Борьба с заморозками

Сельскохозяйственная компания Thiermann использует контроллеры SIMATIC S7-1200 для защиты урожая черники от весенних заморозков. 

Задача

Опасности весны

Холодные весенние ночи – враги садоводов, таких как Хайнрих Тирманн (Heinrich Thiermann) из Кирхдорфа (Нижняя Саксония, Германия). Ночные заморозки, часто наступающие за первыми теплыми днями в году, представляют собой серьезную угрозу огромным черничным садам хозяйства. Семейный бизнес встречает похолодания во всеоружии – с заморозками, грозящими погубить урожай, борются водой.

image

Помимо традиционных сельскохозяйственных культур, в том числе пшеницы и кукурузы, на ферме выращивают овощи и фрукты, разводят свиней, производят биогаз и генерируют электроэнергию с помощью ветросиловых установок. Ферма имеет большой штат сотрудников, в том числе специалистов по маркетингу продуктов и логистике, и использует самые современные технологии для создания устойчивой и экологичной производственной среды. 

 

Однако иногда даже неустанная борьба не может гарантировать защиту нежной черники от ночных минусовых температур. По мере созревания эта ягода становится все менее морозоустойчивой, поэтому в случае замерзания почек плоды не разовьются, и весь урожай будет потерян, что станет серьезным ударом по бюджету. Именно это и произошло в 2010 году: почти половина из 2000 тонн черники Thiermann на полях пострадала от заморозков на стадии созревания. Все необходимые выводы были сделаны, и теперь во избежание подобных инцидентов в будущем компания использует системы автоматизации «Сименс», а именно логический модуль LOGO! с контроллерами SIMATIC S7-1200.

Решение

Борьба со льдом при помощи воды

Компания Thiermann установила в садах системы распыления воды, которые успешно компенсируют резкое понижение температуры, позволяя растениям противостоять заморозкам. В черничном саду площадью примерно 2497 км2 на равном расстоянии друг от друга было установлено несколько сотен распылителей, которые при необходимости орошают верхушки кустов.

image

«Система распылителей – это средство защиты чувствительной к холодам черники от заморозков, – рассказывает Райнер Пленге (Rainer Plenge), отвечающий за черничный сад. – Время их включения зависит от степени зрелости ягод. Если почки еще не раскрылись, можно подождать, пока термометр покажет -0,5 °C. Но после раскрытия мы включаем насосы, как только температура падает до точки замерзания».

 

В основе этого способа защиты от заморозков лежат физические свойства воды. Когда вода переходит из жидкого агрегатного состояния в твердое, выделяется тепло. Следовательно, при постоянном разбрызгивании воды на замерзшие кусты процесс охлаждения замедляется, а внутренняя температура заиндевелых кустов, почек или ягод повышается, препятствуя вымерзанию. «Необходимо понимать, что этот способ работает только при постоянном обрызгивании ягод водой, – поясняет Пленге. –  Если прекратить делать это, ягоды замерзнут, так как при испарении воды их поверхность будет терять тепло. Как только дневная температура снова поднимается выше нуля, распылители выключаются. Лед тает, и вода впитывается в почву».

Без распылителей наши убытки составили бы несколько миллионов евро.

Райнер Пленге, отвечающий за черничный сад

Инновационная автоматизированная система насосов

Для того, чтобы в систему распылителей постоянно поступала вода, вдоль периметра садов выкопаны колодцы, а в них размещены насосы. Каждая насосная установка оборудована шкафом автоматики с компонентами для управления. В состав каждой установки входит логический модуль LOGO!8 с блоком питания на 24 В и аналоговым модулем расширения для подключения датчиков давления и температуры. Для ограничения мощности в момент включения насоса используется устройство плавного пуска SIRIUS. В системе имеется маршрутизатор SCALANCE M826-2.

 

Семнадцать из 34 насосных установок подключены к центральной станции через маршрутизатор посредством двухжильных DSL-кабелей, а остальные обмениваются с ней данными через мобильную сеть GSM благодаря дополнительному маршрутизатору SCALANCE M874. Защита сети и интегрированных систем от несанкционированного доступа осуществляется с помощью модуля безопасности SCALANCE S615, имеющего функции брандмауэра и поддерживающего создание VPN-туннелей. Он подключается в качестве дополнительного расширения к платформе управления SINEMA Remote Connect. Это обеспечивает удаленный доступ к распределенным станциям и возможность администрировать и обслуживать их – просто, централизованно и безопасно. Сервер SINEMA представляет собой надежную основу для дальнейшего расширения сети, а также упрощает настройку параметров станции и управление IP-адресами.

 

В шкафу автоматики главной станции находятся четыре контроллера SIMATIC S7-1200, отвечающих за выполнение различных задач мониторинга и управления. Если температура окружающей среды опускается до 0,7 °C, в ПЛК SIMATIC отправляется уведомление. 12-дюймовая панель SIMATIC HMI TP2100 Comfort позволяет операторам включать и выключать устройства, а также отслеживать и регулировать давление и температуру на каждой насосной установке отдельно (даже со смартфона) при помощи функции Smart Server («Интеллектуальный сервер»).

Преимущества

Успех благодаря SIMATIC S7-1200

Такого уровня автоматизации удалось достичь не сразу. Когда в 2010 году система распылителей была установлена впервые, для разбрызгивания воды использовались механические манометрические выключатели и реле времени. С настройкой манометрических выключателей постоянно возникали серьезные сложности, поэтому в начале 2013 года система стала электронной. 

image

Датчики давления определяют, когда насос должен перейти в режим автоблокировки, а модули LOGO! контролируют этап запуска при помощи реле времени, пока давление, создаваемое работающим насосом, не достигнет заданного значения. Когда датчик регистрирует слишком высокое или слишком низкое давление в трубопроводе, логический модуль выключает электрический насос. Помимо давления, микроконтроллер отслеживает температуру. Для этого используются термометры сопротивления. Если температура достигает заранее установленного порогового значения, микроконтроллер отправляет уведомление в главный блок S7-1200 на центральной станции, и оператор включает систему распылителей на сенсорной панели. Полученная команда направляется контроллеру LOGO! на соответствующей периферийной станции – он отслеживает все данные о насосе и включает его.

 

Средства управления и электрические системы были установлены подрядчиком Wilhelm Schwenker Elektro при помощи Хельмута Кихлинга (Helmut Kiehling), инженера-проектировщика из компании по оптовой продаже электротехнических изделий Frommeyer + Ziegemeyer K. Beine GmbH & Co. KG.  

image

Быстрая и точная регулировка эксплуатационных параметров

Логические модули обеспечивают точную регулировку установленных рабочих параметров без каких-либо задержек. Фактические значения, зарегистрированные датчиком, отображаются на дисплее LOGO!, и заданные значения можно менять с помощью клавиатуры. Программа также учитывает факторы безопасности, в частности отключения насоса при нулевом или минимальном потоке в трубопроводе. Контроллеры S7-1200 и периферийные модули LOGO! постоянно обмениваются данными об управлении и состоянии. Контроллеры SIMATIC настраиваются с использованием инженерной платформы TIA Portal, а для разработки программ в логических модулях используется пакет LOGO! Soft Comfort.

 

Степень эффективности новой технологии для защиты черничных садов семьи Thiermann вновь подтвердилась весной 2017 года. В период с начала апреля до середины мая в системе часто появлялись уведомления о похолодании из-за ночных заморозков. «Четырнадцать раз ночная температура опускалась до отметки, при которой нам приходилось включать распылители, — вспоминает отвечающий за сад Пленге. – В редких случаях утром ягоды все еще были покрыты инеем. Без распылителей наши убытки составили бы несколько миллионов евро».

 

Примечание касательно промышленной безопасности.

Для обеспечения стабильной работы системы необходимо принять соответствующие меры безопасности (например, сегментация сети).

Узнайте больше о промышленной безопасности.

 

Еще больше историй успеха вы можете найти в последнем выпуске GO!
Читать выпуск целиком

Новостная рассылка

Оставайтесь в курсе

Подпишитесь, чтобы регулярно получать новости о продуктах и решениях, а также истории успеха по электронной почте. Это быстро и удобно. Отменить подписку можно в любое время.