اتوماسیون گلخانه یا سیستم کنترل اقلیم گلخانه، سیستمی است که به‌صورت دستی یا اتوماتیک با اندازه‌گیری، ثبت و پردازش داده‌ها، شرایط محیط گلخانه را حفظ می‌کند. تاسیس و مدیریت گلخانه به خاطر سوددهی بالایی که دارد؛ امروزه به یکی از شغل‌های محبوب تبدیل شده است. در این زمینه، هر چه از ابتکارهای هوشمندانه و روش‌های مدرن‌تر استفاده شود، میزان کیفیت محصولات تولید شده و در نتیجه سوددهی، بیشتر خواهد شد؛ از این رو آشنا شدن با اتوماسیون گلخانه قدم مهمی در راستای هوشمندسازی گلخانه‌ها به شمار می‌رود. استفاده از تجهیزات به‌روز، باعث کاهش هزینه‌های مربوط به فرایند مدیریت و همچنین کاهش دخالت نیروی انسانی لازم برای انجام کارهای گلخانه می‌شود.تأسیس و مدیریت گلخانه همواره با چالش‌های مختلفی درگیر بوده‌است. از آن جایی که سوددهی گلخانه براساس میزان سرمایه‌گذاری و دانش فنی شما افزایش می‌یابد، توجه به اصول این کار بسیار حیاتی است. تعداد زیادی از صاحبان گلخانه به دنبال استفاده از ترفندهای جدید برای اجرای این کار هستند. در حقیقت برای آن که بتوانید شما نیز از انواع ابتکارها در راستای مدیریت و کنترل گلخانه استفاده نمایید باید در وهله‌ی اول با اصول مدیریت سنتی گلخانه و شیوه‌های اجرای آن آشنا شوید. همانطور که می‌دانید هر نوع ابتکار هوشمندانه‌ای می‌تواند منجر به سوددهی بالایی شود به همین دلیل نیز آشنا شدن با اتوماسیون گلخانه امر بسیار مهمی تلقی می‌شود. امروزه، افراد زیادی وجود دارند که به دنبال آن هستند تا گلخانه‌ی خود را از بند شیوه‌های سنتی رها نمایند به همین دلیل نیز به اتوماسیون گلخانه روی می‌آورند. محیط گلخانه یک محیط پویا و پیچیده و باورنکردنی است. در دسترس نبودن کارگر، بهای انرژی و نیازهای بازار باعث شده که اتوماسیون و افزایش بهره‌وری کلید موفقیت و سودمندی باشد. فناوری کنترل محیط روی همه موارد مهم ذکر شده و دیگر موارد ذکر نشده می‌گذارد. بنابراین درک روش‌های کنترل و ابزار مورد استفاده آنها بسیار اهمیت دارد. کنترل دقیق شرایط محیطی گلخانه در رسیدن به بهترین و کاراترین محیط رشد اهمیت دارد. انقلاب کامپیوتر فرصت را برای کنترل پیشرفته فراهم کرد. سیستم‌های کنترل کامپیوتری برای گلخانه‌های مدرن استاندارد بوده و همپای پیشرفت‌های فناوری در حال پیشرفت است از آن جایی که این تسلط بر این مفهوم و اجرای مناسب آن منجر به افزایش درآمد گلخانه به مقدار قابل توجهی خواهد شد، در این مقاله به بررسی مفاهیم مرتبط با اتوماسیون گلخانه خواهیم پرداخت. با ما همراه باشید.

گلخانه‌های سنتی

پیش از آن که با مفهوم سیستم اتوماسیون گلخانه بپردازیم باید به بررسی گلخانه‌های سنتی بپردازیم. در حقیقت این مدل از گلخانه‌ها را تقریبا همه جا مشاهده می‌کنید. در این گلخانه‌ها، هیچ سیستم کنترلی وجود ندارد و تمامی کنترل‌ها و نظارت‌ها به صورت تجربی و فنی انجام می‌شود. برای مثال، صاحب گلخانه، باغبانی را برای آبیاری گل‌ها استخدام می‌کند و او نیز به صورت رندوم و در حالت بهتر براساس دفترچه‌ی برنامه‌ریزی، اقدام به آبیاری گیاهان می‌کند. از آن جایی که اکثر گلخانه‌ها با چالش‌ها و فراز و نشیب‌های متفاوتی مواجه می‌شوند، تکیه بر این نوع روش بسیار خطرناک است. فرض کنید که کارگر شما فراموش کند که بخاری موجود در گلخانه را خاموش کند. نتیجه‌ی این کار می‌تواند منجر به ایجاد تلفات جبران‌ناپذیری شود. گلخانه‌های سنتی، سابقه‌ی بسیار طولانی در تاریخ بشر دارند و دلیل این سابقه آن است که پیشرفت‌های صورت گرفته در حیطه‌ی کشاورزی و گلخانه، بسیار دیر به عرصه‌ی کاربردی وارد شدند؛ اما امروزه استفاده از این مدل گلخانه‌ها به دلیل رواج سیستم اتوماسیون گلخانه، در حال منسوخ شدن است.

معایب استفاده از گلخانه‌های سنتی

حال که با تعریف گلخانه‌های سنتی آشنا شدید باید با معایب آن که باعث شده تا بشر به سمت استفاده از سیستم اتوماسیون گلخانه پیش رود نیز آشنا شوید. در حقیقت پیشرفت‌های تکنولوژی، سهولت را به همراه خود داشتند و همین امر باعث شد تا تعداد زیادی از قشر گلخانه‌داران، به سمت این سیستم‌ها روی آورند. مهم‌ترین عیب گلخانه‌های سنتی آن بود که هیچ نوع نظارت دقیقی را نمی‌توان بر روی آن اعمال کرد. در حقیقت تعداد زیاد گیاهان و شرایط متغیر جوی مورد نیاز هر کدام به نحوی بود که کنترل تمامی داده‌ها در عرصه‌های آبیاری، کوددهی، سم‌پاشی و در کل تمامی جنبه‌ها، کار بسیار دشواری بود. با توجه به این موضوع، رسیدن به حداکثر کارایی نیز بسیار سخت می‌شد. از طرف دیگر، گلخانه‌های سنتی، نیروی انسانی خاص خود را نیز می‌طلبیدند. معمولا باید یک نگهبان یا کارگر را به صورت شبانه‌روزی برای آن‌ها استخدام کرد. همچنین زحمت رسیدگی به تمامی بخش‌های گلخانه نیز بسیار زیاد بود.

سیستم اتوماسیون گلخانه

حال که با تعریف و معایب گلخانه‌ی سنتی آشنا شدید، می‌توانید مفهوم سیستم اتوماسیون گلخانه یا سیستم کنترل هوشمند گلخانه را بهتر درک نمایید. با توجه به تمامی مشکلاتی که برای گلخانه‌ی سنتی ذکر شد، حل کردن آن‌ها به یک اولویت جهانی تبدیل شد به نحوی که اکثر محققان کشاورزی به دنبال یافتن راه‌حلی برای آن‌ها بودند. سیستم اتوماسیون گلخانه به عنوان مهم‌ترین راه‌حل برای این نوع گلخانه‌ها، معرفی شد. در حقیقت این سیستم با تکیه بر پیشرفت‌های صورت گرفته در حیطه‌ی تکنولوژی، تمامی دردسرهای ناشی از کار فیزیکی را از بین می‌برد. گلخانه‌داران دیگر لازم نبود نگران اندازه‌گیری میزان رطوبت باشند. حتی دیگر فراموش کردن خاموش کردن سیستم گرمایشی نیز مشکلی نبود. سیستم اتوماسیون گلخانه یا سیستم هوشمندسازی گلخانه تمامی مشکلات موجود در این زمینه را با استفاده از وسایل و تجهیزات مختلف هوشمند برطرف می‌کرد. در حقیقت این سیستم‌ها به شما کمک می‌کنند تا تمامی داده‌های مرتبط با گیاهان و عوامل مؤثر بر آن‌ها را جمع‌آوری کرده و با استفاده از انواع مختلفی از وسایل هوشمند نسبت به نگهداری از گیاهان به صورت ریموت و از راه دور، اقدام نمایید.

3-مزایای استفاده از سیستم اتوماسیون گلخانه

همانطور که ذکر شد، سیستم اتوماسیون گلخانه با تکیه بر پیشرفت‌های تکنولوژی سعی کرده تا خود را با آخرین متدهای روز دنیا همگام نماید. در حقیقت این سیستم‌ها هر روزه در حال پیشرفت هستند. دلیل تمرکز اکثر گلخانه‌داران برای داشتن چنین سیستم‌هایی، مزایای زیادی است که سیستم اتوماسیون گلخانه به همراه دارد. از آن جایی که آشنا شدن با این مزایا باعث می‌شود تا مفهوم این سیستم را نیز بهتر درک کنید، در زیر، به بررسی مهم‌ترین مزایای استفاده از سیستم اتوماسیون گلخانه خواهیم پرداخت.

کنترل از راه دور

یکی از قابلیت‌های سیستم اتوماسیون گلخانه آن است که شما می‌توانید دستگاه‌های هوشمند به کار گرفته شده در آن را از راه دور نیز کنترل نمایید. این قابلیت باعث می‌شود تا آزادی عمل بیشتری نسبت به قبل داشته باشید. همچنین در صورتی که اتفاقی رخ دهد که نتوانید به صورت حضوری به گلخانه بروید، استفاده از این سیستم‌ها راه‌حل شما خواهد بود.

انطباق‌پذیری

هر گلخانه‌ای دارای شیوه‌های کاشت و نگهداری مخصوص به خود است. همین موضوع باعث شده تا برخی از گلخانه‌داران از بابت توانایی تطبیق سیستم اتوماسیون گلخانه با این شرایط را دارد، نگران شوند. سیستم اتوماسیون گلخانه به دلیل همگام بودن با آخرین پیشرفت‌های تکنولوژی حیطه‌ی کشاورزی و باغبانی، می‌تواند خود را با تمامی شیوه‌های کاشت و نگهداری گلخانه‌ها تطبیق دهد.

کاهش مصرف انرژی

زمانی که از سیستم اتوماسیون گلخانه استفاده می‌کنید، تمامی داده‌های مرتبط با گیاهان، اعم از میزان دی اکسید کربن، دما، رطوبت، نور و به طور کلی هر چیزی که بر زندگی گیاه تأثیرگذار است را کنترل خواهید کرد. نحوه‌ی کنترل در دو فاز صورت می‌گیرد. فاز اول به این صورت است که با استفاده از انواع سنسورها، این داده‌ها را به دست خواهید آورد. داشتن این داده‌ها و مقایسه‌ی آن‌ها با هم به شما کمک خواهد کرد تا دید مناسبی نسبت به وضعیت گلخانه‌ی خود داشته باشید و در صورت زیاده‌روی و یا حتی کم‌کاری در هر کدام از فاکتورها، در انواع شیوه‌های گرمایش، آبیاری و سایر روش‌های دیگر، تغییراتی را اعمال نمایید.

افزایش کیفیت و کاهش اشتباهات

زمانی که با استفاده از سیستم اتوماسیون گلخانه به صورت هوشمند بر گلخانه‌ی خود نظارت داشته باشید، امکان بروز هر نوع خطایی بسیار کم خواهد بود. در حقیقت به دلیل آن که تمامی شرایط گلخانه به صورت اتوماتیک و بر اساس داده‌های برنامه‌نویسی کنترل می‌شود، نظارت کاملا دقیقی بر گیاهان وجود دارد و همین نکته باعث می‌شود تا کیفیت گیاهان شما افزایش یابد. همچنین این نکته را به یاد داشته باشید که یکی از مهم‌ترین دلایل افزایش تلفات در گلخانه، اشتباهات انسانی است که از این اشتباهات با استفاده از سیستم اتوماسیون گلخانه، پیشگیری به عمل خواهد آمد.

 4-یک سیستم اتوماسیون گلخانه خوب!

بهبود مدیریت و نگهداری گلخانه

محیط گلخانه یک محیط پویا است و شرایط محیطی گلخانه چالش‌های بی‌نظیری مانند تغییرات دما دارد. کنترل مناسب این محیط به‌راستی مشکل است اما منفعت اتوماسیون خوب بسیار بیشتر از هزینه‌ها است. حتی درصد کوچکی از بهبود در بعضی مناطق اثر قابل توجهی روی عملکرد دارد. اتوماسیون داخل یک گلخانه به‌صورت‌های مختلف از حد یک ترموستات ساده برای کنترل تهویه تا سیستم‌های کنترل کامل کامپیوتری انجام می‌شود.

کاهش هزینه‌ها

هماهنگی بهتر تجهیزات و کنترل دقیق‌تر می‌تواند هزینه‌های اضافی را کاهش دهد. کنترل‌های خودکار، بهره‌وری کارگردان را از طریق توجه بیشتر به دیگر وظایف افزایش و تعداد کارگر مورد نیاز را کاهش می‌دهد. سیستم‌های کنترل اقلیم خوب، با فراهم کردن اطلاعات اضافی برای مدیر و کارگران، آن‌ها را قادر می‌کنند تصمیمات بهتری برای بهبود وضعیت گیاهان و گلخانه بگیرند.

پیشرفت آبیاری

در کنترل پیشرفته آبیاری که در بعضی سیستم‌ها انجام می‌شود، آبیاری دقیق‌تر و به موقع انجام می‌شود. با کنترل مؤثر آبیاری می‌توان آب مصرف شده برای آبیاری را تا ۷۰% کاهش داد. نظارت و کنترل پایدار دقت زیادی ایجاد می‌کند که وقتی با مصرف بهینه آب همراه شود می‌تواند کاهش مصرف کود و بهبود تأثیر آن را به دنبال داشته باشد.

بهبود کنترل دما

کنترل دقیق‌تر دما توسط سیستم اتوماسیون گلخانه و به‌کار بردن مؤثرتر رژیم‌های دمایی کنترل‌کننده رشد می‌تواند نیاز به مصرف تنظیم‌کننده‌های رشد را کاهش دهد. مدیریت بهتر رطوبت، آبیاری و دما همچنین به کاهش تنش و بیماری‌ها کمک می‌کند به‌طوری که باعث کاهش نیاز به مصرف قارچ‌کش‌ها و دیگر مواد شیمیایی می‌شود.

 محصولات سالم‌تر

در گلخانه‌های دارای سیستم کنترل اقلیم شرایط محیطی و آبیاری دقیق، گیاهان سالم‌تری حاصل می‌شود و گیاهان سالم‌تر حساسیت کمتری به آفات و بیماری‌ها دارند. شرایط محیطی کاهش قابل توجهی در جمعیت آفات و مصرف آفت‌کش‌ها دارد. بیماری کمتر، آبیاری و کوددهی مؤثرتر، افزایش اطلاعات تولیدکننده و مدیریت، با افزایش سلامت و یکواختی گیاه همراه است.

به‌طور کل مزایای سیستم اتوماسیون گلخانه عبارت است از:

کنترل مطلوب محیط اطراف گیاه

راندمان بالاتر انرژی

راندمان بهتر نیروی کارگری

بهبود مدیریت

کاهش مصرف آب

کاهش مصرف کود

کاهش مصرف مواد شیمیایی

کاهش مصرف آفت‌کش‌ها

بهبود کیفیت و یکنواختی محصول

بهبود کمیت و یکنواختی محصول

کاهش ضایعات محصول

پارامترهایی که کنترل می‌شود:

کنترل دما (گرم کردن و خنک کردن)

چرخش و تبادل هوا (پنکه‌ها، بادگیرها و هواکش‌ها)

نمناکی (مه، رطوبت، هواکش‌های رطوبت‌زدایی و گرما)

میزان co۲ (نظارت و تزریق)

ذخیره گرما

آبیاری (پمپ کردن، ظرفیت، والوها)

تیمار شیمیایی

مدیریت تغذیه (تزریق/مخلوط کردن کود)

سیستم‌های ذخیره و تأمین آب

سیستم‌های توزیع مشترک

5-سطوح مختلف کنترل اقلیم در گلخانه

کنترل اقلیم در گلخانه توسط سیستم اتوماسیون در سه سطح موردنیاز است.

الف) کنترل در سطح عمل

کنترل در این سطح به کنترل تجهیزات برای یک عمل خاص مثل مدیریت دما، آبیاری، کوددهی و غیره مربوط می‌شود. کنترل‌ کننده‌های یک کاره ممکن است الکترونیکی (کنترل کننده‌های آنالوگ مرحله‌ای یا کنترل کننده‌های با پایه ریز پردازشگر باشند. به عنوان مثال کنترل کننده‌های دما عموماً ۱۲-۵ خروجی کنترل را بسته به کارخانه سازنده و مدل دستگاه فراهم می‌کنند که اجازه ۲ تا ۳ مرحله گرم کردن، و ۳ تا ۵ مرحله خنک کردن را می‌دهد. بعضی مدل‌ها هواکش‌های خنک کننده و والوهای مخلوط کننده گرما را کنترل می‌کنند.

ب) کنترل در سطح تجهیزات

این سطح کنترل به کنترل تجهیزات منفرد (یک کاره) مربوط می‌شود. این کنترل به ابزارهایی که کنترل کننده یک نوع از تجهیزات یا به عنوان رابط یا حد واسط بین آن‌ها است مربوط می‌شود، مثل کنترل کننده موتور در کنترل عمل هواکش، کنتاکتورها و استارت کننده‌های موتور در پمپ‌ها، هواکش‌ها و غیره. هر سیستم کنترل کننده باید قادر باشد تجهیزاتت را بر اساس عمل خاص و منحصر به فرد آن مدیریت کند.

ج) کنترل در سطح سیستم

کنترل در این سطح به کنترل تجهیزات، اعمال و سیستم‌ها مربوط می‌شود. عملکرد یک وسیله در گلخانه بوسیله عملکرد وسایل دیگر و تغییرات شرایط اقلیمی تحت تاثیر قرار می‌گیرد.

انواع سیستم کنترل اقلیم گلخانه

۱. کنترل مرحله‌ای

در روش کنترل مرحله‌ای، پاسخ‌های کنترلی در چندین مرحله مجزا اعمال می‌شود. این روش برای تجهیزاتی که می‌توانند بصورت مرحله‌ای کار کنند مثل پنکه‌ها یا واحدهای گرم کننده خوب عمل می‌کند؛ اما برای هواکش‌های سقف و والوهای مخلوط کننده که قادرند با حداکثر ظرفیت دقیق‌تر عمل کنند خوب نیست.

 ۲. کنترل تلفیقی

در این روش اتوماسیون گلخانه، کنترل‌های وابسته به هم و اثرات چندگانه تجهیزات گلخانه به‌طور همزمان مورد توجه قرار می‌گیرند. پاسخ‌های کنترلی معمولا متناسب با ظرفیت کل بین فعال یا غیرفعال بودن کامل هستند.

3. سیستم کنترل(ّFeed Back)

این سیستم اجازه می‌دهد که کنترل کننده بر اساس تفاوت‌های بین اندازه‌گیری های واقعی و مقادیر تنظیم شده تصمیم بگیرد.

۴. سیستم کنترل نسبی

در کنترل نسبی بر اساس اینکه وضعیت اندازه‌گیری شده تا چه میزان از حد تنظیم شده فاصله دارد سیستم عکس العمل نشان می‌دهد. این سیستم در کنترل تجهیزاتی که قادر به داشتن عکس العمل مناسب بر اساس فاصله بین شرایط واقعی و شرایط تنظیم شده هستند، مفید است.

۵. اتوماسیون گلخانه کامل

سیستم کنترل اقلیم کامل پاسخ کنترلی را نسبت به میزان انحراف شرایط اندازه‌گیری شده از شرایط تنظیم شده، نشان می‌دهد. زمانی که این سیستم با سیستن کنترل نسبی به کار رود، یک روش دوگانه برای بازگرداندن حالت انحراف به شرایط تنظیم شده فراهم می‌شود.

۶. سیستم کنترل اشتقاقی

کنترل اشتقاقی سرعت تغییر شرایط اندازه‌گیری شده را با درجه پاسخ تغییر می‌دهد، و وقتی با کنترل‌های نسبی و کامل بکار رود، زمانی را که برای اصلاح انحراف لازم است، کاهش می‌دهد.

7. سیستم کنترل (Feed Forward)

چون این سیستم‌ها اثر شرایط موجود را روی پارامترهای تحت کنترل محاسبه می‌کند، پاسخ کنترلی برای شرایط تنظیم شده در جایی که استفاده می‌شوند و وقتی معادلات تعادل انرژی در سیستم بکار می‌رود، قابل پیش‌بینی است.