Ученые Санкт-Петербургского Федерального исследовательского центра (СПб ФИЦ РАН) при финансовой поддержке Минобрнауки России разработали отечественную цифровую систему для управления вертикальными фермами, на которых выращивают зелень. Изобретение работает на российском программном обеспечении, его можно индивидуально настроить под эффективное и автоматизированное производство различных видов аграрной продукции и управлять удаленно через интернет с персонального компьютера или смартфона. 

Вертикальная ферма — это агропромышленный комплекс, где в замкнутом цикле вне зависимости от сезона или климатических условий можно выращивать различные культурные растения (например, салат или помидоры). Она представляет собой специальное закрытое помещение с емкостями, содержащими полезные для выращивания культур вещества (грунт, гидропоника или аэропоника). Емкости в вертикальной ферме размещаются в несколько «слоев» друг под другом, эффективно занимая все пространство здания. В помещении поддерживаются специальная температура, влажность, освещение и так далее. Сегодня такие фермы часто занимают огромные площади и позволяют обеспечивать города свежей и разнообразной растительной продукцией.

Однако работа крупной фермы требует большого числа работников и точного снабжения растений питательными веществами, светом и поддержанием определенной температуры. Поэтому для бесперебойной и эффективной работы таких агропромышленных комплексов требуются системы 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 позволяет конфигурировать (формировать) параметры работы различных узлов ферм: насосов, ламп, систем поддержания микроклимата, датчиков. Конфигурация проходит через локальный серверный модуль, который позволяет связываться с различными сенсорами и исполнительными узлами, а также хранить данные об их функционировании. При этом сконфигурированные модули первого уровня работают независимо от локального сервера в заданном цикле. 

Второй уровень представляет собой локальный сервер агрокомплекса, который принимает и агрегирует (объединяет) данные со всех устройств. Так можно отслеживать работоспособность системы, прогнозировать поломки модулей и выявлять критические ситуации (потеря связи с модулями, нарушения давления в системе орошения, изменение оптимальной температуры и так далее). Кроме того, все модули передают информацию на расстояние до 6 км от источника на открытой местности. Это позволяет пользователю отказаться от проводов, тем самым снижая стоимость автоматизации.

Если на объекте есть интернет, локальный сервер сможет соединить его с третьим уровнем системы — облачным хранилищем. Оно связывает в единую сеть несколько объектов вертикальных ферм, таким образом получается обеспечить работоспособность крупных комплексов. А интерфейс системы позволяет переключаться между разными комплексами, получать информацию о работе и неполадках на персональный компьютер, планшет или смартфон и тем самым удаленно контролировать предприятие.

«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 же предлагаем модули и программное обеспечение отечественной разработки в русле импортозамещения для экономики РФ», — говорит директор СПб ФИЦ РАН Андрей Ронжин. 

Разработка поможет автоматизировать ряд процессов на ферме (поддержание микроклимата, управление подачей раствора, управление циклом освещенности), оперативно мониторить параметры системы и накапливать данные, то есть в ряде случаев избавиться от человеческого фактора. Это увеличит производительность ферм и улучшит качества конечной продукции.

Сейчас цифровая система для управления вертикальными фермами проходит стадию внедрения на одном из предприятий агропромышленного комплекса под Санкт-Петербургом.