ระบบควบคุมสภาพอากาศเรือนกระจก

การติดตั้งอุปกรณ์ควบคุมสิ่งแวดล้อมต่างๆ ภายในโรงเรือนและการใช้ระบบควบคุมอัตโนมัติเพื่อปรับสภาพอากาศภายในโรงเรือนได้กลายเป็นความเห็นพ้องต้องกันพื้นฐานของผู้ที่เกี่ยวข้องกับการเพาะปลูกโรงเรือน ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีไม่สิ้นสุด นวัตกรรมและการปรับปรุงเทคโนโลยีการควบคุมสิ่งแวดล้อมนั้นสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการปรับปรุงและความก้าวหน้าของเทคโนโลยีอื่นๆ

1. ระบบตรวจจับ

(1) ระบบเซ็นเซอร์ตรวจจับที่ใช้ในการเพาะเลี้ยงเรือนกระจก ได้แก่ :

A. สภาพแวดล้อมของก๊าซ: อุณหภูมิ ความชื้นสัมพัทธ์ แสงแดด ความเร็วลม แรงดันลม ความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ฯลฯ

B. สภาพแวดล้อมของราก: อุณหภูมิของสารตั้งต้น, ค่า pH, ค่า EC, ความเข้มข้นของไอออนเดี่ยวแต่ละชนิด, ปริมาณความชื้นของสารตั้งต้น ฯลฯ

C. สภาพทางสรีรวิทยาของพืช: อุณหภูมิใบ, พื้นที่ใบ, มุมใบ, ปริมาณคลอโรฟิลล์, ปริมาณน้ำตาล, ความเข้มข้นของ N, การเปิดปากใบ, ความหนาแน่นของเชื้อโรค ฯลฯ

(2) ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของเซ็นเซอร์ ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพพิเศษของเซ็นเซอร์ที่ใช้ในระบบควบคุมสภาพแวดล้อมเรือนกระจก:

A. ช่วงความแม่นยำคือ 25 เปอร์เซ็นต์ของช่วงข้อกำหนดการควบคุม

B. สามารถทนต่ออุณหภูมิสูง ความชื้นสูง และสภาพแวดล้อมที่มีฝุ่นมาก

C. การทำงานของเซ็นเซอร์ไม่ขัดขวางการเจริญเติบโตของพืชผล ตัวอย่างเช่น การวัดอุณหภูมิใบไม้ควรดำเนินการโดยเทคโนโลยีอินฟราเรดใกล้แบบไม่สัมผัส และไม่สามารถสอดสายสัมผัสเข้าไปในตัวใบไม้ได้

(3) ตำแหน่งของเซ็นเซอร์

ตำแหน่งเซ็นเซอร์มีความสำคัญอย่างยิ่ง จะต้องเป็นตัวแทนและแสดงถึงสภาพแวดล้อมที่แท้จริงของพืชผลภายในเรือนกระจก ตัวอย่างเช่น หากวางเครื่องวัดความชื้นของวัสดุพิมพ์ไว้ในภาชนะบรรจุพืชหรือแปลงปลูกพืชใกล้กับทางเดิน ค่าการวัดความชื้นจะต่ำ ในทางกลับกัน ตำแหน่งของเซ็นเซอร์ไม่ควรส่งผลกระทบต่อความแม่นยำในการวัดเนื่องจากวัตถุอื่นๆ ตัวอย่างเช่น หากเครื่องวัดแสงแดดได้รับผลกระทบจากเงาของลำแสง ค่าที่วัดได้จะต่ำ เทอร์โมมิเตอร์ติดอยู่กับคานและเสา และค่าอุณหภูมิที่วัดได้จะได้รับผลกระทบจากการดูดซับความร้อนและการกระจายความร้อนของวัสดุโลหะ

(4) การบำรุงรักษาเซ็นเซอร์

เซ็นเซอร์อุณหภูมิและความชื้นควรหลีกเลี่ยงการถูกแสงแดดโดยตรง ต้องมีอุปกรณ์ป้องกันฝุ่นอยู่เหนือเครื่องวัดแสงแดด เพื่อไม่ให้กระทบต่อความยาวคลื่นของแสงแดดและมุมเบี่ยงเบนของแสงแดด อิเล็กโทรดวัดค่า pH ความชื้น และอื่นๆ ภายในตัวกลางต้องทนทานต่อกรดและด่าง ระบบโดยรวมจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้าช็อต ซึ่งสามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าอย่างกะทันหันและไฟฟ้าสถิตย์ภายนอกได้

(5) การสอบเทียบเซ็นเซอร์

เซ็นเซอร์ต่างๆ สำหรับสภาพแวดล้อมเรือนกระจกจะควบคุมสัญญาณเอาต์พุตกระแสหรือแรงดันเพื่อการเชื่อมต่อกับระบบควบคุมอุตสาหกรรมที่ง่ายดาย อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพการวัดของเซ็นเซอร์ที่พัฒนาบนพื้นฐานของหลักการทางไฟฟ้าได้รับผลกระทบจากความไม่เป็นเชิงเส้น ผลกระทบจากฮิสเทรีซิส ปรากฏการณ์การเสื่อมสภาพ ฯลฯ และความแม่นยำและความสามารถในการทำซ้ำจะเปลี่ยนแปลงไปตามสภาพแวดล้อมและเวลาที่ใช้งาน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการสอบเทียบเป็นประจำเพื่อรับรองความถูกต้องของเซ็นเซอร์ ประสิทธิภาพที่วัดได้ถูกต้อง ในทางกลับกัน จำเป็นต้องพิจารณาว่าสามารถใช้สูตรในตัวเซ็นเซอร์ได้หรือไม่

ความแม่นยำของเซ็นเซอร์ส่งผลโดยตรงต่อความสำเร็จหรือความล้มเหลวของการดำเนินการควบคุม แต่การดำเนินการสอบเทียบของเซ็นเซอร์จะเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพการวัด การดำเนินการสอบเทียบจำเป็นต้องใช้สารมาตรฐานหรือการสร้างสภาพแวดล้อมมาตรฐาน งานจัดตั้งมาตรฐานการสอบเทียบนี้ได้สร้างระบบในอุตสาหกรรมการวัด ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการสอบเทียบประสิทธิภาพของเซ็นเซอร์ควบคุมสิ่งแวดล้อม

2. ควบคุมระบบปฏิบัติการ

ระบบควบคุมประกอบด้วยสามองค์ประกอบ: อุปกรณ์ควบคุมสิ่งแวดล้อม ระบบตรวจจับ และกลยุทธ์การควบคุม อุปกรณ์ควบคุมสิ่งแวดล้อม เช่น พัดลมแรงดันลบ พัดลมหมุนเวียนภายใน กำแพงน้ำ เครื่องทำความร้อน เครื่องมือพ่นหมอก ฯลฯ หากประสิทธิภาพของอุปกรณ์เชิงกลไม่ดีหรือล้มเหลว ฟังก์ชันการควบคุมสิ่งแวดล้อมจะไม่สามารถเล่นได้ ดังนั้นงานพื้นฐานของการควบคุมสภาพแวดล้อมเรือนกระจกคือการบำรุงรักษาอุปกรณ์เป็นประจำ งานที่ต้องทำรวมถึงการตรวจสอบระดับการปิดกั้นของหัวพ่นหมอก การตรวจสอบความแน่นของสายพานพัดลม และการบำรุงรักษาเซ็นเซอร์ต่างๆ
2. ควบคุมระบบปฏิบัติการ

ระบบควบคุมประกอบด้วยสามองค์ประกอบ: อุปกรณ์ควบคุมสิ่งแวดล้อม ระบบตรวจจับ และกลยุทธ์การควบคุม อุปกรณ์ควบคุมสิ่งแวดล้อม เช่น พัดลมแรงดันลบ พัดลมหมุนเวียนภายใน กำแพงน้ำ เครื่องทำความร้อน เครื่องมือพ่นหมอก ฯลฯ หากประสิทธิภาพของอุปกรณ์เชิงกลไม่ดีหรือล้มเหลว ฟังก์ชันการควบคุมสิ่งแวดล้อมจะไม่สามารถเล่นได้ ดังนั้นงานพื้นฐานของการควบคุมสภาพแวดล้อมเรือนกระจกคือการบำรุงรักษาอุปกรณ์เป็นประจำ งานที่ต้องทำรวมถึงการตรวจสอบระดับการปิดกั้นของหัวพ่นหมอก การตรวจสอบความแน่นของสายพานพัดลม และการบำรุงรักษาเซ็นเซอร์ต่างๆ

(2) การควบคุมกระบวนการ

คุณลักษณะของกลยุทธ์การควบคุมนี้คือการเปรียบเทียบสัญญาณการตรวจจับหนึ่งตัวกับค่าการตั้งค่าหลายค่า จากนั้นจึงควบคุมอุปกรณ์ต่างๆ แยกกัน ตัวอย่างเช่น อุณหภูมิภายในเรือนกระจกจะถูกเปรียบเทียบกับอุณหภูมิที่ตั้งไว้ของอาร์เรย์เพื่อควบคุมเครื่องทำความร้อน พัดลมหมุนเวียนภายใน พัดลมแรงดันลบอากาศภายนอก ผนังน้ำและหมอกตามลำดับ

ช่วงข้อผิดพลาดของตัวควบคุมเกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพของตัวควบคุม

(3) การควบคุมไมโครคอมพิวเตอร์

การใช้พลังการประมวลผลของไมโครคอมพิวเตอร์ทำให้สามารถควบคุมสภาพอากาศขนาดเล็กของหลายส่วนหรือหลายเรือนกระจกพร้อมกันได้ คุณสมบัติอีกประการหนึ่งของการใช้ไมโครคอมพิวเตอร์คือสามารถบันทึกและจัดเก็บค่าสัมผัสของสภาพอากาศขนาดเล็กภายในและภายนอกเรือนกระจกและเวลาการทำงานของอุปกรณ์ควบคุมสิ่งแวดล้อมต่างๆ ดังนั้นผู้จัดการจึงสามารถติดตามกระบวนการเพาะปลูกที่ผ่านมาได้ เนื่องจากอุปกรณ์ประเภทนี้ได้มาตรฐาน จึงสามารถรับส่งข้อมูลได้ง่าย

(4) การควบคุมแบบบูรณาการ

เทคโนโลยีการควบคุมประเภทนี้ใช้พลังการประมวลผล ข้อมูล และความจุในการจัดเก็บข้อมูลของไมโครคอมพิวเตอร์ และร่วมมือกับการจัดตั้งฐานข้อมูลการตลาดพืชผลเพื่อสร้างระบบคอมพิวเตอร์ภายในระบบควบคุม จากระบบนี้ ข้อมูลจะถูกวิเคราะห์ และตัดสินและสังเคราะห์ตามข้อมูลการเพาะปลูกก่อนหน้านี้ ซึ่งจะกลายเป็นกลยุทธ์การควบคุมที่ดีที่สุด การใช้กลยุทธ์นี้ พารามิเตอร์ควบคุมของ microclimate ในเรือนกระจกจะไม่ถูกตั้งค่าเป็นค่าคงที่ แต่เป็นค่าตัวแปร โหมดการทำงานของระบบควบคุมดังกล่าวมีหลายระดับ:
A. มุ่งสู่สภาพแวดล้อมที่ดีที่สุดสำหรับการเจริญเติบโตของพืช: เพื่อให้พืชเติบโตเร็วขึ้นและมีคุณภาพดีที่สุด

B. ต้นทุนการเติบโตของพืชเป้าหมาย: ตัวอย่างเช่น การเพิ่มอุณหภูมิสามารถทำให้พืชผลเติบโตเร็วขึ้นและขายได้เร็วขึ้น อย่างไรก็ตาม มีการเพิ่มต้นทุนด้านพลังงานมากขึ้น ดังนั้นการใช้การควบคุมโหมดแบบรวมจึงสามารถประเมินพารามิเตอร์การควบคุมสิ่งแวดล้อมที่เหมาะสมที่สุดตามเงื่อนไขต้นทุนและราคาผลิตภัณฑ์ในตลาด โดยมุ่งเน้นที่ผลกำไรที่ดีที่สุด

(5) การควบคุมระบบความรู้

ระบบควบคุมนี้ประกอบด้วยระบบความรู้สำหรับการตัดสิน "อัจฉริยะ" และผลของการตัดสินเชิงปัญญานี้จะใช้เป็นการตัดสินใจควบคุมเพื่อกำหนดพารามิเตอร์ควบคุม (เช่น อุณหภูมิ ความชื้น แสงแดด ความชื้นของพื้นผิว ฯลฯ) จากนั้นจึงสั่งการ อุปกรณ์ควบคุมสิ่งแวดล้อม เนื่องจากระบบความรู้สามารถครอบคลุมข้อมูลการดำเนินการจัดการได้ จึงสามารถใช้สั่งการและจัดการอุปกรณ์ได้ ดังนั้นระบบควบคุมจึงสามารถใช้ได้ทั้งการควบคุมสภาพแวดล้อมเรือนกระจกและการควบคุมการดำเนินการจัดการการผลิต

ระบบความรู้รวมถึงแบบจำลองทางสรีรวิทยาที่แสดงโดยสูตรทางคณิตศาสตร์และข้อมูลระดับมืออาชีพที่ประมวลผลโดยโปรแกรมลอจิก ระบบความรู้ประกอบด้วยชุดฐานข้อมูลและแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ตัวอย่างการใช้งานมีดังนี้
1. การควบคุมสิ่งแวดล้อมเรือนกระจก

ผู้ใช้ป้อนชื่อพืชผลและพันธุ์ที่ปลูกในเรือนกระจก และเงื่อนไขการเพาะปลูกของพันธุ์นี้ (อุณหภูมิกลางวันและกลางคืน ความชื้นสัมพัทธ์ ปริมาณแสง ช่วงแสง ความชื้นปานกลาง การนำไฟฟ้า ฯลฯ) ได้รับการจัดเก็บไว้ล่วงหน้า ในฐานข้อมูลการเพาะปลูกของระบบความรู้ นี่คือสภาพแวดล้อม ควบคุมค่าเริ่มต้นของระบบ หากค่าเริ่มต้นแตกต่างจากค่าการวัด microclimate ภายในเรือนกระจก และค่าความแตกต่างนั้นสูงกว่าค่าเบี่ยงเบนที่ยอมรับได้ในการควบคุม ระบบความรู้จะใช้การคำนวณแบบจำลอง microclimate ในเรือนกระจกเพื่อควบคุมปริมาณการปรับและลำดับการปรับของอุปกรณ์ควบคุมสิ่งแวดล้อม ในทางกลับกัน หากสภาพแวดล้อมภายในใกล้เคียงกับค่าเริ่มต้น แต่ค่าที่วัดได้ของสภาพแวดล้อมในชั้นบรรยากาศและการคำนวณแบบจำลอง microclimate แสดงให้เห็นว่าสภาพแวดล้อมภายนอกจะส่งผลกระทบต่อ microclimate ภายในในไม่ช้า ระบบความรู้สามารถเปิดใช้งาน อุปกรณ์ควบคุมสิ่งแวดล้อมล่วงหน้าเพื่อตอบสนองล่วงหน้าและดำเนินการสอนการควบคุมสิ่งแวดล้อมเบื้องต้นดังกล่าว
การรับข้อมูลจากสภาพแวดล้อมของสื่อหรือการติดตามศัตรูพืชของพืชผลสามารถระบุได้ว่าพืชผลต้องมีการชลประทาน ใส่ปุ๋ย และใช้ยาฆ่าแมลงหรือไม่ ในขณะที่ดำเนินการจัดการเหล่านี้ ระบบควบคุมสิ่งแวดล้อมยังสามารถทำการปรับเปลี่ยนที่เกี่ยวข้องได้ เช่น การคงไว้ซึ่งการระบายอากาศและการเร่งการระเหยของน้ำเหนือใบไม้

ระบบความรู้สามารถใช้เพื่อคำนวณต้นทุนการดำเนินงานใหม่ในกรณีที่เงื่อนไขต้นทุนการดำเนินงานเปลี่ยนแปลงในเรือนกระจก (เช่น การเปลี่ยนแปลงต้นทุนพลังงาน) ภายใต้เงื่อนไขที่ไม่ส่งผลกระทบต่อกำหนดการจัดหาตลาด พารามิเตอร์การตั้งค่าของการควบคุมสภาพแวดล้อมเรือนกระจกสามารถปรับเปลี่ยนเพิ่มเติมได้
เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของข้อมูลตลาด เช่น ข้อกำหนดด้านเวลาการส่งมอบล่วงหน้าหรือล่าช้า ระบบความรู้สามารถคำนวณได้โดยใช้แบบจำลองทางสรีรวิทยาเพื่อกำหนดเงื่อนไขในการควบคุมสภาพแวดล้อมเรือนกระจกหรือการปฏิสนธิและการจ่ายน้ำภายใต้ข้อกำหนดการปรับตารางการผลิต . การเปลี่ยนแปลงซึ่งจะใช้ในการประเมินต้นทุนการผลิตใหม่

สถานะการผลิตพืชผลไม่ถึงจุดจัดการคุณภาพการผลิตหรืออาการปรากฏขึ้น ระบบความรู้สามารถใช้ข้อมูล microclimate ในอดีตของเรือนกระจกและสถานะทางสรีรวิทยาของพืชในปัจจุบันเพื่อระบุสาเหตุและจัดการกับมัน ตัวอย่างเช่น สาเหตุของการเจริญเติบโตของพืชไม่ดีสามารถแยกประเภทออกเป็น

1. สภาพแวดล้อมการเจริญเติบโต (อากาศหรือใต้ดิน) ไม่เหมาะสำหรับพันธุ์นี้

2. วิธีการจัดการไม่เหมาะสม (การให้น้ำ และปุ๋ยมากเกินไปหรือน้อยเกินไป)

3. การบุกรุกของโรคและแมลงศัตรูพืชหรือไวรัส
3. สถานีรีเลย์

ในการดำเนินการควบคุมข้างต้น ระบบตรวจจับภายในเรือนกระจก ระบบความรู้ และตัวควบคุมร่วมกันสร้างสถานีถ่ายทอดสำหรับการดำเนินการควบคุมสภาพแวดล้อมเรือนกระจก ข้อมูลที่สถานีถ่ายทอดนี้ได้รับรวมถึงข้อมูลสภาพแวดล้อมในชั้นบรรยากาศที่ส่งโดยระบบการจัดการส่วนกลาง ค่าการตั้งค่าการปรับสภาพปากน้ำของเรือนกระจก และพารามิเตอร์ที่ป้อนโดยตัวควบคุม ข้อมูลภายนอกเหล่านี้จะถูกเปรียบเทียบกับข้อมูล microclimate ของเรือนกระจกและข้อมูลการตรวจจับสภาพทางสรีรวิทยาของพืช จากนั้นจึงประเมินและเปรียบเทียบโดยระบบความรู้ในตัวควบคุมเพื่อควบคุมอุปกรณ์ควบคุมสภาพแวดล้อม
ลักษณะของสถานีถ่ายทอดประเภทนี้คือสถานีถ่ายทอดหนึ่งแห่งควบคุมเรือนกระจกหนึ่งหรือหลายหน่วย สถานีถ่ายทอดสามารถรับข้อมูลจากระบบการจัดการส่วนกลาง และยังส่งข้อมูลการตรวจจับและการดำเนินการควบคุมของแต่ละอุปกรณ์ไปยังระบบการจัดการส่วนกลาง แต่จะไม่รับสัญญาณคำสั่งจากระบบการจัดการส่วนกลาง ฟังก์ชันการควบคุมประเภทนี้อยู่ที่ผู้ปฏิบัติงานในสถานที่เท่านั้นที่สามารถป้อนคำสั่งได้ และบุคลากรระยะไกลไม่สามารถมีส่วนร่วมในการดำเนินงานระยะไกลได้โดยตรง

ระบบเตือนสัญญาณผิดปกติสามารถใช้ร่วมกับระบบสถานีถ่ายทอดนี้ได้ และสามารถแจ้งเจ้าหน้าที่ที่รับผิดชอบได้ด้วยการสื่อสารแบบมีสายหรือไร้สาย

4. การส่งสัญญาณและข้อมูล

การรับส่งข้อมูลจากสถานีถ่ายทอดไปยังระบบการจัดการส่วนกลางสามารถส่งได้โดยใช้สายหรือไร้สาย เนื่องจากการส่งข้อมูลเป็นการดำเนินการที่ได้มาตรฐานในอุตสาหกรรม จึงสามารถนำไปใช้โดยตรงในระบบควบคุมสภาพแวดล้อมเรือนกระจก
5. ระบบบริหารจัดการส่วนกลาง

ระบบการจัดการส่วนกลางนี้มีหน้าที่ดังต่อไปนี้:

1. รวบรวมข้อมูลที่วัดได้ของสภาพแวดล้อมในชั้นบรรยากาศ บันทึกและส่งไปยังสถานีถ่ายทอดแต่ละสถานี

2. ยอมรับข้อมูลปากน้ำและข้อมูลการดำเนินการของอุปกรณ์ของเรือนกระจกแต่ละแห่งที่ส่งโดยสถานีถ่ายทอดแต่ละแห่ง

3. ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของเงื่อนไขต้นทุนการดำเนินงานหรือตารางการดำเนินงาน ระบบความรู้ในตัวจะใช้สำหรับการคำนวณและการประเมิน และพารามิเตอร์ปากน้ำภายในและสภาพการดำเนินงานการจัดการของเรือนกระจกจะถูกกำหนดใหม่ จากนั้นจึงส่งไปยังสถานีถ่ายทอด จากนั้นจึงมอบให้ผู้บริหารเป็นผู้ป้อนและควบคุมตามระบบเงื่อนไขของท้องถิ่น

4. เปรียบเทียบข้อมูลการเติบโตของพืชผลที่รวบรวมทุกครั้ง และใช้เทคโนโลยีการควบคุมคุณภาพเพื่อประเมินว่าเป็นไปตามความก้าวหน้าในการเติบโตที่กำหนดไว้หรือไม่ หากมีลักษณะการเจริญเติบโตและคุณภาพแตกต่างกัน (เช่น ปริมาณปุ๋ยไนโตรเจน ความยาวลำต้น ฯลฯ) ให้ตัดสินจากข้อมูลกระบวนการผลิตที่มีอยู่และข้อมูลทางสรีรวิทยาของพืช เพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับการปรับและการจัดการพารามิเตอร์การควบคุมสิ่งแวดล้อม

5. เว็บไซต์ในตัวของระบบการจัดการสามารถให้หน่วยการบริหารของ บริษัท ใช้เครือข่ายเพื่อรับข้อมูลการผลิตที่เกี่ยวข้องในภูมิภาคต่างๆ สามารถแสดงสถานะการเจริญเติบโตของพืชผลแก่ลูกค้าปลายน้ำเพื่อดูออนไลน์ผ่านเครือข่าย