植物工厂环境控制逻辑分析
植物工厂方案

植物工厂方案:未来农业的希望随着全球人口的不断增长和城市化进程的加速,人类面临着来自农业领域的巨大挑战。
传统的农业种植方式已经无法满足人们对食物的需求,同时也给生态环境带来了严重的压力。
在这个背景下,应运而生,为未来农业提供了一种可行的解决方案。
植物工厂是一种以无土栽培为基础的先进农业系统,它利用人工光源、温度调节和水肥控制技术,将植物种植放在室内控制环境中进行,从根本上解决了传统农业面临的土地、气候和人工等问题。
这种种植方式既可以在城市中进行,也可以在荒漠等不适宜耕种的地区实施,不仅能够提高粮食生产力,还能减少对土地、水资源以及农药的依赖。
植物工厂的最大特点是对环境的精确控制。
通过科技手段,植物工厂可以调节光照强度、波长和光周期,使植物在任何时间内都能得到适宜的光照条件,从而实现全年无休、高效生产。
同时,植物工厂还可以精确调节温度、湿度和二氧化碳浓度,为植物提供理想的生长环境。
通过这些精确的控制手段,植物工厂可以更好地满足植物的生长需求,加速植物生长和增加产量。
除了高效生产,植物工厂还具备其他一些优势。
首先,由于植物工厂在室内进行,不受天气条件的影响,不会受到极端天气的破坏,可以提供稳定的食物供应。
其次,植物工厂采用无土栽培方式,不需要大面积土地,可以在城市中进行,不仅节省了土地资源,还能够减少农作物运输时间和成本。
此外,植物工厂还可以实现无农药、无污染的种植,给消费者提供更加安全、健康的食品。
然而,要实现植物工厂的商业化和大规模应用,仍然面临着一些挑战。
首先,植物工厂的成本较高,主要来自于室内种植所需的能源和设备投入。
目前,科技的进步和投入的不断增加正在逐步降低这些成本,但距离大规模商业化还有一段距离。
其次,尽管植物工厂在环境污染和人工依赖方面具有优势,但也需要综合考虑其对自然环境的影响以及可持续性问题。
在设计和运营植物工厂时,需要注意资源的合理利用和循环利用,以及与自然生态系统的协调。
总的来说,是未来农业发展的希望。
植物工厂的研究及应用

植物工厂的研究及应用第一章:植物工厂的概述随着人口数量的不断增加和城市化的不断加剧,土地的日益稀缺和环境的恶劣趋势日益明显。
传统农业生产已经无法满足当今社会的需求。
因此,人们开始探索新的生产方式,植物工厂就是其中的一种。
植物工厂是指在受控环境下,通过人工模拟自然光、水、空气、温度和营养等生长条件,栽培和生产植物的一种现代化生产方式。
与传统农业相比,植物工厂具有节水、节能、环保等优点,并且可以实现全年无休和无季节限制的生产。
因此,植物工厂已经成为现代农业的一种重要形式。
第二章:植物工厂的原理与技术2.1植物工厂的构成植物工厂主要由植物载体、环境控制系统、光源、营养液以及管理系统等组成。
其中,植物载体是指植物在生长过程中的生长载体,可以是土壤、水培或其他介质。
环境控制系统是植物工厂的关键组成部分,主要包括调控光照、气体、温度、湿度、CO2浓度和营养等,以保持植物的生长环境符合生长需求。
光源是植物工厂的另一个重要组成部分,通过光源的选择, 可以控制植物生长速度, 呈现出不同的色彩和形状。
营养液是指供给植物养分的液态营养物质。
管理系统是植物工厂的控制中心,可以实时监测和处理生长环境的各种变化,以维持植物生长的最佳状态。
2.2 植物工厂的技术特点植物工厂技术具有一系列独特的特点,其中最突出的是全年无休和无季节限制的生产模式。
传统农业生产过程中,由于自然条件的限制,生产周期通常需要数月至数年时间,而植物工厂的全年生产模式可以提高生产效率,保证了生产周期的稳定性。
此外,植物工厂提供的受控环境模拟了自然环境,可以更好地保障植物生长的需求,排除污染、采收稳定的产品;另外一方面,植物工厂的生产也可以更好地适应市场需求,并且高质量、无污染的产品可以获得更多的价值。
第三章:植物工厂的应用领域3.1 生产食品植物工厂生产食品的应用领域非常广泛,包括各类蔬菜水果、药材等。
通过精准的环境调节,植物工厂可以大幅度降低生产能耗和生产周期,同时提高产品品质和产量。
植物生长环境监测与控制系统设计

植物生长环境监测与控制系统设计植物生长环境监测与控制系统是一种用于管理室内或温室中植物生长环境的技术,旨在创造最理想的环境条件,以提高农作物的生长质量和产量。
本文将探讨植物生长环境监测与控制系统的设计原理、关键组成部分以及其应用。
一、设计原理植物生长环境监测与控制系统的设计是基于植物对环境因素的需求和相应的生长规律。
主要包括以下几个方面:1. 光照控制:植物对光照有不同的需求,包括光照强度、光照周期等因素。
监测系统通过光传感器获取光照强度数据,并将其与预设目标进行比对,通过控制灯具的开关和调节灯具的亮度来实现光照控制。
2. 温度和湿度控制:适宜的温度和湿度是植物生长的关键因素之一。
监测系统通过温湿度传感器实时监测温度和湿度,并将其与设定的目标值进行比对。
通过控制风扇、加热器、湿度调节器等设备,调节室内环境的温湿度,以满足植物的需求。
3. CO2浓度控制:二氧化碳浓度也是影响植物生长的重要因素。
系统通过CO2传感器监测室内CO2浓度,并根据预设目标进行控制。
通过控制CO2补充装置,向室内补充适量的CO2,以提高植物的光合作用效率和生长速度。
4. 水肥控制:植物对水分和营养物质的需求有所不同。
系统通过土壤湿度传感器监测土壤水分状况,并通过控制水泵的工作时间、流量和周期,来调节植物的灌溉水量。
同时,通过液体肥料控制装置,根据植物的需求,定时定量地向植物供应适量的营养物质。
二、关键组成部分植物生长环境监测与控制系统主要由以下几个关键组成部分构成:1. 传感器:光照传感器、温湿度传感器、CO2传感器、土壤湿度传感器等,用于实时监测环境因素的变化。
2. 控制器:将传感器采集到的数据进行处理和判断,并进行相应的控制操作,包括开关灯具、调节温湿度、补充CO2、控制灌溉等。
3. 执行器:负责执行控制器的指令,比如控制灯具、温湿度调节器、CO2补充设备、水泵和液体肥料控制装置等。
4. 数据存储与分析:将传感器采集到的数据进行存储,以备后续分析和优化控制策略。
《设计与建造“植物工厂”作业设计方案

《设计与建造“植物工厂”》作业设计方案一、项目背景随着城市化经过的加快和人口增长,农业生产面临着空间受限、土地资源匮乏、环境污染等问题。
因此,植物工厂作为一种新型的农业生产模式,受到了越来越多人的关注和青睐。
本设计方案旨在探讨如何设计和建造一座摩登化、智能化的植物工厂,实现高效生产、勤俭资源、珍爱环境的目标。
二、设计理念1. 环保节能:利用先进的设备和技术,最大限度地减少能源消耗和废弃物排放,实现绿色生产。
2. 智能化管理:借助物联网技术和人工智能算法,实现对植物发展环境的精准监控和调控。
3. 多功能性:结合垂直种植、水培技术等多各种植方式,实现多样化农产品生产。
三、设计方案1. 建筑设计:采用摩登化玻璃幕墙设计,最大限度地利用自然光线,减少人工照明。
建筑结构采用轻钢结构,方便快速搭建和改造。
2. 种植系统:引入智能水培系统和气候控制系统,实现植物发展环境的精准控制。
同时,采用垂直种植技术,最大水平地勤俭空间。
3. 营养液循环系统:设计循环利用营养液的系统,减少浪费,提高资源利用率。
4. 自动化管理:引入自动化种植管理系统,实现植物发展过程的自动监控和调节,提高生产效率。
5. 节能环保:采用太阳能光伏板和风力发电设备,实现自给自足的能源供应,减少对传统能源的依靠。
四、实施计划1. 筹办阶段(1-3个月):确定项目需求,进行市场调研,制定详细的设计方案和预算计划。
2. 设计阶段(3-6个月):与设计团队合作,完成建筑、种植系统、水培系统等方面的设计工作。
3. 施工阶段(6-12个月):选择合适的施工团队,按照设计方案进行施工,保证工程质量和进度。
4. 调试阶段(1-3个月):对植物工厂的各项系统进行调试和优化,确保设备正常运行。
5. 运营阶段:建成后进行试运营,根据实际情况不息优化管理和生产流程,实现高效生产。
五、预期效果1. 提高农产品产量和质量,满足城市居民对绿色有机农产品的需求。
2. 减少土地占用和化肥农药应用,降低农业对环境的影响。
2024年植物工厂控制系统市场需求分析

2024年植物工厂控制系统市场需求分析一、引言在当今社会,人们对健康和营养的需求不断增加,对于新鲜、有机、无污染的农产品的需求也日益增长。
然而,传统的农业生产面临着一系列的挑战,如土地和水资源的限制、气候条件的不确定性以及农业生产效率的提高要求。
植物工厂应运而生,成为满足这些需求的一种新型农业生产形态。
而植物工厂控制系统的市场需求也随之出现。
本文将对植物工厂控制系统市场需求进行分析。
二、植物工厂控制系统的定义和特点植物工厂控制系统是一种精密的自动化系统,通过对植物生长环境中的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等参数进行监测和控制,以实现植物生长的最优条件。
其主要特点包括:1.精准的环境控制:植物工厂控制系统能够实时监测和控制植物生长环境中的各项参数,确保植物生长环境的稳定性和一致性。
2.节约资源:由于植物工厂在室内环境中进行生产,不需要依赖土地和天然光源,能够节约水资源和能源消耗。
3.提高产量和质量:植物工厂控制系统能够通过优化植物生长环境,提高植物的生产和品质,实现农产品的高产高质。
4.弹性种植:植物工厂控制系统能够根据市场需求调整种植种类和数量,提供灵活多样的农产品供应。
三、2024年植物工厂控制系统市场需求分析植物工厂控制系统市场需求主要表现在以下几个方面:1. 提高农产品生产效率的需求传统农业生产存在着受天候和季节影响导致生产波动的问题,以及耕地有限、土壤质量下降等问题。
植物工厂控制系统能够解决这些问题,实现全天候、全年产出稳定的农产品,满足人们对高效生产的需求。
2. 生态友好型农业的需求随着人们对环境保护和食品安全的关注增加,生态友好型农业成为市场的一大需求。
植物工厂控制系统能够在室内环境中进行农业生产,减少对土地和水资源的依赖,同时无需使用农药和化肥,大大降低对环境的污染,满足人们对绿色农产品的需求。
3. 城市化和人口增长带来的需求随着城市化和人口增长的加速发展,城市周边的耕地面积减少,人们对农产品的需求无法满足。
植物工厂

植物工厂一、植物工厂的定义植物工厂的定义可归纳如下:广义:在一定生产管理下的全年无休的植物生产系统狭义:在完全人工环境下的全年无休的植物生产系统广义的植物工厂除包含狭义者外,尚包含高度环境控制的太阳光利用型系统(精密温室)。
植物工厂的广义定义包含了广大范围的生产设施,譬如:豆芽菜,蘑菇,萝卜婴等的生产工厂,半自动控制的温室水耕系统,种苗繁殖系统或人工种子生产等的生产系统等均属之。
说到工厂生产时,有二个前提:一个是从自然界妨害的解放,可以不管寒暑且风雨无阻地进行与在自然环境中生产截然不同;再者,工厂生产可预先明确地决定好生产流程,并做好作业分析,也就是说对象的输入输出特性皆可定量的掌握,甚么样的操作会产生甚么样的输出是可以预期的。
只要做好操作的作业手册,按部就班谁也能够生产。
由此点看,理想的植物工厂是生长那些环境条件与作物生长关系已明确地量化的植物,在一定的人工环境下栽培的完全控制型系统。
工厂生产以生长快速又高价格的作物较适合,就资料汇集来说,须要生长过程较单纯,叶面积较大的比较好,所以非结球生菜中的一种沙拉菜恰好可符合这些条件,因此做为叶菜类的代表。
除了沙拉菜之外,果菜类的甜椒,根菜类的萝卜婴(二十日萝卜)等,皆为代表。
豆芽菜或蘑菇类不行光合作用,所以生长程序容易定量化,是另一类代表。
萝卜婴或水芹等的生产工厂通常为了植株体的绿化而使用阳光。
世界上首先成立且成绩辉煌的植物工厂当推丹麦的克里斯天仙农场,其水芹的一贯自动生产系统的实用化非常成功。
与此相似的系统在日本有多家萝卜婴生产工厂中,海洋牧场因自动化程度最高而有名。
此场用暗处发芽,软白栽培,等茎长 10cm ,再在明亮处使双叶绿化。
从播种到收获包装约1周左右。
其他尚有芫荽的水耕栽培,在过去几乎无产量的夏季也因使用了遮光与培养液冷却的技术,使得相当稳定的周年生产也成可能了。
同时因环境条件与培养液条件皆由微电脑控制,所以能够做确实的生产管理。
由于温室及水耕栽培的结合,日夜间冷暖气及培养液冷却的实施,使得较高程度的环境控制为可能,广泛范围的蔬菜、花卉将可做周年生产。
植物工厂介绍

植物工厂介绍植物工厂是在完全密闭或半密闭条件下通过高精度环境控制,实现作物在立体空间、周年计划性生产的高效农业系统。
由于技术高度密集,多年来一直被国际上公认为设施农业的最高级发展阶段,受到世界各国的高度重视。
万物生长靠太阳,在植物工厂中,植物赖以生存的太阳光被荧光灯、LED灯等人工光源代替,配合环境调控系统,实现蔬菜的全年连续不间断生产,同时杜绝农药使用,保证蔬菜可免洗食用。
光是植物生长发育最重要的影响因子之一,植物工厂中光环境可根据栽培蔬菜种类及生长期不同进行相应的调整,以达到最佳的生产效果。
蔬菜光合作用中参与吸收、传递光能,引起原初光化学反应的光合色素主要为叶绿素、类胡萝卜素等,其主要光谱吸收峰分别为400-500nm蓝光和600-700nm红光。
因此,植物工厂中有针对性地提供一定比例的红、蓝组合光,在满足植物的生长发育基础上,提高了光电利用效率,大幅降低了能耗和生产成本。
针对一些特殊蔬菜品种及生产需求,还可在大量的红、蓝光中加入一定比例的紫外(200-400nm)、远红光(700-800nm)或其他光谱。
例如,加入紫外能够提高绿叶蔬菜中花青素及其他抗氧化次生代谢物含量,有助于蔬菜品质和风味的提升;加入远红光可使蔬菜生长加快,节间伸长,可满足产量提升、嫁接苗繁育等需求。
除光环境外,温度、湿度、二氧化碳、气流速度等参数同样对植物生长具有显著影响。
在植物工厂中,空调系统根据设定温湿度参数对空气进行调整,后经循环风机将调整后的适宜温湿度的空气通过送风口送到植物工厂内。
随着植物工厂规模的扩大和栽培层架密度的提高,常规送风方式满足不了植物工厂中各栽培区具有均一的气流场,导致温湿度及二氧化碳的分布不均匀,影响蔬菜质量和生产安排,造成损失。
通过在栽培区域设置微型风机等方式增加局部气流扰动,能提升微环境均一性。
我们环发所科研团队以栽培板和营养液间空气夹层作为气流通道,将适宜温度的空气通过这个通道输送至整条栽培槽内,再通过栽培板上预留的出气孔吹出,实现气流自下而上流动,更加精准地调控蔬菜微环境参数。
植物工厂控制系统的功能分析和总体设计

创新思维Innovative Thinking文章编号:1674-9146(2018)02-0024-03植物工厂控制系统的功能分析和总体设计;李中鹏,贾鹤鸣,徐林通,裴慧玲,唐凯涛,苗苗(东北林业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150040)摘要:为了设计植物工厂控制系统,分析了温度、相对湿度、光照强度等影响植物生长的环境因素,并以此为基础,根据不同生长阶段不同植物对环境的要求,进一步细化了这些环境因素的具体技术指标和控制目标,给出了植物工厂 控制系统所需要的控制逻辑体系,从硬件设计和软件设计两个方面,完成了植物工厂控制系统的总体设计。
关键词:自动控制;植物工厂;环境因素控制;控制逻辑;系统总体设计中图分类号:TP273;S31 文献标志码:A DOI :10.3969/j.issn.1674-9146.2018.02.024植物工厂的概念首先是由日本学者提出的!1#。
作为农业设施发展的高级阶段,植物工厂大多采用 密封结构,内部进行高精度的环境控制,很少受外 界环境的影响利用多层立体栽培模式,进行高 密度的种植,实现作物周年连续化生产,产量远远 高于传统农业^51。
笔者主要通过分析环境因素对植 物生长的影响,提出植物工厂控制系统的控制逻 辑,最后完成控制系统的体设。
1植物生长环境特点与影响因素分析1.1植物生长环境 分析植物的生长 植物的 先 传因素 有关系,植物生长的环境因素 必然联系。
由于植物自身的 同,因此植物生长的环 境 能完 同,植物自身的 生长 植物自身 的生长环境。
度,自然界影响植物生长的环境因素很多。
影 响植物生长的环境因素 ,影响 大,为主 因素;影响 ,为要因素。
植物工 厂控制系统的设,要 主因素对植物生长的影响,作为主要的控制对,控植物的生长环境,植物的 生长环境。
当然,主因素的是 制的,1此 控制上相互影响,而且与外界的结构 的系。
1.2植物生长影响因素分析1) 度。
植物的 生长环(植物的 作用 作用、作用产物的传 、植物部生长的、分 分的 作用)者度系。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
植物工厂环境控制逻辑分析作者:付建超来源:《丝路视野》2017年第04期【摘要】本文章对植物工厂国内外的的发展现状和植物工厂的特点进行了分析,对植物工厂控制系统和环境控制逻辑进行了详细解析,植物工厂里环境因子具有强耦合性和滞后性,需要采取合适的控制逻辑或算法来进行控制,为了解决这些问题,针对一个具有代表性的植物工厂提出了新的控制逻辑,比较好的解决了这些问题。
为以后植物工厂的发展具有一定的启示作用。
【关键词】植物工厂;控制系统;耦合一、前言当植物工厂一般是全封闭的,不见阳光的,但也是半封闭型的,比如阳光型植物工厂,本课题主要讨论全封闭型的集装箱式植物工厂。
光源的供给主要是靠LED灯,其他的环境要素,例如温湿度、二氧化碳等都是主要靠环境调控设备来提供的。
所以在植物工厂里作物生长不受外界环境因素的影响,作物周围的环境因子能够得到控制,而且是智能化控制,能够估算出大致的产量,和生产线比较相像,植物工厂里的作物整整齐齐,品质和颜色相差很少,并且产量很多。
首先环境因子可以按需求进行控制,对每种环境因子的要求也是一定的,对二氧化碳的吸收也是可算的,所以最终对作物的收获也是可以预知的。
二、植物工厂的特点集装箱型植物工厂全部由铁皮包裹,不与外界环境产生接触。
图1所示为植物工厂外部图,集装箱上部的调控设备主要有压缩机组、加热系统和加湿系统等设备。
整体结构主要分为两部分,分为植物工厂和缓冲间,缓冲间包括风淋室。
图2为植物工厂内部图,此集装箱里有4层用来种植作物的架子。
顶部的2套压缩机组主要起降低温度的作用。
包括控制器在内的配电柜在缓冲区内,可通过配电柜上的触控屏随时设置适合植物生长的环境因子值,并且可以查看历史数据。
三、控制系统分析(一)植物工厂的基本要求植物工厂控制系统完成植物工厂内部环境因子和采集环境调控设备的开关量的采集,通过采集到的数据进而控制环境调控设备来控制环境因子。
因为植物工厂可以设置营造适合作物生长的各个阶段的环境参数,所以缩短了植物的生长周期,植物工厂需要根据作物不同的生长阶段去设置参数。
植物工厂控制系统根据采集到的数据结合设计的环境调控逻辑来控制环境因子,而且可以通过触摸屏比较方便地进行操作。
(二)控制系统结构分析植物工厂控制系统中环境因子采集模块有温湿度传感器、二氧化碳浓度传感器、光照强度传感器。
控制器根据传感器采集到的数据进行分析决策,发送相应的控制命令,控制输出继电器的打开和闭合,进而控制环境调控设备的工作,使植物工厂内部的环境因子保持在适宜作物生长的合理范围。
系统可以通过触控屏进行环境因子数据的显示,进行环境参数的设定。
四、环境控制逻辑分析(一)环境控制分析植物工厂的环境是一个非常复杂的系统,有了前面的基础,现在针对植物工厂内环境因子的特点,设计具体的环境因子控制逻辑或算法,本课题研究的集装箱型植物工厂安装1套空调机组,其中每套空调机组包含2套压缩机组,2套加热系统,1套加湿系统,1套室内循环风机,2套空调室外风机,这是植物工厂内主要的环境因子调控设备。
环境因子控制采用分档控制,温湿度设定上下限控制,而二氧化碳浓度是设定一个阈值,并且都设有回差。
在软件中T 代表当前测量的温度,H代表当前测量的湿度,Tsmin、Tsmax分别为设定温度的最小值和最小值,△T为当前温度和设定温度的差值。
Hsmin、Hsmax分别为设定湿度的最小值和最小值,△H为当前湿度和设定湿度的差值。
就温度控制而言,选取4℃为关键判定值,当△T与Tsmin或Tsmax相差4℃之内时,开启一套加热系统或一套压缩机组,当△T与Tsmin或Tsmax相差超过4℃,开启两套加热系统或两套压缩机组。
在除湿的时候,选取5%为关键判定值,当△H与Hsmax相差5%之内时,开启一套压缩机组,当△T与Hsmax相差超过5%,开启两套压缩机组。
在触摸屏的控制参数界面设置了一个ramp时间,设为1分钟。
这个参数主要在温湿度控制的时候用到,是为了更好地解决植物工厂中温度热惯性大的问题。
就温度控制来说,以现在是高温情况举例,首先压缩机组的开启数量是根据△T(△T=T-Tsmax)是否超过4℃进行判断,若开始△T小于或等于4℃,开启一个压缩机组,此时每隔1分钟测试温度的变化率,如果得出在ramp时间内内达到Tsmax,就关闭降温设备,如果经过计算在ramp时间内达到不了Tsmax,则加开一级压缩机组。
在湿度低情况控制的时候,每隔1分钟计算湿度的变化率,判定是否能在ramp时间内达到Hsmin,如果能达到,则关闭加湿器,若不能在ramp时间内达到,则继续加湿。
在升温和除湿的时候和以上情况类似。
在设计控制逻辑的时候还要考虑到植物工厂内部LED灯的开启情况和是否有植物生长的情况。
在植物的生长过程中,不断地经过叶片的蒸腾作用像空气中输送水蒸气,研究表明,在作物的生长过程中只吸收很小一部分的水分,绝大多数的水分通过蒸腾作用而蒸发掉,所以在湿度控制时要把植物的有无考虑在内。
虽然温度和湿度控制设定上下限制值,并且加上回差加以控制,但是在实际设计控制逻辑时,并不是如此简单,比如在湿度低的时候,开启加湿操作,不能在当前湿度达到Hsmin就停止加湿,如果在没有植物的情况下,设定在湿度达到Hsmin+(Hsmax-Hsmin)×80%时候才停止加湿,这样保证在导致低湿环境的条件下,湿度可以在适宜范围内保持,并且这样不会造成加湿器的频繁开启。
温度判定时与湿度情况类似。
在除湿的时候,控制逻辑比较特殊,考虑到与温度的耦合问题,采用先将温度升到Tsmax后,再开启降温除湿,具体操作是开启压缩机和室外风机,如果经过先升温再降温除湿后,湿度还不能达到控制要求,这时候就要增加温度的上下限值,一次增加1℃,然后再升温和降温除湿,可循环两次,温度范围最大到(Hsmax-2,Hsmin+2),最后在进行温度的控制。
控制虽然分成几个档,但当在设定时间内未能达到目标值则需要增加1步调控措施,前边已有说明,与Ramp时间(斜坡时间)相关,计算温度、湿度变化速率。
软件具备手动和自动控制,手动辅助测试,自动辅助测试,同时受上下限的限制;自动完全受控控制逻辑。
为了方便理解与编写软件,在控制逻辑列表中没写入回差,但是在编程时候把回差写进代码了。
(二)具体环境控制逻辑加湿操作逻辑,首先设当前湿度(Hn)与设置湿度(Hs)差△H,首先是预判阶段,当△H < 0%(△H= Hn - Hsmin),空调操作是加湿、内循环,计算这段时间内湿度变化率,判断是否能在ramp时间内到达Hsmin。
如果△H≥0%(△T= Hn-Hsmin),就是当前湿度属于适宜阶段,需要减少设备,空调操作是加湿、内循环,当满足Hn≥Hsmin+(Hsmax-Hsmin)×80%情况时,加湿停止。
如果在栽培作物周期内则关闭加湿设备。
当Hn = Hsmax ,关闭加湿设备。
加热操作逻辑,首先设当前温度(Tn)与设置温度(Ts)差△T(△T= Tn-Tsmin),加热操作是温度低的时候,首先进入预判断,判断进入0℃≥△T >-4℃时候,空调操作是加热1(H1),内循环,若进入-4℃≥△T时候,空调操作是加热1(H1),加热2(H2),内循环。
之后进入整定阶段,温度变化率是否满足Ramp时间需求(到达Tsmin的时间需要计算,每隔1-2分钟判断,ramp判断时间可设),如不满足ramp时间达到设定值则依次增加1个加热设备,以及上面对应的内循环设备,直至2个设备都打开为止,之后进入微调阶段,进入△T≥0℃范围,当前温度属于适宜阶段,需要减少加热设备,此时如果LED补光打开则关闭所有加热设备,保留内循环,如果未开补光则只保留加热设备1开启,当满足Tn≥Tsmin+(Tsmax-Tsmin)×80%情况时,加热停止。
结束阶段,当温度加热在适宜范围内,而湿度降低到Hsmin以下,关闭所有加热设备,将进入加湿过程。
降温除湿操作逻辑,此时△H=Hn-Hsmax,进入这个阶段后,首先判断温湿度的状态范围,若T < Tsmin和Hsmax0%和Tsmin≤T≤Tsmax情况,除湿1 和内循环开,之后计算这段时间内湿度变化率,判断是否能在ramp时间内到达Hsmax,若不能到达,则加开降温除湿2,若能到达Hsmax,则继续当前操作,一直将湿度控制在Hsmin≤HnHsmin+(Hsmax-Hsmin)×20%时,关闭降温除湿设备。
若为△H >4%(△H= Hn-Hsmax)和Tsmin≤T≤Tsmax情况,除湿1,除湿2 内循环开启,将湿度控制在Hsmin≤HnHsmin+(Hsmax-Hsmin)×20%时,关闭降温除湿设备。
之后若△H >Hsmax和 T=Tsmin ,再次进入快速加温,然后降温除湿操作。
在每次温度加到Tsmax 时查看相对湿度,如果第一次循环未能将相对湿度降低,则将增加一个降温除湿设备,如果全部打开设备亦不能降低湿度,则将温度上下限的值改为Tsmin-1、Tsmax+1,再次进行循环,如果未能除湿,改为Tsmin-2、Tsmax+2,再次进行循环进行加温和降温除湿。
T < Tsmin,H < Hsmin,低温低湿时候:温度低,湿度低,先加湿至Hsmax,后加温。
该情况在植物工厂有植物和LED补光时候不常见,根据加湿操作逻辑开启加湿过程,当处于湿度微调阶段(△H≥0%),则开启加热过程(按照加热操作逻辑),系统将进入同时加热和增湿的阶段。
T < Tsmin,Hsmin≤H ≤Hsmax:温度低,湿度合适,开启加热过程,先按加热操作逻辑进行操作,除非出现相对湿度降低到Hsmin情况,再进行加湿操作。
温度低在植物工厂生产中不常见,冬天或一些较冷天气时候,当LED灯打开时,可以很快将环境温度升高,需要打开内循环,1分钟后根据采集的温度预判断Ramp时间内能否到达适宜温度,如不能则按照加热操作进行加温,如果LED等关闭,则直接按照加热操作逻辑操作加温。
五、结语本文章对植物工厂的发展现状和特点作了介绍,并详细对温湿度环境因子进行了分析,具体对温湿度影响的因素进行了分析,之后对内循环风机的开启时机进行了讨论,对ramp时间的设置进行了详细解释,然后控制逻辑进行了分析,结合本植物工厂的特有条件,分析了不同情况下如何控制温湿度。
参考文献[1] 艾海波.微型植物工厂智能控制系统[J].农业机械学报,2013,44(S2):198~204.[2] 杨其长,周式冲,陈磊.我国设施农业的发展分析[J].农业计划研究,2006(12):42~43.[3] 杨其长,张成波.植物工厂(一)植物工厂定义与分类[J].农业工程技术,2005(05):36~37.作者简介:付建超(1990—),男,河北保定人,硕士,研究方向:嵌入式开发。