Návrh a vývoj řídicího systému pro hydroponický pěstební modul

Abstract

Tato diplomová práce se zaměřuje na návrh a vývoj řídicího systému pro hydroponický pěstební modul Urbanio 3x1 - GreeenTech. Hlavním cílem bylo vytvořit spolehlivé a efektivní automatizační řešení, které zajistí optimální podmínky pro růst rostlin v kontrolovaném prostředí. Teoretická část práce poskytuje přehled hydroponických technologií, jejich komponent a principů moderní automatizace, včetně IoT, umělé inteligence a digitálních dvojčat. Praktická část zahrnuje návrh a realizaci hardwarového i softwarového řešení. Hardwarová část se zabývá integrací senzorů pro monitorování klíčových parametrů, jako jsou pH, EC, teplota a vlhkost, a akčních členů pro řízení čerpadel, ventilů, osvětlení a ventilace. Komunikace mezi jednotlivými komponentami je zajištěna prostřednictvím protokolu PROFINET. V rámci softwarové části byl vytvořen řídicí program PLC a intuitivní HMI rozhraní pro monitoring a ovládání systému. Systém byl podroben důkladnému testování, které potvrdilo jeho spolehlivost a schopnost přizpůsobit se různým druhům plodin a fázím jejich růstu. Výsledky prokázaly schopnost systému udržovat optimální podmínky pro růst rostlin s minimální spotřebou zdrojů a nízkými provozními náklady. Tato práce přispívá k rozvoji hydroponických technologií a ukazuje potenciál automatizovaných systémů v moderním zemědělství. Navržené řešení poskytuje pevný základ pro další výzkum a vývoj v oblasti udržitelné a efektivní produkce potravin, čímž reaguje na výzvy spojené s urbanizací, omezenými přírodními zdroji a environmentální udržitelností.

This diploma thesis focuses on the design and development of a control system for the hydroponic growing module Urbanio 3x1 - GreeenTech. The main objective was to create a reliable and efficient automation solution to ensure optimal conditions for plant growth in a controlled environment. The theoretical part provides an overview of hydroponic technologies, their components, and the principles of modern automation, including advanced sensor systems and process control algorithms. The practical part involves the design and implementation of both hardware and software solutions. The hardware part focuses on integrating sensors for monitoring key parameters such as pH, EC, temperature, and humidity, as well as actuators for controlling pumps, valves, lighting, and ventilation. Communication between components is facilitated by the PROFINET protocol. The software development includes the creation of a PLC control program and an intuitive HMI interface for monitoring and managing the system. The system underwent thorough testing, which confirmed its reliability and ability to adapt to various plant species and growth phases. The results demonstrated the system's capability to maintain optimal conditions for plant growth with minimal resource consumption and low operational costs. This work contributes to the development of hydroponic technologies and showcases the potential of automated systems in modern agriculture. The proposed solution provides a solid foundation for further research and development in sustainable and efficient food production, addressing challenges such as urbanization, limited natural resources, and environmental sustainability.