Для южных регионов России актуальна проблема рационального использования водных ресурсов, так как запасы пресной воды ограничены. Использование для полива минерализованной воды может привести к засолению почвы и негативным последствиям для растений. Группа ученых, в которую вошел исследователь из Пермского Политеха, разработала программный комплекс, позволяющий эффективно управлять системой орошения сельскохозяйственных угодий. Проект поможет автоматизировать процесс полива растений, улучшив его качество, а также сэкономить пресную воду и затраты на орошение. Исследование выполнено в рамках Программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
Разработку можно использовать для программирования промышленных контроллеров, это позволит создать отечественную систему орошения с древовидной топологией поливочных систем.
Результаты работы исследователи опубликовали в журнале Journal of Physics: Conference Series, Volume 2094, Cybernetics and IT. В разработке также приняли участие ученые из Пермского ГАТУ и Пермского института ФСИН России. Схему полива исследователи разработали на примере санатория «Русь» (г. Анапа Краснодарского края).
– В южных регионах России наблюдается низкий уровень осадков, из-за чего необходимо орошать растения искусственными способами. Мы предложили создать современную автоматизированную систему полива, которая позволит улучшить физиологическое состояние растений и сэкономить ресурсы. Сейчас для этого используют водовозы-цистерны, которые технически устарели. Для разработки программного решения мы представили схему аллей с растениями в санатории в виде древообразной структурной модели. Система управления водопроводной сетью позволит распределять воду по ее магистральным, разводящим и подающим веткам, – рассказывает профессор кафедры информационных технологий и автоматизированных систем Пермского Политеха, доктор технических наук, доцент Сергей Костарев.
Схема программного решения для полива содержит управляющие сигналы, состояния переходов и выходные вентили. Контролировать систему водопроводов позволяют логические уравнения, которые создали ученые. Они содержат блокировочную систему управления с обратной связью. На каждом разветвлении «дерева» используется логическая схема с переключателями. При поступлении сигнала включается также управление через блокировочную ветку. Выключение полива происходит с помощью подачи управляющего сигнала на магистральные ветки.
Устройство управления на жесткой логике исследователи разработали на базе автомата Мили. В качестве программно-аппаратного обеспечения они предложили использовать программируемый логический контроллер Omron и ПО CX-One. Разработку ученые реализовали на основе релейно-контактных схем для программирования промышленного контроллера с использованием открытого стандарта IEC 61131.3 (ГОСТ Р МЭК 61131-3).
Как отмечают исследователи, методы автоматического полива растений изучают с середины прошлого века, но создание цифровых устройств для управления древообразными системами полива достаточно актуально.
Ученые провели моделирование работы системы, которое показало, что управление подачей воды происходит корректно. В дальнейшем разработку можно оснастить датчиками влажности почвы и средствами оптического наблюдения за растениями. Это позволит полностью автоматизировать процесс полива, считают исследователи.