Örtü Altı Üretim Sistemleri Dersi 6. Ünite Özet

Mekanizasyon ve Otomasyon

Üretim ve iletim proseslerinde insanın yaptığı birçok işi aşamalı olarak makinaların yapmaya başlamasıyla mekanizasyon kavramı ortaya çıkmış ve insan kas gücünün makine gücüyle yer değiştirmesine olanak sağlamıştır.

Otomatik kontrol olarak da ifade edilen otomasyon, sistemde yer alan donanım ve makinaları kullanarak, önceden tanımlanmış bir dizi işlemi insan müdahalesi olmadan kontrol altında tutma işlemleridir.

Endüstriyel otomasyon mekanizasyondan farklıdır. Mekanizasyonda makinaları operatörler çalıştırırken otomasyonda işin çoğunu bilgisayarlar, kontrol cihazları ya da robotlar yapar.

Günümüzde modern teknolojili seralar birer endüstriyel tesisler olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu tesislerde bitkilerin ihtiyaç duyduğu ışık, sıcaklık, su, gübre, nem vb. uygun şekilde sağlayacak otomasyon makine ve teçhizatı kullanılır. Sera otomasyon sisteminin ölçme, kumanda, denetleme, veri depolama, veri alışverişi, görüntüleme ve alarm gibi fonksiyonları sağlaması gerekir.

Elektronik Ölçme Tekniği

Zaman, sıcaklık, yön gibi doğadaki ölçülebilir büyüklükler anolog özellik taşımaktadır. Anolog bilgiler dijital bilgiye dönüştürülebilmektedir. Ölçüm devrelerinde alınan büyüklükler gerilim veya akım olarak elektriksel sinyallere dönüştürülür. Elektronik devrelerde analog ve dijital olarak iki tip sinyal kullanılır.

Yönü ve genliği zamanla değişen sinyallere analog sinyaller denir. Yüksek ya da düşük sinyal seviyelerine göre kesikli olarak değişen sinyallere de dijital sinyaller denir.

Ölçüm tekniğinde anolog ve dijital devreler genellikle birlikte kullanılır. Analog sinyaller için analog-dijital (A/D Converter) çevirici, dijital sinyaller için dijital-analog (D/A Converter) çevirici kullanılır.

Sensörler

Son yıllarda algılama ve elektriksel dönüştürme işlemini bir arada yapan elemanlara sensör adı verilmektedir. Sensörden alınan sinyaller filtreleme, kuvvetlendirme, dijitale çevirme şeklinde işlenebilmektedir. Devrenin ana işlemcisi çevrilen sinyalin görüntülenmesini ve iletilmesini sağlar. Ölçüm ya da bilgi işleme sisteminin algılama, sinyal işleme, işlenmiş bilgiyi gösterme, bilgi kaydetme/saklama ve bilgi iletme gibi işlevleri vardır.

Sıcaklık sensörlerinin ölçümü proses içinde ısı transferi sonucu oluşan yeni koşulların algılanması esasına dayanır. Endüstride temaslı ve temassız olma üzere iki tip sıcaklık sensörü kullanılmakla birlikte temaslı olanı daha yaygın kullanılmaktadır. Elektriksel direnç tipi sensörler sıcaklık ölçümünde yaygın şekilde kullanılmaktadır. Bundan başka termistör, ısıl-çift, analog sensör ve dijital sensör temas tipi sıcaklık sensörleri olarak kullanılmaktadır.

Havanın bağıl nemini ölçmede higrometre, ıslak ve kuru termometre, direnç tipi sensörler ve kapasitif sensörler kullanılmaktadır.

Sera içindeki bitkilerin gelişimlerinde gerekli olan fotosentez konsantrasyonunun ölçümünde genellikle üç yöntem kullanılır:

1. Optik dalga yönlendirmesiz kızılötesi ışın analizörü,
2. Optik dalga yönlendirmeli kızılötesi ışını soğurma,
3. Fiber optik ışın yönlendirme.

Güneş ışınımının ölçümünde farklı üç ölçüm cihazı kullanılabilir:

1. Toplam ışınım ölçer (310-2800 nm),
2. Toplam ışınım ölçer (400-1100nm),
3. PAR ölçer (Quantum sensör: 400-700 nm).

Basınç birim alandaki kuvvettir. Basınç seviyesi mekanik, elektriksel ya da her ikisinin de kullanıldığı farklı yöntemlerle ölçülebilmektedir. Atmosfer basıncının ölçümünde barometre, sıvı basıncının ölçümünde manometre yaygın kullanılan cihazlardır. Elektriksel basınç ölçümü uzama pulu, piezoelektrik, kapasitans, doğrusal mesafe ölçer ve optik olmak üzere farklı yöntemlerle yapılabilmektedir.

Seviye ölçümü iki şekilde yapılabilir: Sürekli ölçüm ve referans noktası tespiti şeklinde. Sürekli ölçüm yönteminde çoğunlukla metre birimi kullanılır. Ancakteknoloji ve ölçülen büyüklüğe göre farklı yöntemler vardır: Ultrasonik, radar, basınç, ağırlık, iletkenlik, kapasitif.

Topraktaki suyun varlığı su potansiyeli ya da hacimsel su içeriğine göre tanımlanır. Ancak su potansiyeli ile su içeriği aynı şey ifade etmez.

Topraktaki su potansiyelinin ölçümünde kullanılan yöntemler:

1. Toprak tansiyometresi,
2. Alçı blokları,
3. Topak psikrometresi.

Toprak su içeriğinin belirlenmesine dört yöntem kullanılır:

1. Gravimetrik nem ölçümü,
2. Lizimetre
3. Radyolojik teknikler,
4. Toprağın dielektrik özellikleri.

Seralarda topraksız üretimde çok miktarda su ve gübre kullanıldığından pH ve EC seviyelerinin aşağıda belirtilen aşamalarda bilinmesi gerekir:

• Sulama suyu kalitesi,
• Bitkilere ulaşmadan önce,
• Bitki kök bölgesinde yetişme ortamı.

Yetiştirilen bitkiye bağlı olmakla birlikte, topraksız üretimde tüm besinlerin emilimi için pH’nın 5,4-6,2 aralığında olmasına dikkat edilmelidir.

Elektriksel iletkenlik(EC) suda çözünmüş minerallerin miktarını gösterir. Bitkiler ulaşmadan önce, bitki isteklerine ve çevresel koşullara göre, elektriksel iletkenlik genellikle 2-5 mS/cm arasında olmasına çalışılır.

Kullanım amacına göre iki tip pH ve EC ölçüm cihazı vardır: el tipi ve hat üstü ölçüm cihazı.

Otomatik Kontrol

Eskiden sistemlerin kontrolü insanlar tarafından manuel olarak yapılırdı. Otomasyonun başarısı çok zayıftı ve operatörün deneyimine, yeteneklerine bağlıydı. Operatör ölçüm yaparken görme işitme, koklama, dokunma gibi duyularını kullanırdı.

Üretim süreci basit ya da karmaşık yapıda birçok prosesten oluşabilir. Prosesin önceden tanımlanmış bir işi yapabilmesi için bir girişinin ve bir çıkışının olması gerekir. Bir giriş ve çıkışlı kontrol sistemine bir girişli ve bir çıkışlı sistem denir. Sinyaller çok sayıda ise çok girişli ve çok çıkışlı sistem olarak ifade edilir. Giriş ve çıkış terimleri sisteme herhangi bilgi, enerji ya da materyal akışını göstermek için kullanılır.

Modern sistemlerde, operatörün kontrol fonksiyonu denetleyici ile yer değiştirmiştir. Operatör sadece ayarlanan aralık içinde denetleyicinin çalışmasını izler.

Otomatik kontrol, proses çıkışı sensörle ölçüldükten sonra bilgiyi geri besleyerek prosesin dengede kalmasını sağlayacak şekilde kumanda cihazının çalıştırılması olarak ifade edilir.

Prosesin yönetilmesinde karar verici olarak denetleyici kullanılır. İki tip kontrol stratejisi vardır:

1. Açık çevrim kontrol: Proses değişkenlerinin sabit kaldığı sistemlerde hassasiyet gerektirmeyen monoton işlerin yapılmasında kullanılabilir. Zamana göre işlem yapan, trafik sinyalizasyonu, merdiven otomatiği, bulaşık makinası gibi her sistem açık çevrimdir.
2. Kapalı çevrim kontrol: Kapalı çevrime geri beslemeli çevrim de denir. Bu tip sistemlerde çıkış girişi denetlemektedir. Sera iklim kontrolünde kapalı çevrim kontrol kullanılır.

Açık ve kapalı çevrim arasındaki fark geri besleme etkisidir. Geri beslemeli çevri daha hassas olduğu için otomatik kontrol proseslerinde yaygın şekilde kullanılmaktadır. Basitten karmaşığa farklı kontrol yöntemleri kullanılır:

1. On/Of kontrol,
2. Oransal kontrol,
3. Oransal integral kontrol,
4. Oransal-integral-türev kontrol.

Kumanda cihazları enerji kaynağına göre sınıflandırılır: Elektrikli, manyetik, pnömatik, hidrolik kumanda cihazları. Bunlar motor, vana, pompa, fanın çalışma rejimlerini kontrol eder.

Uygulama özelliklerine göre değişik cihazlar kullanılır:

1. Röle,
2. Pnömatik valf,
3. Selenoid valf,
4. Kontaktör.

Elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren makinalara elektrik motoru adı verilir. Kullanılan enerji kaynağına göre doğru akım(DC) ve alternatif akım(AC) motorları olarak sınıflandırılır. Seraların havalandırma pencere ve gölgelendirme sistemlerinde redüktörlü üç fazlı (RST) asenkron motor kullanılır.

Endüstriyel Kontrol Sistemleri

Elektronik, iletişim ve yazılım teknolojilerindeki gelişmeler sonucunda prosese yönelik özel yazılım ve donanım tek ünitede birleştirilmiştir. Ve bu sisteme gömülü kontrol sistemleri denilmiştir. Gömülü kontrolün iki tipi vardır:

1. Gerçek zamanlı kontrol,
2. Dağıtılmış kontrol.

Gerçek zamanlı kontrol sisteminde en önemli işlem tüm işlemlerin zaman üzerinde yürütülmesidir.

Dağıtılmış kontrol sisteminin temel alt yapısı veri yoluna dayanır. Veri yolu, operatör panelinden verilerin monitöre iletilmesi, saklanması ile ana bilgisayar ve diğer ağ bileşenleri arasında haberleşmeyi sağlar.

Gelişmiş endüstriyel kontrol sistemleri özel amaçlı sayısal denetleyici ve bilgisayarlar üzerinden gömülü ağları kullanır. Gömülü ağ yapısına uygun olan ağlar şunlardır:

• CAN,
• SCADA,
• Endüstriyel Ethernet,
• DeviceNet,
• HART Field,
• Endüstriyel LAN.

Seralarda SCADA ve PLC teknolojileri birlikte kullanılarak akıllı kontrol sistemleri oluşturulabilir.

Modern Seralarda Tümleşik Sistem Yönetimi

Sera teknolojisinin gelişiminde, konstrüksiyon maliyetini azaltmakla birlikte yeterli yapısal dayanım, düşük enerji tüketimi, yüksek ışık geçirgenliği, yeterli havalandırma – serinletme yeteneği ve işletme maliyetini azaltma gibi özellikler önemli rol oynamaktadır.

Modern seralar, alan büyüklüğü, kullanılan donanım, makine, cihaz ve sistemler bakımından, endüstriyel tesis olarak kabul edilmektedir. Büyük ölçekli modern seralarda çok miktarda enerji, su-gübre, işgücü kullanılarak çok miktarda ürün elde edilmektedir. Bu nedenle sera endüstriyel bir tesis olarak yönetilmelidir. Bu amaçla serada tümleşik sistem yönetim kavramı ve kuralları uygulanmalıdır.

Seralar için geliştirilen tümleşik sistem yönetimi aşağıdaki bileşenleri kapsar:

• Enerji yönetimi,
• İklim yönetimi,
• Su-gübre yönetimi,
• Bitki yönetimi,
• Kalite ve hastalık yönetimi

Seralarda hiyerarşik kontrol modeli iklim kontrolü ve bitki büyüme kontrolü üzerine kurulur.