所謂的“植物工廠”，就是在工廠化的環(huán)境下，采用LED光譜技術(shù)以及自動(dòng)化設(shè)備，進(jìn)行植物生產(chǎn)。與傳統(tǒng)種植方式相比，“植物工廠”種出來的菜，不僅采用過濾后的飲水水源，還用紫外線空氣消殺系統(tǒng)，保障生產(chǎn)無菌環(huán)境，不使用任何農(nóng)藥、激素、抗生素等有害物質(zhì)，無病蟲害，更安全更健康，種植全程檢測(cè)，參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管控，具有更高的膳食營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

集裝箱植物工廠

一、植物工廠生產(chǎn)系統(tǒng)與裝備

根據(jù)需求，確定新建植物工廠的面積和空間，采用廢棄的廠房、地下空間、人防設(shè)施或者廢棄集裝箱等改造成植物工廠。

植物工廠配有環(huán)境控制系統(tǒng)、栽培系統(tǒng)、營(yíng)養(yǎng)液調(diào)控系統(tǒng)以及光源系統(tǒng)。其中環(huán)境控制系統(tǒng)以空調(diào)系統(tǒng)為主體，并兼具調(diào)節(jié)新風(fēng)、二氧化碳、溫濕度的功能。栽培系統(tǒng)包括栽培架和栽培槽，栽培架可采用鋁型材、不銹鋼等材料，栽培槽可為塑料或PVC材料。

營(yíng)養(yǎng)液調(diào)控系統(tǒng)包括營(yíng)養(yǎng)液配比和營(yíng)養(yǎng)液供給兩部分，營(yíng)養(yǎng)液配比系統(tǒng)由微量進(jìn)樣蠕動(dòng)泵、PLC控制器、水泵等組成，實(shí)現(xiàn)精量控制植物工廠營(yíng)養(yǎng)液各元素組分的量及其比例；營(yíng)養(yǎng)液供給系統(tǒng)即營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)，由循環(huán)水泵、電磁閥、管道等組成，按要求實(shí)現(xiàn)植物工廠淺液流栽培的營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)設(shè)定。光源系統(tǒng)分為兩種光源，一種為平板式光質(zhì)、光強(qiáng)、光周期不可調(diào)式LED燈，另一種為光質(zhì)、光強(qiáng)、交替周期可手動(dòng)/智能控制的LED燈板，可根據(jù)實(shí)際需求制定。  

二、植物工廠營(yíng)養(yǎng)液/光照總控系統(tǒng)

植物工廠營(yíng)養(yǎng)液、光照總控系統(tǒng)

植物工廠營(yíng)養(yǎng)液/光照總控系統(tǒng)是使用人機(jī)交互觸摸屏作為上位機(jī)，基于可編程控制器，采用用戶自設(shè)定方式設(shè)計(jì)而成。該系統(tǒng)能夠依據(jù)人工設(shè)定的參數(shù)，根據(jù)既定策略，達(dá)到營(yíng)養(yǎng)液的分層循環(huán)，定時(shí)更新，以及自動(dòng)控制作物光照時(shí)長(zhǎng)的目的。具體地，系統(tǒng)由營(yíng)養(yǎng)液自動(dòng)循環(huán)子系統(tǒng)和LED燈光控制子系統(tǒng)構(gòu)成。各子系統(tǒng)之間彼此獨(dú)立，并共享同一上位機(jī)，相互協(xié)同，通過畫面調(diào)用接口實(shí)時(shí)監(jiān)控每個(gè)子系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況。

上位機(jī)軟件根據(jù)既定策略，發(fā)布控制命令并監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行情況，可實(shí)現(xiàn)以下功能：

1.手動(dòng)自動(dòng)切換功能，不同模式下有不同控制方式；

2.實(shí)時(shí)顯示功能，包括監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀況、實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)時(shí)間和畫面調(diào)用接口；

3.控制參數(shù)設(shè)置功能，包括營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)參數(shù)和LED燈板控制參數(shù)。

在手動(dòng)模式下，可以通過屏幕按鈕自由操作各個(gè)開關(guān)，包括電磁閥、水泵和LED燈；在自動(dòng)模式下，要求利用用戶自設(shè)定方式，將人工設(shè)定的一系列控制參數(shù)，嵌入到既定的控制決策中，當(dāng)上位機(jī)發(fā)出控制指令時(shí)，控制器開關(guān)量輸出端口閉合，中間繼電器常開觸點(diǎn)得電吸合，再驅(qū)動(dòng)電磁閥打開從而達(dá)到控制執(zhí)行器開關(guān)的目的。按需求完成集裝箱植物工廠內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)液自動(dòng)循環(huán)和作物光照時(shí)長(zhǎng)自動(dòng)控制。上位機(jī)與下位機(jī)之間采用RS485的通信方式。

三、升降式營(yíng)養(yǎng)液栽培槽

升降式營(yíng)養(yǎng)液栽培槽

區(qū)別于植物工廠常規(guī)的固定式水培槽，本水培槽采用活動(dòng)框式的栽培層升降設(shè)計(jì)，既保證了栽培介質(zhì)中均勻、充足的水分或營(yíng)養(yǎng)液，也保證了根部對(duì)氧氣的需求及根伸長(zhǎng)所需的空間。此裝置可應(yīng)用于育苗，避免了育苗期頻繁的人工噴灑，提高了育苗效率及質(zhì)量，也可應(yīng)用于成苗定植，種植層高度可根據(jù)植株長(zhǎng)勢(shì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 

四、基于PC控制的智能可變LED光源系統(tǒng)

智能可變LED光源系統(tǒng)

該LED光源以DMX512協(xié)議為基礎(chǔ),應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)，可根據(jù)不同植物各生育階段的需光特性,通過PC終端設(shè)定LED燈板?？蓪?shí)現(xiàn)光源光質(zhì)在可見光、紅外光、紫外光的變換以及光強(qiáng)度在0-300μmol·m-2·s-1（由燈板電功率決定）范圍的自動(dòng)調(diào)節(jié)。該LED燈可運(yùn)用于研究型植物工廠中，探求光質(zhì)、光強(qiáng)、光周期等光要素對(duì)植物生理發(fā)育的影響機(jī)理，也可運(yùn)用于規(guī)?；纳a(chǎn)型植物工廠中，充分發(fā)揮各種光質(zhì)在植物不同生育階段的作用。   

五、智能LED燈板

智能LED燈板

新型智能LED燈板，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。運(yùn)用單色光調(diào)光器和微電腦時(shí)控開關(guān)結(jié)合進(jìn)行光配方設(shè)置，可以設(shè)定單色光質(zhì)在一個(gè)光配方中的光強(qiáng)度以及開閉頻率，實(shí)現(xiàn)單色光質(zhì)PPF值（光合有效輻射單位）的連續(xù)變化及最大頻率為0.5次/分鐘的混合光質(zhì)交替設(shè)置，同時(shí)內(nèi)置電力監(jiān)測(cè)儀為電能利用率的核算提供了更好的便捷性和準(zhǔn)確度。

六、營(yíng)養(yǎng)液精量配比系統(tǒng)

營(yíng)養(yǎng)液精量配比系統(tǒng)

針對(duì)光配方影響植物根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)液元素選擇性吸收的研究結(jié)果，提出一套營(yíng)養(yǎng)液精良自動(dòng)配比策略，并開發(fā)了可以對(duì)營(yíng)養(yǎng)液元素如氮、磷、鉀、鎂、鈣、鐵、硼、錳、鋅、銅、鉬、硒等實(shí)現(xiàn)精量控制的營(yíng)養(yǎng)供給系統(tǒng)。該系統(tǒng)可運(yùn)用于控制無土栽培作物品質(zhì)，為功能性作物的生產(chǎn)提供可能。 

七、光伏植物工廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)

光伏植物工廠效果圖

城市光伏植物工廠效果圖

電能是常見植物工廠系統(tǒng)中唯一的動(dòng)力能源，耗電量大是限制植物工廠發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用的主要因素之一。研究表明，光能是人工光型植物工廠的主要耗能設(shè)備,占整個(gè)植物工廠耗能的60%以上。因此，從降低植物工廠運(yùn)行成本的角度出發(fā),將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)與植物工廠相結(jié)合,可將太陽能轉(zhuǎn)變成電能后為植物工廠的運(yùn)行提供能源。

太陽能光伏發(fā)電原理是利用太陽能電池將輻射在其表面的太陽光能轉(zhuǎn)換成電能,通過控制器儲(chǔ)存在蓄電池內(nèi)。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組等組成。將新能源利用技術(shù)引入到植物工廠中，用新能源代替常規(guī)電能供能將有望降低植物工廠的運(yùn)行能耗,減少植物生產(chǎn)對(duì)常規(guī)能源的依附。