氣 霧 栽 培 式 家 庭 植 物 工 廠 營 養(yǎng) 液 循 環(huán) 與 管 理 系 統(tǒng) 設 計 楊 學 坤 北 京 農 業(yè) 職 業(yè) 學 院 機 電 工 程 學 院 北 京 1 0 2 2 0 8 摘 要 針 對氣霧栽培式 家庭植物工廠生產對營 養(yǎng)液循環(huán)及管理的要求 開 發(fā)了 以自 吸泵 恒溫 機 紫 外線 消毒 燈 為 執(zhí) 行 設 備 的 營 養(yǎng) 液 循 環(huán) 與管理 系統(tǒng) 實現了對營養(yǎng)液 E C 值 p H 溫度的監(jiān)測以 及營養(yǎng)液溫度 控制 結 果表 明 系統(tǒng) 正常 運 行 狀 態(tài) 下 營 養(yǎng) 液 溫 度 調 控 平 均 響 應 速度大 于 1 4 3 h 控制偏差小于 0 4 營養(yǎng)液的 E C 值和 p H 均處 于控 制范 圍內 系 統(tǒng) 動 作 準 確 性 能 穩(wěn) 定 可 靠 能 夠 滿 足 家 庭 植物工廠 生長所需環(huán)境 要求 關鍵詞 家庭植物工廠 營養(yǎng) 液 自動控制 氣霧栽培 中圖分類 號 S 3 1 7 文獻標識碼 A 文章編號 0 5 1 7 6 6 1 1 2 0 2 1 0 3 0 2 0 9 0 5 d o i 1 0 3 9 6 9 j i s s n 0 5 1 7 6 6 1 1 2 0 2 1 0 3 0 5 6 開 放科學 資源 服務 標識 碼 O S I D D e s i g n o f N u t r i e n t S o l u t i o n C i r c u l a t i o n a n d M a n a g e m e n t S y s t e m f o r A e r o s o l C u l t u r e F a m i l y P l a n t F a c t o r y Y A N G X u e k u n S c h o o l o f M e c h a n i c a l a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g B e i j i n g V o c a t i o n a l C o l l e g e o f A g r i c u l t u r e B e i j i n g 1 0 2 2 0 8 A b s t r a c t A i m i n g a t t h e r e q u i r e m e n t s o f n u t r i e n t s o l u t i o n c i r c u l a t i o n a n d m a n a g e m e n t i n t h e p r o d u c t i o n o f a e r o s o l c u l t u r e f a m i l y p l a n t f a c t o r y a n u t r i e n t s o l u t i o n c i r c u l a t i o n a n d m a n a g e m e n t s y s t e m w i t h s e l f p r i m i n g p u m p c o n s t a n t t e m p e r a t u r e m a c h i n e a n d u l t r a v i o l e t d i s i n f e c t i o n l a m p a s t h e i m p l e m e n t a t i o n e q u i p m e n t w a s d e v e l o p e d t o m o n i t o r t h e E C v a l u e p H a n d t e m p e r a t u r e o f t h e n u t r i e n t s o l u t i o n a n d c o n t r o l t h e t e m p e r a t u r e o f t h e n u t r i e n t s o l u t i o n T h e t e s t r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e a v e r a g e r e s p o n s e s p e e d o f n u t r i e n t s o l u t i o n t e m p e r a t u r e r e g u l a t i o n w a s g r e a t e r t h a n 1 4 3 h t h e c o n t r o l d e v i a t i o n w a s l e s s t h a n 0 4 a n d t h e E C v a l u e a n d p H o f t h e n u t r i e n t s o l u t i o n w e r e w i t h i n t h e c o n t r o l r a n g e T h e s y s t e m h a d a c c u r a t e o p e r a t i o n s t a b l e a n d r e l i a b l e p e r f o r m a n c e a n d c o u l d m e e t t h e e n v i r o n m e n t a l r e q u i r e m e n t s f o r t h e g r o w t h o f f a m i l y p l a n t p l a n t s K e y w o r d s D o m e s t i c p l a n t f a c t o r i e s N u t r i e n t s o l u t i o n A u t o m a t i c c o n t r o l A e r o s o l c u l t u r e 基 金 項 目 北 京 農 業(yè) 職 業(yè) 學 院 2 0 1 9 年 度 科 研 項 目 X Y Y F 1 9 2 3 作 者 簡 介 楊 學 坤 1 9 8 1 男 山 東 濰 坊 人 副 研 究 員 碩 士 從 事 設 施 農 業(yè) 裝 備 研 究 收 稿 日 期 2 0 2 0 0 6 1 2 營養(yǎng)液 栽培 n u t r i c u l t u r e 是 一種利 用營養(yǎng) 液栽培 植物的 方法 是 家庭植 物 工 廠 的 主 要 栽 培 方 式 具 有 省 工 節(jié) 水 省 肥等 優(yōu)點 避免 了土壤 栽培 經 常出現 的 土 傳 病 害 和 鹽 類 堆 積 以及 由此引 起 的 連 作 障 礙 和 各 種 病 害 1 目 前 使 用 最 普 及 的 有 D F T 深 液 流 和 氣 霧栽 培 2 種栽 培模 式 這 2 種 模 式 均 可采 用封閉 式營養(yǎng) 液 自 動 循 環(huán) 系 統(tǒng) 進 行 植 物 栽 培 的 全 過 程 管 理 在 家 庭 植 物 工 廠 中 多 以 深 液 流 方 式 為 主 氣 霧 栽 培 還 較為 鮮見 2 3 學者們 借鑒人 工 光型 植物工 廠 的設 計 經 驗 在 家 庭 植 物 工廠 營養(yǎng)液 循環(huán)與 控 制 系 統(tǒng) 的 設 計 方 面 開 展 了 大 量 的 研 究 工作 多 以單片 機作為 核心 控 制 單 元 采 集 p H E C 值 液 溫 液位 等營養(yǎng) 液 因 子 如 冷 凝 器 加 熱 棒 泵 供 液 電 磁 閥 等 執(zhí) 行設 備實現 對營養(yǎng) 液 液 溫 p H E C 值 的 調 控 這 些 研 究 多 基 于 水 培系統(tǒng) 進行設 計 開發(fā) 4 7 結 合家庭 植物工 廠生 產 的 農 藝 獨 特 性 在 借 鑒 前 人 經 驗 的 基 礎 上 筆 者 設 計 開 發(fā) 了 家 庭 營養(yǎng) 液循環(huán) 與管理 系 統(tǒng) 實 現 對家庭 植 物 工 廠 生 產 過 程 中 影 響作 物生長 的 溫 度 E C 值 p H 及 液 位 等 營 養(yǎng) 液 因 子 的 監(jiān) 測 與控 制 1 總 體 方 案設 計 1 1 控 制 系 統(tǒng) 總 體 結 構 根 據 家 庭 植 物 工 營 養(yǎng) 液 循 環(huán) 與 管 理系 統(tǒng)功能 需求 設計 系統(tǒng) 總 體 結 構 如 圖 1 所 示 系 統(tǒng) 分 為 主 控 單元 信息 采集單 元和 執(zhí) 行 控 制 單 元 組 成 營 養(yǎng) 液 信 息 采集 單元的 各 傳 感 器 采 集 營 養(yǎng) 液 的 溫 度 E C 值 p H 及 液 位 信 息 傳 送 到 主 控 單 元 主 控 單 元 按 照 控 制 策 略 通 過 運 算 判 別 后 輸 出 控 制 信 號 通 過 繼 電 器 驅 動 自 吸 泵 恒 溫 器 紫 外 線 消 毒 燈等 執(zhí) 行設 備 對 營養(yǎng) 液 因子 進 行監(jiān) 測 和控 制 圖 1 營養(yǎng)液循環(huán) 與管理系統(tǒng)總 體結構 F i g 1 O v e r a l l s t r u c t u r e o f n u t r i e n t s o l u t i o n c i r c u l a t i o n a n d m a n a g e m e n t s y s t e m 系統(tǒng) 采 用 M H W 6 0 7 0 1 2 1 2 M R 6 A D 型 觸摸 屏 P L C 一 體 機 作 為系 統(tǒng) 控 制 器 集 觸 摸 屏 顯 示 和 P L C 控 制 于 一 體 P L C 兼 容 三菱 F X 2 N 系 列 采 用 7 寸 觸 摸 屏 具 有 光 耦 隔 離 的 1 2 路 開 關量 輸 入和 1 2 路 開 關量 輸 出 支 持 6 路 4 2 0 m A 模 擬 量 信 號輸 入 具 有 4 8 5 通 訊 口 支 持 M O D B U R T U 通 信 協 議 為 了 避免 接 觸式 液 位 傳 感 器 受 到 水 垢 或 其 他 雜 物 影 響 而 造 成 動 作失 靈 系 統(tǒng) 選 用 X K C Y 2 6 V 型 非 接 觸 式 液 位 傳 感 器 安 裝 于容 器 外 壁 無 需 對 容 器 開 孔 不 與 液 體 直 接 接 觸 感 應 管壁 厚 度 可 達 2 0 m m 不 受 強 酸 強 堿 等 腐 蝕 性 液 體 的 腐 蝕 以及 水 垢或 其 他雜 物 影響 輸 出 電流 1 1 0 0 m A 響 應 時 間 5 0 0 m s 誤 差為 1 5 m m 選用 L T C G S Y 0 0 5 A 0 7 0 0 1 2 溶液 E C 鹽分 溫 度 二 合 一 傳 感 器 輸 出 2 路 4 2 0 m A 安 徽 農 業(yè) 科 學 J A n h u i A g r i c S c i 2 0 2 1 4 9 3 2 0 9 2 1 3 模擬 信 號 溶 液 溫 度 為 4 0 8 0 溶 液 E C 值 為 0 1 0 m S c m 溶 液 溫度 精度 控 制 在 0 5 溶 液 E C 值 精 度 控 制 在 3 選用 D 1 4 4 型溶液 p H 傳 感 器 測 量 精 度 精 度 控 制 在 0 1 測量 范 圍為 0 1 4 1 2 系 統(tǒng) 結構 家 庭 植 物 工 廠 的 栽 培 區(qū) 分 為 上 下 兩 層 栽 培箱 圖 2 a 所示 為 一個 9 0 0 m m 6 0 0 m m 2 0 0 m m 的 箱 體 營 養(yǎng) 液 循 環(huán) 與 控 制 系 統(tǒng) 由 營 養(yǎng) 液 箱 紫 外 線 消 毒 燈 自 吸 泵 液位 開關 E C 值傳 感器 p H 值傳 感 器 液 溫 傳 感 器 及 進 水 管 路 回 水 管路 霧 化 噴 頭 等 輔 件 構 成 營 養(yǎng) 液 箱 用 于 存 儲 營 養(yǎng) 液 自 吸泵 用 于從 營 養(yǎng)液 箱 內抽 取 營 養(yǎng) 液 并 提 供 系 統(tǒng) 所 需 的 水 壓 進 水 管 路 連 接 自 吸 泵 與 霧 化 噴 頭 并 通 過 霧 化 噴 頭 將 營 養(yǎng) 液 進 行 霧 化 使 得 植 物 根 系 處 于 霧 氣 中 而 獲 取 水 肥 回 水 管路 與 栽培 單 元箱 體 相連 接 將 營 養(yǎng) 液 重 新 收 集 回 營 養(yǎng) 液 箱內 為 了避 免 營養(yǎng) 液 箱內 細 菌 的 滋 生 在 營 養(yǎng) 液 內 設 置 紫 外 線 消 毒 燈 同 時 為 了 避 免 系 統(tǒng) 因 營 養(yǎng) 液 不 足 引 發(fā) 種 植 失 敗 在 營養(yǎng) 液 箱內 設 置 2 個 液位 傳 感器 注 a 栽 培 箱示意 圖 b 營 養(yǎng)液循環(huán)處 理系統(tǒng)示意 圖 N o t e a C u l t i v a t i o n b o x b N u t r i e n t s o l u t i o n c i r c u l a t i n g t r e a t m e n t s y s t e m 圖 2 營養(yǎng)液 循環(huán)處理系 統(tǒng)的組成 F i g 2 C o m p o s i t i o n o f n u t r i e n t s o l u t i o n c i r c u l a t i n g t r e a t m e n t s y s t e m 2 硬 件 選 型 2 1 噴 頭 選型 氣 霧 栽 培 系 統(tǒng) 中 霧 化 噴 頭 是 其 中 關 鍵 部 件 之 一 直 接 關 系 到 設 備 運 行 效 果 其 選 型 尤 為 關 鍵 噴 霧 角 度 噴 霧 直 徑 D 噴 嘴 距 離 被 噴 物 體 的 距 離 H 重 疊 部分 的寬度 O 噴 嘴 間 的 間 距 P 以 及 噴 霧 液 滴 大 小 主 要 指標 如圖 3 所示 圖 3 霧化 噴頭的布置 F i g 3 A r r a n g e m e n t o f a t o m i z i n g n o z z l e 噴 嘴 按 噴 霧 形 狀 分 為 空 心 錐 形 實 心 錐 形 扇 形 直 線 型 4 種 形 式 按 噴 嘴個 數 又可分 為單出 口和 多 出口等 多種形 式 如圖 4 所 示 根 據 設 備 需 要 選 用 五 出 口 霧 化 噴 嘴 取 1 7 0 按 照 噴嘴 矩 陣式 排 列的 要 求 可得 O D P 1 P D 2 2 D 2 H t a n 2 3 設噴 頭 個數 為 m n m 行 n 列 則 噴射 長 度 m D m 1 O 0 7 m 0 3 D 4 噴射 寬 度 n D n 1 O 0 7 n 0 3 D 5 圖 4 霧化噴頭 的分類 F i g 4 C l a s s i f i c a t i o n o f a t o m i z i n g n o z z l e 在該 裝 置中 噴 嘴 距離 被 噴物 體 的 距 離 H 4 6 m m 噴 射 面 積 要求 覆 蓋 4 2 0 m m 8 0 0 m m 的 矩 形 分 別 將 數 值 代 入 上 述 公 式中 D 5 2 1 8 m m P 3 6 9 0 m m O 1 5 2 8 m m 由 公 式 4 和 5 可得 m 0 7 2 n 1 9 8 取 m 1 n 2 即 長 度 方 向 布 置 2 個 噴 嘴 寬 度 方 向 布 置 1 個 噴 嘴 可 滿 足 要 求 因 此 選 擇 連 接 螺 紋 為 0 6 3 c m 的 五 出 口 霧 化 噴 頭 材 質 為 P P P O M 工 作 壓 力 為 1 5 3 0 k g c m 2 流 量 為 0 6 7 1 5 0 L m i n 出水 孔 徑 為 0 8 m m 霧 滴 大 小 為 8 0 2 0 0 m 為 了 保 證 霧 化 效 果 系 統(tǒng) 設 計 時 選 擇 工 作 壓 力 為 2 5 k g c m 2 流量 為 1 2 L m i n 即 系 統(tǒng) 總 流 量 為 4 8 L m i n 0 1 2 安 徽 農 業(yè) 科 學 2 0 2 1 年 其典 型連接 方 式 見 圖 5 所 示 噴 頭 安 裝 在 三 通 上 三 通 間 以 4 7 軟 管 連 接 4 7 軟管 為 P E 材 料 內 徑 d 支 4 m m 外 徑 D 支 7 m m 系 統(tǒng)所 用 4 7 軟 管總長 度 L 支 1 3 m 2 2 管 道 選型 管 道 是 營 養(yǎng) 液 循 環(huán) 的 通 道 通 過 液 壓 系 統(tǒng) 最高 工作壓 力及最 大 通過 流量來 選 擇 管 路 材 質 內 徑 大 小 和 壁厚 目前 通 常采用 P V C U 管材 具有 較好的 抗 拉 和 抗 壓 強 度 管 壁 光 滑 對 流 體 的 阻 力 很 小 其 輸 水 能 力 可 比 同 等 管 徑 的 鑄鐵管 提高 2 0 8 具 有很好 的耐酸 性 耐 堿 性 和 耐 腐 蝕 性 不 需 任 何 防 腐 處 理 具 有 良 好 的 水 密 性 可 直 接 采 用 粘 接或 橡膠圈 連接 使用 和維 護 都很方 便 管道內 徑按公 式 6 進行計 算 d 4 q 系 統(tǒng) v 6 式中 d 表 示管 的內 徑 m m q 系 統(tǒng) 為 管內 流 量 L m i n q 系統(tǒng) 4 8 L m i n v 為 管 中 營 養(yǎng) 液 的 流 速 m s 一 般 取 0 1 0 5 m s 取 v 0 1 m s 可得 d 7 8 m m 因 此 選 用 規(guī) 格 為 2 0 的 P V C U 管 材 其 內 徑 為 d 主 1 6 m m 外 徑 為 D 主 2 0 m m 額 定壓 力為 1 6 3 k g c m 2 2 3 自 吸 泵的 選 型 自 吸 泵 屬 自 吸 式 離 心 泵 具 有 結 構 緊 湊 運 行 平穩(wěn) 維 護 方 便 等 特 點 自 吸 泵 為 噴 霧 系 統(tǒng) 提 供 持 續(xù)且 穩(wěn)定的 水壓 以滿 足霧 化 噴頭的 工作要 求 按照特 性系數 法 可以 確 定第二 層種 植 區(qū) 最 末 端 噴 頭 沿 程 壓 力 損 失 局 部 壓 力 損 失 和 流 量 損 失 最 大 為 最 不 利 噴 頭 其工 作壓力 P 0 2 4 5 k P a 流 量 q 0 1 2 L m i n 自 吸 泵 的 供 水壓 力可表 示如下 P 泵 P 0 P 沿 程 P 局部 H 7 式 中 P 沿程 表示 沿 程壓 力 損 失 P 局 部 表 示 沿 程 壓 力 損 失 按 照 自 動 噴水 滅 火系 統(tǒng) 設計 規(guī) 范 G B 5 0 0 8 4 2 0 0 1 局 部壓 力 損 失 取沿 程 壓力 損 失的 2 0 H 表 示 最 不 利 噴 頭 距 離 自 吸 泵 供 水 口的 高 程差 因 此 H 8 2 4 k P a 根據 哈 森威 廉 斯公 式 P 沿程 可 以 表示 如 下 P 沿 程 1 1 3 1 0 9 L d 4 8 7 1 q 系統(tǒng) C 1 8 5 2 8 式 中 d 表 示 管道 內 徑 d 支 4 m m d 主 1 6 m m L 表 示 管 道 長 度 L 支 1 3 m L 主 1 7 m C 表 示 哈 森 威 廉 姆 斯 系 數 取 C 1 5 0 q 系 統(tǒng) 表 示 系 統(tǒng) 流 量 q 系 統(tǒng) 4 8 L m i n 0 2 8 8 m 3 h 由 此 可 得 P 支 沿程 4 4 3 5 k P a P 支 局 部 8 6 3 k P a P 主 沿程 0 2 9 k P a P 主 局 部 0 0 6 k P a 則 泵 的 壓 力 P 泵 3 0 5 7 7 k P a 因 此 選用 0 1 4 2 H D 2 4 6 0 型 微 型隔 膜 水泵 功 率為 6 0 W 工 作 壓 力為 8 0 4 k P a 流量 為 5 L m i n 4 分接 口 2 4 貯 液箱 的 設 計 貯 液 箱 的 主 要 功 用 是 貯 存 營 養(yǎng) 液 同 時 箱 體還 具 有散 熱 沉 淀污 物 消 毒 加 溫 等 作 用 貯 液 箱 用 厚 度為 1 0 m m 的雪 弗板 P V C 發(fā) 泡 板 黏 接 而成 結構 如圖 5 所 示 貯 液箱 中 間設 有 2 個 隔 板 用 來 將 吸 液 管 與 回 液 管 隔 離 開 以 阻 擋 沉 淀 雜 物 及 回 液 管 產 生 的 泡 沫 貯 液 箱 蓋 板 也 用 1 0 m m 的 雪弗 板 制 造 用 以 安 裝 吸 液 管 和 回 液 管 等 部 件 在 蓋板 上 設有 注 液口 用 以 加注 營 養(yǎng) 液 貯 液 箱 側 面 開 有 小 孔 與 大氣 相 通 油 箱 側 面 裝 有 2 個 非 接 觸 式 液 位 傳 感 器 用 以 指 示貯 液 箱內 液 面的 高 度 貯液 箱 底 部 裝 有 泄 液 孔 并 用 硅 膠 密 封圈 密 封 用以 在 系統(tǒng) 維 護時 進 行排 液 和排 污 圖 5 貯液 箱 結構示意 F i g 5 T h e s t r u c t u r e o f l i q u i d s t o r a g e t a n k 貯液箱 的有效 容 積 即 液面高 度為貯 液箱高 度 8 0 時 的 容積 是 維持 系 統(tǒng)營 養(yǎng) 液 循 環(huán) 系 統(tǒng) 連 續(xù) 工 作 的 重 要 保 障 一 般按 自吸泵 的額定 流 量 q 泵 按照 以下公 式進行 估算 V 有效 q 泵 9 式 中 V 有效 為 貯液箱 的有效 容 積 L q 泵 為 自吸泵 的 額 定 流 量 L m i n q 泵 5 L m i n 為 與 系 統(tǒng) 壓 力 有 關 的 經 驗 數 字 低 壓 系 統(tǒng) 2 4 中 壓系 統(tǒng) 5 7 高壓 系統(tǒng) 1 0 1 2 該系 統(tǒng)為 低 壓 系 統(tǒng) 選 4 因 此 貯 液 箱 的 有 效 容 積 V 有 效 2 0 L 總 容 積 V 總 2 4 L 根 據 系 統(tǒng) 空 間 確 定 貯 液 箱 的 外 形 尺寸 為 4 0 0 m m 3 5 0 m m 3 0 0 m m 估 算 其 容 積 為 3 5 2 L 符 合設 計要求 2 5 紫 外 線 消 毒 燈 的 選 型 無 土 栽 培 的 營 養(yǎng) 液 要 循 環(huán) 使 用 在 使 用 過 程 中 會 受 到 腐 霉 菌 疫 霉 菌 等 菌 類 以 及 煙 草 花 葉 病 毒 的 侵 入 以 致 番 茄 枯 萎 病 黃 瓜 疫 病 的 發(fā) 生 營 養(yǎng) 液 的 封 閉 循 環(huán) 方 式 不 太 適 合 化 學 藥 劑 的 使 用 因 此 對 于 營 養(yǎng) 液 的 消 毒多 采 用 紫 外 線 臭 氧 加 熱 過 濾 過 氧 化 氫 氯 氣 碘 等 物 理 消 毒 方 法 目 前 以 紫 外 消 毒 方 式 為 主 其 具 有 殺 菌 速 度 快 效 率 高 效 果 好 設 備 體 積 小 能 耗 低 等 特 點 9 1 0 其 工 作 原理 如 下 采 用 波 長 為 2 5 3 7 n m 的 紫 外 線 通 過 光 化 學 反 應 將細 菌 等微 小 的有 機 體的 結 構 破 壞 從 而 實 現 殺 菌 滅 毒 的 效果 在 紫外 線 消毒 過 程中 營 養(yǎng) 液 的 流 量 和 紫 外 線 能 量 是 主 要的 控 制 指 標 試 驗 表 明 在 流 量 小 于 1 8 L h 且 紫 外 線 1 1 2 4 9 卷 3 期 楊學 坤 氣霧栽 培式家庭植 物工廠營養(yǎng) 液循環(huán)與管理 系統(tǒng)設計 能量 密度大 于 4 3 0 m J c m 2 時 其 殺 菌 滅 毒 的 效 果 才 會 顯 現 該設 計采用 的是 T U V 水下 潛水紫 外線殺 菌燈 圖 6 其功率 為 3 0 W 能 量 密 度 為 6 1 2 m J c m 2 在 0 2 m 處 測 得 1 W c m 2 3 6 m J c m 2 可 以滿足 需求 圖 6 紫外線 消毒燈外觀 圖 F i g 6 A p p e a r a n c e o f u l t r a v i o l e t d i s i n f e c t i o n l a m p 2 6 恒 溫 機選 型 研 究 表 明 營 養(yǎng) 液 溫 度 控 制 在 一 定 范 圍 內對 作物生 長和干 物 質累 積具有 明 顯 的 促 進 作 用 且 不 會 影 響作 物的品 質 根 據 營 養(yǎng) 液 貯 液 箱 容 積 系 統(tǒng) 選 用 J M C 2 型恒 溫機 圖 7 既 可以 加 熱 又可以 制冷 功率 為 1 0 8 W 溫 度范 圍可在 4 3 0 內 設置 可 將 營 養(yǎng) 液 溫 度 控 制 在 設 定 溫 度內 圖 7 恒溫機 外 觀圖 F i g 7 A p p e a r a n c e o f t h e r m o s t a t 3 軟 件 設 計 3 1 控 制 策略 與 大 型 植 物 工 廠 不 同 的 是 家 庭 植 物 工 廠 由于 空間狹 小 無 法 布 置 A 液 罐 B 液 罐 酸 液 罐 堿 液 罐 等 母 液 罐 營 養(yǎng) 液 的 成 分 無 法 調 節(jié) 營 養(yǎng) 液 由 用 戶 配 置 完 成 后 按時 注入貯 液 箱 內 系 統(tǒng) 監(jiān) 測 到 的 E C 值 和 p H 超 過 控 制 范 圍 后 系 統(tǒng) 通 過 觸 摸 屏 和 警 報 器 向 用 戶 發(fā) 出 超 限 報 警 由 用 戶根 據系統(tǒng) 指示進 行 相應 工作 營養(yǎng) 液 的 循 環(huán) 由 自 吸 泵 定 時 啟停 來實現 啟 動頻率 為 3 次 時 系 統(tǒng) 通 過 紫 外 線 消 毒 燈 的 定 時 開 關 對 營 養(yǎng) 液 進 行 消 毒 以 避 免 營 養(yǎng) 液 中 細 菌 的 滋 生 0 9 0 0 1 5 0 0 開 啟 系 統(tǒng) 通 過 恒 溫 機 對 營 養(yǎng) 液 液 溫 進 行 調 控 由于采 用氣霧 栽 培方 式 無需 對 營 養(yǎng) 液 的 溶 氧 進 行 監(jiān) 測 和控 制 3 2 程 序 設 計 系 統(tǒng) 程 序 設 計 采 用 三 菱 電 機 G X W o r k s 2 P L C 軟件平 臺 以 梯 形 圖 作 為 編 程 語 言 按 照 結 構 化 工 程 的 編程 方式 程序 包 括 主 程 序 數 據 處 理 子 程 序 輸 出 控 制 子 程 序 等部 分 主 程 序 是 程 序 的 主 干 是 程 序 的 入 口 其 主 要 的 任 務 是 設 置 主 程 序 的 起 始 點 對 系 統(tǒng) 初 始 化 調 用 各 子 程 序 控 制 事件 循 環(huán) 當 退 出 程 序 時 恢 復 系 統(tǒng) 的 原 始 環(huán) 境 系 統(tǒng) 運 行 時 首 先 啟 動 主 程 序 然 后 再 由 主 程 序 調 用 子 程 序 和 其 他 組件 其 流 程如 圖 8 所 示 圖 8 主程序 流程 F i g 8 M a i n p r o g r a m f l o w 主 程 序 完 成 初 始 化 工 作 進 行 數 據 采 集 判 斷 液 位 開 關 是 否 有信 號 輸入 即 液 位 是 否 到 達 低 限 如 果 為 否 則 根 據 采 集 值 與 設 定 值 的 比 較 結 果 決 定 是 否 調 用 輸 出 控 制 子 程 序 完 成 各種 控 制 量 的 輸 出 如 果 為 是 則 進 行 液 位 報 警 以 上 流 程循 環(huán) 往復 不 斷執(zhí) 行 4 性 能測試 為驗 證 所設 計 家庭 植 物工 廠 營養(yǎng) 液 控 制 與 管 理 性 能 在 北 京 農業(yè) 職 業(yè)學 院 機 電 工 程 學 院 搭 建 了 氣 霧 栽 培 式 家 庭 植 物 工廠 2 0 1 9 年 1 2 月 至 2 0 2 0 年 3 月 在 系 統(tǒng) 內 進 行 了 生 菜 和 苜 蓿草 栽 培試 驗 在 實際 生 長過 程 中 驗 證 及 測 試 控 制 系 統(tǒng) 的 工 作效 果 營 養(yǎng)液 溫 度 的 控 制 范 圍 為 2 1 1 p H 的 控 制 范圍 為 6 5 0 4 E C 值 的控 制 范圍 為 3 2 0 5 m S c m 生 菜 和苜 蓿 草在 該 系統(tǒng) 調 控下 長 勢 良 好 生 菜 和 苜 蓿 草 栽 培 效 果 如圖 9 所示 4 1 液 溫控 制 栽 培 室 內 生 菜 處 于 幼 苗 期 營 養(yǎng) 液 溫 度 控 制 目 標為 2 1 1 試 驗 采 集 2 0 2 0 年 1 月 1 0 日 0 0 0 0 2 4 0 0 的試 驗數據 每 1 5 m i n 讀 取 1 次 溫 度 值 液 溫 控 制 試 驗 結 果如 圖 1 0 所示 由圖 1 0 可 知 栽 培 室 溫 度 在 恒 溫 器 的 控 制 下 營 養(yǎng) 液 溫 度 可 以 被 控 制 在 設 定 區(qū) 間 內 隨 著 控 制 時 間 的 延 長 營 養(yǎng) 液 溫 度 變 化 有 所 趨 緩 試 驗 表 明 營 養(yǎng) 液 溫 度 調 控 平均 響 應速 度 大于 1 4 3 h 控制 偏差小 于 0 4 控 制 穩(wěn) 定性 較 好 4 2 p H 和 E C 值 監(jiān) 測 p H 的 控 制 范 圍 為 6 5 0 4 E C 值 的 控制 范 圍為 3 2 0 5 m S c m 試 驗 采 集 1 2 月 8 3 0 日 試 驗 數據 每 天 分別 在 0 0 0 0 6 0 0 1 2 0 0 1 8 0 0 記 錄 4 次 數 值 試 驗 期間 根據 系 統(tǒng) 報 警 提 示 分 別 于 1 2 月 1 3 日 和 1 2 2 1 2 安 徽 農 業(yè) 科 學 2 0 2 1 年 月 2 5 日 加 注營 養(yǎng) 液 1 次 監(jiān) 測結果 如圖 1 1 所 示 圖 9 栽 培效果圖 F i g 9 C u l t i v a t i o n e f f e c t 圖 1 0 液溫控 制試驗結果 F i g 1 0 T h e r e s u l t s o f l i q u i d t e m p e r a t u r e c o n t r o l t e s t 由圖 1 1 可知 營 養(yǎng) 液的 E C 值和 p H 均 處于控 制范圍 內 試 驗 結果表 明 E C 值 超 限報 警動作 準確 E C 值和 p H 的 穩(wěn) 定 性符 合作物 要求 圖 1 1 E C 值和 p H 監(jiān) 測結果 F i g 1 1 T h e m o n i t o r i n g r e s u l t s o f E C v a l u e a n d p H 5 結 語 為了 滿 足氣 霧 栽培 式 家庭 植 物工 廠 作 物 生 產 需 求 開 發(fā) 了 1 套營 養(yǎng) 液循 環(huán) 與管 理 系 統(tǒng) 實 現 了 營 養(yǎng) 液 E C 值 p H 溫 度 的 監(jiān)測 以 及營 養(yǎng) 液溫 度 控制 試 驗 結 果 表 明 所 設 計 系 統(tǒng) 性 能 可 靠 因素 控 制平 穩(wěn) 達到 設 計指 標要 求 參 考 文 獻 1 劉 義 飛 基 于 L a b V I E W 的 溫 室 番 茄 霧 培 控 制 系 統(tǒng) 研 究 D 北 京 中 國 農 業(yè) 科 學 院 2 0 1 4 2 劉 文 科 楊 其 長 植 物 工 廠 L E D 照 明 應 用 的 幾 點 思 考 J 照明工 程學 報 2 0 1 5 2 6 4 9 8 1 0 2 3 吳 正 輝 植 物 工 廠 項 目 業(yè) 主 方 管 理 模 式 研 究 D 杭 州 浙 江 大 學 2 0 1 8 4 羅 孟 德 賈 鶴 鳴 趙 文科 等 微型植 物工廠營 養(yǎng) 液 循 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 設 計 J 科 技 創(chuàng) 新 與 生 產 力 2 0 1 7 5 7 0 7 4 5 海 力 怕 木 農 業(yè) 無 土 栽 培 中 營 養(yǎng) 液 循 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 研 究 應 用 J 北 京 農 業(yè) 2 0 1 2 1 2 8 9 9 0 6 方 慧 楊 其 長 魏 靈 玲 等 水耕栽培 營養(yǎng)液循 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 的 設 計 與 控 制 性 能 分 析 J 農 機 化 研 究 2 0 0 9 3 1 3 8 0 8 2 7 劉 佳 無 土 栽 培 營 養(yǎng) 液 循 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 研 究 D 長 春 吉 林 大 學 2 0 0 8 8 張 鑫 徐 帥 陵 黃 土 中 管 道 敷 設 坡 度 與 流 水 沖 蝕 的 關 系 C 中 國 建 筑 學 會 工 程 勘 察 分 會 石 油天然氣 勘察技術中 心 站 石 油 天 然 氣 勘 察 技 術 中 心 站 第 二 十 二 次 技術交 流會論文集 廊 坊 中 國 建 筑 學 會 工 程 勘 察 分 會 2 0 1 6 9 劉 向 輝 無 土 栽 培 循 環(huán) 營 養(yǎng) 液 紫 外 線 滅 菌 技 術的研 究 D 北 京 中國 農 業(yè) 大 學 2 0 0 5 1 0 馬 萬 征 但 瓊 鵬 馬 萬 敏 等 溫 室 營 養(yǎng) 液 循 環(huán) 利 用 裝 置 及 消毒效 果研 究 J 東 北 農 業(yè) 科 學 2 0 1 9 4 4 1 5 2 5 6 上 接 第 1 9 2 頁 化 的 重 要 因 素 是 水 環(huán) 境 過 多 易 造 成 流 失 過 少 反 應 不 完 全 因此 芒果苷 和新芒 果 苷 是 可 以 作 為 知 母 加 工 和 炮 制 過 程 中 的重 要質量 指征 監(jiān)測 知母 的 質量變 化 參 考 文 獻 1 趙 小 勤 黃 曉 婧 許 莉 等 知母 的 本草考證和 產地調研 J 亞 太 傳 統(tǒng) 醫(yī) 藥 2 0 1 9 1 5 4 7 7 7 9 2 戚 鵬 飛 李 潔 張 彩霞 等 2 0 1 8 年 甘肅省抽驗 知母飲片質 量分析 J 甘 肅 科 技 2 0 1 9 3 5 1 9 6 8 7 0 3 趙 小 勤 黃 曉 婧 許 莉 等 知 母 飲 片 的 質 量 分 析 與 研 究 J 中 國 藥事 2 0 1 8 3 2 1 0 1 3 4 9 1 3 5 3 4 黃 玉 瑤 張 洪 坤 路 麗 等 一測 多評法評價 不 同 主 產 區(qū) 春 知 母 飲 片 的 質 量 J 中 藥 材 2 0 1 7 4 0 2 3 8 7 3 9 1 5 王 曉 婷 閆 麗 孫 冬 月 等 星 點 設 計 效 應 面 法 優(yōu) 化 知 母 鹽 制 的 炮 制 工 藝 J 中 國 醫(yī) 藥 科 學 2 0 1 8 8 3 4 2 4 6 5 0 6 許 枬 賈 天 柱 中 藥 炮制轉化 提高中 藥飲片質量 的新思路 J 中 華 中 醫(yī) 藥 雜 志 2 0 1 6 3 1 8 3 1 7 3 3 1 7 7 7 張 洪 坤 黃 玉 瑤 路 麗 等 基 于 H P L C E L S D 指 紋 圖 譜 的 亳 州 和 河 北 知 母 的 聚 類 和 判 別 研 究 J 時 珍 國 醫(yī) 國 藥 2 0 1 7 2 8 1 1 2 6 7 0 2 6 7 3 8 許 金 凱 李 衛(wèi) 飛 支 美汝 等 以芒果 苷含量考 察 鹽 炙 知 母 的 加 鹽 方 式 和 鹽 水 比 J 中 華 中 醫(yī) 藥 雜 志 2 0 1 9 3 4 7 3 2 3 8 3 2 4 1 9 高 慧 侯 宇 賈 天 柱 知 母 鹽 制前后化學 成分的變化 J 中成藥 2 0 0 9 3 1 1 0 1 5 6 7 1 5 7 1 1 0 陳 萬 生 喬 傳 卓 加 工 炮 制 對 知 母 品 質 的 影 響 J 中 國 中 藥 雜 志 1 9 9 7 2 2 4 2 1 2 2 1 4 1 1 劉 敏 趙 白 云 趙 亮 等 炮 制 前 后 知 母 中 芒 果 苷 和 新 芒 果 苷的含量 變 化 J 第 二 軍 醫(yī) 大 學 學 報 2 0 0 6 2 7 5 5 2 8 5 3 0 1 2 李 習 平 楊 梓 懿 石 繼 連 等 不 同 炮 制 方 法 對 知 母 中 芒 果 苷含量 的影 響 J 時 珍 國 醫(yī) 國 藥 2 0 1 1 2 2 1 0 2 5 0 2 2 5 0 3 1 3 黃 琪 賈 鵬 暉 吳