کنترل‌کننده منطق قابل‌برنامه‌ریزی (PLC)

تمام PLCها دارای مؤلفه‌های اساسی یکسان هستند. این مؤلفه‌ها با هم کار می‌کنند تا اطلاعات را در این زمینه به PLC وارد کنیم و آن اطلاعات را ارزیابی کرده و اطلاعات را به قسمت‌های مختلف ارسال کنیم. بدون هیچ‌یک از این مؤلفه‌های اصلی، PLC از عملکرد صحیح خودداری می‌کند. اجزای اصلی شامل منبع تغذیه، واحد پردازش مرکزی (CPU) یا پردازنده، ماژول‌های پردازنده، ماژول‌های ورودی و خروجی (I / O) و وسیله جانبی است.

نحوه عملکرد سیستم

نوع ماژول‌های ورودی مورداستفاده توسط یک PLC به نوع دستگاه ورودی بستگی دارد. به‌عنوان‌مثال، ماژول ورودی‌های دیجیتال ۰ یا ۱ هستند، درحالی‌که ماژول ورودی آنالوگ به سیگنال‌های آنالوگ پاسخ می‌دهند. در این حالت، سیگنال‌های آنالوگ شرایط دستگاه یا فرایند را به‌عنوان طیف وسیعی از ولتاژ یا مقادیر جریان نشان می‌دهند.

مدار ورودی PLC سیگنال‌ها را به سیگنال‌های منطقی تبدیل می‌کند که CPU می‌تواند از آنها استفاده کند. پردازنده با اجرای یک برنامه ذخیره شده وضعیت ورودی‌ها، خروجی‌ها و متغیرهای دیگر را ارزیابی می‌کند. سپس برای به‌روزرسانی وضعیت خروجی سیگنال‌هایی را ارسال می‌کند. ماژول‌های خروجی سیگنال‌های کنترلی را از CPU دریافت و به مقادیر دیجیتال یا آنالوگ تبدیل می‌کنند که می‌توانند برای کنترل دستگاه‌های مختلف خروجی استفاده شوند.

دستگاه برنامه‌نویسی برای واردکردن یا تغییر برنامه PLC یا برای نظارت یا تغییر مقادیر ذخیره شده استفاده می‌شود. پس از ورود، برنامه و متغیرهای مرتبط در CPU ذخیره می‌شوند. علاوه بر این عناصر اساسی، یک سیستم PLC ممکن است یک دستگاه رابط اپراتور را نیز برای ساده‌تر کردن نظارت بر دستگاه یا فرایند در اختیار داشته باشد.

سنسور

سنسورها در اصل فرستنده جریان است که ورودی دما و رطوبت نسبی را به دو خروجی جریان ۴ الی ۲۰ میلی‌آمپر جداگانه انتقال می‌دهد. ورودی رطوبت نسبی معمولاً از ۰ تا ۱۰۰٪ RH است. دما به طور معمول از ۰ تا ۵۰ درجه سانتی‌گراد است. (دامنه‌های مختلف نیز موجود است که با مراجعه به کاتالوگ سنسور موردنیاز انتخاب شود).

فن دمنده

فن‌ها وسیله‌ای هستند جهت جابه‌جایی هوای گرم به بیرون از گلخانه تا هوای مطلوبی برای گیاهان ایجاد شود. هنگامی هوای داخل گلخانه به حد مطلوبی رسیده باشد فن خاموش شده و در دمای که فشار بیش از فن باشد به طور خودکار روشن می‌شود.

لامپ‌های گرمایشی

همان‌طور که می‌دانید، نور یکی از عناصر اصلی فتوسنتز است. درحالی‌که فتوسنتز به طور معمول شامل نور خورشید است، می‌توان آن را در گلخانه‌های سرپوشیده یا محیط گلخانه با استفاده از چراغ‌های مصنوعی شبیه‌سازی کرد.

برای درک چگونگی استفاده بهینه از چراغ‌های مصنوعی برای رشد گیاهان، بهتر است چند اصطلاح مهم دیگر دررابطه‌با فتوسنتز را مرور کنید. اولین اصطلاح موردبحث، شدت نور است. لامپ‌ها وسیله‌ای است که جریان الکتریکی را تبدیل به نور می‌کنند. علاوه بر روشن‌کردن یک فضای تاریک، می‌توان از آنها برای روشن بودن محیط، لامپ‌های سیگنال برای دستگاه الکترونیکی و لامپ‌های گرمایشی یا (لامپ‌های فشار بالا یا high pressure lamp) و بسیاری موارد دیگر استفاده کرد.

هدف در این پروژه استفاده از لامپ‌های فشار بالا برای افزایش دما است. با کاهش دما از لامپ‌های فشار بالا (لامپ ۲۴۰ ولت) برای افزایش حرارت استفاده می‌شود.

شیر برقی

شیرهای برقی، محصولات بسیار کاربردی هستند که می‌توانند در بسیاری از برنامه‌های متنوع و منحصربه‌فرد در سیستم‌های گلخانه‌ای مورداستفاده قرار گیرند. این شیرها معمولاً جایگزینی برای تعویض شیرهای دستی یا مکانی که از راه دور نمی‌توان به آن دسترسی داشت استفاده می‌شود. شیر برقی با تحریک شدن بوبین، باز یا بسته نمودن سوپاپ داخلی شیر اجازه عبور یا از قطع جریان جلوگیری می‌کند.

اِسکادا (SCADA (supervisory control and data acquisition

SCADA مخفف کلمه کنترل و نظارت بر اطلاعات جمع‌آوری‌شده است. یک سیستم رایانه‌ای برای جمع‌آوری و تجزیه‌وتحلیل داده‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرد. سیستم‌های SCADA برای نظارت و کنترل کارخانه یا تجهیزات در صنایعی مانند ارتباطات از راه دور، آب و فاضلاب، تجهیزات برقی، پالایش نفت، گاز و حمل‌ونقل استفاده می‌شود.

هنگامی‌که سیستم SCADA برای آبیاری کشاورزی استفاده می‌شود، این سیستم می‌تواند خروجی هر اتصالات آبی که مجهز به شیرهای برقی با توان‌های مختلف را به طور مؤثر بررسی کند، بازده تجهیزات را بهبود بخشد، عملکرد کلی مزرعه را نظارت کند، شرایط آب‌وهوایی را مورد بررسی قرار داده و اثرات یخ‌بندان را کاهش دهد. با بکار گیری این سیستم، کشاورزان می‌توانند هم‌زمان دستگاه‌های بسیاری را برای آبیاری محصولات زراعی استفاده کنند، کاربران می‌توانند اصلاحاتی مانند کنترل دما، کنترل شیرهای برقی، نظارت آبیاری، کنترل نشت آب را انجام دهند و اطلاعات مهم را دریافت کرده و گزارش‌های مفصل را بررسی کنند.

حفاظت از اتصال کوتاه شدن و سوختگی سیستم

به‌جای انواع فیوزهای قدیمی، از یک قطع‌کننده مدار مینیاتوری در سازه‌های جدید استفاده می‌شود. قطع‌کننده‌های مدار دستگاه‌های کوچکی هستند که برای کنترل و محافظت از پنل برقی و سایر وسایل از اتصال کوتاه شدن برق استفاده می‌شود. آنها برای حفظ و اطمینان از ایمنی و کیفیت انرژی تأمین شده استفاده می‌شوند. برق سه‌فاز از SMPS (switched-mode power supply) به MCB (miniature circuit breaker) داده می‌شود. در صورت بروز هرگونه مشکل در ولتاژ ۲۴۰ ولت، MCB خاموش می‌شود و تمام مدار را از آسیب جدی حفاظت می‌کند.

نتیجه‌گیری

اتوماسیون گلخانه با هدف تهیه محیط سازگار خاص برای گیاهان و جلوگیری از آسیب رساندن به گیاهان از نوسان شرایط محیطی انجام می‌شود. اتوماسیون در گلخانه به کاهش نیروی کار با بازده کارآمد کمک می‌کند. هدف اصلی این پروژه، جلب فضای سالم در مزارع غیرمتعارف و کنترل تغییر شرایط محیطی با استفاده از اجزای مختلف است. این پروژه دارای دامنه گسترده‌ای در زمینه کشاورزی مدرن است.

منابع

• Sheetal K. Bhongle(2016). Greenhouse Automation for Agriculture Using PLC & SCADA International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology
• https://www.ijirset.com/upload/2016/december/31_Greenhouse.pdf