономике, преодолеваются технологические барьеры.

Разработка системы автоматизированного контроля параметров SMART-теплицы для производства продуктов питания позволяют уменьшить издержки для существующих комплексов исключая существенные финансовые затраты в техническое переоснащение или создать инновационные объекты. Они предполагают обеспечение стабильности в увеличении производства продукции растениеводства в защищенном грунте, получение отечественных инновационных систем для закрытого грунта (эффективное энергосбережение, автономность, микроклимат, освещение и др.), уменьшение энергоемкости производства и повышение питательной ценности продуктов.

SMART-теплицы оснащаются:

- HVAC-оборудованием (комплекс, включающий в себя систему отопления, вентиляцию и кондиционирование помещения. Целью систем HVAC в теплицах является поддержание идеальной температуры для круглогодичного выращивания конкретной культивируемой сельскохозяйственной культуры или экзотических растений, сглаживание негативных факторов окружающей среды. Преимущества HVAC заключаются в минимизации эксплуатационных расходов);

- Светодиодными (LED) проекторами (дополнительное освещение выращиваемых культур в теплице. Лучшие осветительные системы имеют компактный дизайн и длительный срок службы (от 30 до 50 тысяч часов) и потребляют меньше энергии);

- Датчиками (в зависимости от потребностей фермеров возможна любая комбинация датчиков: датчики температуры, датчики влажности, датчики экспонометра, датчики состава почвы (кислотности, химического состава), датчики точки росы, датчики контроля качества воды для орошения и так далее)[2].

Именно такие технологии, как вышеперечисленные, делают теплицу «умной». Это позволяет полностью автоматизировать процесс выращивания растений при минимальном участии человека.

Необходимость применения SMART-теплиц сегодня

Рост числа населения, урбанизация и изменения климата ведут к росту спроса на продукты.

Появление SMART-теплиц произвело революцию в сельском хозяйстве, поспособствовав эффективному выращиванию агрокультур в северных широтах.

Такие факторы как влажность, освещение, температурный режим являются основой жизнедеятельности растений. Малейшие нарушения в окружающей среде отрицательно влияют на темп роста, урожайность. Поддержание необходимых тепличных условий – это сложный и трудоемкий процесс, для которого необходим постоянный контроль. SMART-теплица способствует минимальному участию человека в данном процессе, тем самым освобождает время и позволяет контролировать рост растений на расстоянии и управлять данным процессом.

Автоматическое поддержание условий окружающей среды представляет собой управление:

- температурным режимом;

- освещением;

- поливом;

- подогревом почвы;

- подкормкой.

Особое внимание отводится мониторингу процессов и оперативной реакции на любые отклонения.

На сегодняшний день SMART-теплица имеет преимущества перед обычной теплицей такие как:

- Защита от перепадов температуры и экстремальных температур (поддержание и контроль температурного диапазона в теплице имеет решающее значение. Колебания температуры могут повредить или убить растения в считанные часы. Системы дистанционного мониторинга защищают ценные растения от резких перепадов температур);

- Контроль инвентаря и прочего оборудования (помимо поддержания оптимальной температуры необходимо обеспечить сохранность инвентаря и эффективную работу систем кондиционирования, поддержания влажности и другое. Чем раньше фермер обнаружит падение температуры или отказ оборудования, тем больше шансов спасти имущество и растения. Системы удаленного мониторинга отправляют

обновления в режиме реального времени, поэтому сотрудники могут быстро реагировать на угрозы);

- Мониторинг ситуации (если какое-либо условие выходит за пределы предварительно установленного диапазона, устройство или система немедленно уведомит ответственный персонал по телефону, электронной почте или SMS).

Уведомления о чрезвычайных ситуациях обычно предупреждают фермеров о :

- перепадах температуры;

- плохой вентиляции;

- высоком уровне углекислого газа;

- изменении влажности;

- сбое оборудования;

- утечке воды.

- Профилактика заболеваний в период вегетации. В течение вегетационного периода системы в умных теплицах могут контролировать различные условия окружающей среды. Для этого используются как проводные, так и беспроводные датчики. Поддержание заданных параметров температуры, влажности, освещения и циркуляции воздуха имеет решающее значение для предотвращения плесени, болезней и увеличения урожайности[3].

К недостаткам SMART-теплицы можно отнести:

- Зависимость от источников питания;

- Зтраты на приобретение оборудования.

Но недостаток с автономностью можно решить за счет аккумуляторов, генераторов и емкостей с водой.

Целевые индикаторы и показатели:

- Технология SMART-теплицы уменьшает издержки производства продуктов питания в закрытых системах на 15% относительно аналогичных теплиц без применения технологий;

- Уменьшается импортозависимость в производстве овощей на 70% за счет внедрения SMART-теплицы [4].

Импортозамещение - главный фактор уменьшения затрат в тепличном бизнесе. Стоимость импортных продуктов выше отечественных аналогов примерно в 2 раза. Локальное расположение теплиц, исключение таможенных платежей, уменьшение транспортных расходов, снижение трудозатрат, все это может снизить стоимость тепличного комплекса на 30%. В этом заключается одно из важных преимуществ применения SMART-теплицы сегодня.

Разработка эскизной документации на «SMART-теплицу»

SMART-теплица, как сельскохозяйственный объект получения продукций растениеводства, работающий автономно и автоматически, может включать в себя:

- компактное расположение;

- систему автоматического полива;

- мобильную система освещения;

- автоматически регулируемый температурный режим.

Для более компактного расположения растений SMART-теплицу можно представить в виде двух этажей.

Рис. 1. Внешний вид SMART-теплицы

На рисунке 1 изображен внешний вид теплицы - вид спереди и сбоку с окнами для автоматического проветривания. Так для растений теплицу необходимо ежедневное проветривать, чтобы предотвратить размножение болезнетворных организмов.

Рис. 2. Посадочные зоны

На плане рисунка 2 видны посадочные площади. Озеленение теплицы осуществлять таким образом, чтобы обеспечить больший объем вместительности и получения урожая.

Рисунок. 3. Система освещения

Передвижная система освещения поспособствует более полному освещению всех растений.

Под крышей теплицы установить бак с водой осуществляющий автоматический полив при необходимости.

Управление SMART-теплицы происходит через контроллер, который позволит реализовать самые сложные варианты построения управления, считывая через датчики информацию о состоянии теплицы[5].

Для того, чтобы получить здоровый и обильный урожай, нужно создать SMART-теплицу с благоприятным и комфортным для растений климатом. В этом помогут рассмотренные выше: система проветривания, передвижная система освещения, автоматически настраиваемый температурный режим, система автоматического полива.

Заключение

В России перспективным направлением является создание SMART-теплиц, в которых применяется автоматизированная система контроля климата и поддержания условий необходимых для получения здорового урожая. Создание соответствующей продукции для аграрного рынка положительно скажется на импортозамещении и развитии страны.

Автоматизированные системы климат-контроля с меньшими затратами и простотой использования снизят стоимость и содержание самих теплиц. Актуально и использование технологии интернет вещей для реализации автоматизированного микроклиматического контроля, поскольку эта сфера прочно занимает все сферы жизни общества и постоянно развивается.

Данные для научной исследовательской работы были взяты из различных литературных источников и электронных ресурсов. На их основе были сделаны выводы.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Россельхозбанк [Электронный ресурс] – URL: https://www.rshb.ru/legal/credit/invest/ (дата обращения: 26.12.2020г.)

Что такое умные теплицы и будет ли расти объем их рынка (cfo-russia.ru) 29.10.2018 URL:  https://www.cfo-russia.ru/issledovaniya/index.php?article=43926 (дата обращения: 25.12.2020г.)

Александр Бутусов. Умные теплицы | iot.ru Новости Интернета вещей 21.09.2018.; URL:  http//iot.ru/selskoe-khozyaystvo/umnye-teplitsy (дата обращения: 25.12.2020г.)

Аналитический центр Минсельхоза России [Электронный ресурс] – URL: https://mcxac.ru/digital-cx/umnaya-teplitsa/ (дата обращения: 26.12.2020г.)

Пример использования современных средств автоматизации в теплице 26.05.2020 URL: https://ук-энерготехсервис.рф/shemy/primer-ispolzovaniya-sovremennyh-sredstv-avtomatizatsii-v-teplitse.html (дата обращения: 27.12.2020г.)

Просмотров работы: 79