Автоматизация выращивания растений в теплице будущего

Фермерство в помещении зарекомендовало себя как модель нацеленная на переход к более устойчивому сельскому хозяйству. Современные, вертикальные теплицы требуют системы, которая сочетает в себе интеллектуальное управление и датчики. Таким образом, автоматизация является темой, которая занимает важное место в повестке дня выставки «Inhouse Farming — Feed & Food Show».

Снаружи они размером с обычный транспортный контейнер, но внутри у них настоящая ферма: благодаря современным технологиям автоматизации мобильных решений для вертикального земледелия, такие как GreenBox или iFarm, доставляют свежие и местные салаты, травы или корнеплоды круглый год при любых климатических условиях. Таким образом, они расширяют возможности выращивания сельскохозяйственных культур и доставляют продукты питания в густонаселенные городские районы  и делают это с меньшим количеством воды и удобрений, чем при обычном возделывании полей. Это относится и к Bustanica, крупнейшей в мире вертикальной ферме, расположенная недалеко от Дубая на Аравийском полуострове. Она поставляет около трех тонн листовых овощей в день кейтеринговой компании, обслуживающей более 100 авиакомпаний. Для этого растения выращивают в несколько ярусов друг над другом. Чтобы отслеживать рост в целом, многие переменные измерения должны быть зафиксированы с помощью мощной технологии. Ключом к этому является цифровизация.

Датчики для орошения и подачи питательных веществ

Внутренние системы обеспечивают полностью контролируемую среду, не зависящую от погодных условий, где все желаемые климатические условия можно постоянно отслеживать и оптимизировать. Чтобы закрытые системы выращивания могли полностью реализовать свой потенциал, им нужны системы автоматизации, сочетающие в себе интеллектуальное управление и датчики. Их можно будет увидеть в середине ноября на выставке «Inhouse Farming — Feed & Food Show» в Ганновере. Новая платформа DLG, посвященная сельскому хозяйству с контролируемой средой (CEA), включая вертикальные фермы, контейнерные фермы, аэропонику и аквакультуру, объединит все аспекты закрытого земледелия и свяжет их с идеями точного земледелия. В центре внимания все больше находятся управление процессами и сбор данных, которые становятся все более и более сложными в закрытых системах культивирования.

Гидропонное орошение

Лучшим примером этого является гидропонное орошение, которое требует оптимизированного управления питательными веществами. Как превышение, так и недобор оптимума приведет к повреждению или полной гибели урожая. Современное контрольное оборудование и надежные решения для орошения обеспечивают максимально эффективное использование нужного количества воды и питательных веществ в нужное время. С этой целью на территории выставки будет представлено сложное сочетание искусственного интеллекта (ИИ), интеллектуальных сенсорных технологий и инновационной робототехники, что позволит создать комплексную инфраструктуру мониторинга.

Комплексные решения для автоматизации и операционной деятельности

Вертикальное земледелие предъявляет высокие требования к автоматизации, поскольку растения растут в многоэтажных металлических стеллажах высотой до десяти метров. Каждая линия имеет большое количество сигналов ввода/вывода на отдельных этажах, которые должны быть направлены в систему управления. В этих условиях обычная конструкция системы требует значительных усилий по программированию и интеграции.

Напротив, например, подключение всех измерительных устройств по технологии IO-Link является более элегантным. Такие полевые модули не только снижают сложность управления технологическим процессом. Они также предоставляют больше данных от каждого датчика, что снижает общую потребность в датчиках. Ввод в эксплуатацию линии от физической проводки или беспроводного подключения датчиков до интеграции и программирования становится намного эффективнее. Таким образом, у эксплуатирующих компаний есть возможность связать управление водными ресурсами, климат-контроль и управление энергопотреблением теплицы через центральный технологический компьютер. Более того: процессы и системы культивирования можно хорошо масштабировать, а будущие проекты можно легко реализовать, сокращая время до ввода в эксплуатацию.

Гибкость в выращивании растений

Новейшие технологии автоматизации цепочки поставок также обеспечивают огромную гибкость: системы обработки грузов или беспилотного транспорта могут быть оптимально настроены для процессов и помещений вертикального земледелия, а также для типа и выращивания растений. Челночные системы могут перемещать стеллажи с пластинами для выращивания таким образом, чтобы потребности растений в воде, питательных веществах и свете удовлетворялись круглосуточно, облегчая проращивание, наблюдение, уход и сбор урожая.

С помощью OrbiPlant Институт молекулярной биологии и прикладной экологии им. Фраунгофера (IME) разработал вертикальную систему выращивания растений, которая должна сделать это возможным в больших масштабах в будущем. На экспериментальном предприятии в Аахене площадь возделывания составляет 24 квадратных метра. В отличие от предыдущих методов, OrbiPlan предлагает некоторые технологические инновации. Например, используется волнообразная конвейерная система, которая фиксирует растения на месте и постоянно выравнивает их в помещении. Вращение заставляет растения постоянно перестраиваться в гравитационном поле Земли. Этот орбитотропный эффект запускает выработку растительных гормонов, которые стимулируют рост клеток.

Кроме того, линия оснащена системой аэропонного орошения, в которой корни висят в воздухе и снабжаются водой и питательными веществами с помощью распыляемого тумана. Модульная светодиодная технология обеспечивает оптимальное освещение растений в течение всего периода выращивания, а дополнительное удобрение СО2 повышает качество и количество урожая.

Устойчивость для выращивания в закрытых помещениях

Внутренние производственные системы, такие как OrbiPlant, имеют особые проблемы с точки зрения их технической устойчивости, возникающие из-за закрытой среды в сочетании с высокой плотностью растений. По этой причине ученые Fraunhofer IME совместно с Fraunhofer Institute of Production Technology (IPT) также исследовали соответствующие сбои в контексте образцового производства базилика. Цель состояла в том, чтобы разработать подходы для создания устойчивого производственного процесса. С этой целью исследователи вызвали технические и специфические инциденты на двух линиях OrbiPlant, которые можно было четко обнаружить с помощью подходящей сенсорной технологии и записи данных о заводе в режиме реального времени.

Пример показывает: концепция домашнего хозяйства может быть реализована только междисциплинарным образом при сочетании науки и бизнеса, а также сельского хозяйства и производственных технологий.

С 12 по 18 ноября посетители выставки в Ганновере получат актуальный обзор производственных систем для устойчивого сельского хозяйства и узнают о проблемах современного растениеводства. Для получения дополнительной информации: www.inhouse-farming.com