灌漑および施肥システムの自動化とデジタル化

背景

Gefion S.r.l.は、農業灌漑システムの設計と建設を専門とするイタリアの企業です。

長年にわたり、プライベートVPNまたはモバイルネットワークを介して遠隔制御されたセルフクリーニング、メンテナンスフリーのろ過ソリューションを使用する灌漑および施肥管理システムを提供することで、土地の特定の生産要件に合わせた最先端のソリューションを使用したい農家のニーズに取り組んできました。

Gefionは、調査段階で専門技術者が収集したデータに基づいて、土地の各プロットに最適なソリューションを開発します。これには、灌漑可能なエリア、植物の間隔、高さの違い、作物と水源の間の距離に関する情報が含まれます。

当社が他と一線を画しているのは、生産サイクルを簡素化および自動化し、それによって生産を最適化し、水とエネルギーの両方を節約できるソリューションをエンドユーザーに提供することを目指して、研究開発に継続的に投資していることです。

これを可能にするために、Gefionはイートンとほぼ10年にわたって協力し、当社は専門技術者のチーム、そしてソリューション、技術、インダストリー4.0の専門知識へのアクセスを可能にしました。

課題

気候の予測不可能性、ひいては年間の収穫の成功がますます重視される業界において、生産の最適化と、すべての企業が農業の環境への影響の削減に役割を果たす必要性が差し迫っていることから、農家は以前よりもはるかに複雑な課題に直面しています。つまり、市場で競争力を維持するためには、デジタル変革を支援してくれる信頼できる革新的なパートナーが必要なのです。

モノのインターネットとビッグデータは、情報をより迅速かつ正確に受信および管理することを可能にします。農業部門では、農家はブドウ、ザクロ、ヘーゼルナッツなどのさまざまな作物の収穫量と持続可能性を向上させるために、そうでなければ無関係な生産活動を自動化することができます。

例えば、水とミネラルのバランスの取れた栄養を受けることは、ブドウが持続可能なブドウ栽培の文脈で期待される生産結果を得るために不可欠です。個々のプロットで使用する肥料は、ブドウ畑の特性と、特定のワイン生産者が追求しようとしているブドウ栽培の目的、すなわち量および／または品質に従って決定する必要があります。

ワイン栽培者は、3月／4月のヴィンテージがどのようになるかを予測することができ、施肥、すなわち利用可能な空間と時間に水と栄養素を最適に拡散させる技術によって生産を適応させることができます。

ブドウ畑が生産的であることを確実にするために、ブドウが水ストレスを経験せず、その結果として保護機構を活性化することが同様に重要です。不十分な水と栄養素は実際には、より低い収穫を引き起こす目に見える外部兆候をもたらす可能性があります。

植物が灌漑を欠くと、ブドウから水を取り、それが収縮し始めます。この脱水プロセスは、供給される水とブドウの重量をクロスチェックすることによって開始を防ぐことができます。

ソリューション

ブドウが適切に成長するためには、土壌中の鉱物化合物と植物のバランスが正確に正しい必要があります。不十分なミネラルまたは過剰なミネラルにさらされることは有害であるため、健康的な成長を確保するためにバランスの取れた混合物を使用する必要があります。

イートンは、ワイン生産者によって推定された作物肥料の具体的な利点に基づいて、XN300シリーズのモジュラーI／Oシステム、 複数のインバーター（DE1 およびDA1を含む）、および機械の複雑さに応じてGefionシステムにさまざまなボタンを実装しました。

これにより同社は、ブドウの木と土地に関して収集されたデータに基づいて、作物に必要な量の肥料を適切かつ制御された方法で投与できる、メンテナンスが容易な自動化システムを灌漑システムに統合するソリューションを農家に提供できるようになりました。このデータは、施肥灌漑セクション（CODESYS 3アプリケーション）を管理できるGefionソフトウェアパッケージHydro Evolution V3を使用して処理されます。ろ過システムには、容器内の水をかき混ぜるミキサーと、温度をチェックし、水の流れ、EC、pHを監視するプローブが付いています。

灌漑混合物は、面積に比例した特定のパラメータに基づいて計算され、農業上および栄養上のニーズに応じて構成することができ、その中の水溶性肥料が適切な量で溶解されるように調整されます。実際、肥料が多すぎたり、水温が理想的でなかったりすると、肥料は溶解せず懸濁液のまま残り、システムに問題を引き起こします。この問題は従来のシステムでは非常に一般的であり、実際には施肥灌漑が行われていないにもかかわらず、施肥灌漑が行われたと農家が信じてしまうため、配布部門で多くの問題を引き起こします。

イーストンセンサーは、入口と出口圧力、フィルターと施肥セクションの状態に関するデータをHydro V3管理ソフトウェアに送信します。これにより、Hydro V3 システムは施肥灌漑の供給圧力を補正し、施肥灌漑が灌漑フローに直線的に注入されるようにして、作物への施肥灌漑の正しい分配を確保します。

Gefionの機械のイーストンコンポーネントは、灌漑および施肥システムのインテリジェントな監視を可能にします。このソリューションにより、フィルターステージの管理、フィルターの入口圧力と出口圧力の監視、必要に応じて洗浄サイクルの開始、フィルターが詰まった場合、ユーザーに圧力ステータスの通知、ポンプの運転ステータスの確認と監視、および不具合の表示、帯水層の応力の管理など、さまざまな機能を遠隔で実行することもできます。

さらに、システムの供給ポンプおよび電子機器管理用の太陽光発電電源システムも増加しています。これにより、Gefionが提供するソリューションがユニークで100%グリーンになり、自動管理して農家の生活を楽にする自律的な島が作られます。

"施肥灌漑により、従来の方法で施肥された作物に指示された投与量と比較して、肥料の投与量を減らすことが可能になります。イーストンとHydro V3管理ソフトウェアで実装された新しいテクノロジーにより、混合物を監視し、配分、局所化、ターゲット設定を行うことができます。これは環境を尊重する点だけでなく、帯水層のストレスをより効果的に管理できるという点でも間違いなく利点です"と、マニエリ氏は述べています。

さらに、ゲフィオンは過去1年間、現在のシステムに導入される地下水制御を実験してきました。この制御は、灌漑システムが井戸に置ける水需要ストレスを監視することができます。システムは、帯水層に要求が多すぎるタイミングを理解し、パネル／PLCのアルゴリズムを通じて、自動的にサブ土壌への水要求のサイズを変更し、作物を水ストレスに送り込まない灌漑を確保します。

また、Eaton XV300 HMI PLC パネルは、Gefionのシステム内に設置されており、人間と機械の相互作用を改善し、システム管理を大幅に簡素化するとともに、直感的なユーザーインターフェイスによりスマートフォンに匹敵するシンプルさを提供します。

XV300 HMI PLCは高度なグラフィックスを備えていて、ページが非常に詳細な場合でも操作を非常に速く読み込むことができます。

"Gefionは、ユーザーが機械と対話する際に経験するタイプに細心の注意を払っています。Galileoで実現したHydro V3ソフトウェアの信頼性、シンプルさ、ユーザーフレンドリーなグラフィック、そして当社との信頼関係は、競合他社よりもパートナーとして イートンを選択するという戦略的決定の指針となりました。"と、マニエリ氏はコメントしています。

結果

水中の肥料の制御された分布は、水がより効率的に使用されることを確実にする一方で、植物による栄養吸収を改善しました。施肥灌漑により水と肥料の相乗効果が実現され、水の消費と生産の継続性の両面でワイン生産者に利益をもたらします。帯水層応力を管理することで、地下水の収量と井戸の長期使用が確実になり、井戸の損傷や高価な排水作業を回避できます。

さらに、太陽光発電システムの設置は、システムの設置と標準システムの運用に必要なインフラの必要性の両方を簡素化し、システムによる環境への影響が少ないことを意味します。システムを完全にリモートで管理でき、データ／アラートを詳細に分析できるため、灌漑サイクルのプログラムだけでなく、システムの保守と管理も容易になります。