农业自动化智能化控制平台资料

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1、 设施农业智能化控制平台建设 TEL: 13905156246 - 1 - 设施农业智能化控制系统平台建设设施农业智能化控制系统平台建设 一、设施农业智能化控制平台建设的背景一、设施农业智能化控制平台建设的背景 中国作为一个农业大国， 以仅仅相当于世界7的耕地养活了几乎占世界1/5 的人口，农业是国民经济的基础和命脉。由于传统农业劳动强度大效率低下，再 加上城市化的发展，现在年轻人大多不愿意从事农业，导致农业生产后继乏人。 随着人口老龄化形势日趋严峻， 吸引高素质的人才投身农业和减少农业生产中的 人力需求已成为一个现实问题。 农业智能化能够提高农业生产效率和劳动舒适 性，减少农业生产对劳动力的

2、需求，可以吸引高素质的新一代人才投身农业。 当前生态农业和观光农业的发展方兴未艾， 展示了非常好的经济效益和示范 效应，吸引了不少社会资金的投入和参与，为现代高效农业的发展指引了方向。 设施农业有效拓展了农业生产的时空，减少甚至摆脱农业生产对气候条件的依 赖，集约化、商品化的工厂式生产模式，经济效益好，具有高产、优质、安全、 全年均衡生产的特点，可以满足社会不同层次对农产品的不同需求，有效抑制诸 如“豆你玩” “蒜你狠”等农产品价格的剧烈波动，对当前政府主导的保民生稳 物价也是治本之策。 发达国家的现代农业技术体现了现代控制技术和农业的和谐统一。 根据我国 的农业生产现状，必须考虑技术的成熟程

3、度，即自动化技术本身的可靠性，必须 考虑售价和农民的购买力， 以及采用自动化技术的实用性和农民在操作维护时的 方便性。我国从东到西，由南至北，气候和环境差别巨大。研究适合我国农业生 产现状的先进控制系统具有重要的社会和经济价值， 也是农业生产的现实迫切需 求。当前我国经济的发展方式正处在由粗放低效向集约高效的转变，构建以设施 农业的智能化控制平台为基础的信息化现代农业无疑对推动当前农业产业的升 级转型具有深远的意义。 我们主要科研人员具有长期从事工业控制系统的经历，多年以来，一直从事 计算机监控系统的研究开发工作，在解决高精度、高可靠性和抗干扰及现场环境 设施农业智能化控制平台建设 TEL:

4、13905156246 - 2 - 适应性等计算机测控领域中的高难度课题方面拥有丰富的经验和很强的技术实 力。 上世纪九十年代我们在国内首家推出了具有国际先进水平和完全自主知识产 权的计算机远程智能 IO 产品，通过不断的技术完善和发展,目前已经拥有超过 500 家的用户。现代工业技术控制系统的成熟，包括机械、工程、电子、计算机 管理、现代信息、生物等技术的发展也为我们构建智能化的农业生产控制平台提 供了技术基础，以我们在自动化和智能化控制领域的丰富积累，我们致力于推动 设施农业向智能化方向发展，为现代农业的发展不懈努力。 二二、设施农业智能化建设的目标、设施农业智能化建设的目标 在农业设施工

5、程的基础上，合理利用自然环境并充分挖掘农产品的生物潜 力，通过精确控制最佳生产环境和各生产管理要素，最大限度地优化各项投入， 在保证农产品的优良品质的基础上实现高产稳产并追求最高的经济效益， 同时关 注农业生态环境、土地等农业自然资源的保护，是一项科技与生产结合的科技创 新工程。智能化控制的设施农业包含了设施工程、环境调控以及栽培、养殖技术 等多个方面，使农作物生长不再完全依赖自然气候，能够按照市场订单和社会需 求统筹安排农产品的生产过程，做到常年工厂式均衡生产。智能化的设施农业还 大大减少人员的劳动强度和人为因素对生产过程的影响， 是技术密集的高科技现 代农业，是一个大投入高产出的新型农业基

6、础设施。这也是一个投资大相对收益 慢的项目，为了和国情相匹配，智能化设施农业的建设一般考虑采取分步推进， 逐步完善的建设模式。从规划建设的初始阶段就必须统筹考虑， 把整个系统的建 设作为一个统一的平台分步建设，逐步完善。 我们的智能化控制平台采用纵向分层横向分区的完全分布式的网络控制体纵向分层横向分区的完全分布式的网络控制体 系系。 从功能上我们把智能化设施农业的分解成多个子功能， 比如环境控制子系统， 水肥控制，苗床管理，农作物传输控制，农产品生产知识系统和专家系统，农资 管理系统， 市场信息系统， 远程操作系统和特殊情况下的远程报警等多个子功能； 在系统的物理结构上，我们把系统功能分散到多

7、个位置分散的网络部件上，如实 现设备自动化监控的现场可编程智能控制模块， 独立完成区域局部和子系统管理 设施农业智能化控制平台建设 TEL: 13905156246 - 3 - 的区域控制器，多个子系统间相互协调的系统主机等。各个功能模块独立自治， 并行工作，通过网络又相互沟通共同完成农业生产的全过程。整个控制平台在硬 件和软件上都实现了分散化和模块化，整个系统通过网络构成一个和谐的统一 体。这种方案不仅保证了控制的稳定性，在系统结构上更可以根据设施农业的生 产规模，农作物的种类，当地的气候环境等灵活选择不同规模不同功能的控制系 统，随着条件的变化能够灵活调整，柔性地分步骤组建和扩展智能化系统

8、。 在技术上我们充分考虑智能化控制系统的稳定性和可靠性， 特别关注控制系 统的实用性和农民在操作使用维修保养时的方便性。首先采用分布式的系统结 构，系统的各部件在电气上实现完全的电气隔离，保证局部的故障不会影响其他 系统的正常运转；现场可编程智能控制模块直接深入现场，就近安装到被控设备 的附件，不仅能提高测控精度和抗干扰能力，极大地方便根据农作物的品种进行 及时快速的调整和品置，还大大减少了安装维护的难度和工作量；模块化积木式 的结构， 可以柔性组建不同规模不同功能的控制系统； 现场控制模块实现智能化， 通过编程组态在不改变系统硬件的情况下系统可以实现不同的控制功能； 纵向分 层横向分区的体系

9、结构不仅提供了可靠性的保证， 而且使系统的扩充和维护方便 快捷；在操作方面我们设计上采用就地手动控制，远程遥控，自动控制和智能化 控制互相补充冗余，保证系统完善的可操作性。 农业生产智能化化控制平台是一个多系统的集成， 硬件上有传感器、 传感器农业生产智能化化控制平台是一个多系统的集成， 硬件上有传感器、 传感器 变换器接口、智能控制器、计算机网络、被控设备、现场总线等组成。软件上变换器接口、智能控制器、计算机网络、被控设备、现场总线等组成。软件上 不仅要求完成多设备不仅要求完成多设备多因素的综合调节控制，而且和农业生产的不同领域密切多因素的综合调节控制，而且和农业生产的不同领域密切 相关，要

10、求建立不同农产品生产的知识系统和专家系统，科学全面指导农民对相关，要求建立不同农产品生产的知识系统和专家系统，科学全面指导农民对 生产过程的调节和管理生产过程的调节和管理。随着自动化信息技术和生物技术以及工程制造业的发 展，我们的目标是研制一个具有广泛适用性的高可靠性的农业智能化控制系统我们的目标是研制一个具有广泛适用性的高可靠性的农业智能化控制系统 平台平台， 通过软件的组态和多种功能的现场控制器满足多种气候和复杂环境条件下 不同规模的不同农产品的生产科研需要。 智能化设施农业控制平台不仅能够实现不同功能控制需求， 并且能够进一步智能化设施农业控制平台不仅能够实现不同功能控制需求， 并且能够

11、进一步 设施农业智能化控制平台建设 TEL: 13905156246 - 4 - 实现多系统融合的集成控制实现多系统融合的集成控制。可以满足农业生产多方面的需求(如蔬菜瓜果，花 卉生产，家禽和水产养殖，桑蚕催青等)，在智能化设施农业的建设过程中有很 好的操作性，能够分阶段有步骤的实现完善的农业智能化控制系统。设施农业智设施农业智 能化系统平台方案，特别是通用性、可靠性、兼容性和可扩展性方面的技术，能化系统平台方案，特别是通用性、可靠性、兼容性和可扩展性方面的技术， 将为设施农业智能化控制提供将为设施农业智能化控制提供先进有效的先进有效的完整解决方案。完整解决方案。 三、设施农业智能化控制平台的

12、关键技术及实现方案三、设施农业智能化控制平台的关键技术及实现方案 设施农业的智能化实质是利用先进的工业控制技术结合现代生物技术和工 程技术来装备和控制农业生产，为作物营造适宜的生长环境，采用工业化生产方 式实现连续高效的农业生产。 在农业生产知识系统的支持下完成的生产环境和生 产设施的自动调节， 配合用户管理平台实现对农业设施的实时操作、 监控、 报警、 管理及日常数据报表等功能。实现“分散控制，集中操作”和无人值守，可以减 少农业生产的劳动力需求并提高劳动的舒适度，大幅度提高生产效率和管理水 平。我们把设施农业的控制工艺分为多个在功能上相对独立子系统，在具体的设 施农业的智能化实施过程中也可

13、以选择其中的一个或多个分步实施， 关键的控制 工艺(控制子系统)有如下多个方面: 环境调控环境调控： 设施农业环境调控是智能化设施农业的关键和核心， 在一定的空间内， 用不同功能的传感器和变送器，准确采集设施内不同区域的多项环境因子 (光、热、水、气等)，同时参考设施外部的环境，对数据进行汇总分析，根 据农产品生产的对应的知识系统结合作物生长周期所需最佳条件， 由智能系 统综合后发出指令，对有关系统、装置及设备进行自动合理的控制，将设施 内温度、湿度、光照、空气质量等诸因素综合协调到最佳状态。环境调控相 关的设施可能包括：热屏遮阴系统、 ，阳光的自动反射系统，喷雾系统，卷 幕保温系统， 加温空

14、调系统， 门窗控制及主动通风循环系统， 湿帘降温系统， 补光系统等等。 多因子的综合控制系统将分散的多点温湿度传送到操作控制 中心分析综合，在中心数据计算机的指挥下多系统协调一致地工作,实现大 范围的精确的环境自动调控。 设施农业智能化控制平台建设 TEL: 13905156246 - 5 - 环境调控的重点是在保证农作物的合理的生长环境的同时要特别重视 节能措施，对设施内外的环境准确的采集并对多个设备的精确协调控制达 到能源效率的最大化是我们研究的重点。智能化控制平台能够实时准确记 录不同气候条件时不同调控方式下的调控效果，可以进一步指导我们完善 和提高我们的调控方式和手段。由于相关的设备投

15、资大、能耗多， 如何降 低能耗成本和环境调控成套技术研究是我们设施农业智能化的重要的研究 目标。 水肥管理水肥管理：设施农业的施肥和灌溉是密切相关的，把肥料溶于灌溉水中随灌溉水 进行的一种施肥。通常由首部、输送管道和灌溉末端组成，首部采用自动施 肥机加注营养液，一般有顶部喷灌、根部喷灌和潮汐灌溉等方式。水肥管理 采用智能化控制基本控制方法有：时间控制、水量控制和反馈控制三种。时 间控制系统是按预定好的时间放水或关水； 水量控制系统是按照设计的配水 量放水或关水；反馈控制系统是根据区域内埋在地下的湿度传感器，收集土 壤湿度信息，来决定对植物的灌溉间隔，当需要灌溉时，智能化系统会自动 打开灌溉系统

16、放水，反之则关水。在灌溉过程中，如果系统记录下水肥施用 量与要求相比有一定偏差，系统会自动地调节灌溉装置，做到按区域精确控 制，真正做到“按需供水，精确用肥” 。 通过智能化的水肥管理，根据作物区的需要分区域精确施肥灌溉，对 营养液成分， PH 等进行综合调控， 调节滴灌、 喷灌系统的灌溉时间和次数， 可以节省肥料和水资源。实现自动控制、定时控制、反馈控制 、手动控制 灌溉方式的合理选择,每种控制方式既可单独运行,也可混合运行。可以灵活 按种植区域设置不同的水肥管理方式实施精确的水肥控制方案。智能化控 制系统精确控制水肥系统，能够明显提高肥料养分利用率和最大限度地避 免因养分流失而造成的浪费和环境污染。 苗床管理及农作物传送控制系统：苗床管理及农作物传送控制系统：为了最大化利用农业设施的空间和提高效益， 设施农业往往提高农作物的苗床密度并常常采用立体种植模式， 为了方便农 设施农业智能化控制平台建设 TEL: 13905156246 - 6 -