【技术应用案例】世纪星助力工厂化农业

作者：技术部　徐明鑫

　　中国幅员辽阔，但人均占有耕地面积少。对于合理利用土地资源，提高农业劳动生产率，推进城市化和中国农业的现代化，工厂型农业设施已经从实验阶段走向了实际应用。通过计算机控制系统，我们可以人为控制作物生长的环境条件，使作物生长不受自然气候的影响，做到常年工厂化生产，并进行高效率、高产值和高效益的生产。新疆地区日照时间长、土地面积广，非常适应发展工厂化农业。这里介绍新疆某地使用世纪星组态软件建立的温室控制系统。

　　对温室环境的控制是工厂化生产农产品的核心内容，根据具体作物品种的理想生长模型来控制温室环境，使温室环境在达到或接近农作物生长需要的环境和节约能源之间达到平衡。控制系统的实用性关系到温室产量、病虫害发生、管理风险和能耗成本等。

　　温室的智能化控制系统由安装有世纪星软件的中心监控计算机及现场控制机、PLC、系列传感器、执行机构、栽培环境四季工况、局部数字通讯组成。

　　现场控制计算机连接该温室的传感器及控制器等，并通过网络把数据传到中心监控计算机上。由于技术中心远离温室现场，而技术人员需要实时监控生产参数，并修改最佳的生产参数，这里使用世纪星组态软件的WEB功能，技术人员通过浏览器远程登录到世纪星中心服务器，可以查看所有温室环境的实时数据，并能更具权限修改生产参数。如硬件系统图。

硬件系统图

　　系统主要对温度、湿度和光照等指标进行控制。以葡萄温室为例，休眠期温室的温度保持在5℃，休眠期后白天控制在25~30℃ ， 夜间温度控制在15~18℃。当温度低于控制范围时，加热炉的风机启动，使其热风在温室内均匀散布来增温；当温室内温度达到作物适合温度时，加热炉风机自动停止。湿度控制在50%~75%，当温室内湿度超出控制范围时轴流风机启动，抽出温室内湿度较高的空气，使湿度下降；当湿度降回到正常范围时，轴流风机自动停止工作。温室的光照度控制在（45~55）×103lx，当温室内的光照度达不到设定指标时，温室内的补光灯自动打开进行人工补光；当温室的光照度水平达到设定指标时，补光灯自动熄灭，以节约能源。臭氧病害防治机的使用应结合作物的具体情况来选择性的进行定期或不定期消毒灭菌。二氧化碳发生器的操作相对麻烦一些，需到温室内按步骤操作，监控系统可监视二氧化碳浓度，当浓度达到有害程度时系统发出报警，提醒监视人员注意。其他温室的控制方案与之类似，主要差别在于各参数的控制指标不同。

　　温室环境的内容非常广泛，但通常所说的温室环境主要指空气与土壤的温湿度、光照及CO2 浓度等。世纪星组态软件通过各种传感器接收各类环境因素信息，通过逻辑运算和判断控制相应温室设备运作以调节温室环境，记录历史数据并绘制出环境曲线供生产管理人员对生产情况分析。

1 肥水灌溉控制

　　采用计算机肥水灌溉运筹系统，可以根据作物区的需要，对水培区的营养液成分、pH 值和EC值进行综合调控；对于基培和土培区，主要是根据作物生产需要设定基质、土壤的水势值，自动调节滴灌、喷灌系统的灌溉时间和次数。

2 综合环境控制

　　对室内外的各种环境参量进行智能化数据分析和处理，并结合专家知识库和决策支持系统等先进的技术手段，对各种环境调控执行机构进行智能模糊控制。采用计算机实现环境参数比较分析，按比例调节环境温度、湿度与通风。CO2 发生装置按需比例调节环境CO2 浓度。夏季室外屋顶喷淋，在保证室内光照强度的前提下，组合调节环境温度与通风，达到强制降低环境温度的效果。通过计算机对温室各电动执行器进行整体调节，自动调控到作物生长所需求的温、湿、光、水和气等条件。另外，通过臭氧消毒净化器对温室进行消毒。

3 生产参数设定

　　对于不同的农作物及同种农作物在不同的生长期需要不同的环境条件，利用世纪星组态软件的配方功能实现了参数的批量控制。根据不同的作物或相同作物的不同生长阶段，设计出不同的配方。世纪星软件提供了简单、方便的组态和操作功能，可将需要修改的参数定义为变量，以便操作人员可以通过操作画面进行方便修改。

4 报警状态

　　使用世纪星组态软件的报警系统，实时监测环境参数，当环境数据超过设定值时，系统出现报警提示。系统支持根据农作物不同或生长阶段不同，实时设定报警界限值。报警保护系统提高了整个系统安全性。

5 信息传递

　　现场计算机除监控本站实时环境情况外，还将实时数据通过局域网传递给中心监控计算机，中心监控计算机记录生产数据及报警历史记录，并通过WEB发布功能使远在外地的农业专家查看生产数据指导生产，并可通过权限设置实现远程修改生产参数的功能。

　　工厂化农业能够在人工创造的环境中进行全过程的连续作业，从而摆脱自然界的制约。利用世纪星组态软件实现工厂农业的控制，特别是在华北和东北温室种植较多的地区，是新的思路和理念，具有广阔的发展前景。温室控制技术沿着手动、自动和智能化控制的进程，正向着越来越先进、功能越来越完备的方向发展；而温室环境控制正朝着基于作物生长模型、温室综合环境因子分析模型和农业专家系统的温室信息自动采集及智能控制趋势发展。