薄膜連棟温室インテリジェント監視システム技術白書

技術の概要：現代農業におけるデジタル革命

過去10年間で急速に発展した新しい温室構造として、薄膜連棟温室は、軽量、少ない骨格材料、低い遮光率、経済的なコスト、長寿命などの顕著な利点により、世界の施設農業の主流となっています。その環境制御能力はガラス温室のレベルに近く、コストパフォーマンスは後者をはるかに上回っています。

これに基づいて、インテリジェント監視システムは、IoTセンシング技術、無線通信、インテリジェント制御端末、環境制御機器、クラウド管理プラットフォームを統合し、“知覚-伝送-意思決定-実行”のチェーン全体をカバーする自動化管理システムを構築します。このシステムは、異なる作物の成長プロセスのニーズに応じて環境パラメータのしきい値を設定し、全天候無人運転を実現し、作物の成長に最適な微小環境を作り出します。

II.システムのコア構造と構成

2.1階層アーキテクチャ設計

PerceptionレイヤCO2、光度、空気温度、土壌水分などのマルチパラメータセンサを展開し、温室微環境データをリアルタイムで収集し、サンプリング周波数を1-60秒調整することができます。

トランスポート層RS 485有線およびLoRa無線デュアルモードCommunicationをサポートします。LoRa技術の視線伝送は3 kmに達し、強力な浸透性を持ち、単一のゲートウェイは32のエンドノードをカバーでき、大規模な温室グループネットワークのニーズを満たします。

制御層のPLCロジックコントローラとエッジコンピューティングモジュールを内蔵したインテリジェント制御盤は、ローカルポリシーのオフライン実行をサポートし、ネットワークが切断されたときに72時間の自動実行を維持することができます。

アプリケーション層クラウドプラットフォームに基づく可視化監視センターは、マルチ端末アクセス、データ分析、ポリシー構成、リモート診断をサポートします。

2.2主なセンサ技術パラメータ

三、環境制御装置システムの詳細

3.1電動フィルムコイル換気システム

動作の原理頂部と側部巻き膜器の昇降により、自然通風換気を実現する。夏は余熱湿気を排除し、冬は空気組成を調整し、有害ガス（例えばアンモニア、エチレン）を希釈する。

技術パラメータ：

• モーターパワー：40-60W
• 巻きフィルム长さ：≤120m/セット
• 動作速度：4-6m/min
• リミット制御：電子ストロークスイッチ、精度± 5 cm

制御ロジック。室内の温度が設定値2 ° Cを超えると、上部フィルムコイルが自動的に開きます。湿度が85% RHを超えると、同時に側通気口が開き、対流を形成します。

3.2シェードネットと内部シェードシステム

外部シェーディングシステム：モーター駆動ドライブシャフト、駆動ロッドを駆動して展覧会オープニング布を平行移動させ、展開面積が80%に達するとリミットスイッチをトリガーします。夏は余分な日光を反射し、室温を3-5℃に下げ、冬の夜の閉鎖は赤外線放熱を低減します。

Inside Shading Screen（ヒートスクリーン）：

• 夏のモデル反射アルミホイルカーテン、50 〜 75%のシェーディング率、光強度を作物の飽和点に低減し、日焼けを避ける。
• 冬のモード：クローズドホール断熱カーテン、熱抵抗0.5 〜 1.0 m ²·K/W、省エネ率30 〜 40%

制御ポリシー照明センサーのリアルタイムデータに基づいて、3レベルのオンスレッショルド（50%オン、80000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000>>>

3.3ウェットカーテンファン強制冷却システム

コア原理は：水蒸発熱効果の使用は、空気が濡れたカーテンと水膜熱と湿気交換を介して流れるときに、temperatureは5-12℃を下げることができます。

システム構成：

• 濡れたカーテン：厚さ100mm/150mmハニカム纸芯、カーテン1.5- 2.0 m/s
• ポンプポンプポンプ：トラフィック3-5 m3/h、1平方メートルあたり10L/minの水
• ファン·ブロワー：トラフィック30，000 -50，000 m3/h、負圧領域を形成

リンク制御。temperatureが30 ° Cのときにポンプが濡れたカーテンを起動し、ファンを開くのに30秒遅れます。temperatureが26 ° Cに下がったら、まずファンをStopし、次にポンプをStopして、室内に水ミストを吹き込まないようにします。

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3.4移動式ミスト噴射システム

アプリケーションシナリオ。：育苗温室の加湿、冷却、葉面の追肥。各スパンは2-3ターン、電磁弁は独立して制御されます。

技術パラメータ：

• 圧力：0.3- 0.5
• 粒子径：50 〜 100μm
• トラフィック：10-30L/h/回
• コントロールサイクル：20分ごとに2分間スプレー（調整可能）

四、インテリジェント制御キャビネットのコア技術

制御盤はシステムの“頭脳”として、以下のコア機能を統合します。

マルチプロトコルデータ収集Modbus RTU（RS 485）、LoRa WAN、4-20mAアナログ入力をサポートし、16個以上のセンサに同時にアクセスできます。

インテリジェントアルゴリズムエンジン：

• ファジィ制御temperatureと湿度の結合関係を処理し、頻繁な機器の起動とStopを回避
• 予測制御は過去のデータに基づく今後2時間の気温トレンド予測、事前調整
• チェーン保護。暖房と換気を連動させ、エネルギーの無駄を防止

PLC自動制御機能内蔵ラダープログラミング環境、ユーザーは、“CO 1200ppmと光20，000ルクス、ファンなし”などのロジックをカスタマイズすることができます。

手動緊急対応：コントロールパネルは物理ボタンを保持し、ネットワーク障害時に現場で手動操作でき、生産セキュリティを確保する。

V.モノのインターネット監視プラットフォーム機能マトリックス

5.1生産プロセスのデジタル管理

コアブレークスルー：：シニア農学者の経験を再現可能なデジタルモデルに変換する。

実装ステップ：

1. パラメータプリセット：異なる作物（トマト、キュウリ、イチゴなど）について、各成長段階（苗期、開花期、果実期）の温度湿度、光、CO2目標値を事前に設定します。
2. ダイナミック調整：クラウドプラットフォームは累積温度と光累積量に応じてプロセス段階を自動的に切り替える
3. ポリシーの再利用モデルをワンクリックで新しい温室にコピーし、標準栽培を実現

ケース·オブ·ケース：：トマトの生産工程

• 遅い時期に日中25-28 ° C、夜間18-20 ° C、遮光率30%
• 開花期は日中23-25 ° C、夜間15-18 ° C、CO2肥料800ppm
• インフレーション期：日中26-30 ° C、8-10 ° Cに温度差を増加させ、光30，000ルクス

5.2ビジュアル監視インターフェイス

• 構成画面2 D/3 D温室モデル、各エリアのセンサー値、設備の稼働状況（緑=稼働、灰色=Stop、赤=故障）をリアルタイムで表示
• トレンド分析：温度曲線やヒーター動作状態の重ね合わせParseなど、複数のパラメータの画面比較をサポートします。
• レポートセンター平均温度、累積電力消費量、設備稼働時間などのKPIを含む毎日·毎週の自動生成

5.3マルチレベル警報システム

アラート·ルール：

• レベル1の警報temperatureが設定値±2 ° Cを超えた場合、APPプッシュ
• レベル2の警報センサーが15分間オフラインになり、SMS通知
• レベル3の警報ヒーター起動後1時間でtemperatureが上昇しない、電話+WeChatアラーム

トラブルシューティングに関する知識ベース：：プラットフォームは障害現象とソリューションを記録し、ケースベースを形成し、迅速な検査を支援します。

六、アプリケーションシナリオと利点分析

6.1野菜の栽培施設

痛みを感じる。伝統的な温室は人工的な経験に依存し、環境変動が大きく、病気が多い。

解決策は：インテリジェント監視システムを設定した後、環境パラメータの変動範囲は50%縮小し、うどんこ病の発病率は60%低下し、すべて15- 20%の増産を行い、エネルギーコストは25%低下する。

データ例山東省のキュウリ基地では、冬の夜間温度は18±0.5 ° Cで安定し、湿度は85%以下に制御され、メロンの生産期間は20日間延長されます。

6.2育苗工場

需要は苗は環境に非常に敏感で、正確な制御が必要です。

構成霧噴霧システムと充填ランプを追加し、プラットフォームは“時間レベル”プロセスパラメータを設定します。湿度制御精度± 3% RH、temperature±0.5 ° C、発芽率は95%以上に向上しました。

6.3花と薬の栽培

アプリケーションの応用蝶蘭は昼夜8℃の温度差が必要で、デンドロビウムは湿気の多い日陰環境が必要です。システムは、ハイエンド作物の厳しい要件を満たすために“昼夜モード”パラメータを自動的に切り替えます。

6.4農業研究と教育

価値観は研究実験の再現性をサポートする長期安定した環境データを提供する。データオープンAPIインターフェイス、大学の科学研究プラットフォームへのアクセスを容易にする。

七、設置設定と運用のポイント

7.1センサー設定の仕様

• 高さの基準空気温度湿度センサは地上1.5 m、CO CO2センサは地上0.5 m（作物冠）、光センサは遮蔽物のない場所に設定されています。
• 密度の原理：500-1000 m2 あたり1台の環境センサー、200 m2 あたり1台の土壌水分ステーション
• 校正サイクルデータの正確性を確保するため、少なくともyearに1回の標準校正

7.2設備保守計画

VIII.経済的評価と生態学的価値

8.1投資収益率の分析

1ヘクタールの温室を例にとると：

収益の推定値：

• 増産による収益年間2-3万元の増収（10- 15%増収）
• 省エネのメリット：年間約15，000度の節電、12，000元の節約
• 薬物節約の利点病気の減少と農薬コストの5，000ドル削減
• 人件費の節約：常勤管理者1名削減、年間3万元の節約

投資回収期間：約2-3年、機器設計寿命は10年です。

8.2エコロジカル·ベネフィット

• 水の節約精密灌漑による節水40- 50%
• 薬の削減環境制御により病気を減らし、農薬使用量を30%削減
• エネルギー節約冷暖房タイミングを最適化し、エネルギー消費量を25- 35%削減
• 炭素吸収源：：作物の成長と炭素隔離能力の向上

IX.今後の動向

9.1技術進化の方向性

AIの成長モデル植物光合成、呼吸、蒸散モデルのディープラーニング、環境パラメータの動的最適化、固定閾値よりも10- 15%の省エネ。

デジタルツイン温室：仮想温室を構築し、異なる制御戦略の効果をシミュレートし、デジタル空間で検証した後に実行し、試行錯誤コストを削減します。

ロボットの協調性：授粉ロボット、摘みロボットと環境データを共有し、“環境-作業”の共同スケジューリングを実現する。

ブロックチェーン追跡環境データは、チェーン上にあり、不変で、グリーン農産物認証とブランドプレミアムをサポートします。

9.2標準化と政策支援

• 施設農業におけるモノのインターネット技術仕様（NY/T 4056-2021）に準拠。
• 国家デジタル農業革新応用基地建設プロジェクト補助金カタログに含まれる
• 省·省庁農業ビッグデータプラットフォームへのアクセスをサポートするデータインターフェースの標準化

X.実施勧告とリスク回避

10.1選択のポイント

1. コミュニケーションの方法連続温室優先LoRa、分散区画選択4 G;ローカルストレージ+ブレークポイント継続を可能にする不安定なネットワーク領域
2. 電力供給の保証：重要機器はUPS、主電力+太陽エネルギーのデュアル電源を装備
3. 予約の拡張制御盤は20%のIOポートを確保し、後でセンサーを追加できます。

10.2リスクと対応

おわりに：工場栽培の新時代の幕開け

インテリジェント監視システムは、“データ駆動型の意思決定と設備の正確な実行”を通じて、伝統的な経験栽培を定量化可能、再現可能、最適化可能な工場生産モードにアップグレードします。それは作物の収量と品質を向上させるだけでなく、労働集約型から技術集約型への農業の転換を促進します。技術の成熟とコストの低下に伴い、スマート温室は“野菜かご”のセキュリティ性を確保し、農村再生を促進するためのコアエンジンになるでしょう。

コア·バリューすべての作物を“オーダーメイド”の環境で栽培し、すべてのインプットが最大の利益を生み出すようにし、農業をテクノロジー、データ、未来を備えたスマート産業にする。