设施环境自动化控制技术研究进展.ppt

高级设施环境工程学 园艺学院 设施农业科学与工程系 设施环境自动化控制技术研究进展 第八章 设施环境自动化控制技术研究进展 第一节 概述 温室设施的关键技术是环境控制，该技术的最终目标是提高控制与作业精度。运用各种手段来改善不适环境条件，创造适宜作物生长发育的环境条件的过程，称为“环境控制”。 控制对象包括 光：光强、光质、光照时间等 温：土壤温度、空气温度 水分：空气湿度、土壤含水量 气体：O2、CO2、NOx、NH3等 肥：有机肥、速效肥、底肥等 现代温室控制提出更高的要求，通过调控系统，能够调节温室内的环境，使其满足作物生长需求，并能根据季节的要求，能够调控上市时间，提供产品品质。要完成这样的复杂任务，必须有足够的信息，先进的控制手段，使温室调控的执行机构合理的动作，提供给作物生长所需的最佳信息。 设施环境自动化控制技术研究进展 第二节 温室环境控制技术的发展 国外对温室环境控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。 荷兰，以先进的鲜花生产技术著称于世，其玻璃温室全部由计算机操作。 国外现状 日本研制的蔬菜塑料大棚在播种、间苗、运苗、灌水、喷药等作业的自动化和无人化方面都有应用 。 美国和荷兰还利用差温管理技术，实现对花卉、果蔬等产品的开花和成熟期进行控制，以满足生产和市场的需要。 英国研制的温室计算机遥控技术，可以观测50km以外温室内的光、温、湿、气和水等环境状况，并进行遥控。 日本还利用传感器和计算机技术，进行多因素环境远距离控制装置的开发。 我国对于温室控制技术的研究较晚。我国农业现代化水平较低，农业劳动力大量过剩，温室的一次性投资大，资金短缺以及对操作人员的素质要求比较高等因素，限制了温室控制技术在温室系统的扩展。 我国现状 20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温室控制技术的基础上，才掌握了人工气候室内微机控制技术，该技术仅限于温度、湿度和CO2浓度等单项环境因子的控制。之后，我国的温室控制技术得到了迅速发展。 20世纪80年代，我国先后从欧美和日本等发达国家引进了21.2hm2连栋温室。由于忽略了温室的管理技术和栽培技术，且引进的温室能耗过高，致使企业相继亏损或停产。 90年代初，我国大型温室跌入了发展的低谷。“九五”初期，以以色列温室为代表的北京中以示范农场的建立，拉开了我国第二次学习和引进国外现代温室技术的序幕。 1995年，北京农业大学研制成功了“WJG-1型实验温室环境监控计算机管理系统”，此系统属于小型分布式数据采集控制系统。 1997年以来，中国农业大学在温室环境的自动控制技术方面也取得了一定的成果。 近年来，在国产化技术不断取得进展的同时，也加快了引进国外大型现代化温室设备和综合控制系统的进程。这些现代温室的引进，对促进我国温室计算机的应用与发展，无疑起到了非常积极的推动作用。 设施环境自动化控制技术研究进展 第二节 温室环境控制技术的发展 从国内外温室控制技术的发展状况来看，温室环境控制技术大致经历以下几个发展阶段： 发展阶段 手动控制 机械控制 分散电子控制 计算机控制 智能化控制 温室发展初期采用手段，种植者既是传感器，又是执行机构。通过对温室内外的气候状况和对作物生长状况的观测，凭借长期积累的经验和直觉推测及判断，手动调节温室内环境。其对于作物生长状况的反应是最直接、最迅速且是最有效的，符合传统农业的生产规律。但劳动生产率较低，不适合工厂化。 第二次世界大战以后，手动控制系统被机械设备所替代，首先被引入使用的是自动调温仪。为了满足种植者便利，逐步地与环境控制和作物生长相关的研究成果相继问世，这些新的观点同时也导致了新型的环境控制设备的诞生。 环境控制盒的开发又取代了自动调温仪。在所有的温室中几乎都开始安装这种环境控制盒。随着相关知识的不断更新，这些环境控制盒也做的越来越复杂，到最后一个这样的环境控制盒上会达到30多个按钮。另外，种植者如果要对光照、顶部喷淋、遮荫网系统等进行控制的话，每一个系统还相应地需要有其独立的控制系统。 在二十世纪70年代，计算机系统取代了环境控制盒系统。环境控制盒中固定的通过电缆与测量设备（如探头）以及调节设备（如马达、泵系统）所连接的电子元件被一些可修改的程序所替代。现在的一台计算机相当于以前多个环境控制盒的作用。种植者也可根据计算