世紀(jì)星助力工廠化農(nóng)業(yè)

本文來源：《世紀(jì)星月刊》第3期 作者：徐明鑫

　　中國幅員遼闊，但人均占有耕地面積少。對于合理利用土地資源，提高農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)率，推進(jìn)城市化和中國農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化，工廠型農(nóng)業(yè)設(shè)施已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)階段走向了實(shí)際應(yīng)用。通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，我們可以人為控制作物生長的環(huán)境條件，使作物生長不受自然氣候的影響，做到常年工廠化生產(chǎn)，并進(jìn)行高效率、高產(chǎn)值和高效益的生產(chǎn)。新疆地區(qū)日照時間長、土地面積廣，非常適應(yīng)發(fā)展工廠化農(nóng)業(yè)。這里介紹新疆某地使用世紀(jì)星組態(tài)軟件建立的溫室控制系統(tǒng)。

　　對溫室環(huán)境的控制是工廠化生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品的核心內(nèi)容，根據(jù)具體作物品種的理想生長模型來控制溫室環(huán)境，使溫室環(huán)境在達(dá)到或接近農(nóng)作物生長需要的環(huán)境和節(jié)約能源之間達(dá)到平衡。控制系統(tǒng)的實(shí)用性關(guān)系到溫室產(chǎn)量、病蟲害發(fā)生、管理風(fēng)險和能耗成本等。

　　溫室的智能化控制系統(tǒng)由安裝有世紀(jì)星軟件的中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)及現(xiàn)場控制機(jī)、PLC、系列傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、栽培環(huán)境四季工況、局部數(shù)字通訊組成。

　　現(xiàn)場控制計(jì)算機(jī)連接該溫室的傳感器及控制器等，并通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳到中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)上。由于技術(shù)中心遠(yuǎn)離溫室現(xiàn)場，而技術(shù)人員需要實(shí)時監(jiān)控生產(chǎn)參數(shù)，并修改的生產(chǎn)參數(shù)，這里使用世紀(jì)星組態(tài)軟件的WEB功能，技術(shù)人員通過瀏覽器遠(yuǎn)程登錄到世紀(jì)星中心服務(wù)器，可以查看所有溫室環(huán)境的實(shí)時數(shù)據(jù)，并能更具權(quán)限修改生產(chǎn)參數(shù)。如硬件系統(tǒng)圖。

硬件系統(tǒng)圖

　　系統(tǒng)主要對溫度、濕度和光照等指標(biāo)進(jìn)行控制。以葡萄溫室為例，休眠期溫室的溫度保持在5℃，休眠期后白天控制在25~30℃ ， 夜間溫度控制在15~18℃。當(dāng)溫度低于控制范圍時，加熱爐的風(fēng)機(jī)啟動，使其熱風(fēng)在溫室內(nèi)均勻散布來增溫；當(dāng)溫室內(nèi)溫度達(dá)到作物適合溫度時，加熱爐風(fēng)機(jī)自動停止。濕度控制在50%~75%，當(dāng)溫室內(nèi)濕度超出控制范圍時軸流風(fēng)機(jī)啟動，抽出溫室內(nèi)濕度較高的空氣，使?jié)穸认陆担划?dāng)濕度降回到正常范圍時，軸流風(fēng)機(jī)自動停止工作。溫室的光照度控制在（45~55）×103lx，當(dāng)溫室內(nèi)的光照度達(dá)不到設(shè)定指標(biāo)時，溫室內(nèi)的補(bǔ)光燈自動打開進(jìn)行人工補(bǔ)光；當(dāng)溫室的光照度水平達(dá)到設(shè)定指標(biāo)時，補(bǔ)光燈自動熄滅，以節(jié)約能源。臭氧病害防治機(jī)的使用應(yīng)結(jié)合作物的具體情況來選擇性的進(jìn)行定期或不定期消毒滅菌。二氧化碳發(fā)生器的操作相對麻煩一些，需到溫室內(nèi)按步驟操作，監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)視二氧化碳濃度，當(dāng)濃度達(dá)到有害程度時系統(tǒng)發(fā)出報警，提醒監(jiān)視人員注意。其他溫室的控制方案與之類似，主要差別在于各參數(shù)的控制指標(biāo)不同。

　　溫室環(huán)境的內(nèi)容非常廣泛，但通常所說的溫室環(huán)境主要指空氣與土壤的溫濕度、光照及CO2 濃度等。世紀(jì)星組態(tài)軟件通過各種傳感器接收各類環(huán)境因素信息，通過邏輯運(yùn)算和判斷控制相應(yīng)溫室設(shè)備運(yùn)作以調(diào)節(jié)溫室環(huán)境，記錄歷史數(shù)據(jù)并繪制出環(huán)境曲線供生產(chǎn)管理人員對生產(chǎn)情況分析。

1 肥水灌溉控制

　　采用計(jì)算機(jī)肥水灌溉運(yùn)籌系統(tǒng)，可以根據(jù)作物區(qū)的需要，對水培區(qū)的營養(yǎng)液成分、pH 值和EC值進(jìn)行綜合調(diào)控；對于基培和土培區(qū)，主要是根據(jù)作物生產(chǎn)需要設(shè)定基質(zhì)、土壤的水勢值，自動調(diào)節(jié)滴灌、噴灌系統(tǒng)的灌溉時間和次數(shù)。

2 綜合環(huán)境控制

　　對室內(nèi)外的各種環(huán)境參量進(jìn)行智能化數(shù)據(jù)分析和處理，并結(jié)合專家知識庫和決策支持系統(tǒng)等的技術(shù)手段，對各種環(huán)境調(diào)控執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行智能模糊控制。采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)比較分析，按比例調(diào)節(jié)環(huán)境溫度、濕度與通風(fēng)。CO2 發(fā)生裝置按需比例調(diào)節(jié)環(huán)境CO2 濃度。夏季室外屋頂噴淋，在保證室內(nèi)光照強(qiáng)度的前提下，組合調(diào)節(jié)環(huán)境溫度與通風(fēng)，達(dá)到強(qiáng)制降低環(huán)境溫度的效果。通過計(jì)算機(jī)對溫室各電動執(zhí)行器進(jìn)行整體調(diào)節(jié)，自動調(diào)控到作物生長所需求的溫、濕、光、水和氣等條件。另外，通過臭氧消毒凈化器對溫室進(jìn)行消毒。

3 生產(chǎn)參數(shù)設(shè)定

　　對于不同的農(nóng)作物及同種農(nóng)作物在不同的生長期需要不同的環(huán)境條件，利用世紀(jì)星組態(tài)軟件的配方功能實(shí)現(xiàn)了參數(shù)的批量控制。根據(jù)不同的作物或相同作物的不同生長階段，設(shè)計(jì)出不同的配方。世紀(jì)星軟件提供了簡單、方便的組態(tài)和操作功能，可將需要修改的參數(shù)定義為變量，以便操作人員可以通過操作畫面進(jìn)行方便修改。

4 報警狀態(tài)

　　使用世紀(jì)星組態(tài)軟件的報警系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)測環(huán)境參數(shù)，當(dāng)環(huán)境數(shù)據(jù)超過設(shè)定值時，系統(tǒng)出現(xiàn)報警提示。系統(tǒng)支持根據(jù)農(nóng)作物不同或生長階段不同，實(shí)時設(shè)定報警界限值。報警保護(hù)系統(tǒng)提高了整個系統(tǒng)安全性。

5 信息傳遞

　　現(xiàn)場計(jì)算機(jī)除監(jiān)控本站實(shí)時環(huán)境情況外，還將實(shí)時數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)傳遞給中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)，中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)及報警歷史記錄，并通過WEB發(fā)布功能使遠(yuǎn)在外地的農(nóng)業(yè)專家查看生產(chǎn)數(shù)據(jù)指導(dǎo)生產(chǎn)，并可通過權(quán)限設(shè)置實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程修改生產(chǎn)參數(shù)的功能。

　　工廠化農(nóng)業(yè)能夠在人工創(chuàng)造的環(huán)境中進(jìn)行全過程的連續(xù)作業(yè)，從而擺脫自然界的制約。利用世紀(jì)星組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)工廠農(nóng)業(yè)的控制，特別是在華北和東北溫室種植較多的地區(qū)，是新的思路和理念，具有廣闊的發(fā)展前景。溫室控制技術(shù)沿著手動、自動和智能化控制的進(jìn)程，正向著越來越、功能越來越完備的方向發(fā)展；而溫室環(huán)境控制正朝著基于作物生長模型、溫室綜合環(huán)境因子分析模型和農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的溫室信息自動采集及智能控制趨勢發(fā)展。■