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物联网温室无土栽培解决方案

日期:2017-01-12 16:12:23 来源:物联商业网 阅读次数:2275 分享:

“物联网温室无土栽培解决方案”由“无土栽培材料”+“自动化施肥系统”

物联网温室无土栽培解决方案

1、概述

  目前,几乎所有的植物工厂均采用营养液栽培模式,营养液栽培是一种利用营养液栽培植物的方法。这种模式不用土壤作为栽培基质,而是将作物直接种植在装有一定营养液的栽培装置,由于营养液栽培完全与土壤无关,避免了土壤栽培经常出现的土传病害的盐类堆积,因此,生产过程中,不使用农药,产品清洁无污染。而且营养液栽培还可以实现省工、节水、省肥、免去了土壤耕作的繁重劳动,改善了农业生产的劳动条件,实现了轻型农业和省力化栽培。

营养液栽培的方法很多,主要分为两大类型:即无基质栽培和固体基质栽培,在本智能温室中,我们采用无基质水培中深液流的方式来种植黄瓜。

深液流是在比较深的培养床内注入定量的培养液,进行间歇、多次的循环,营养液在曝气的同时进行定时循环,或是栽培床之间进行循环流动,以保持足够的溶氧量,其明显优势为:
  ①设施内的营养液总量较多,营养液的组成和浓度变化缓慢,不需要频繁的调整浓度;  

②床体中的热熔量很高,作物根圈温度变化不大,可以比较容易的进行温度调节;

③营养液循环系统中有空气混入装置,很容易调节溶存氧,根部对养分的吸收率高;

④可以在营养液循环过程中,对营养液浓度、养分、PH值等进行综合调控,保持营养液的稳定性营养液是营养栽培条件下植物生长的物质基础,其组成直接影响作物生长发育的速率、品质和经济效益。

因此,营养液管理是营养液栽培的重中之重。针对具体的栽培作物,选择适宜的营养配方、合理的养分浓度水平与配比,给予最优的酸碱度,并对栽培过程中营养液的组分、性质进行检测和调控,是植物工厂生产的关键,也是保证作物产量和品质的重要措施。

智棚自动化施肥系统采用在线检测和程序控制,主要检测的控制因子包括:EC、PH、DO以及液温,并通过自动配液、程序定时供液的方式,为水培床提供精确配置的营养液,以满足水培植物高效生产对营养液的需求。营养液自动检测与控制模式。

2、智棚-自动化施肥系统及功能

智棚-自动化施肥系统由中控计算机、通讯模块、系统控制箱、DFT模式控制单元等部分组成,设置供液、搅拌、检测、配液、液位检测控制以及溶氧量检测及增氧、移动式液温检测、营养液加温/降温功能,以满足植物全生育期对营养液的需求。

2.1  供液

水培床采用定时(绝对时间)控制,每次供液时间和间隔可自由设置,每24小时可最多设置36次。执行供液程序时,为防止沉淀,先进行一定时间搅拌后开始供液。营养液储液池—供液泵—供液电池阀—供液管道进入水培床,利用新液换出陈液后,经过回液管道进入储液池。

2.2 检测

供液完成后,搅拌泵、供液泵以及检测电磁阀同时开启,池内液体经过供液泵—检测电磁阀—营养液检测槽(EC传感器、PH传感器)—冷却水蒸发器回到营养液池中,传感器将检测信号传递到计算机。为保证池内液体均匀并与检测槽内一致,检测搅拌时间设定为可调。营养液检测槽设置在供液管道上。

2.3 营养液调配

检测传感器将检测信号传递到计算机,通过与设定标准比较,低于或者高于设定值时,将进行营养调配,。系统设计共有四个母液罐,分别为A液,B液,酸液、碱液。A、B液位含有不同离子的母液,用于调整营养液中的EC值,酸液和碱液则用来调整营养液中的PH值。营养液调配采用PWM技术,由计算机控制执行机构操作完成。当EC值低于设定值下限时,A、B原液经双腔计量泵联动同时等量施加,当EC值高于设定上限时,补水电磁阀打开,补入清水。酸碱液则按照PH的要求,分别通过酸碱液电磁阀控制,采用液面高度差自流。

2.4 液温控制

营养液温度控制主要由温度传感器、加热棒、制冷机及冷却水蒸发器实现。采用2支PT1000温度传感器,温度传感器1固定在营养液池中,负责监控池内营养液温度。调温系统在线控制,独立运行(供液时段不降温),使池内营养液温度保持恒定;温度传感器2为可移动式,负责各水培床内液体温度。

2.5增氧控制

为保持栽培系统营养液温度,为防止灰尘和病原菌,营养液池、水培床以及供养液、回液管道设计均为相对封闭式,但也相对减少了营养液和大气之间的交换,造成溶氧量偏低,为此,系统中设置了增氧装置,供液钱,增氧装置启动,对液池中营养液充氧。增氧装置工作时间与栽培床上液体溶氧值有关,具体检测由DO传感器来实现。

2.6 液位控制

营养液池设三级液位传感器控制。当营养液低于中位传感器时,补水电磁阀打开,向营养液中注入清水,达到高液位传感器时,补水电磁阀关闭,补水完成。当液位低于地位传感器时,各执行机构进入自动保护并报警。

2.7 执行机构

系统执行机构包括控制箱、控制运行设备以及电气配件等。控制箱内部设有电源控制开关,控制模块采用RS485与计算机连接,继电器输出模块执行计算机指令,控制相应设备实现水培床定时供液;营养液EC、PH自动调配及温度、溶解氧浓度控制,并通过点亮控制箱表面上方指示灯显示系统当前运行模式。控制系统箱内设有控制主令开关,均可切换为手动或停止运行。

2.8 安全保障

为避免系统的安全可靠运行,有效避免因系统故障造成事故或对植物生长造成损坏,系统各部分均设有安全保护及系统报警提示,按功能划分为计算机报警和设备安全报警,按功能划分为计算机报警和设备安全报警。

(1) 计算机报警

 造成计算机报警的主要原因是因为营养液中某控制因子超标,即在线反馈数值突破原设定值,如温度上下限,PH上下限,EC值上下限等原因,均会导致计算机报警,当系统报警时,计算机控制界面上相应报警标志闪烁,提醒操作人员注意,及时进行检查。

(2) 设备安全报警

出现设备安全的报警情况,主要为设备或执行机构出现了不正常的工作状态,当设备安全报警时,控制箱上方红色的报警灯点亮并发出报警的声音。为防止事故发生和设备损坏,安全报警的同时,系统和相应设备停止工作,设备安全报警分类如下:

① 低液位报警。系统在运行过程中,当液位低于低位传感器时报警。此时,除了补水之外,其他设备停止工作。

② 制冷机组保护报警。当制冷机组故障或相应热继电器电流过大时报警。此时制冷机组不工作,出于保护状态。

③ 搅拌机保护报警。当搅拌机故障或相应热继电器电流过大时报警。此时搅拌机不工作,出于保护状态。

④ 电源断相保护报警。当电源断相时报警。同时切断控制电源,系统停止运行。

除以上各项保护外,控制箱内对系统各分支均设有相对独立的电源开关,当运行电流过大或者短路时,将迅速切断相应电源,以保护人身设备和安全。

2.9 计算机控制界面

水培营养液计算机控制采用工业控制计算机与工业控制模块结合的方式。其中:系统温度为在线控制;水培床控制为定时控制;营养液增氧采用比例控制;营养液PH和EC调节采用PWM控制。供液、搅拌、、增氧、营养液检测和PH、EC调配,共同为植物创造最佳生存状态。程序控制软件是基于windows平台编制,界面简单实用,使用者可方便的运行各因子控制范围、供液时间、增氧时间以及传感器参数的设定,系统运行过程中,通过监控窗口,直观地显示相关的检测控制数据与设备运行信息。系统控制软件设置了“实时/历史曲线”功能。该功能可将软件采集的数据以曲线的形式呈现出现出来,以反映各检测控制因子随时间的变化趋势。该功能既可设定显示控制因子独立的数据曲线,又可选择放大某时刻各控制端变化曲线,供使用者根据曲线变化及时调整控制参数,以营造更加适合植物生长的环境。数据采集使用microsoft SQL Server 数据库形式存储,存储数据包括温度、DO、EC、PH,数据每10S记一次 。

2.10 营养液控制效果

营养液栽培与控制系统通过在植物工厂的实际应用和测试检测,取得了较好的实验效果,为进一步在生产上的应用奠定了基础。

2.10.1 EC的控制

通过测试分析,当营养液EC值设定在2.05ms/cm时,在5天的检测期内,营养液控制系统可将营养液EC值控制在设定值±0.2ms/cm范围内。

2.10.2 PH的控制

通过研究测试表明,当营养液PH值设定在6.5时,在11天的检测期内,营养液控制系统可将营养液PH值控制在±0.5的范围内。

2.10.3 液温的控制

通过实验证明,当营养液的温度设定在21℃时,在两天的检测期内,营养液控制系统可将营养液的温度控制在设定值±1℃内。

2.10.4 溶解氧控制

通过实验,在五天的检测期内,营养液控制系统的溶解氧浓度可控制在较精确的范围内,能完全满足水培对溶解氧的需求。


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