Sistem de control și monitorizzare a temperaturii mediului de seră

1. Introducere

Scopul principal al unei sere este de a îmbunătăți condițiile de mediu în care plantele sunt crescute. Serele permit o monitorizare atentă și un control optim al parametrilor care influențează creșterea plantelor. Dintre parametrii care influențează dezvoltarea culturilor într-o seră, cel mai important este temperatura.

Condițiile optime pot fi atinse prin mijloace de control al climatului. Modelul evoluției temperaturii interioare a serei constituie un instrument important și necesar pentru proiectarea strategiei de conducere. Controlul automat vine cu foarte multe avantaje, cum ar fi : menținerea parametrilor constanți indiferent de climatul extern, productivitatea crescută, reducerea intervenției umane și altele.

Principalul dezavantaj al cultivării plantelor în mediul de seră, îl reprezintă costul mai ridicat față de cultivarea tradițională în câmp. Pentru compensarea acestui neajuns, productivitatea trebuie crescută, astfel încât investiția inițială într-o seră să se amortizeze în timp util. Mărirea productivității este strâns legată de dirijarea condițiilor climatice către valori optime.

Controlul condițiilor climatice se poate realiza fie prin mijloace tradiționale cum este legea de reglare PID sau prin mijloace inteligente cum este controlul fuzzy.

Lucrarea vizează compararea performanțelor acestor două strategii de conducere și proiectarea unei interfețe de vizualizare cât mai intuitive. Compararea sistemului de reglare cu regulator PID cu cel având regulator fuzzy s-a realizat din trei puncte de vedere : abaterea față de referință, timpul tranzitoriu și timpul scurs de la aplicarea perturbației până la revenirea răspunsului în banda specificată de deviația . În urma simulărilor efectuate, o strategie de conducere s-a dovedit a fi mai performantă decât cealaltă. Deoarece pentru diferite tipuri de intrări, un SRA răspunde diferit și pentru ca rezultatul comparației să fie cât mai apropiat de adevăr, am realizat aceleași simulări pentru intrare Step cât și pentru intrare Repeating Sequence.

Lucrarea este structurată în 9 capitole. Capitolul 2 vizează descrierea serelor, începând cu un scurt istoric, apoi se prezintă avantajele și dezavantajele acestora cât și tipurile diferite de structuri posibile pentru o seră. Capitolul 3 expune principalele aspecte teoretice legate de sistemele de reglare automată și de legea de reglare PID. Capitolul 4 prezintă noțiunile fundamentale ale logicii fuzzy. În capitolul 5 se implementează modelul comportării termice a unei sere și pe baza acestui model se proiectează cele două strategii de conducere, apoi este realizată comparația între aceste două structuri de reglare. Capitolul 6 face referire la standardul OPC și la specificațiile acestuia. În capitolul 7, apelând la un server OPC și folosind un software SCADA și anume PcVue, am proiectat o interfață intuitivă care afișează pentru fiecare sistem de reglare, valorile parametrilor temperatură interioară, eroare și comandă și un grafic care reprezintă variația parametrului selectat în timp real. Capitolul 8 prezintă concluziile care reies în urma acestei lucrări. Lucrarea se încheie, bineînțeles cu bibliografia care cuprinde lista ordonată alfabetic a materialelor informative din care m-am documentat.

2. Descrierea serelor

2.1 Istoric

Ideea creșterii plantelor într-un mediu controlat nu este nouă, ci există de pe vremea romanilor. Una dintre primele sere a fost construită în jurul anului 30 î.Hr. pe vremea împăratului roman Tiberius pentru a satisface lăcomia acestuia pentru castraveți. Grădinarii romani foloseau metode artificiale de creștere a legumelor, similare serelor, pentru a fi disponibile tot timpul anului. Castraveții erau plantați în căruțe cu roți care erau puse în lumina soarelui ziua și adăpostite înăuntru pentru a le ține de cald noaptea. În timp ce romanii își construiau serele din minerale transparente sau roci, descoperirea sticlei a făcut ca serele să devină mult mai practice.

Prima seră modernă a fost ridicată în anul 1599 de botanistul francez Jules Charles în orasul Leiden din Olanda. Sera a fost folosită în principal pentru creșterea plantelor medicinale exotice. Deoarece francezii aveau o pasiune pentru portocale au început să clădească sere pentru a proteja portocalii de îngheț. Experimentarea cu pereți de sticlă înclinați si conducte de încalzire s-a desfășurat pe parcursul secolului XVII. Noile tehnologii și sticla îmbunătățită au dus la conceperea unor structuri mai elaborate care găzduiau plantele pentru satisfacerea aristocrației europene. Perioada de aur a dezvoltării serelor s-a petrecut în cadrul epocii victoriene. La mijlocul secolului XIX sticlă era din abundență și taxele fuseseră abrogate, astfel că bogații începuseră să concureze între ei pentru construirea celor mai elaborate sere. Scopul principal era deasemenea creșterea citricelor și a florilor, nefiind folosite pentru cultivarea unei game mai elaborate de produse. Multe dintre sere erau încălzite cu aer cald produs de un furnal iar altele erau realizate.