Az E-IoT alkalmazása speciális területen – a vertikális farm távfelügyelete

Egy izgalmas és sok szempontból úttörő területre szeretnénk elkalauzolni az olvasót: a vertikális farmok távfelügyeleti és üzembiztonsági kérdéseinek világába. Írásunk apropóját az a lehetőség adta, hogy szerzőink nemrégiben São Paulóban, a Pink Farms telephelyén telepíthettek egy minta E-IoT rendszert, és személyesen is bejárhatták ezt a különleges létesítményt, amely nemcsak Brazíliában, hanem egész Dél-Amerikában a legnagyobb vertikális farmként működik. A projekt érdekessége, hogy a speciális LED világítást – amely alapvetően meghatározza a növények fejlődését – az Endrich helyi partnere, az Audax Electronics biztosította, így a farm nemcsak agrár-, hanem komoly technológiai innovációs bázisként is működik.

A vertikális farming a mezőgazdaság egyik legmodernebb formája, ahol a növényeket egymás fölé épített rétegekben, zárt és irányított környezetben termesztik. Ezáltal az alapterület sokszorosát lehet hasznosítani, miközben a termelés teljesen független az időjárástól és a földrajzi körülményektől. Egy ilyen nagyszabású létesítményben természetesen a világítástechnika, a vezérléstechnika és az ipari elektronika kap kiemelt szerepet, melyeket erre szakosodott vállalatok biztosítanak. Ugyanakkor az üzembiztonság további erősítése érdekében felmerül egy az alapvezérléstől független, retrofit módon telepíthető szenzorhálózat iránti igény is. Ez kiváló terepet jelent az E-IoT szubgigahertzes, mesh szervezésű rádiós okosszenzor-hálózatainak, amelyek valós időben felügyelik és ellenőrzik a kulcsfontosságú környezeti paramétereket – így a fényerősséget, a hőmérsékletet és a páratartalmat –, hozzájárulva a stabil és fenntartható működéshez.

A vertikális farmról általánosságban

A vertikális farming a mezőgazdaság egyik leginnovatívabb és legdinamikusabban fejlődő ága, amelyben a növényeket egymás fölé épített rétegekben, zárt és teljes mértékben irányított környezetben termesztik. Ennek a megközelítésnek köszönhetően az alapterület kihasználtsága többszörösére növelhető, miközben a termelés teljes mértékben független az időjárási viszonyoktól és a földrajzi korlátoktól. Ez a technológia különösen nagy jelentőséggel bír az urbanizálódó világban, ahol a városok közvetlen élelmiszer-ellátása egyre fontosabb szempont.

A rendszer hatékonyságának elsődleges tényezője a világítás. A növények növekedéséhez szükséges energiát mesterséges LED-fényforrások biztosítják, amelyek spektruma és intenzitása precízen szabályozható. Ezzel közvetlenül befolyásolható a fotoszintézis hatékonysága, a növekedési ütem, valamint a beltartalmi értékek alakulása. Az energiahatékony LED-technológia tehát nem csupán a növények fejlődésének motorja, hanem a gazdaságosság kulcseleme is.

A második alappillért a vezérlőelektronika jelenti, amely folyamatosan felügyeli és szabályozza a klimatikus paramétereket: a hőmérsékletet, a páratartalmat, az öntözést és a tápanyagellátást. Az automatizált folyamatirányítás stabil mikroklímát biztosít, ami elengedhetetlen az egyenletes minőség és a megbízható hozam fenntartásához. Az adatok gyűjtése és feldolgozása lehetővé teszi a távoli beavatkozást és az adatalapú optimalizálást, amely a modern precíziós mezőgazdaság egyik sarokköve.

A harmadik pillér a független szenzorhálózat, amely redundáns biztonsági réteget képez a központi vezérlés mellett. A fényintenzitás, a szén-dioxid-koncentráció, a hőmérséklet és a páratartalom valós idejű monitorozása nélkülözhetetlen a rendszer finomhangolásához.A decentralizált, autonóm érzékelők révén akkor is rendelkezésre állnak az alapadatok, ha a fő vezérlőegység meghibásodik. Ez a megoldás hosszú távon biztosítja a precíziós gazdálkodás stabil működését, valamint a termelékenység folyamatos növelését.

Összefoglalva: a vertikális farmok sikerének három alappillére a világítástechnológia, a vezérlőelektronika és a független szenzorhálózat. E három tényező integrációja teremti meg azt a tudományos alapokon nyugvó, ugyanakkor gyakorlatban is működőképes rendszert, amely képes a fenntartható, nagy hozamú és gazdaságos városi élelmiszertermelés biztosítására.

A Pink Farmsról

A Pink Farms, Latin-Amerika legnagyobb vertikális farmja São Paulo belvárosában működik, és 2017-es alapítása óta bizonyítja, hogy az élelmiszer-termelés egy-szerre lehet hatékonyabb, fenntarthatóbb és közelebb vihető a fogyasztókhoz. A koncepció lényege, hogy a termelés nem a városoktól távoli földterületeken zajlik, hanem közvetlenül a metropolisz szívében, egy 750 m²-es ipari raktárban, ahol a zöldségek tízszintes toronyrendszerekben, rétegesen egymás fölött nőnek.

A Pink Farms a hidroponikus termesztés módszerét alkalmazza, amelyben a növények talaj nélkül, tápoldatos vízben fejlődnek. A rendszer 95%-kal kevesebb vizet és 60%-kal kevesebb műtrágyát igényel, miközben teljesen mellőzi a növényvédő szerek használatát. Az éghajlati tényezőket – hőmérséklet, páratartalom, légáramlás és fény – fejlett elektronikus rendszerek szabályozzák, így a termesztés egész évben, időjárástól függetlenül stabil minőségben zajlik. A farm LED-világítást alkalmaz, amely rózsaszín, kék és vörös fény kombinációjával utánozza a napfényt, optimalizálva a fotoszintézist és gyorsítva a növekedést.

A termesztett növények között főként saláták, rukkolák, bazsalikom és spenót szerepelnek, amelyek közvetlenül a helyi piacokra, éttermekbe és fogyasztókhoz jutnak el. Az ellátási lánc lerövidítése révén az áru gyakran csak néhány órával a betakarítás után kerül a fogyasztó asztalára, így megőrzi frissességét, magas tápértékét, és csökken az élelmiszer-pazarlás. A szállítási igény minimalizálása emellett jelentősen mérsékli a közlekedésből származó szén-dioxid-kibocsátást is.

A Pink Farms példát mutat arra, hogyan lehet a nagyvárosi élelmiszer-termelést fenntartható és környezetbarát módon megszervezni. A modell gyorsan terjed világszerte, és Latin-Amerika növekvő urbanizációja különösen kedvez a hasonló kezdeményezéseknek.  A cég tervezi, hogy São Paulóból kiindulva más nagy brazil városokba – például Rio de Janeiróba, Brasíliába és Belo Horizontéba – is kiterjeszti tevékenységét.

Mindemellett a vertikális farmok előtt kihívások is állnak. A beruházási költségek és az energiafelhasználás jelentősök, Brazíliában pedig jelenleg nincs olyan szabályozás, amely lehetővé tenné, hogy a vertikális farmokon termesztett élelmiszereket hivatalosan is biotermékként lehessen minősíteni. Ennek ellenére a szakértők szerint a jövő perspektívái rendkívül biztatóak: a vertikális gazdálkodás hozzájárulhat a globális élelmiszer-biztonsági problémák megoldásához, miközben környezetbarát alternatívát kínál a hagyományos mezőgazdasági módszerekkel szemben.

Független szenzorhálózat NeoMesh alapokon egy vertikális farmban

Egy modern vertikális farm hatékony működésének kulcsa a termesztési környezet folyamatos monitorozása. A hőmérséklet, a páratartalom, a fényintenzitás, a CO₂-szint olyan kritikus paraméterek, amelyeket valós időben kell táv felügyelni. Mindez csak egy kiterjedt, független szenzorhálózattal biztosítható, amely kiegészíti a központi PLC-vezérlés által felügyelt alapfunkciókat.

Az energiaellátás kihívása

A vertikális farm környezetében a szenzorokból potenciálisan több száz vagy akár több ezer is szükséges. Ezek hagyományos elemes táplálása hosszú távon fenntartható az alkalmazott lítium elemekkel, de néha még a többévenkénti az elemcsere is költséges és logisztikailag bonyolult feladat, ráadásul a folyamatos karbantartás miatt a rendszer üzembiztonsága is sérülhet. Ezért jelent hatalmas előrelépést az e-zero-BatteryZone koncepció: az autonóm, energiagyűjtésre képes okosszenzorok alkotta mesh hálózat, mely a mesterséges világításból képes fedezni a napi energiaigény jelentős részét. Mivel a farmon a LED-világítás napi 16–20 órában működik, a szenzorok számára szinte korlátlan energiaforrás áll rendelkezésre, így az elemcsere problémája megszűnik. A hálózat működése sötétben, a növények pihentetése során sem áll le, hiszen az alkalmazott szuperkapacitás sokszáz üzenet elküldéséhez elegendő energiát biztosít.

Rádiós környezet: Miért nem wifi és bluetooth?

A vertikális farm sajátos építészeti és technológiai ki-alakítása miatt kvázi Faraday-kalitkaként viselkedik. A fémszerkezetek, csőhálózatok és polcrendszerek erősen csillapítják a magasabb frekvenciájú rádiójeleket, így a hagyományos 2,4 GHz-es WiFi és Bluetooth megoldások sok esetben megbízhatatlanok. Ezzel szemben a sub-GHz sáv (pl. 868/915 MHz) lényegesen jobb terjedési tulajdonságokkal rendelkezik: képes átjutni a polcrendszereken, falakon, és sokkal stabilabb kapcsolatot biztosít egy ilyen komplex ipari környezetben, ahol a feldolgozó egység, illetve az adatok Internetre való kicsatolására szolgáló átjáró a falakon kívül helyezkedik el…

A NeoMesh előnyei a farmon más technológiákkal szemben

A NeoCortec NeoMesh protokoll különösen jól illeszkedik a vertikális farmok igényeihez. Néhány kiemelt jellemző:

• Mesh topológia: minden csomópont továbbítja a többiek üzeneteit, így a hálózat önjavító és önszervező módon működik. Ha egy csomópont kiesik, az adatok automatikusan más útvonalon jutnak célba.
• Skálázhatóság: több száz vagy akár több ezer csomópont integrálható, így a szenzorok képesek lefedni az egész farmot.
• Alacsony energiafogyasztás: a NeoMesh üzenetváltási mechanizmusa rendkívül takarékos, ezért ideális elemes vagy energiagyűjtő (OPV + szuperkondenzátor) üzemhez.
• Determinált kommunikáció: garantált üzenetkézbesítés, kábeles megoldáséval vetekedő üzembiztonság
• Gyors telepíthetőség: a kompakt, öntapadós hátlappal rendelkező szenzorok egyszerűen rögzíthetők a lámpatestek közelében, műanyag felületekre. Ez minimális telepítési időt igényel, és nincs szükség kábelezésre.

Egy független biztonsági réteg

A NeoMesh-alapú szenzorhálózat nem a PLC-vezérlés kiváltására szolgál, hanem annak független kiegészítőjeként működik. Ha a központi vezérlés meghibásodik vagy kommunikációs problémák lépnek fel, a NeoMesh továbbra is biztosítja az alapvető környezeti adatok elérhetőségét és az automatikus értesítést az üzemkiesésről. Ez növeli az üzembiztonságot, és lehetővé teszi a folyamatos távfelügyeletet.

A vertikális farmokban egy NeoMesh-alapú, E-zeroBatteryZone koncepcióra épülő független szenzorhálózat egyszerre oldja meg a megbízható adatgyűjtés és a saját energiaellátás kihívásait. Az energiafüggetlenség, a sub-GHz megbízható rádiós kapcsolat, valamint a hálózat önszervező képessége együttesen garantálja, hogy a rendszer hosszú távon, karbantartásmentesen és üzembiztosan támogassa az élelmiszer-termelés ezen új formáját.

Kiss Zoltán, Chief Development Officer,  Endrich R&D és Philipp Grosse Termékvonal  menedzser LED/ IoT eszközök, Endrich Group