日光溫室卷簾機(jī)和通風(fēng)設(shè)施智能控制模式研究.pdf

推廣窗 WINDOWS 2021 02農(nóng) 機(jī) 科 技 推 廣 28 AGRICULTURE MACHINERYTECHNOLOGY EXTENSION 近年來 天津市各級政府積極出臺政策鼓勵農(nóng) 民發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè) 設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速 已成為農(nóng) 村經(jīng)濟(jì)發(fā)展中極具潛力的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn) 顯示了廣闊 的發(fā)展前景 與此同時 越來越多的卷簾機(jī)和通風(fēng) 設(shè)施應(yīng)用到了各類溫室大棚上 日光溫室卷簾機(jī)和 通風(fēng)設(shè)施的廣泛應(yīng)用 大大降低了勞動強(qiáng)度 提高 了工作效率 節(jié)約了生產(chǎn)成本 增加了大棚種植效 益 進(jìn)一步促進(jìn)了設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展 一 天津市當(dāng)前日光溫室卷簾機(jī)和通風(fēng)設(shè)施控 制應(yīng)用現(xiàn)狀和問題 溫室大棚是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分 隨著日 光溫室卷簾機(jī)的廣泛應(yīng)用 對降低勞動強(qiáng)度 縮短 勞動時間 延長光照時間 提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)方 面發(fā)揮了重要作用 溫室大棚的卷簾和通風(fēng)是溫室 大棚生產(chǎn)必須環(huán)節(jié) 通風(fēng)設(shè)施的機(jī)械化水平在一定 程度上決定著溫室大棚的發(fā)展水平 對促進(jìn)溫室大 棚產(chǎn)出最大化具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義 1 日光溫室卷簾機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及問題 隨著天津市設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展和設(shè)施提升工程的推 進(jìn) 天津市以日光溫室為主的設(shè)施農(nóng)業(yè)快速發(fā)展 日光溫室外敷保溫材料的卷放逐步由卷簾機(jī)完成 雖節(jié)省了時間 但還需專人對溫室逐個操作 卷放 時間有很大的隨意性 難以做到根據(jù)作物品種 日 出時間的早晚和溫室內(nèi)的溫度進(jìn)行動態(tài)管理 目前 天津市日光溫室種植模式逐漸向規(guī)?；较虬l(fā)展 傳統(tǒng)日光溫室的管理模式與當(dāng)前設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展形 勢不協(xié)調(diào) 日光溫室生產(chǎn)環(huán)境條件不穩(wěn)定 自動化 程度低 勞動強(qiáng)度大與日光溫室增產(chǎn)收的矛盾日 益突出 已成為制約天津市日光溫室規(guī)?；l(fā)展的 因素之一 目前使用的溫室大棚卷簾機(jī)平均卷放簾時間約 為10 15min 基本上是依靠人工現(xiàn)場操作控制卷 簾機(jī)的展開和收攏 為保證卷簾機(jī)運(yùn)行過程的安全 和展開收攏的位置 在整個過程中一般需要專人看 守 卷簾效率低下 造成了時間的浪費(fèi) 特別是對 于集中連片溫室的管理來說 僅僅操作卷簾機(jī)這一 項(xiàng)就是一項(xiàng)繁重的工作 因此 傳統(tǒng)的卷簾機(jī)管理 方式并不適合規(guī)?；s化溫室的生產(chǎn)管理 日光溫室卷簾機(jī)在控制方面主要存在兩方面的 問題 一是缺乏限位裝置 卷簾機(jī)的停靠位置由 操作人員憑經(jīng)驗(yàn)來確定 由于人的疏忽往往會出現(xiàn) 沒有卷到位 堵住通風(fēng)口無法進(jìn)行通風(fēng)排濕 卷過 了位 卷簾機(jī) 保溫被等會一起越過后墻翻到下去 造成嚴(yán)重的后果 二是缺乏過載保護(hù) 由于雨雪等 因素使保溫被重量增加 卷簾電動機(jī)因載荷過大無 法繼續(xù)工作 又不能及時切斷電源 造成卷簾機(jī)空 轉(zhuǎn) 電流增大 電機(jī)發(fā)熱 最終燒毀電動機(jī) 2 日光溫室通風(fēng)設(shè)施控制技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及問題 通風(fēng)管理是人工調(diào)節(jié)日光溫室溫度 濕度 二氧化 碳的有效手段 對降低棚內(nèi)濕度 控制病害 促進(jìn) 作物生長極為重要 給溫室大棚通風(fēng)可以排出設(shè)施 內(nèi)的余熱 使室內(nèi)環(huán)境溫度保持在適宜植物生長的 范圍內(nèi) 通風(fēng)能夠排出溫室大棚的余濕 使室內(nèi)環(huán) 境相對濕度保持在適于植物生長的范圍內(nèi) 同時能 日光溫室卷簾機(jī)和通風(fēng)設(shè)施智能控制 模式研究 天津市農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心 陳 勇 尚 力 朱祥冒 推廣窗 WINDOWS 29 2021 02 農(nóng) 機(jī) 科 技 推 廣 AGRICULTURE MACHINERYTECHNOLOGY EXTENSION 夠調(diào)整溫室大棚的空氣成分 排除有害氣體 調(diào)整 室內(nèi)空氣中 CO 2 的含量 使作物生長良好 溫室大 棚通風(fēng)處理能夠改善植物的生長環(huán)境 大大減少了 植物產(chǎn)生病害的幾率 日光溫室通風(fēng)口除了傳統(tǒng)的 扒縫通風(fēng)方式外 近年來隨著日光溫室機(jī)械化裝備 水平的提高 在大型連棟溫室中使用的卷膜通風(fēng)機(jī) 構(gòu)也開始步入日光溫室的屋面通風(fēng) 使用卷膜通風(fēng) 設(shè)備 較人工扒縫或機(jī)械扒縫通風(fēng)開啟溫室通風(fēng)口 更加省力 通風(fēng)口開口更整齊 均勻 因此溫室內(nèi) 的環(huán)境也更加均勻和穩(wěn)定 是未來日光溫室向機(jī)械 化 自動化發(fā)展的一種趨勢 目前 由于設(shè)施種植戶對大棚通風(fēng)的重要性認(rèn) 識不足 溫室大棚通風(fēng)技術(shù)仍舊停留在依靠人工和 傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)上 溫室大棚內(nèi)空間狹小 再加上農(nóng)藥的 使用和肥料的作用 致使溫室大棚小環(huán)境內(nèi)二氧化 碳含量不斷降低 越來越多地聚積起有害氣體 造 成溫室大棚內(nèi)農(nóng)作物病害的發(fā)生 給溫室大棚內(nèi)作 物的生長發(fā)育帶來不利的影響 所以 當(dāng)溫室大棚 內(nèi)的空氣成分含量達(dá)不到棚內(nèi)作物的生長需求時 必須進(jìn)行通風(fēng)處理 排除棚內(nèi)的污濁空氣 同時 將棚外的新鮮空氣置換進(jìn)來 但是 如何把握好 通風(fēng)的時間節(jié)點(diǎn)和通風(fēng)量 成為困擾溫室大棚從業(yè) 人員的現(xiàn)實(shí)問題 目前設(shè)施栽培的溫度控制主要是以人工作業(yè) 為主 人工作業(yè)勞動強(qiáng)度大 作業(yè)效率低 同時溫 室內(nèi)部環(huán)境得不到及時改善 進(jìn)而影響果蔬生長 對果蔬品質(zhì)產(chǎn)生不利影響 目前 天津市日光溫室 通風(fēng)普遍采用拔縫放風(fēng)的形式 一般放風(fēng)口留寬 60 80cm 覆蓋1 5m寬的窄棚膜 放風(fēng)時人工拉 開風(fēng)口棚膜控制放風(fēng)量大小 但由于一般日光溫室 長度均在 50m 以上 部分溫室長度甚至超過 80m 以上 種植農(nóng)戶放風(fēng)管理較為不便 二 日光溫室卷簾機(jī)和通風(fēng)設(shè)施智能控制技術(shù) 發(fā)展現(xiàn)狀 當(dāng)前 機(jī)械化卷簾和卷膜在省力 搶光和提效 的作用已得到普遍認(rèn)可 但操作需要人工密切巡視 工作質(zhì)量狀況 發(fā)現(xiàn)情況隨時停止工作 另外 在 規(guī)?；臏厥曳N植區(qū) 需要大量人力進(jìn)行操作 這 樣的方式造成了勞動力的巨大浪費(fèi) 隨著物聯(lián)網(wǎng)技 術(shù)的不斷成熟 一些智能控制技術(shù)開始逐步應(yīng)用到 實(shí)際生產(chǎn)中 目前已經(jīng)開發(fā)出的卷簾控制技術(shù)主要 有以下幾種 1 卷簾機(jī)和通風(fēng)設(shè)施遙控技術(shù) 農(nóng)戶使用的卷 簾和卷膜機(jī)都是手動開關(guān)控制或人工操作 操作 人員必須守在開關(guān)附近 既浪費(fèi)了時間 又容易發(fā) 生事故 通過自動卷簾遙控儀 發(fā)出啟動或停止的 命令 控制箱接受信號后斷開或閉合電源 達(dá)到控 制啟閉的目的 此外 由于增加了控制器 行程限 位功能也逐步完善 在日光溫室屋脊處和前屋面處 設(shè)置位置傳感器 當(dāng)機(jī)頭觸碰到行程開關(guān)時 電源 會自動停機(jī)斷電 避免了卷簾不到位或越位等問題 的出現(xiàn) 2 卷簾機(jī)和通風(fēng)設(shè)施現(xiàn)場自動控制技術(shù) 多通 道智能測控儀可以通過布置在溫室內(nèi)的各種不同類 型的傳感器采集有關(guān)溫度 濕度 二氧化碳等數(shù)據(jù) 通過中央控制器對具有通風(fēng) 保溫和降溫功能的系 統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控 適時調(diào)整溫室內(nèi)部空氣的溫濕度和 二氧化碳濃度 從而給作物提供一個適宜的生長環(huán) 境 該方式具有通信效率高 開放性好 應(yīng)用廣泛 以及價格低廉等特點(diǎn) 但此種方式可靠性較差 成 本高 在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較少 3 卷簾機(jī)和通風(fēng)設(shè)施遠(yuǎn)程控制技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng)作 為一種新興的無線感知和操作技術(shù) 具有微功耗 低成本 自組網(wǎng)和節(jié)點(diǎn)布置靈活等特點(diǎn)適用于自動 控制和精準(zhǔn)控制領(lǐng)域 以卷簾機(jī)和通風(fēng)設(shè)施設(shè)備自 動精準(zhǔn)控制為目標(biāo) 具有卷簾機(jī)手動和自動控制功 能的基地管理軟件平臺已經(jīng)得到開發(fā) 系統(tǒng)由無線 監(jiān)控節(jié)點(diǎn)和基地管理平臺構(gòu)成 監(jiān)控節(jié)點(diǎn)由光強(qiáng)傳 感器組成 周期性采集溫室內(nèi)部相關(guān)參數(shù) 監(jiān)控節(jié) 點(diǎn)之間通過形成無線自組織網(wǎng)絡(luò) 將網(wǎng)絡(luò)參數(shù)上傳 到基地管理平臺 基地管理平臺完成數(shù)據(jù)存儲 查 詢以及控制 用戶可根據(jù)氣候特征設(shè)置卷簾機(jī)自動 控制參數(shù) 由此實(shí)現(xiàn)特定溫室的卷簾機(jī)精準(zhǔn)控制 三 發(fā)展日光溫室卷簾機(jī)和通風(fēng)設(shè)施智能化控 制的意義 溫室卷簾機(jī)和通風(fēng)設(shè)施智能化控制能夠最大 推廣窗 WINDOWS 2021 02農(nóng) 機(jī) 科 技 推 廣 30 AGRICULTURE MACHINERYTECHNOLOGY EXTENSION 程度上降低溫室生產(chǎn)的勞動強(qiáng)度 控制日光溫室內(nèi) 溫度和濕度 提高果蔬品質(zhì)和產(chǎn)量 為設(shè)施農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)向標(biāo)準(zhǔn)化 規(guī)?，F(xiàn)代化發(fā)展提供必要的技術(shù) 支撐 有利于設(shè)施農(nóng)業(yè)向都市農(nóng)業(yè)和生態(tài)農(nóng)業(yè)可 持續(xù)發(fā)展 1 實(shí)現(xiàn)對日光溫室卷簾機(jī)集中連片管理 卷放簾 是溫室種植戶一項(xiàng)重復(fù) 費(fèi)時的工作 遠(yuǎn)程控制可 實(shí)現(xiàn)多臺卷簾機(jī)同時工作 不但提高了勞動生產(chǎn)率 更加快實(shí)現(xiàn)由單棟日光溫室向集中連片日光溫室管 理的規(guī)?；?集成化管理模式的轉(zhuǎn)變 2 保持溫室內(nèi)部環(huán)境穩(wěn)定 日光溫室風(fēng)口可根 據(jù)溫度的上升與下降自動反復(fù)開口 封口 實(shí)現(xiàn)無 人值守 此設(shè)備可使日光溫室內(nèi)溫度始終保持在設(shè) 定溫度 避免了由于溫度不穩(wěn)定而給農(nóng)作物帶來 傷害 根據(jù)果蔬不同時期 不同生長階段 設(shè)定 適宜溫度 當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度以后 設(shè)備可自動 開關(guān)風(fēng)口 可以配合排風(fēng)系統(tǒng)啟動降溫 保證室內(nèi) 的溫度達(dá)到理想要求 為農(nóng)作物提供良好的生長 環(huán)境 3 減少病害 提高品質(zhì) 自動降溫保持理想的 溫度 同時也降低了室內(nèi)濕度 為開花授粉及座果 提供理想的環(huán)境 提高了開花座果率 為增產(chǎn)增收 打下良好的基礎(chǔ) 由于濕度降低 減少了疫病 白 粉病和灰霉病及高溫高濕 低溫高濕引發(fā)的各種病 害 提高了果蔬的安全質(zhì)量 向外排風(fēng)的同時把外 面的新鮮空氣吸進(jìn)來 把室內(nèi)有毒的氣體排出去 調(diào)節(jié)了二氧化碳濃度 促進(jìn)植物進(jìn)行光合作用 從 而達(dá)到增產(chǎn)的效果 四 制定合適天津市的日光溫室卷簾機(jī)和通風(fēng) 設(shè)施控制模式 針對目前技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀 我們對日光溫 室溫度自動化控制設(shè)備進(jìn)行了調(diào)研 溫室大棚保溫 和通風(fēng)的發(fā)展趨勢基本上是從人工控制向自動化控 制的方向發(fā)展 從傳統(tǒng)方式向現(xiàn)代化 規(guī)范化方向 發(fā)展 單靠傳統(tǒng)溫室大棚保溫和通風(fēng)的控制已經(jīng)不 能適應(yīng)溫室大棚的大規(guī)模生產(chǎn)經(jīng)營 基于溫室大 棚保溫和通風(fēng)的需要 根據(jù)不同種植規(guī)模的溫室 大棚對保溫和通風(fēng)的不同要求 實(shí)現(xiàn)溫室大棚通風(fēng) 的自動化管理和控制 提升設(shè)施農(nóng)業(yè)的智能化管理 水平 1 構(gòu)建卷簾機(jī)的遠(yuǎn)程控制模式 構(gòu)建基于遠(yuǎn)程 觀測的卷簾機(jī)控制模式 如下圖所示 該模式是 以網(wǎng)絡(luò)為主線 把卷簾機(jī)作為控制終端 通過計(jì)算 機(jī)的人機(jī)交互軟件 在遠(yuǎn)程電腦上控制卷簾機(jī)的啟 停 同時對卷簾機(jī)最終狀態(tài)以手機(jī)短信的方式反饋 給溫室管理人員 通過遠(yuǎn)程控制 實(shí)現(xiàn)卷簾機(jī)的 升降 一方面可以有效的避免事故的發(fā)生 另一方 面可減輕管理人員的勞動強(qiáng)度 限位 開關(guān) 卷簾機(jī) 卷膜機(jī) 視頻 監(jiān)控 控制 終端 遠(yuǎn)程 遙控 現(xiàn)場 控制 平臺 相關(guān)環(huán)境 參數(shù) 適宜 參數(shù) 比較 2 構(gòu)建通風(fēng)簾的現(xiàn)場智能控制模式 在實(shí)現(xiàn)溫 室內(nèi)部溫度 濕度和 CO 2 濃度等參數(shù)檢測的基礎(chǔ) 上 根據(jù)溫室果蔬對環(huán)境的溫濕度和 CO 2 濃度要 求 對溫室通風(fēng)簾設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動化控制 同時將溫 室內(nèi)部參數(shù)溫度 濕度 能準(zhǔn)確的將溫室大棚內(nèi)的 溫度 濕度以短信方式反饋給溫室大棚管理員 使 溫室管理人員隨著掌握溫室內(nèi)部環(huán)境數(shù)據(jù) 從而 避免意外情況的發(fā)生 五 總結(jié) 將日光溫室卷簾機(jī)和通風(fēng)設(shè)施的智能控制應(yīng)用 于日光溫室果蔬的種植整個過程 可以起到降低 果蔬病害 提高果蔬品質(zhì)和產(chǎn)量的作用 同時能夠 提高工作效率 降低勞動成本 促進(jìn)設(shè)施農(nóng)業(yè)的 標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè) 打造生態(tài)型設(shè)施農(nóng)業(yè) 從而帶動設(shè) 施農(nóng)業(yè)向高端高質(zhì)發(fā)展 提高設(shè)施農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化水 平 增強(qiáng)設(shè)施農(nóng)業(yè)的綜合效益