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一、設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化控制平臺建設(shè)的背景
中國作為一個農(nóng)業(yè)大國，以僅僅相當于世界7％的耕地養(yǎng)活了幾乎占世界1/5 的人口，農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)和命脈。由于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)勞動強度大效率低下，再加上城市化的發(fā)展，現(xiàn)在年輕人大多不愿意從事農(nóng)業(yè)，導致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)后繼乏人。隨著人口老齡化形勢日趨嚴峻，吸引高素質(zhì)的人才投身農(nóng)業(yè)和減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的人力需求已成為一個現(xiàn)實問題。 農(nóng)業(yè)智能化能夠提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和勞動舒適性，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對勞動力的需求，可以吸引高素質(zhì)的新一代人才投身農(nóng)業(yè)。
當前生態(tài)農(nóng)業(yè)和觀光農(nóng)業(yè)的發(fā)展方興未艾，展示了非常好的經(jīng)濟效益和示范效應，吸引了不少社會資金的投入和參與，為現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)的發(fā)展指引了方向。設(shè)施農(nóng)業(yè)有效拓展了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的時空，減少甚至擺脫農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對氣候條件的依賴，集約化、商品化的工廠式生產(chǎn)模式，經(jīng)濟效益好，具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、安全、全年均衡生產(chǎn)的特點，可以滿足社會不同層次對農(nóng)產(chǎn)品的不同需求，有效抑制諸如“豆你玩”“蒜你狠”等農(nóng)產(chǎn)品價格的劇烈波動，對當前政府主導的保民生穩(wěn)物價也是治本之策。
發(fā)達國家的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)體現(xiàn)了現(xiàn)代控制技術(shù)和農(nóng)業(yè)的和諧統(tǒng)一。根據(jù)我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀，必須考慮技術(shù)的成熟程度，即自動化技術(shù)本身的可靠性，必須考慮售價和農(nóng)民的購買力，以及采用自動化技術(shù)的實用性和農(nóng)民在操作維護時的方便性。我國從東到西，由南至北，氣候和環(huán)境差別巨大。研究適合我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀的先進控制系統(tǒng)具有重要的社會和經(jīng)濟價值，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)實迫切需求。當前我國經(jīng)濟的發(fā)展方式正處在由粗放低效向集約高效的轉(zhuǎn)變，構(gòu)建以設(shè)施農(nóng)業(yè)的智能化控制平臺為基礎(chǔ)的信息化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)無疑對推動當前農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的升級轉(zhuǎn)型具有深遠的意義。
我們主要科研人員具有長期從事工業(yè)控制系統(tǒng)的經(jīng)歷，多年以來，一直從事計算機監(jiān)控系統(tǒng)的研究開發(fā)工作，在解決高精度、高可靠性和抗干擾及現(xiàn)場環(huán)境適應性等計算機測控領(lǐng)域中的高難度課題方面擁有豐富的經(jīng)驗和很強的技術(shù)實力。上世紀九十年代我們在國內(nèi)首家推出了具有國際先進水平和完全自主知識產(chǎn)權(quán)的計算機遠程智能IO產(chǎn)品，通過不斷的技術(shù)完善和發(fā)展,目前已經(jīng)擁有超過500家的用戶�，F(xiàn)代工業(yè)技術(shù)控制系統(tǒng)的成熟，包括機械、工程、電子、計算機管理、現(xiàn)代信息、生物等技術(shù)的發(fā)展也為我們構(gòu)建智能化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)控制平臺提供了技術(shù)基礎(chǔ)，以我們在自動化和智能化控制領(lǐng)域的豐富積累，我們致力于推動設(shè)施農(nóng)業(yè)向智能化方向發(fā)展，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展不懈努力。
二、設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化建設(shè)的目標
在農(nóng)業(yè)設(shè)施工程的基礎(chǔ)上，合理利用自然環(huán)境并充分挖掘農(nóng)產(chǎn)品的生物潛力，通過精確控制最佳生產(chǎn)環(huán)境和各生產(chǎn)管理要素，最大限度地優(yōu)化各項投入，在保證農(nóng)產(chǎn)品的優(yōu)良品質(zhì)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)并追求最高的經(jīng)濟效益，同時關(guān)注農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境、土地等農(nóng)業(yè)自然資源的保護，是一項科技與生產(chǎn)結(jié)合的科技創(chuàng)新工程。智能化控制的設(shè)施農(nóng)業(yè)包含了設(shè)施工程、環(huán)境調(diào)控以及栽培、養(yǎng)殖技術(shù)等多個方面，使農(nóng)作物生長不再完全依賴自然氣候，能夠按照市場訂單和社會需求統(tǒng)籌安排農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，做到常年工廠式均衡生產(chǎn)。智能化的設(shè)施農(nóng)業(yè)還大大減少人員的勞動強度和人為因素對生產(chǎn)過程的影響，是技術(shù)密集的高科技現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，是一個大投入高產(chǎn)出的新型農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施。這也是一個投資大相對收益慢的項目，為了和國情相匹配，智能化設(shè)施農(nóng)業(yè)的建設(shè)一般考慮采取分步推進，逐步完善的建設(shè)模式。從規(guī)劃建設(shè)的初始階段就必須統(tǒng)籌考慮，把整個系統(tǒng)的建設(shè)作為一個統(tǒng)一的平臺分步建設(shè)，逐步完善。
我們的智能化控制平臺采用縱向分層橫向分區(qū)的完全分布式的網(wǎng)絡(luò)控制體系。從功能上我們把智能化設(shè)施農(nóng)業(yè)的分解成多個子功能，比如環(huán)境控制子系統(tǒng)，水肥控制，苗床管理，農(nóng)作物傳輸控制，農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)知識系統(tǒng)和專家系統(tǒng)，農(nóng)資管理系統(tǒng)，市場信息系統(tǒng)，遠程操作系統(tǒng)和特殊情況下的遠程報警等多個子功能；在系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)上，我們把系統(tǒng)功能分散到多個位置分散的網(wǎng)絡(luò)部件上，如實現(xiàn)設(shè)備自動化監(jiān)控的現(xiàn)場可編程智能控制模塊，獨立完成區(qū)域局部和子系統(tǒng)管理的區(qū)域控制器，多個子系統(tǒng)間相互協(xié)調(diào)的系統(tǒng)主機等。各個功能模塊獨立自治，并行工作，通過網(wǎng)絡(luò)又相互溝通共同完成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全過程。整個控制平臺在硬件和軟件上都實現(xiàn)了分散化和模塊化，整個系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個和諧的統(tǒng)一體。這種方案不僅保證了控制的穩(wěn)定性，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上更可以根據(jù)設(shè)施農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模，農(nóng)作物的種類，當?shù)氐臍夂颦h(huán)境等靈活選擇不同規(guī)模不同功能的控制系統(tǒng)，隨著條件的變化能夠靈活調(diào)整，柔性地分步驟組建和擴展智能化系統(tǒng)。
在技術(shù)上我們充分考慮智能化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，特別關(guān)注控制系統(tǒng)的實用性和農(nóng)民在操作使用維修保養(yǎng)時的方便性。首先采用分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的各部件在電氣上實現(xiàn)完全的電氣隔離，保證局部的故障不會影響其他系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)；現(xiàn)場可編程智能控制模塊直接深入現(xiàn)場，就近安裝到被控設(shè)備的附件，不僅能提高測控精度和抗干擾能力，極大地方便根據(jù)農(nóng)作物的品種進行及時快速的調(diào)整和品置，還大大減少了安裝維護的難度和工作量；模塊化積木式的結(jié)構(gòu)，可以柔性組建不同規(guī)模不同功能的控制系統(tǒng)；現(xiàn)場控制模塊實現(xiàn)智能化，通過編程組態(tài)在不改變系統(tǒng)硬件的情況下系統(tǒng)可以實現(xiàn)不同的控制功能；縱向分層橫向分區(qū)的體系結(jié)構(gòu)不僅提供了可靠性的保證，而且使系統(tǒng)的擴充和維護方便快捷；在操作方面我們設(shè)計上采用就地手動控制，遠程遙控，自動控制和智能化控制互相補充冗余，保證系統(tǒng)完善的可操作性。
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化化控制平臺是一個多系統(tǒng)的集成，硬件上有傳感器、傳感器變換器接口、智能控制器、計算機網(wǎng)絡(luò)、被控設(shè)備、現(xiàn)場總線等組成。軟件上不僅要求完成多設(shè)備多因素的綜合調(diào)節(jié)控制，而且和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不同領(lǐng)域密切相關(guān)，要求建立不同農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的知識系統(tǒng)和專家系統(tǒng)，科學全面指導農(nóng)民對生產(chǎn)過程的調(diào)節(jié)和管理。隨著自動化信息技術(shù)和生物技術(shù)以及工程制造業(yè)的發(fā)展，我們的目標是研制一個具有廣泛適用性的高可靠性的農(nóng)業(yè)智能化控制系統(tǒng)平臺，通過軟件的組態(tài)和多種功能的現(xiàn)場控制器滿足多種氣候和復雜環(huán)境條件下不同規(guī)模的不同農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)科研需要。
智能化設(shè)施農(nóng)業(yè)控制平臺不僅能夠?qū)崿F(xiàn)不同功能控制需求，并且能夠進一步實現(xiàn)多系統(tǒng)融合的集成控制�？梢詽M足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)多方面的需求(如蔬菜瓜果，花卉生產(chǎn)，家禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖，桑蠶催青等)，在智能化設(shè)施農(nóng)業(yè)的建設(shè)過程中有很好的操作性，能夠分階段有步驟的實現(xiàn)完善的農(nóng)業(yè)智能化控制系統(tǒng)。設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化系統(tǒng)平臺方案，特別是通用性、可靠性、兼容性和可擴展性方面的技術(shù)，將為設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化控制提供先進有效的完整解決方案。
三、設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化控制平臺的關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)方案
設(shè)施農(nóng)業(yè)的智能化實質(zhì)是利用先進的工業(yè)控制技術(shù)結(jié)合現(xiàn)代生物技術(shù)和工程技術(shù)來裝備和控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，為作物營造適宜的生長環(huán)境，采用工業(yè)化生產(chǎn)方式實現(xiàn)連續(xù)高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)知識系統(tǒng)的支持下完成的生產(chǎn)環(huán)境和生產(chǎn)設(shè)施的自動調(diào)節(jié)，配合用戶管理平臺實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)設(shè)施的實時操作、監(jiān)控、報警、管理及日常數(shù)據(jù)報表等功能。實現(xiàn)“分散控制，集中操作”和無人值守，可以減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動力需求并提高勞動的舒適度，大幅度提高生產(chǎn)效率和管理水平。我們把設(shè)施農(nóng)業(yè)的控制工藝分為多個在功能上相對獨立子系統(tǒng)，在具體的設(shè)施農(nóng)業(yè)的智能化實施過程中也可以選擇其中的一個或多個分步實施，關(guān)鍵的控制工藝(控制子系統(tǒng))有如下多個方面:
環(huán)境調(diào)控：設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境調(diào)控是智能化設(shè)施農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵和核心，在一定的空間內(nèi)，用不同功能的傳感器和變送器，準確采集設(shè)施內(nèi)不同區(qū)域的多項環(huán)境因子(光、熱、水、氣等)，同時參考設(shè)施外部的環(huán)境，對數(shù)據(jù)進行匯總分析，根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的對應的知識系統(tǒng)結(jié)合作物生長周期所需最佳條件，由智能系統(tǒng)綜合后發(fā)出指令，對有關(guān)系統(tǒng)、裝置及設(shè)備進行自動合理的控制，將設(shè)施內(nèi)溫度、濕度、光照、空氣質(zhì)量等諸因素綜合協(xié)調(diào)到最佳狀態(tài)。環(huán)境調(diào)控相關(guān)的設(shè)施可能包括：熱屏遮陰系統(tǒng)、，陽光的自動反射系統(tǒng)，噴霧系統(tǒng)，卷幕保溫系統(tǒng)，加溫空調(diào)系統(tǒng)，門窗控制及主動通風循環(huán)系統(tǒng)，濕簾降溫系統(tǒng)，補光系統(tǒng)等等。多因子的綜合控制系統(tǒng)將分散的多點溫濕度傳送到操作控制中心分析綜合，在中心數(shù)據(jù)計算機的指揮下多系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致地工作,實現(xiàn)大范圍的精確的環(huán)境自動調(diào)控。
環(huán)境調(diào)控的重點是在保證農(nóng)作物的合理的生長環(huán)境的同時要特別重視節(jié)能措施，對設(shè)施內(nèi)外的環(huán)境準確的采集并對多個設(shè)備的精確協(xié)調(diào)控制達到能源效率的最大化是我們研究的重點。智能化控制平臺能夠?qū)崟r準確記錄不同氣候條件時不同調(diào)控方式下的調(diào)控效果，可以進一步指導我們完善和提高我們的調(diào)控方式和手段。由于相關(guān)的設(shè)備投資大、能耗多， 如何降低能耗成本和環(huán)境調(diào)控成套技術(shù)研究是我們設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化的重要的研究目標。
水肥管理：設(shè)施農(nóng)業(yè)的施肥和灌溉是密切相關(guān)的，把肥料溶于灌溉水中隨灌溉水進行的一種施肥。通常由首部、輸送管道和灌溉末端組成，首部采用自動施肥機加注營養(yǎng)液，一般有頂部噴灌、根部噴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：時間控制、水量控制和反饋控制三種。時間控制系統(tǒng)是按預定好的時間放水或關(guān)水；水量控制系統(tǒng)是按照設(shè)計的配水量放水或關(guān)水；反饋控制系統(tǒng)是根據(jù)區(qū)域內(nèi)埋在地下的濕度傳感器，收集土壤濕度信息，來決定對植物的灌溉間隔，當需要灌溉時，智能化系統(tǒng)會自動打開灌溉系統(tǒng)放水，反之則關(guān)水。在灌溉過程中，如果系統(tǒng)記錄下水肥施用量與要求相比有一定偏差，系統(tǒng)會自動地調(diào)節(jié)灌溉裝置，做到按區(qū)域精確控制，真正做到“按需供水，精確用肥”。
通過智能化的水肥管理，根據(jù)作物區(qū)的需要分區(qū)域精確施肥灌溉，對營養(yǎng)液成分，PH等進行綜合調(diào)控，調(diào)節(jié)滴灌、噴灌系統(tǒng)的灌溉時間和次數(shù)，可以節(jié)省肥料和水資源。實現(xiàn)自動控制、定時控制、反饋控制 、手動控制灌溉方式的合理選擇,每種控制方式既可單獨運行,也可混合運行�？梢造`活按種植區(qū)域設(shè)置不同的水肥管理方式實施精確的水肥控制方案。智能化控制系統(tǒng)精確控制水肥系統(tǒng)，能夠明顯提高肥料養(yǎng)分利用率和最大限度地避免因養(yǎng)分流失而造成的浪費和環(huán)境污染。
苗床管理及農(nóng)作物傳送控制系統(tǒng)：為了最大化利用農(nóng)業(yè)設(shè)施的空間和提高效益，設(shè)施農(nóng)業(yè)往往提高農(nóng)作物的苗床密度并常常采用立體種植模式，為了方便農(nóng)作物的管理和均衡不同位置的農(nóng)作物生長，必須根據(jù)生產(chǎn)需要調(diào)整苗床的位置和空間。采用類似工業(yè)傳送流水線的傳送控制模式可以大大減少人工勞動強度和提高工作效率。
能源計量和成本管理系統(tǒng)：設(shè)施農(nóng)業(yè)的一個重要優(yōu)勢是可以保障農(nóng)作物的全年均衡生產(chǎn)，冬季升溫，夏季降溫，但同時能源消耗是生產(chǎn)過程中的一項重要支出。運用智能化系統(tǒng)控制平臺能夠?qū)崟r記錄不同氣候條件下不同調(diào)節(jié)方式下農(nóng)業(yè)設(shè)施的能源負荷變化，為研究最經(jīng)濟高效的農(nóng)作物的環(huán)境調(diào)節(jié)方案提供了高效可靠的手段。通過智能化系統(tǒng)記錄的準確數(shù)據(jù)分析農(nóng)業(yè)設(shè)施在全年運行的負荷變化情況，從構(gòu)成比重比較大的因素入手，研究節(jié)能的關(guān)鍵措施。另外，通過智能化系統(tǒng)自動記錄的灌溉施肥治蟲等生產(chǎn)過程的詳細的數(shù)據(jù)也可以為農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本的統(tǒng)計分析提供準確科學的數(shù)據(jù)。
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)知識系統(tǒng)和專家系統(tǒng)：這是一種智能程序系統(tǒng)，內(nèi)部具有大量農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的知識和經(jīng)驗，用于指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的操作和管理。農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)可應用于農(nóng)業(yè)的各個領(lǐng)域，如作物栽培、植物保護、配方施肥等多個方面。栽培管理專家系統(tǒng)是在各個作物的不同生育期，根據(jù)不同的生態(tài)條件，進行科學的農(nóng)事安排，其中包括栽培、施肥、灌水、植物保護等。在相關(guān)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)知識系統(tǒng)和專家系統(tǒng)的支持下智能化控制系統(tǒng)自動完成生產(chǎn)過程的多個設(shè)備正確運轉(zhuǎn)。
多系統(tǒng)的集成融合：設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化控制平臺不僅能夠?qū)崿F(xiàn)不同功能控制需求，并且能夠進一步實現(xiàn)多系統(tǒng)融合的集成控制。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)涉及面廣，為了保證控制平臺的通用性、可靠性、兼容性和可擴展性，在智能化控制的平臺的軟硬件設(shè)計上采用模塊化的設(shè)計，這樣既保證了各個分系統(tǒng)的獨立，同時又作為一個整體協(xié)調(diào)一致。隨著信息化社會的不斷發(fā)展。充分考慮智能化控制系統(tǒng)將來系統(tǒng)的擴展非常重要。
借鑒先進的現(xiàn)代工業(yè)控制技術(shù)，為了保證整個系統(tǒng)高度的穩(wěn)定性、可靠性、兼容性和可擴展性，充分考慮設(shè)施農(nóng)業(yè)投資大，智能化系統(tǒng)可能有計劃分步驟實施的特點，采用縱向分層橫向分區(qū)的分布式網(wǎng)絡(luò)化控制體系，這種控制模式既能滿足中小規(guī)模的設(shè)施農(nóng)業(yè)控制需要，更能滿足大規(guī)模的多設(shè)施(如大型溫室集群)生產(chǎn)控制要求�？梢源_保設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動科學、有序、規(guī)范、可靠地進行。 我們的設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化控制平臺結(jié)構(gòu)如下圖所示：
受到農(nóng)民操作維護水平低的限制，計算機在農(nóng)村的普及商需要一定時間。手機的普及特別是智能手機的快速發(fā)展，加上手機操作簡單攜帶方便等優(yōu)勢，我們把手機作為智能化設(shè)施農(nóng)業(yè)的一個移動的操作終端。通過開發(fā)手機專用的應用程序遠程登錄了解設(shè)施的運行狀況并控制設(shè)備的運行。根據(jù)作物的各項參數(shù)設(shè)定設(shè)施環(huán)境的極限值和作物生長環(huán)境參數(shù)極限值報警保護系統(tǒng)，通過手機實行遠程報警，提高了整個系統(tǒng)安全性，對建立無人值守的設(shè)施農(nóng)業(yè)具有重要意義。
現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和控制采用分布式的智能控制模塊（控制前端）實現(xiàn)，這是我們智能化控制平臺的最重要的技術(shù)特點。把測控功能分解到多個控制模塊，智能前移，真正實現(xiàn)分散控制集中操作。智能控制模塊是我們專門研制的具有較高智能的現(xiàn)場控制設(shè)備，滿足在惡劣條件下多而分散的模擬量信號（如溫度、濕度壓力、電阻、電壓、電流、應變等多種物理量）和數(shù)字量信號（如開關(guān)狀態(tài)采集和控制、測頻計數(shù)、脈沖輸出等）的連續(xù)高精度測量和控制。具有測控精度高、抗干擾能力強、通訊速率快、傳輸距離遠、智能化程度高、使用簡單靈活、安裝維護方便等一系列優(yōu)點，特別適用于設(shè)施農(nóng)業(yè)的設(shè)備控制，具有非常高的性價比。控制模塊可編程組態(tài)，可以滿足一般設(shè)備的閉環(huán)控制。對于多個設(shè)備我們通過區(qū)域控制器實現(xiàn)局部范圍內(nèi)多個設(shè)備的協(xié)調(diào)控制。對于全局性的綜合控制如設(shè)施內(nèi)部的溫濕度控制，為了保證用最少的能耗達到滿意的調(diào)節(jié)效果需要涉及多個系統(tǒng)（遮陽系統(tǒng)，通風循環(huán)系統(tǒng)，設(shè)施內(nèi)外的溫濕度，門窗系統(tǒng)，保溫系統(tǒng)，空調(diào)系統(tǒng)等等），另外這些控制因素和設(shè)備分布廣，這時由系統(tǒng)控制中心采用多因子的控制計算方案實現(xiàn)設(shè)施內(nèi)外的大范圍的全局綜合控制，通過多個設(shè)備的協(xié)調(diào)動作達到降低能耗的目標。
為了適應不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，智能化控制平臺可以方便的引入多種控制工藝。如水產(chǎn)養(yǎng)殖的水池液位自動控制，水溫調(diào)節(jié)及水質(zhì)分析系統(tǒng)等；家禽養(yǎng)殖中的禽蛋產(chǎn)品收集，飼料供應和糞便處理傳輸?shù)鹊�，是一個真正開放的系統(tǒng)平臺。
開放的智能化控制平臺也為將來系統(tǒng)的擴展帶了很大的方便，比如可以增加農(nóng)產(chǎn)品溯源技術(shù)，為了保證食品安全可以實現(xiàn)從農(nóng)產(chǎn)品的源頭到市場直到飯桌的完整的產(chǎn)品跟蹤系統(tǒng)，智能化控制平臺可以自動準確記錄農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程的完整檔案：從育苗到市場的全過程，包括施肥，病蟲防治等全部信息，為將來智能化平臺與物聯(lián)網(wǎng)預留了擴展的接口。隨著電子商務(wù)的發(fā)展，設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化控制系統(tǒng)也能夠與市場管理系統(tǒng)連接，實現(xiàn)生產(chǎn)與市場需求的一體化管理。
四、分布式智能控制模塊的介紹
分布式智能控制模塊（控制前端）在設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化控制平臺中承擔了重要的工作，不僅完成現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，而且是各種控制指令的現(xiàn)場輸出控制裝置，是智能化控制平臺的眼睛和手，另外還具有較高的智能。智能控制模塊以嵌入式微控制器為主體, 將計算機技術(shù)、檢測技術(shù)、控制技術(shù)有機結(jié)合，可以完成多種物理量的精確測量轉(zhuǎn)換、自校準自診斷等多種功能，而且可編程組態(tài)，具有很高的智能。所謂編程組態(tài)是指：把設(shè)施農(nóng)業(yè)工程中常用的運算功能和控制功能設(shè)計成通用的執(zhí)行指令或運算函數(shù)，在工程應用中把這些指令按照工程需要進行合理的選擇“裝配”即可完成各種運算和控制任務(wù)。我們把用戶“裝配”的多個指令的組合稱為用戶組態(tài)程序，用戶組態(tài)程序以設(shè)定的時間反復運行即實現(xiàn)了對被控對象連續(xù)不間斷的控制。通過簡單的編程組態(tài)一個控制模塊可以實現(xiàn)多種物理量的測量和控制，并且可以在脫離主機的情況下獨立運行用戶組態(tài)程序獨立完成設(shè)定的測控任務(wù)。
可編程組態(tài)的智能控制模塊與現(xiàn)場總線相結(jié)合，提供了卓越的系統(tǒng)性能。借助現(xiàn)場總線多個智能控制模塊共享現(xiàn)場測控數(shù)據(jù)能組成更大范圍的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)功能更強的大范圍的協(xié)調(diào)控制。這不僅可以節(jié)省投資而且可以為整個智能化系統(tǒng)實現(xiàn)智能前移和功能分散，極大地提高整個系統(tǒng)的可靠性和工作效率。智能化控制系統(tǒng)根據(jù)被控對象的規(guī)模和功能要求選擇不同功能的模塊，通過編程組態(tài)可以在很短的時間內(nèi)實現(xiàn)對被控對象的自動控制。
采用獨特的“電氣隔離”技術(shù)和平衡差動傳輸技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)上的各個控制模塊工作在“全隔離”“全浮空”現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上，單個模塊的故障不會影響整個現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的安全，具有很高的可靠性。通過現(xiàn)場總線多個控制模塊共享數(shù)據(jù)，多個模塊并行工作，測控效率高。同時采用無線通訊技術(shù)，能夠更加方便智能化控制系統(tǒng)的安裝，實現(xiàn)更大范圍和更低成本。下面簡單介紹常用模塊的功能：
數(shù)字量控制模塊：用于離散量的測量控制，有源或無源的開關(guān)狀態(tài)采集和控制，脈沖信號的計數(shù)測頻，脈沖信號的輸出控制等。主要用于設(shè)備的運行狀態(tài)遠程采集和啟停控制，可以在用戶組態(tài)邏輯的控制下獨立控制設(shè)備的啟停和邏輯分析報警等。在設(shè)施農(nóng)業(yè)的設(shè)備控制中有廣泛的應用：電動門窗的開關(guān)，熱屏遮陰系統(tǒng)的開合，溫室通風方式轉(zhuǎn)換，移動噴灌機、濕簾及風機設(shè)備的啟�？刂�，灌溉閥門的控制和設(shè)備異常狀態(tài)的報警等等
模擬量控制模塊：用于連續(xù)的物理量的測量控制，能夠自動采集和控制電壓，電流，溫度，壓力，電阻等多種物理量。一個模擬量控制模塊通常有多個測控通道，用編程組態(tài)的方法可以設(shè)定每個通道的測量控制功能，通過連接不同的傳感器和變送器可以完成多種物理量的側(cè)量。在設(shè)施農(nóng)業(yè)中有廣泛的用途，比如環(huán)境溫度、濕度、二氧化碳濃度等監(jiān)測與報警，水產(chǎn)養(yǎng)殖中監(jiān)測水池水位等獨立設(shè)備的監(jiān)控，水肥管理系統(tǒng)中的肥料數(shù)量和濃度，土壤的含水率以及灌溉的反饋控制等。
模擬量和數(shù)字量綜合控制模塊：綜合了數(shù)字量和模擬量控制模塊的測控功能，在設(shè)施農(nóng)業(yè)中主要用于就地實現(xiàn)較為復雜的調(diào)節(jié)控制。可以作為智能型可編程通用DDC控制器，此類模塊可用于空調(diào)、熱泵、復雜閥門等設(shè)備的調(diào)節(jié)和控制，通過組態(tài)可實現(xiàn)多種控制方式，如PID控制等，還可實現(xiàn)較為復雜的順序控制功能。
智能網(wǎng)絡(luò)接口模塊：接口類型：隔離的RS-232或RS-485；通訊協(xié)議：通訊協(xié)議可編程組態(tài)，從而可適用于不同的智能設(shè)備。應用場合：對于帶232/485口的智能設(shè)備，采用智能網(wǎng)絡(luò)接口模塊作為智能設(shè)備與我們現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議轉(zhuǎn)換接口，這樣智能設(shè)備可以直接集成到現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，非常經(jīng)濟地實現(xiàn)智能設(shè)備的遠程監(jiān)視與控制。通過智能網(wǎng)絡(luò)接口模塊能夠方便而且經(jīng)濟地把很多自帶控制器的自動設(shè)備接入我們的智能化控制平臺實現(xiàn)遠程集中監(jiān)測和控制，用于帶獨立控制器的農(nóng)業(yè)設(shè)施和設(shè)備遠程測控，如產(chǎn)品自動包裝機，自動裝盆機，自動播種機等。
區(qū)域控制器：在縱向分層橫向分區(qū)的分布式設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化控制平臺中有著重要的應用，對一個大規(guī)模的智能化控制系統(tǒng)利用區(qū)域控制器能夠?qū)崿F(xiàn)按照控制工藝的相關(guān)程度或者控制區(qū)域的地理位置進行分區(qū)。把一個大的控制系統(tǒng)劃分為多個相對獨立的區(qū)域，能夠大大提高控制的效率和系統(tǒng)的可靠性，同時也降低了系統(tǒng)維護的復雜程度。區(qū)域控制器一般作為分布式控制系統(tǒng)的現(xiàn)場級控制器；在大型工程中可作為區(qū)域監(jiān)控主機，采用液晶觸摸屏作為人機界面；也可以作為現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)和其他網(wǎng)絡(luò)之間的通信網(wǎng)關(guān)。在區(qū)域控制級采用無線通訊技術(shù)可以方便實現(xiàn)更廣范圍的系統(tǒng)監(jiān)控。
五、設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化控制平臺和農(nóng)業(yè)信息化的遠景
設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化平臺通過將農(nóng)業(yè)工程技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)、自動控制技術(shù)等應用到設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，根據(jù)作物生長的最適宜生態(tài)條件在設(shè)施農(nóng)業(yè)中進行環(huán)境數(shù)據(jù)自動監(jiān)測、生產(chǎn)環(huán)境自動控制調(diào)節(jié)，生產(chǎn)過程的智能控制從而節(jié)約勞動力成本，提升設(shè)施農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率，保障穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。另外，設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化控制平臺是一個開放的控制平臺，融合了多個控制系統(tǒng)，是現(xiàn)代智能化控制技術(shù)和信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的產(chǎn)業(yè)，通過設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化控制平臺的建設(shè)為將來信息化的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)創(chuàng)造了條件，奠定了基礎(chǔ)。
我們的設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化控制平臺是一個開放的控制平臺，特別是通用性、可靠性、兼容性和可擴展性方面的技術(shù)，也可以滿足城市綠化灌溉等多個領(lǐng)域。隨著時間的推移，以及我們不斷的努力，相信會不斷地推出更先進的農(nóng)業(yè)智能控制產(chǎn)品，智能化控制將會成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的一部分。我們致力于推動設(shè)施農(nóng)業(yè)不斷向智能化方向發(fā)展，我們潛心于設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化控制新技術(shù)的研究、推廣和服務(wù)，相信這也會為我們提供廣闊的發(fā)展空間。
在現(xiàn)代以技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)經(jīng)濟增長的時代，只有通過完善的技術(shù)的投入，形成良好的規(guī)范化的共享技術(shù)基礎(chǔ)平臺和標準，才能突破產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸和壁壘，形成良好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境，才能促進設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的更好更快的發(fā)展。農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)和命脈，以智能化控制技術(shù)為基礎(chǔ)，信息化的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的明天更美好！
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