南方玻璃溫室自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及管理

吳敬才，鄭回勇，吳 燕，尤春中，陳永快

(福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院數(shù)字農(nóng)業(yè)研究所 350003)

隨著社會(huì)進(jìn)步、科技發(fā)展，我國設(shè)施農(nóng)業(yè)將向著區(qū)域化、節(jié)能化、專業(yè)化方向發(fā)展，形成高科技、自動(dòng)化、機(jī)械化、規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化的工廠型農(nóng)業(yè)，可為社會(huì)提供更加豐富、安全、優(yōu)質(zhì)的綠色健康食品。在設(shè)施栽培中，玻璃溫室是使用壽命最長的一種結(jié)構(gòu)類型。

福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院中以示范農(nóng)場(chǎng)位于福州市晉安區(qū)新店鎮(zhèn)埔垱村，于2013年10月引進(jìn)以色列設(shè)備及技術(shù)，建成3500 m2以上的玻璃溫室大棚，建成投入使用1年來運(yùn)行良好。現(xiàn)將該玻璃溫室大棚的自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，及其應(yīng)用于無土基質(zhì)設(shè)施栽培的管理經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下。

1 自動(dòng)化控制玻璃溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)材料和結(jié)構(gòu)

玻璃溫室是以透明玻璃為覆蓋材料的溫室，透光率一般為60%～70%。溫室的骨架為鍍鋅鋼管，門窗框架、屋脊為鋁合金輕型鋼材，肩高約8 m。

大棚管理系統(tǒng)采用JPK－013型自動(dòng)化控制系統(tǒng)。開啟電腦，輸入用戶名及密碼，在桌面點(diǎn)擊海峽農(nóng)業(yè)示范園控制系統(tǒng)圖標(biāo)，點(diǎn)擊特殊菜單，點(diǎn)擊登錄“開”，彈出對(duì)話框，再次輸入另外一個(gè)用戶名及密碼，就可進(jìn)行參數(shù)操作設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)束后，下拉特殊菜單，點(diǎn)擊退出“關(guān)”。把目標(biāo)溫度設(shè)計(jì)為30℃，降溫需求百分比為10%。

1.2 系統(tǒng)功能及操作設(shè)計(jì)方案

1.2.1夏、秋季的操作設(shè)計(jì)方案 根據(jù)南方夏、秋季需要降溫的要求設(shè)計(jì)操作方案，詳見表1。

1.2.2冬、春季的操作設(shè)計(jì)方案 根據(jù)南方冬、春季的氣候特點(diǎn)設(shè)計(jì)保溫操作方案，詳見表2。

2 玻璃溫室大棚自動(dòng)化控制系統(tǒng)管理要點(diǎn)

2.1 水肥機(jī)一體化系統(tǒng)管理

水肥機(jī)由以色列Galcon公司提供。操作步驟:電腦開機(jī)—桌面—點(diǎn)擊Client系統(tǒng)—點(diǎn)擊Mixer。

表1 玻璃溫室大棚自動(dòng)化控制系統(tǒng)夏、秋季降溫操作設(shè)計(jì)方案

表2 玻璃溫室大棚自動(dòng)化控制系統(tǒng)冬、春季保溫操作設(shè)計(jì)方案

2.2 分區(qū)設(shè)計(jì)管理

2.2.1水肥機(jī)一體化分區(qū)管理 將整個(gè)溫室分成6個(gè)水肥灌溉區(qū)域，即與電腦連接的6個(gè)水閥所控制的灌溉區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)獨(dú)立的單元。區(qū)域布置見圖1。

圖1 各個(gè)水肥灌溉區(qū)域的平面布置圖

水肥機(jī)裝肥料母液的肥料桶共7個(gè)桶，A、B液各3個(gè)桶，另外1個(gè)酸液桶，分為3個(gè)組別，酸液桶共用。針對(duì)不同作物，每組的肥料母液可以有所區(qū)別。A桶(Fert.1)和 B桶(Fert.2)吸量都設(shè)為5.0 L/m3，酸液(Fert.3)吸量設(shè)為3.5 L/m3。

1區(qū)、2區(qū)種植瑞豐番茄，2014年5月31日移植;3區(qū)種植金玉滿堂番茄，4區(qū)種植串串紅鈴番茄，3區(qū)、4區(qū)均為5月22日移植。從移植到7月2日每天灌溉1次，清晨5:00開始滴灌，時(shí)間為10 min。7月2日開始增加為4次，每次3 min。因?yàn)?區(qū)、4區(qū)結(jié)果多，植株細(xì)弱，7月6日再增加1次，即3區(qū)、4區(qū)結(jié)果期每天灌溉5次，每次3 min。5區(qū)、6區(qū)分別種植金石王1號(hào)和金玉滿堂番茄，2013年11月9日移植，前期灌溉同3區(qū)、4區(qū)，因結(jié)果盛期需肥水較多，增至每天7次 (表3)。

表3 各區(qū)域的電腦識(shí)別代碼及灌溉時(shí)間

2.2.2各區(qū)域的項(xiàng)目編號(hào)綁定及灌溉時(shí)間表(Irrigation Program No.)設(shè)計(jì) 各區(qū)域的電腦識(shí)別代碼及灌溉時(shí)間表設(shè)計(jì)見表3。

2.3 灌溉時(shí)間等數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)及修改

在 Mixer的圖案里，點(diǎn)擊 Irrigation Program No.，在左上角白色框格里輸入所要修改或設(shè)定的項(xiàng)目編號(hào) (Program No.)，回車，再在左上角白色框格的左邊，點(diǎn)擊鎖匙 (解鎖)，選擇要修改的數(shù)據(jù)，輸入要修改的數(shù)據(jù)，全部修改完畢，再次點(diǎn)擊解鎖，點(diǎn)擊確定 (sure)完成修改。其他項(xiàng)目的修改過程同樣。

2.4 所需EC、pH值的修改及其感應(yīng)器校準(zhǔn)

點(diǎn)擊 Fertilization Programs，在肥料項(xiàng)目號(hào) 7、8、9欄目內(nèi)修改各種植區(qū)所需的灌溉水肥的 EC、pH值。2014年種植番茄，1、2、3、4區(qū)的 EC值設(shè)置為 1.5 ms/cm，5、6區(qū)盛果期設(shè)置為 2.0 ms/cm;pH值都設(shè)置為5.7。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)水肥機(jī)上的EC、pH值有偏差時(shí)，要用標(biāo)準(zhǔn)液來進(jìn)行校準(zhǔn)。

2.5 洗鹽

點(diǎn)擊右上角Irrigation Programs進(jìn)入操作界面，點(diǎn)擊Program Settings進(jìn)入灌水?dāng)?shù)據(jù)界面。程序號(hào)(Prog.No)要選擇灌溉肥料沒用過的空白號(hào)。優(yōu)先權(quán) (Priority Setup)選擇low。灌溉間隔天數(shù) (Irri.Cycle days)選擇1 d，時(shí)間單位 (Irri.Unit)為min;灌水量 (Quantity)為持續(xù)灌水60 min，肥料(Fert.Prog)填寫0。開始 (Start Time)寫0:01，結(jié)束寫23:59;各區(qū)的間隔灌溉時(shí)間 (Duratior)寫250 min(洗鹽1輪60×4為240 min，其間休息10 min)。這就是洗鹽1 d的循環(huán)模式。

2.6 過濾器清洗

每個(gè)肥料母液桶下面都有1個(gè)過濾器，選擇在沒有灌溉的時(shí)間段里，關(guān)閉水肥母液桶的開關(guān)，把過濾器小心擰開，用清水沖洗過濾片，干凈為止。然后在灌溉之前裝回，打開水肥開關(guān)。水肥機(jī)后面也有1個(gè)過濾器。

2.7 混合桶溢水問題的解決

灌溉是邊混合水肥邊進(jìn)行灌溉，如果遇到突然停電，等來電時(shí)，電腦不知道混合桶的水肥該往哪個(gè)區(qū)走。因此，當(dāng)看到混合桶溢水時(shí)，應(yīng)立即手工把混合桶里的水肥舀出1/2。

3 小結(jié)

福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院中以示范農(nóng)場(chǎng)的玻璃溫室大棚基本實(shí)現(xiàn)了水肥、溫度、濕度、光照等的自動(dòng)化及智能化控制，經(jīng)過1年的使用，效果良好，有一定的推廣價(jià)值。隨著自動(dòng)化、智能化等高新技術(shù)的不斷研發(fā)與應(yīng)用，計(jì)算機(jī)技術(shù)已作為一種手段，融于各類技術(shù)之中，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與集中控制[1]。高智能型溫室的產(chǎn)生將使農(nóng)產(chǎn)品工廠化生產(chǎn)成為現(xiàn)實(shí)。

[1]葛志軍，傅理.國內(nèi)外溫室產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與研究進(jìn)展 [J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36(35):15751－15753.