hệ thống kiểm soát khí hậu nhà kính

Mar 05, 2023

Để lại lời nhắn

Việc lắp đặt các thiết bị kiểm soát môi trường khác nhau bên trong nhà kính và sử dụng hệ thống điều khiển tự động để điều chỉnh vi khí hậu bên trong đã trở thành sự đồng thuận cơ bản giữa những người tham gia canh tác trong nhà kính. Sự tiến bộ của công nghệ là vô tận. Việc đổi mới và cải tiến công nghệ kiểm soát môi trường có liên quan mật thiết đến việc cập nhật và tiến bộ của các công nghệ khác.

1. Hệ thống cảm biến

(1) Cảm biến Hệ thống cảm biến được sử dụng trong canh tác nhà kính bao gồm:

A. Môi trường khí: nhiệt độ, độ ẩm tương đối, ánh sáng mặt trời, tốc độ gió, áp suất gió, nồng độ khí cacbonic, v.v.

B. Môi trường rễ: nhiệt độ cơ chất, giá trị pH, giá trị EC, nồng độ từng ion đơn lẻ, độ ẩm cơ chất, v.v.

C. Trạng thái sinh lý của cây trồng: nhiệt độ lá, diện tích lá, góc lá, hàm lượng diệp lục, hàm lượng đường, nồng độ N, độ mở khí khổng, mật độ mầm bệnh, v.v.

(2) Yêu cầu về hiệu suất của các cảm biến Các yêu cầu về hiệu suất đặc biệt của các cảm biến được sử dụng trong hệ thống kiểm soát môi trường nhà kính:

A. Phạm vi chính xác là 25 phần trăm phạm vi yêu cầu kiểm soát

B. Chịu được nhiệt độ cao, độ ẩm cao và môi trường nhiều bụi bẩn.

C. Hoạt động cảm biến của cảm biến không cản trở sự phát triển của cây trồng. Ví dụ, việc đo nhiệt độ của lá nên được thực hiện bằng công nghệ không tiếp xúc cận hồng ngoại và không thể luồn dây tiếp xúc vào thân lá.

(3) Vị trí của cảm biến

Vị trí đặt cảm biến là vô cùng quan trọng. Nó phải mang tính đại diện và đại diện cho môi trường thực của cây trồng bên trong nhà kính. Ví dụ: nếu máy đo độ ẩm chất nền được đặt trong thùng chứa thực vật hoặc luống trồng cây gần lối đi, giá trị đo độ ẩm của nó sẽ thấp. Mặt khác, vị trí của cảm biến không được ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo do các đối tượng khác. Ví dụ, nếu máy đo nắng bị ảnh hưởng bởi bóng của chùm sáng, giá trị đo được sẽ thấp. Nhiệt kế được cố định trên thanh và cột, giá trị nhiệt độ đo được dễ bị ảnh hưởng bởi sự hấp thụ nhiệt và tản nhiệt của vật liệu kim loại.

(4) Bảo dưỡng cảm biến

Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm nên tránh ánh nắng trực tiếp. Phía trên máy đo nắng phải có thiết bị chống bụi để không ảnh hưởng đến bước sóng ánh sáng và góc lệch ánh sáng mặt trời. Độ pH, độ ẩm và các điện cực đo khác bên trong môi trường phải có khả năng chống axit và kiềm. Toàn bộ hệ thống cần phải có thiết bị chống sốc điện, có thể chịu được sự thay đổi điện áp đột ngột và tĩnh điện bên ngoài.

(5) Hiệu chỉnh cảm biến

Các cảm biến khác nhau cho tín hiệu dòng điện hoặc điện áp đầu ra điều khiển môi trường nhà kính để dễ dàng kết nối với các hệ thống điều khiển công nghiệp. Tuy nhiên, hiệu suất đo lường của các cảm biến được phát triển trên cơ sở các nguyên tắc điện bị ảnh hưởng bởi tính phi tuyến tính, hiệu ứng trễ, hiện tượng lão hóa, v.v., đồng thời độ chính xác và khả năng tái tạo của chúng thay đổi theo môi trường và thời gian sử dụng. Do đó, cần hiệu chuẩn thường xuyên để đảm bảo độ chính xác của cảm biến. Hiệu suất đo được có sẵn một cách chính xác. Mặt khác, cần xem xét liệu công thức tích hợp của cảm biến có được áp dụng hay không.

Độ chính xác của cảm biến ảnh hưởng trực tiếp đến sự thành công hay thất bại của hoạt động điều khiển, nhưng hoạt động hiệu chuẩn của cảm biến sẽ quyết định hiệu suất đo của nó. Hoạt động hiệu chuẩn đòi hỏi phải sử dụng chất chuẩn hoặc thiết lập môi trường chuẩn. Công việc thiết lập tiêu chuẩn hiệu chuẩn này đã thiết lập một hệ thống trong ngành đo lường, có thể được giới thiệu để hiệu chuẩn hiệu suất của các cảm biến kiểm soát môi trường.

2. Hệ điều hành điều khiển

Hệ thống kiểm soát bao gồm ba yếu tố: thiết bị kiểm soát môi trường, hệ thống cảm biến và chiến lược kiểm soát. Các thiết bị kiểm soát môi trường như quạt áp suất âm, quạt tuần hoàn bên trong, tường nước, máy sưởi, dụng cụ phun sương, v.v. Nếu hiệu suất của thiết bị cơ khí kém hoặc hỏng hóc, chức năng điều tiết môi trường sẽ không thể phát huy tác dụng. Do đó, công việc cơ bản để kiểm soát môi trường nhà kính là bảo trì thiết bị thường xuyên. Công việc cần thực hiện bao gồm kiểm tra mức độ tắc nghẽn của vòi phun sương, kiểm tra độ kín của dây đai quạt và bảo dưỡng các cảm biến khác nhau.
2. Hệ điều hành điều khiển

(2) Kiểm soát quá trình

Tính năng của chiến lược điều khiển này là so sánh một tín hiệu cảm biến với nhiều giá trị cài đặt, sau đó điều khiển các thiết bị khác nhau một cách riêng biệt. Ví dụ, nhiệt độ bên trong nhà kính được so sánh với nhiệt độ cài đặt của dãy để điều khiển máy sưởi, quạt tuần hoàn bên trong, quạt áp suất âm không khí bên ngoài, tường nước và phun sương theo trình tự.

Phạm vi lỗi của điều khiển có liên quan đến hiệu suất của bộ điều khiển.

(3) Điều khiển máy vi tính

Sử dụng khả năng tính toán của máy vi tính, vi khí hậu của nhiều phần hoặc nhiều nhà kính có thể được kiểm soát đồng thời. Một tính năng khác của việc sử dụng máy vi tính là nó có thể ghi lại và lưu trữ giá trị cảm biến của vi khí hậu bên trong và bên ngoài nhà kính và thời gian hoạt động của các thiết bị kiểm soát môi trường khác nhau, để người quản lý có thể theo dõi quá trình canh tác trong quá khứ. Vì loại thiết bị này được tiêu chuẩn hóa nên việc truyền dữ liệu có thể được thực hiện dễ dàng.

(4) Điều khiển tích hợp

Loại công nghệ điều khiển này sử dụng sức mạnh tính toán, dữ liệu và khả năng lưu trữ dữ liệu của máy vi tính, đồng thời hợp tác với việc thiết lập cơ sở dữ liệu tiếp thị cây trồng để thiết lập một hệ thống máy tính bên trong hệ thống điều khiển. Dựa trên hệ thống này, dữ liệu được phân tích, phán đoán và tổng hợp được thực hiện dựa trên dữ liệu canh tác trước đó, trở thành chiến lược kiểm soát tối ưu. Sử dụng chiến lược này, các thông số kiểm soát vi khí hậu trong nhà kính không được đặt thành các giá trị cố định mà là các giá trị thay đổi. Phương thức hoạt động của các hệ thống điều khiển như vậy có các cấp độ khác nhau:
A. Nhằm mục đích tạo môi trường tốt nhất cho cây trồng sinh trưởng: làm cho cây trồng phát triển nhanh hơn, chất lượng tốt nhất.

B. Chi phí tăng trưởng cây trồng mục tiêu: Ví dụ, tăng nhiệt độ có thể làm cho cây trồng phát triển nhanh hơn và được bán sớm hơn. Tuy nhiên, nhiều chi phí năng lượng được thêm vào, vì vậy việc sử dụng điều khiển chế độ tích hợp có thể đánh giá các thông số kiểm soát môi trường phù hợp nhất dựa trên điều kiện chi phí và giá sản phẩm thị trường, tập trung vào lợi nhuận tốt nhất.

(5) Kiểm soát hệ thống tri thức

Hệ thống điều khiển này chứa một hệ thống kiến thức để đánh giá "trí thông minh" và kết quả của phán đoán trí tuệ này được sử dụng làm quyết định điều khiển để xây dựng các tham số điều khiển (chẳng hạn như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng mặt trời, độ ẩm của chất nền, v.v.), sau đó ra lệnh cho thiết bị kiểm soát môi trường. Vì hệ thống kiến thức có thể bao gồm dữ liệu của hoạt động quản lý, nên nó cũng có thể được sử dụng để chỉ huy và quản lý thiết bị. Do đó, hệ thống điều khiển có thể được sử dụng cho cả việc kiểm soát môi trường nhà kính và kiểm soát hoạt động quản lý sản xuất.

Hệ thống kiến thức bao gồm các mô hình sinh lý học được biểu thị bằng các công thức toán học và các dữ liệu chuyên môn được xử lý bằng các chương trình logic. Hệ thống tri thức bao gồm hàng loạt cơ sở dữ liệu và mô hình toán học. Ví dụ về ứng dụng của nó như sau:
1. Kiểm soát môi trường nhà kính

Người dùng nhập tên của loại cây trồng và giống được trồng trong nhà kính, đồng thời các điều kiện canh tác của giống này (nhiệt độ ngày và đêm, độ ẩm tương đối, lượng ánh sáng, quang kỳ, độ ẩm trung bình, độ dẫn điện, v.v.) đã được lưu trữ sẵn trong cơ sở dữ liệu canh tác của hệ thống tri thức. Đây là môi trường Kiểm soát giá trị mặc định của hệ thống. Nếu giá trị mặc định khác với giá trị đo vi khí hậu bên trong nhà kính và giá trị chênh lệch cao hơn giá trị sai lệch dung sai kiểm soát, hệ thống kiến thức sẽ sử dụng tính toán mô hình vi khí hậu nhà kính để kiểm soát lượng điều chỉnh và trình tự điều chỉnh của thiết bị kiểm soát môi trường. Ngược lại, nếu điều kiện môi trường bên trong gần với giá trị mặc định, nhưng giá trị đo được của môi trường khí quyển và tính toán của mô hình vi khí hậu cho thấy môi trường bên ngoài sẽ sớm ảnh hưởng đến vi khí hậu bên trong, hệ thống kiến thức có thể kích hoạt thiết bị kiểm soát môi trường trước để đáp ứng trước và thực hiện các hoạt động kiểm soát môi trường được dạy sơ bộ như vậy.
Dữ liệu cảm biến từ môi trường phương tiện hoặc giám sát dịch hại cây trồng có thể xác định liệu cây trồng có cần được tưới, bón phân và sử dụng thuốc trừ sâu hay không. Trong khi thực hiện các hoạt động quản lý này, hệ thống kiểm soát môi trường cũng có thể thực hiện các điều chỉnh tương ứng, chẳng hạn như duy trì hệ thống thông gió và Tăng tốc độ bay hơi của nước phía trên lá.

Hệ thống kiến thức có thể được sử dụng để tính toán lại chi phí vận hành trong trường hợp thay đổi điều kiện chi phí vận hành trong nhà kính (ví dụ: thay đổi chi phí năng lượng). Trong điều kiện không ảnh hưởng đến lịch trình cung cấp thị trường, các thông số cài đặt của kiểm soát môi trường nhà kính có thể được điều chỉnh thêm.
Do những thay đổi về thông tin thị trường, chẳng hạn như yêu cầu về thời gian giao hàng trước hoặc sau, hệ thống kiến thức có thể được tính toán bằng các mô hình sinh lý học để xác định các điều kiện kiểm soát môi trường nhà kính hoặc hoạt động bón phân và cấp nước theo yêu cầu điều chỉnh lịch trình sản xuất . thay đổi, sau đó được sử dụng để đánh giá lại chi phí sản xuất.

Tình trạng sản xuất cây trồng không đạt điểm quản lý chất lượng sản xuất hoặc xuất hiện triệu chứng bệnh. Hệ thống kiến thức có thể sử dụng dữ liệu vi khí hậu trong quá khứ của nhà kính và trạng thái sinh lý hiện tại của cây trồng để xác định nguyên nhân và giải quyết nó. Ví dụ, các nguyên nhân khiến cây trồng kém phát triển có thể được phân loại riêng thành

1. Môi trường sinh trưởng (không khí hoặc dưới đất) không phù hợp với giống này,

2. Phương pháp quản lý chưa phù hợp (quá nhiều hoặc quá ít nước và phân bón),

3. Sự xâm nhập của dịch bệnh và côn trùng gây hại hoặc tác động của virus.
3. Trạm chuyển tiếp

Trong các hoạt động kiểm soát trên, hệ thống cảm biến bên trong nhà kính, hệ thống tri thức và bộ điều khiển cùng nhau tạo thành một trạm chuyển tiếp cho các hoạt động kiểm soát môi trường nhà kính. Dữ liệu mà trạm chuyển tiếp này nhận được bao gồm dữ liệu môi trường khí quyển được truyền bởi hệ thống quản lý trung tâm, giá trị cài đặt điều chỉnh vi khí hậu của nhà kính và các tham số do bộ điều khiển nhập vào. Những dữ liệu bên ngoài này được so sánh với dữ liệu vi khí hậu nhà kính và dữ liệu cảm biến điều kiện sinh lý cây trồng, sau đó được đánh giá và so sánh bởi hệ thống kiến thức trong bộ điều khiển để điều khiển thiết bị kiểm soát môi trường.
Đặc điểm của loại trạm chuyển tiếp này là một trạm chuyển tiếp điều khiển một hoặc một số đơn vị nhà kính. Trạm chuyển tiếp có thể nhận dữ liệu từ hệ thống quản lý trung tâm, đồng thời truyền dữ liệu cảm biến và hành động điều khiển của từng thiết bị đến hệ thống quản lý trung tâm, nhưng nó không chấp nhận tín hiệu lệnh từ hệ thống quản lý trung tâm. Loại chức năng điều khiển này nằm ở chỗ chỉ những người vận hành tại chỗ mới có thể nhập lệnh và nhân viên từ xa không thể trực tiếp tham gia vào các hoạt động từ xa.

Hệ thống cảnh báo tín hiệu bất thường có thể được sử dụng kết hợp với hệ thống trạm chuyển tiếp này. Và nhân viên chịu trách nhiệm có thể được thông báo bằng giao tiếp có dây hoặc không dây

4. Truyền tín hiệu và dữ liệu

Việc truyền dữ liệu từ trạm chuyển tiếp đến hệ thống quản lý trung tâm có thể được truyền bằng phương tiện có dây hoặc không dây. Vì việc truyền dữ liệu và dữ liệu là một hoạt động được tiêu chuẩn hóa trong ngành nên nó có thể được sử dụng trực tiếp trong hệ thống kiểm soát môi trường nhà kính.
5. Hệ thống quản lý trung tâm

Hệ thống quản lý trung tâm này có các chức năng sau:

1. Thu thập số liệu môi trường khí quyển đo được, ghi lại và gửi đến từng trạm chuyển tiếp.

2. Chấp nhận dữ liệu vi khí hậu và thông tin hoạt động của thiết bị của từng nhà kính được truyền bởi từng trạm chuyển tiếp.

3. Dựa trên những thay đổi về điều kiện chi phí vận hành hoặc lịch trình vận hành, hệ thống kiến thức tích hợp sẵn được sử dụng để tính toán và đánh giá, đồng thời xác định lại các thông số vi khí hậu bên trong và điều kiện vận hành quản lý của nhà kính, sau đó gửi đến trạm chuyển tiếp , sau đó bàn giao cho nhân viên quản lý để nhập và kiểm soát theo hệ thống điều kiện địa phương.

4. So sánh thông tin tăng trưởng của cây trồng được thu thập vào mỗi thời điểm cố định và sử dụng công nghệ kiểm soát chất lượng để đánh giá xem thông tin đó có đáp ứng tiến độ tăng trưởng định trước hay không. Nếu có sự khác biệt về đặc điểm và chất lượng sinh trưởng (chẳng hạn như hàm lượng phân đạm, chiều dài thân, v.v.), hãy đánh giá dựa trên thông tin quy trình sản xuất hiện có và dữ liệu sinh lý cây trồng, làm tài liệu tham khảo cho việc điều chỉnh và quản lý các thông số kiểm soát môi trường.

5. Trang web tích hợp của hệ thống quản lý có thể cung cấp cho các đơn vị hành chính của công ty sử dụng mạng để lấy thông tin sản xuất có liên quan ở các khu vực khác nhau. Tình trạng tăng trưởng của cây trồng có thể được cung cấp cho khách hàng ở hạ nguồn để xem trực tuyến qua mạng.