Исследователи Санкт-Петербургского Федерального исследовательского центра (СПб ФИЦ РАН) разработали отечественную цифровую систему для управления агропромышленными объектами - вертикальными фермами, на которых выращивают зелень. Разработка работает на отечественном программном обеспечении, она может быть индивидуально настроена под эффективное и автоматизированное производство различных видов аграрной продукции и управляться удаленно через интернет с персонального компьютера или смартфона.
Вертикальная ферма - это обобщенное название агропромышленного комплекса с замкнутым циклом выращивания различных культурных растений (например, салата или помидоров). Представляет собой специальное закрытое помещение с емкостями, содержащими полезные для выращивания культур вещества (грунт, гидропоника или аэропоника). Такие емкости в вертикальной ферме размещаются в несколько “слоев” друг под другом, эффективно занимая таким образом все пространство здания. В помещении поддерживается специальная температура, влажность, освещение и проч. Сегодня такие фермы часто занимают огромные площади и позволяют обеспечивать города свежей и разнообразной растительной продукцией.
Вертикальные фермы позволяют выращивать различные виды культур вне зависимости от сезона или от климатических условий, в том числе в условиях Арктики. Однако функционирование крупной фермы требует большого числа работников и точного соблюдения цикла по снабжению растений питательными веществами, светом и поддержанию определенной температуры. Поэтому для обеспечения бесперебойной и эффективной работы таких агропромышленных комплексов сегодня требуются системы для автоматизации производства.
“Мы разработали отечественный цифровой комплекс, который обеспечивает полную автоматизацию процессов выращивания в вертикальных фермах растений, таких как клубника, различные виды салатов и микрозелени. Сама разработка включает программное обеспечение с удобным графическим интерфейсом, аппаратные модули, которые можно формировать в системы различного назначения, а также ряд сервисов, которые могут связать в единую информационную структуру крупные тепличные комплексы”, - рассказывает руководитель лаборатории автономных робототехнических систем СПб ФИЦ РАН Антон Савельев.
Цифровая система состоит из трех взаимосвязанных уровней. Первый уровень позволяет конфигурировать параметры работы различных узлов ферм: гидронасосов, систем освещения, поддержания микроклимата, датчиков. Конфигурация первого уровня осуществляется при помощи локального серверного модуля, который позволяет связываться с различными сенсорами и исполнительными узлами и хранить данные об их функционировании. При этом сконфигурированные модули первого уровня работают абсолютно независимо от локального сервера в заданном цикле.
Второй уровень системы представляет собой локальный сервер агрокомплекса, который принимает и агрегирует данные со всех устройств. Данный сервер является информационным центром системы. С помощью такой информации можно отслеживать работоспособность системы, прогнозировать поломки модулей и выявлять критические ситуации (потеря связи с модулями, нарушения давления в системе орошения, изменение оптимальной температуры и проч.). Кроме того, все модули передают информацию с помощью технологии LoraWan на расстояние до 6 км от источника на открытой местности. Это позволяет пользователю максимально отказаться от использования проводных способов коммуникации, их обслуживания и тем самым существенно снизить стоимость автоматизации.
При наличии интернета на объекте локальный сервер обеспечивает связь с третьим уровнем системы - облачное хранилище. Этот уровень позволяет связать в единую сеть сразу несколько объектов вертикальных ферм, и таким образом система может обеспечить работоспособность крупных комплексов. Интерфейс системы позволяет переключаться между разными комплексами, получать информацию о работе и неполадках на персональный компьютер, планшет или смартфон и тем самым осуществлять удаленный контроль за предприятием.
“Систему можно быстро масштабировать благодаря беспроводной связи и модульному принципу построения, а понятный интерфейс позволяет любому пользователю быстро адаптироваться для ввода определенных параметров выращивания тех или иных культур. Причем система универсальна с точки зрения почвы - работает с обычным грунтом, гидро- и аэропоникой. Аналоги нашей разработки делают за границей, например, в Нидерландах. Но они в несколько раз дороже и требуют регулярной оплаты за обслуживание. Мы предлагаем модули и программное обеспечение отечественной разработки в русле импортозамещения для экономики РФ”, - поясняет Антон Савельев.
Сегодня цифровая система для управления вертикальными фермами, созданная в СПб ФИЦ РАН, проходит стадию внедрения на одном из предприятий агропромышленного комплекса под Санкт-Петербургом. Кроме того, опытное производство организовано на территории СПб ФИЦ РАН. Разработанное учеными решение успешно масштабируется и адаптируется под конкретные запросы агропромышленных партнеров, которые планируют установить цифровую систему на своих фермах.
Данная разработка является одним из крупных проектов СПб ФИЦ РАН в сфере автоматизации и цифровизации различных отраслей сельского хозяйства России. Среди таких проектов - робототехнический комплекс, который поможет фермерам эффективно выполнять различные виды сельхозработ (посев и сбор урожая, доставка грузов, опрыскивание и полив культур), а также беспилотный дрон с установленным модулем для лазерной обработки сельхозугодий, с помощью которого можно обрабатывать растения для повышения их продуктивности. Кроме того, ученые СПб ФИЦ РАН ежегодно презентуют свои новейшие разработки на ключевых всероссийских агропромышленных выставках.