温室自动化控制系统的现状与发展方向

作者: 施生来源: 杭州迈煌科技有限公司查看联系方式查看评论 2017/5/16 9:02:27

温室自动化控制系统的现状与发展方向

自动化行业的飞速发展为现代化农业的发展带来了新的契机，现代农业非常依赖于温室环境，温室是一个独立的为农作物生长创造环境的设施，由于农作物的培育对于温度、湿度、CO2浓度等参数的要求很高，所以温室管理需要引入更为的自动化控制系统，所以智能温度控制系统对于现代农业的发展有非常重要的意义。
智能温室是专门为农业温室、农业环境控制等开发生产的智能控制系统。可测量温度、湿度、光照、气压、紫外线、土壤温湿度以及CO2浓度等农业环境要素。
将自动化控制系统应用于温室当中，使得温室内大气、土壤、光照、CO2浓度、风向、风速等参数的采集更加准确，从而模拟出适合的棚内植物生长的环境，再通过控制系统对数据进行分析之后，由一些控制器来进行自动化控制，从而调节到适合农作物生长的环境。
1 国内外研究现状
1.1 国外现状
温室控制技术在国外的发展要追溯到罗马时期。从20世纪70年代开始，计算机控制技术也开始应用到温室控制当中，开始是用现场采集技术，发展到后来应用了较为的分布式控制系统。目前，美国已经将众多新型技术应用到温室生产当中，包括定位控制系统、计算机控制技术和遥感技术等。除此之外，许多发达国家在温室控制方面都有较为深入的研究。
国内外对温室环境控制系统的研究也为其带来的飞速的发展，在控制手段的技术上经历了“手动―自动机械―分散电动―集中电子―计算机集成”五个阶段。其中，温室控制系统的难点在于对环境参数的采集，然后针对于环境做出相应的控制动作，这对于传统控制系统来说是一个挑战。从20世纪80年代开始，随着计算机技术的飞速发展，计算机控制技术广泛应用于各个行业，也包括温度控制系统当中。
目前世界制造业的迅猛发展为温度控制系统也带来了巨大的革新，人们已经不满足于自动化控制，而是追求全自动化、无人化控制，例如荷兰在生产它们作为标志性的花卉及蔬菜时，自动化控制占85%。针对于一些较为复杂的参数，例如温室材料、结构、载荷、微环境（包括温湿度、通风、光照、CO2浓度等）等，英国有一家专门机构来进行研究，这样，全自动化温室控制技术就能更便捷的发展。目前日本研究出无人化的温室大棚，对只能温室控制及现代化农业的发展都带来了新的启发。
总的来说，国外在温度控制系统方面的研究已经非常的深入，包括参数采集，控制方式的升级，以及无人化的实现。但温度控制系统应用于农业生产中还有很多问题亟待解决，因为农作物的生长有许多经验性的因素存在，所以要达到完全的自动化生产还需要更多的仿真数据及实践研究。
1.2 国内现状
我国将温室应用于农作物生长起步较晚。20世纪60年代简易塑料大棚开始出现。70年代之后，新型的节能型日光温室技术慢慢普及，发展至1981年，保护地的面积约为1.6万公顷，占种植面积的4.35%，其中温室仅仅1500公顷，占蔬菜种植面积0.4%。到了1994年，全国有节能型日光温室115万亩，大棚400万亩，总面积达515万亩。直到近几年，温室种植技术才开始广泛应用于农业生产。而温室自动控制系统能够大大提高温室的工作效率，现在国内许多机构都在着手研究，但是温室自动控制系统主要问题有以下几点：
（1）投入产出低，运行经济效益差，并且引进价格高。
（2）技术要求高，一般用户不易掌握，限制了其使用范围。
（3）不适合我国气候的特征。从国外引进的温室不能适合我国的运行模式，从而在气候特征方面不能完全契合。
所以，研究出一个适合我国气候环境，并且能够推广开来的温室自动控制系统是当务之急。基于上述各类因素，我国农业自动化领域的学者在吸收了外国智能温室技术优点的基础上，进行了我国温室环境中各种参数变化的研究。从而越来越多的温室自动控制系统产品问世，也有相当一部分产品应用于一些农业示范园，甚至应用到量产的农作物温室当中。目前，国内智能温度控制技术的发展正逐渐成型。
2 我国温室存在的主要问题
（1）起步晚、科技水平低。我国机械栽培技术起步晚、基础差，生产设备不规范，没有完整的成套电器设备，也没有完善的自动化生产体系。
（2）技术单一。目前的技术研究于单个温室，没有针对于多个温室的集中控制系统，目前物联网技术的发展有希望解决这一问题。
（3）通信方式落后。目前，我国温室测控系统的通信主要是485总线以及CAN总线等有线方式。因为有线通信方式存在诸多弊端，例如布线复杂，空间限制级故障率高，维修维护复杂等等。而现在由于无线传感技术正逐渐成熟，无线通信技术有望更多的应用于温室控制系统中。（4）缺少合适的上位机管理系统。目前的温室控制系统中，一些上位机只限于存储采集的历史数据，而之前提到农业生产需要许多经验因素，温度控制系统则需要更多的农业专家进行实时控制管理系统。
（5）设施抵御自然灾害的能力差。目前大多建筑材料包括钢材、玻璃等等。而这些材料没有国家统一的标准和规格，且应用率不高，仅占设施栽培面积的10%，而自动化温度控制需要对温度、湿度、光照等参数进行调节，而一些自己建造的塑料设施并不能实现这些要求，所以设施的规范化是目前亟待解决的问题。
（6）机械化水平不高。目前，在操作方面还是以人工为主，没有大型的机械等辅助进行生产等行为的实施。
3 智能温室控制的发展趋势
智能温室控制系统的出现为我国现代化农业的发展带来了便利，而放眼未来，为了完善和加强智能温室控制系统技术，还有许多方面需要进行研究。也将会有越来越高科技的产品的出现来促进农业及自动化行业的发展，其发展趋势主要从以下几个方面
（1）越来越多的参数检测及控制，除了温度湿度及气体浓度等常见的参数，还需要针对于不同农作物的多种参数进行控制。
（2）相对简单的操作终端，由于农业生产的操作者并非自动化行业的从业者，所以相对简单的用户操作界面也非常重要。
（3）便于维护维修，由于系统较为复杂，故障点也较多，所以需要便捷的维护维修。
（4）系统便于升级，从农业物联网的角度出发，会有越来越多的功能加入，所以智能温室控制系统需要更加的有可开发性。