日光溫室卷簾機和通風設施智能控制模式研究.pdf

推廣窗 WINDOWS 2021 02農(nóng) 機 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)展設施農(nóng)業(yè) 設施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速 已成為農(nóng) 村經(jīng)濟發(fā)展中極具潛力的經(jīng)濟增長點 顯示了廣闊 的發(fā)展前景 與此同時 越來越多的卷簾機和通風 設施應用到了各類溫室大棚上 日光溫室卷簾機和 通風設施的廣泛應用 大大降低了勞動強度 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 進一步促進了設施農(nóng)業(yè)的發(fā)展 一 天津市當前日光溫室卷簾機和通風設施控 制應用現(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 光溫室卷簾機的廣泛應用 對降低勞動強度 縮短 勞動時間 延長光照時間 提高作物產(chǎn)量和品質方 面發(fā)揮了重要作用 溫室大棚的卷簾和通風是溫室 大棚生產(chǎn)必須環(huán)節(jié) 通風設施的機械化水平在一定 程度上決定著溫室大棚的發(fā)展水平 對促進溫室大 棚產(chǎn)出最大化具有很重要的現(xiàn)實意義 1 日光溫室卷簾機控制技術應用現(xiàn)狀及問題 隨著天津市設施農(nóng)業(yè)的發(fā)展和設施提升工程的推 進 天津市以日光溫室為主的設施農(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)的溫度進行動態(tài)管理 目前 天津市日光溫室種植模式逐漸向規(guī)模化方向發(fā)展 傳統(tǒng)日光溫室的管理模式與當前設施農(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 簾機的展開和收攏 為保證卷簾機運行過程的安全 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 特別是對 于集中連片溫室的管理來說 僅僅操作卷簾機這一 項就是一項繁重的工作 因此 傳統(tǒng)的卷簾機管理 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 卷簾機的停靠位置由 操作人員憑經(jīng)驗來確定 由于人的疏忽往往會出現(xiàn) 沒有卷到位 堵住通風口無法進行通風排濕 卷過 了位 卷簾機 保溫被等會一起越過后墻翻到下去 造成嚴重的后果 二是缺乏過載保護 由于雨雪等 因素使保溫被重量增加 卷簾電動機因載荷過大無 法繼續(xù)工作 又不能及時切斷電源 造成卷簾機空 轉 電流增大 電機發(fā)熱 最終燒毀電動機 2 日光溫室通風設施控制技術應用現(xiàn)狀及問題 通風管理是人工調(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 作物生長極為重要 給溫室大棚通風可以排出設施 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 日光溫室卷簾機和通風設施智能控制 模式研究 天津市農(nóng)業(yè)發(fā)展服務中心 陳 勇 尚 力 朱祥冒 推廣窗 WINDOWS 29 2021 02 農(nóng) 機 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 日光溫室通風口除了傳統(tǒng)的 扒縫通風方式外 近年來隨著日光溫室機械化裝備 水平的提高 在大型連棟溫室中使用的卷膜通風機 構也開始步入日光溫室的屋面通風 使用卷膜通風 設備 較人工扒縫或機械扒縫通風開啟溫室通風口 更加省力 通風口開口更整齊 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械 化 自動化發(fā)展的一種趨勢 目前 由于設施種植戶對大棚通風的重要性認 識不足 溫室大棚通風技術仍舊停留在依靠人工和 傳統(tǒng)經(jīng)驗上 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 當溫室大棚 內(nèi)的空氣成分含量達不到棚內(nèi)作物的生長需求時 必須進行通風處理 排除棚內(nèi)的污濁空氣 同時 將棚外的新鮮空氣置換進來 但是 如何把握好 通風的時間節(jié)點和通風量 成為困擾溫室大棚從業(yè) 人員的現(xiàn)實問題 目前設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 進而影響果蔬生長 對果蔬品質產(chǎn)生不利影響 目前 天津市日光溫室 通風普遍采用拔縫放風的形式 一般放風口留寬 60 80cm 覆蓋1 5m寬的窄棚膜 放風時人工拉 開風口棚膜控制放風量大小 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)戶放風管理較為不便 二 日光溫室卷簾機和通風設施智能控制技術 發(fā)展現(xiàn)狀 當前 機械化卷簾和卷膜在省力 搶光和提效 的作用已得到普遍認可 但操作需要人工密切巡視 工作質量狀況 發(fā)現(xiàn)情況隨時停止工作 另外 在 規(guī)?；臏厥曳N植區(qū) 需要大量人力進行操作 這 樣的方式造成了勞動力的巨大浪費 隨著物聯(lián)網(wǎng)技 術的不斷成熟 一些智能控制技術開始逐步應用到 實際生產(chǎn)中 目前已經(jīng)開發(fā)出的卷簾控制技術主要 有以下幾種 1 卷簾機和通風設施遙控技術 農(nóng)戶使用的卷 簾和卷膜機都是手動開關控制或人工操作 操作 人員必須守在開關附近 既浪費了時間 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 設置位置傳感器 當機頭觸碰到行程開關時 電源 會自動停機斷電 避免了卷簾不到位或越位等問題 的出現(xiàn) 2 卷簾機和通風設施現(xiàn)場自動控制技術 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 保溫和降溫功能的系 統(tǒng)實現(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 應用廣泛 以及價格低廉等特點 但此種方式可靠性較差 成 本高 在實際生產(chǎn)中應用較少 3 卷簾機和通風設施遠程控制技術 物聯(lián)網(wǎng)作 為一種新興的無線感知和操作技術 具有微功耗 低成本 自組網(wǎng)和節(jié)點布置靈活等特點適用于自動 控制和精準控制領域 以卷簾機和通風設施設備自 動精準控制為目標 具有卷簾機手動和自動控制功 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)點和基地管理平臺構成 監(jiān)控節(jié)點由光強傳 感器組成 周期性采集溫室內(nèi)部相關參數(shù) 監(jiān)控節(jié) 點之間通過形成無線自組織網(wǎng)絡 將網(wǎng)絡參數(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)氣候特征設置卷簾機自動 控制參數(shù) 由此實現(xiàn)特定溫室的卷簾機精準控制 三 發(fā)展日光溫室卷簾機和通風設施智能化控 制的意義 溫室卷簾機和通風設施智能化控制能夠最大 推廣窗 WINDOWS 2021 02農(nóng) 機 科 技 推 廣 30 AGRICULTURE MACHINERYTECHNOLOGY EXTENSION 程度上降低溫室生產(chǎn)的勞動強度 控制日光溫室內(nèi) 溫度和濕度 提高果蔬品質和產(chǎn)量 為設施農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)向標準化 規(guī)模現(xiàn)代化發(fā)展提供必要的技術 支撐 有利于設施農(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 實現(xiàn)對日光溫室卷簾機集中連片管理 卷放簾 是溫室種植戶一項重復 費時的工作 遠程控制可 實現(xiàn)多臺卷簾機同時工作 不但提高了勞動生產(chǎn)率 更加快實現(xiàn)由單棟日光溫室向集中連片日光溫室管 理的規(guī)模化 集成化管理模式的轉變 2 保持溫室內(nèi)部環(huán)境穩(wěn)定 日光溫室風口可根 據(jù)溫度的上升與下降自動反復開口 封口 實現(xiàn)無 人值守 此設備可使日光溫室內(nèi)溫度始終保持在設 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 設定 適宜溫度 當溫度高于設定溫度以后 設備可自動 開關風口 可以配合排風系統(tǒng)啟動降溫 保證室內(nèi) 的溫度達到理想要求 為農(nóng)作物提供良好的生長 環(huán)境 3 減少病害 提高品質 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 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量 向外排風的同時把外 面的新鮮空氣吸進來 把室內(nèi)有毒的氣體排出去 調(diào)節(jié)了二氧化碳濃度 促進植物進行光合作用 從 而達到增產(chǎn)的效果 四 制定合適天津市的日光溫室卷簾機和通風 設施控制模式 針對目前技術應用和發(fā)展現(xiàn)狀 我們對日光溫 室溫度自動化控制設備進行了調(diào)研 溫室大棚保溫 和通風的發(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的控制已經(jīng)不 能適應溫室大棚的大規(guī)模生產(chǎn)經(jīng)營 基于溫室大 棚保溫和通風的需要 根據(jù)不同種植規(guī)模的溫室 大棚對保溫和通風的不同要求 實現(xiàn)溫室大棚通風 的自動化管理和控制 提升設施農(nóng)業(yè)的智能化管理 水平 1 構建卷簾機的遠程控制模式 構建基于遠程 觀測的卷簾機控制模式 如下圖所示 該模式是 以網(wǎng)絡為主線 把卷簾機作為控制終端 通過計算 機的人機交互軟件 在遠程電腦上控制卷簾機的啟 停 同時對卷簾機最終狀態(tài)以手機短信的方式反饋 給溫室管理人員 通過遠程控制 實現(xiàn)卷簾機的 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度 限位 開關 卷簾機 卷膜機 視頻 監(jiān)控 控制 終端 遠程 遙控 現(xiàn)場 控制 平臺 相關環(huán)境 參數(shù) 適宜 參數(shù) 比較 2 構建通風簾的現(xiàn)場智能控制模式 在實現(xiàn)溫 室內(nèi)部溫度 濕度和 CO 2 濃度等參數(shù)檢測的基礎 上 根據(jù)溫室果蔬對環(huán)境的溫濕度和 CO 2 濃度要 求 對溫室通風簾設備實現(xiàn)自動化控制 同時將溫 室內(nèi)部參數(shù)溫度 濕度 能準確的將溫室大棚內(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 將日光溫室卷簾機和通風設施的智能控制應用 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 促進設施農(nóng)業(yè)的 標準化建設 打造生態(tài)型設施農(nóng)業(yè) 從而帶動設 施農(nóng)業(yè)向高端高質發(fā)展 提高設施農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化水 平 增強設施農(nóng)業(yè)的綜合效益