JP4091801B2

JP4091801B2 - Greenhouse control equipment

Info

Publication number: JP4091801B2
Application number: JP2002196119A
Authority: JP
Inventors: 和夫小田; 悟谷口; 博明小西; 幹治清水
Original assignee: 大東テック株式会社
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2022-07-04
Also published as: JP2004033125A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温室における天窓制御、カーテン制御などの温室内の温度制御や、水耕栽培の水温、栄養素の状態の栽培条件の制御など、温室内の栽培環境の制御を行なう制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より行われている温室栽培では、一般的には、個人農家が施設温室で花卉や野菜を小規模で生産している。そのため、天窓、換気扇、加熱器などの温室内の各種設備も手動操作か、あるいはリレーと操作制御盤を用いた比較的簡単な電動制御で行っている。ところが、近年共同経営による大規模温室や、大企業によるバイオ工場が増加しており、コンピュータを用いた温室施設における環境計測・制御や各種機器の大規模な制御も行なわれるようになってきている。また、複数の温室を統合的に制御することも望まれている。
【０００３】
温室内の空気の温度や換気あるいは日照時間の制御は、一般的には天窓の開閉・カーテンの開閉・加熱機による加温・換気扇による換気などで制御されている。また、水耕栽培などの栽培システムでは、それらの温室内の温度などの管理に加えて、培養液の水温・ＰＨ・養分、さらに温室内のＣＯ₂濃度など、各種の栽培条件の管理が実施されている。
【０００４】
図１３の温室１は、花卉や野菜の栽培を行なうものであり、温室１の両側の側面には開閉自在の側窓２が略全長にわたって設けられており、屋根には開閉自在の天窓３が開閉自在に設けられている。また、温室１の側窓２を含む透明な側壁の内側や、天窓３を含む透明な天井の下面には、日照量（光量）を調整するための電動カーテン４が設けられている。さらに、温室内の温度を検出するための温度センサ５や、温室内の湿度を検出するための湿度センサ６が配置されている。
【０００５】
前記側窓２は側窓用モータ７によって開閉されるようになっており、側窓２の開閉の検出はリミットスイッチ１０で行なっている。同様に天窓３の開閉は天窓用モータ９で、天窓１の開閉の検出はリミットスイッチ１２で、カーテン４の開閉はカーテン用モータ１３で、そのカーテン４の開閉の検出はリミットスイッチ１４でそれぞれ行なっている。また、温室１内の暖房を行なう暖房機１５や冷房機が屋外に配設され、さらに、側壁には温室１内の空気を換気する換気扇１６が配設されている。上記各部材とデータや制御信号の授受を行なって、各部材を制御して温室１内の環境制御を行なう制御盤１７が設けられている。
【０００６】
図１４は前述の温室１に加えて、水耕栽培を行う栽培システムを備えた温室における全体の構成図であり、図１７〜１９はこの栽培システムの機能ブロック図を示している。図１３と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。温室１の天井下面には複数のランプ２０が配置されており、また日射センサ２１も設けられている。そして図１７に示すように、日射センサ２１やカーテン４の開閉検出用のリミットスイッチ１４からの信号を受けて、ランプ２０の点灯、消灯の制御や、カーテン４の開閉制御を日射制御用の制御盤２２により行なっている。
【０００７】
また、図１７の温水制御用の制御盤２３は、水温センサを備えた温水タンク２４内の温水をボイラ２５で加熱したり、ポンプ２６で温水タンク２４内の温水を栽培室内の温水供給弁２７を介して熱交換ファン２９側に供給したり、培養液の温水供給弁２８を介して貯留槽３０内の熱交換器３１へ供給するように制御している。さらに温水制御用の制御盤２３は、水位センサで温水タンク２４内の水位を検出して適宜な水位を保つように制御したり、ボイラ２５の異常や燃料の残量検知等を行なっている。
【０００８】
他方、図１７の冷水制御用の制御盤３４は、水温センサを備えた冷水タンク３５内の冷水をチラー３６で冷却制御したり、ポンプ３７を運転制御して冷水タンク３５内の冷水を栽培室の温水供給弁３８を介して前記の熱交換ファン２９側に供給したり、前記培養液の温水供給弁３９を介して貯留槽３０内の熱交換器３１へ冷水を供給するように制御している。さらに冷水制御用の制御盤３４は、水位センサで冷水タンク３５内の水位を検出して適宜な水位を保つように制御したり、また、チラー３６の異常の検知等を行なっている。
【０００９】
他方、図１８の温湿度制御用の制御盤４２は、温度センサ５や湿度センサ６からの信号を受けて、これらのデータに基づいて熱交換ファン２９、換気扇１６、加湿器等を運転制御したり、また、上記栽培室の温水供給弁２７や冷水供給弁３８を開閉制御して温室１内の温度や湿度を一定ないし所定の範囲に保つように制御している。
【００１０】
さらに、図１９の培養液制御用の制御盤４３では以下のような制御を行なっている。すなわち、各供給弁４４〜４７を開閉制御して、酸、アルカリ、第１培養液、第２培養液を調整槽４８に供給したり、この調整槽４８や貯留槽３０の水位をセンサによって検出し、培養床４９内の培養液が少なくなってきた場合には調整槽４８からの培養液を供給ポンプ５０を制御して供給するようにしている。また、バブリング弁５１を開閉制御してエアコンプレッサ５２からの圧縮空気を調整槽４８内に供給してバブリングを行なっている。
【００１１】
また、図１９のＣＯ₂制御用の制御盤５５は、温室１内のＣＯ₂センサからの信号によって供給弁５６を介してＣＯ₂ボンベ５７からのＣＯ₂の供給量を制御している。
【００１２】
上述したように、天窓制御・カーテン制御・加熱機・換気扇制御などの環境制御や、この環境制御による環境管理に加えて培養液の水温・ＰＨ・養分・ＣＯ₂濃度の管理を行なう水耕栽培などの栽培システム制御を行なうために、温室１や付帯設備には、従来からリレーを用いた簡単な制御盤が用いられており、たとえば図１７〜１９に示すようなシーケンサ・マイクロコンピュータを組み込んだ制御盤などが多く開発されて販売されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの製品は各種目的に合わせて設計され、種類も多く、また、各機器に個別に操作・制御盤があるため、操作が煩わしい、インタロックを取りにくいなどの問題がある。かかる状態を図１５に示す。図１５では上記各制御盤に対応した同一の機能を有する各制御装置が各温室１に設けられている。温室Ｎｏ．１では培養液制御用の制御盤４３に対応した培養液制御装置４３ａと温湿度制御用の制御盤４２に対応した温湿度制御装置４２ａが設けられ、温室Ｎｏ［Ｎ−１］では、これらの装置の他にＣＯ₂制御制御盤５５に対応したＣＯ₂供給制御装置５５ａが設けられている。なお、図１５では便宜上概略的に示している。
【００１４】
図１５に示す温室制御システムでは、各温室１ごとに所望の制御装置（制御盤）が選択的に配設されているので、それぞれの温室１に機能の変更や追加を行う場合、それらの開発に多くの人手と時間を要する。換言すれば、機能の追加は非常に難しい。また、多数の温室１がある場合の全体管理システムへの接続を考慮している制御盤（制御装置）はほとんどない。また、一部の制御盤から異常時の警報などを携帯電話に通報するシステムもあるが、個別に設備を準備する必要からコストは高くなる。
【００１５】
たとえば図１５の制御システムにおいて、多数の温室１の全体管理を一カ所、例えば管理棟６０でパソコンで構成した集中制御装置６１にて行なおうとすると、図１６に示すように配線長が非常に長くなる。それによって施工費が高くなり、また電圧降下などのトラブルも増加する。
【００１６】
また、１つの施設温室内において、天窓の開閉制御を行なう制御盤に、温度センサ・水分センサおよび降雨・風向・風速センサを接続する必要があり、他のカーテンの開閉制御を行なう制御盤には、温度・湿度センサ・日照センサ・水分センサを接続するなど、同一の役目（機能）のセンサを複数個重複して使用するという無駄が生じる。特に、降雨・風向・風速センサなどの気象データは、各温室（棟）で共通に必要であり、バッファを設けて遠くの温室（棟）まで引き回すような不合理なことを行なっている。
【００１７】
さらに、図１６に示すように、管理棟６０の集中制御装置６１で多数の温室１を全体管理する場合は、温室１内の各所に設置したセンサやアクチュエータとの制御線を延々と数１０ｍから数１００ｍ引き回すことも多々ある。そのため、コントロールされた動力線、特にインバータ出力線などはノイズ発生源となり、制御信号やセンサ出力信号などの微弱信号に悪影響を与えることが多い。センサ出力信号は、一般に微弱電圧・小電流のため、ノイズの影響を受け易く、配線が長い場合、電圧降下の可能性もある。さらに、温室内は高温・多湿条件になることが多く、場合によっては冠水状態になることもあり、温室内での配線用のケーブルの劣化を配慮する必要がある。そのため、電線管やケーブルダクトが使用され、その分、施工が煩雑になると共に、コストも高くなるという問題がある。
【００１８】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、配線長をできるだけ短くし、それによって配線材料の削減と工事費の低減を可能とし、また、機能の追加や変更が容易な温室の制御装置を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の温室の制御装置（請求項１）は、複数の温室内の栽培環境を制御するための制御装置であって、それぞれの温室が、周囲の栽培環境を検出する複数個のセンサと、制御信号を受信し、その信号に応じて周囲の環境を変化させる複数個のアクチュエータと、前記センサからの検出信号および所定の目標値に基づいてアクチュエータの制御信号を演算し、アクチュエータに対して制御信号を送る、前記センサまたはアクチュエータの近傍に配される複数個のコンピュータ端末と、そのコンピュータ端末とシリアルデータ通信を行う伝送路を介して接続され、前記コンピュータ端末から送られてくる検出信号および温室外の環境を検出するセンサから送られてくる検出信号を監視し、それらの検出信号に基づいて演算した目標値の信号をそれぞれのコンピュータ端末に送信するコンピュータ構成のコントローラとを備えており、前記コンピュータ端末同士が渡り配線で接続された上で前記コントローラに接続されており、複数の温室間のコントローラ同士が伝送路を渡り配線して接続されると共に、前記伝送路には各温室を一括して監視・制御する集中制御装置が設けられていることを特徴としている。
【００２０】
かかる構成にすることにより、従来ではすべてのセンサ信号やアクチュエータ信号を制御盤まで引き込んでいたため、配線長は非常に長くなっていたが、本発明では伝送路の引き回しはコンピュータ端末とコントローラとの間、および温室間のコントローラ同士の間だけであり、配線長を従来の数分の１にでき、また、センサ信号とアクチュエータ信号とはセンサやアクチュエータの近傍に配したコンピュータ端末に入出力しており、コンピュータ端末同士は渡り配線された上でコントローラに接続されているので、センサやアクチュエータとコンピュータ端末との配線長を短くすることができ、その分ノイズの影響を少なくすることができる。さらに複数の温室間のコントローラ同士が伝送路を渡り配線して接続され、前記伝送路には各温室を一括して監視・制御する集中制御装置が設けられていることにより、多数の温室をネットワーク化することができ、集中制御装置により全体の管理を容易に行なうことができる。また前記コンピュータ端末同士が渡り配線で接続された上で前記コントローラに接続されているので、温室制御ネットワーク全体の配線長を短くすることができ、材料費及び工事費ともに削減することができる。そのため全体の製造コストを一層安価にすることができる。
【００２１】
前記温室の制御装置の好ましい態様（請求項２）は、ひとつのコンピュータ端末が、複数個のセンサからの信号を受信し、前記複数個のアクチュエータに制御信号を送信することを特徴としている。
これにより、一つのコンピュータ端末が複数個のセンサの出力に基づいて複数個のアクチュエータを制御することができ、コンピュータ端末の費用を節減できると共に、配線の手間も少なくしうる。
【００２３】
他の好ましい温室の制御装置（請求項５）は、前記コンピュータ端末とコントローラとの間、コントローラと集中制御装置との間は、それぞれ電気伝送方式又は光ファイバを用いた光伝送方式としていることを特徴としている。
これにより、ノイズの影響を受けにくいネットワーク化した温室の栽培システムを容易に構築することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の温室の制御装置の一実施形態を示す構成図、図２は本発明の温室の制御装置の他の実施形態を示す構成図、図３は本発明に関わる複数の温室に適用した温室の制御装置の一実施形態を示す構成図、図４は本発明に関わるＣＰＵ端末の一実施形態を示すブロック図、図５は本発明に関わるＣＰＵ端末の他の実施形態を示すブロック図、図６は本発明に関わるＣＰＵ端末のさらに他の実施形態を示すブロック図、図７は本発明に関わるＣＰＵ端末のさらに他の実施形態を示すブロック図、図８は本発明の制御装置による制御作用の一実施形態を示すフローチャート、図９は本発明の制御装置による制御作用の他の実施形態を示すフローチャート、図１０〜１２は本発明の制御装置の実施形態を示す機能ブロック図である。
【００２５】
以下、本発明の制御装置を具体的に説明していくが、従来例と同一の機能を発揮する要素には同一の番号を付して詳細な説明は省略し、本発明の要旨の部分について詳述する。図１はネットワーク式の温室１内における温湿度制御システムの構成図を示し、温室１内に配設されている温度センサ５、湿度センサ６、リミットスイッチ１０、１２、１４などの各種センサや、モータ７、１１、１４などの各種アクチュエータは、図１３の従来例と同様であり、天窓３やカーテン４類も従来例と同様である。
【００２６】
この温湿度制御システムでは、側窓２を開閉する側窓用モータ７、カーテン４を開閉するカーテン用モータ１３、天窓３を開閉する天窓用モータ１１、各種リミットスイッチ１０、１２、１４、換気扇１６ならびに暖房機１５に、それぞれマイクロコンピュータで構成したＣＰＵ端末Ｓを設けていることを特徴としている。各ＣＰＵ端末Ｓはそれぞれ機能が多少異なるものの、基本的には各センサやアクチュエータからの信号を受信し、モータはヒータ等を駆動するものなので、同一の記号Ｓを付している。また、これらのＣＰＵ端末Ｓ同士は渡り配線で接続され、最終的に１台のコントローラ９に接続されている。
【００２７】
すなわち、センサやアクチュエータ毎にＣＰＵ端末Ｓを置き、センサやアクチュエータとはアナログ入出力線やデジタル入出力線で接続され、全体の制御を行なうコントローラ９との間は電気式あるいは光ファイバなどの通信線６３のみで接続されている。その通信線６３は、次々と渡り配線方法で配線しているので、配線長を短くすることができる。この通信線６３の長さは数１０ｍから数１００ｍの長さとしている。センサやアクチュエータとＣＰＵ端末Ｓとの配線の長さは、高々数ｍとしている。また、各センサ、モータ、ＣＰＵ端末Ｓ等へＡＣ電源を供給する電源線は通信線６３とは別に配線を行なっている。
【００２８】
温室１に１台設けているマイクロコンピュータからなるコントローラ９は、センサ機器を制御するＣＰＵ端末Ｓから通信線６３を介して、センサ機器からの検出信号などの各種入力信号を読み込み、内部で所定の処理を行ない、通信線６３経由でＣＰＵ端末Ｓにアクチュエータへの出力信号を出力する。なお、従来はすべてのセンサ信号やアクチュエータ信号を制御盤までそれぞれ引き込むため、配線長が非常に長くなり、配線本数はきわめて多くなっているが、本発明による渡り配線の方式により、通信線６３を渡り配線で引き回すだけでよく、それにより配線長は数分の１に短縮することができ、配線本数も数分の１に減少することができる。これにより、通信線６３の材料費・工事費とも削減を可能とすることができる。また、微弱なアナログ信号などを従来のように引き回すのではなく、近接したＣＰＵ端末Ｓに取り込まれるため、ノイズの影響も少ない。
【００２９】
なお、ＣＰＵ端末Ｓは複数個のアナログの入出力および接点などのデジタル入出力端子を持っているため、センサやアクチュエータが近くにある場合、１つのＣＰＵ端末Ｓで複数点の入出力を可能とすることができる。この状態を図２に示す。図２の実施形態では、側窓用モータ７とリミットスイッチ１０、カーテン用モータ１３とリミットスイッチ１４、天窓用モータ１１とリミットスイッチ１２を１つのＣＰＵ端末Ｓに接続しており、１つのＣＰＵ端末Ｓで入出力信号を受け持っている。かかる場合には、ＣＰＵ端末Ｓの数を低減させることができるので、全体のコストを安価にすることができる。
【００３０】
上記のコントローラ９は、各ＣＰＵ端末Ｓへ制御目標値・制御目標位置などの制御指令信号を送り、またＣＰＵ端末Ｓにセンサのデータ送信要求を行ない、センサ情報のデータを受信し、１つのＣＰＵ端末Ｓからのセンサ情報などのデータを他のＣＰＵ端末Ｓへ送るようにして、１つのセンサ情報を多くの端末（装置・機器）で有効に活用できるようにしている。すなわち、コントローラ９は、インテリジェントなＣＰＵ端末Ｓに目標値あるいは外気温などの動作指令あるいは基本データを送り出すだけでよく、その後の制御はすべてＣＰＵ端末Ｓで実施し、指令時以外はＣＰＵ端末Ｓに対して動作状態の監視を行なうだけである。また、コントローラ９の配下にあるＣＰＵ端末Ｓが存在する場合は、ＣＰＵ端末Ｓ間のインタロック制御を行なわせることができる。さらに、コントローラ９では、ＣＰＵ端末Ｓに状況報告要求を行ない、ＣＰＵ端末Ｓから運転／異常情報を受信してＣＰＵ端末Ｓの運転状況や異常状況を常時把握するようにしている。
【００３１】
図３は多数の温室１の各コントローラ９を渡り配線で接続し、管理棟６０に設けている集中制御装置６１によって一括管理を行なうようにしたシステム構成図を示している。このシステムでは、温室１の外部に外気の状態を計測する観測所計測端末７０が設けられている。図７はこの観測所計測端末７０のブロック図を示しており、この端末７０は制御装置７１、レベル変換回路７８、複数のアナログ増幅器７９、電源回路８０及び定電圧回路８１等で構成されている。マイクロコンピュータで構成されている制御装置７１は、降雨センサ６５、風速センサ６６、風向センサ６７、日射センサ２１からのアナログ信号がアナログ増幅器７９を介して入力されるマルチプレクサ７２と、このマルチプレクサ７２からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器７３と、データなどを一時的に格納しておくＲＡＭ７５と、プログラムなどを格納しているＲＯＭ７６と、コントローラ９や集中制御装置６１との間でシリアルでデータ通信を行なうシリアル通信部７４と、プログラムに従って所定の手順で全体の制御を司るＣＰＵ７７等によって構成されている。
【００３２】
観測所計測端末７０は、降雨の状態、風速や風向き、日射の状態等の、どの温室１でも共通して用いられる情報信号を一括して検出し、それらの情報信号は伝送路（通信線）６４を介して各温室１のコントローラ９や集中制御装置６１へ伝送される。そして各コントローラ９でそれらの情報に基づき、アクチュエータの目標値などが演算され、ＣＰＵ端末Ｓに送られる。
【００３３】
図４はカーテン４の開閉制御用のカーテン制御端末（ＣＰＵ端末Ｓ）９０（例えば図２のＣＰＵ端末Ｓに相当）のシステム構成図を示している。このカーテン制御端末９０は、制御装置９１、レベル変換回路１０３、複数のアナログ増幅器１００、複数のリレー接点などの出力絶縁素子１０１、複数のホトカプラなどの入力絶縁素子１０２、電源回路１０４、及び定電圧回路１０５等で構成されている。マイクロコンピュータで構成されている制御装置９０は、温度センサ５からのアナログ信号がアナログ増幅器１００を介してアナログ信号が入力されるマルチプレクサ９２と、このマルチプレクサ９２からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器９５と、リレー接点などの出力絶縁素子１０１と電磁接触器ＭＣを介してカーテン用モータ（例えばインダクションモータＩＭ）１３を駆動するデジタル出力回路９３と、カーテン４の開位置検出用リミットスイッチ１４ａ及び閉位置検出用リミットスイッチ１４ｂからの信号がホトカプラなどの入力絶縁素子１０２を介して入力されるデジタル入力回路９４と、データなどを一時的に格納しておくＲＡＭ９７と、プログラムなどを格納しているＲＯＭ９８と、他のＣＰＵ端末Ｓやコントローラ９との間でシリアルでデータ通信を行なうシリアル通信部９６と、プログラムに従って所定の手順で全体の制御を司るＣＰＵ９９等で構成されている。
【００３４】
図５は天窓３の開閉制御用の天窓制御端末１１０のシステム構成図を示している。この天窓制御端末１１０は、例えば図２のＣＰＵ端末Ｓに相当している。この天窓制御端末１１０は、制御装置１１１と、湿度センサ６、土中水分センサ１２４、培養床４９で栽培している花卉や野菜の葉面の水分・湿度を検出する葉面水分センサ１２５、天窓３の開閉度合いを検出するポテンショメータ１２６からのアナログ信号が入力される複数のアナログ増幅器１１９と、ホトカプラなどの出力絶縁素子１２０と、レベル変換回路１２１と、電源回路１２２と及び定電圧回路１２３等で構成されている。制御装置１１１は、アナログ増幅器１１９からのアナログ信号が入力されるマルチプレクサ１１２と、このマルチプレクサ１１２からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１１４と、出力絶縁素子１２０及び電磁接触器ＭＣを介して天窓用モータ１１（例えば、インダクションモータＩＭ）を駆動するデジタル出力回路１１３と、データなどを一時的に格納しておくＲＡＭ１１５と、プログラムなどを格納しているＲＯＭ１１６と、他のＣＰＵ端末Ｓやコントローラ９との間でシリアルでデータ通信を行なうシリアル通信部１１７と、プログラムに従って所定の手順で全体の制御を司るＣＰＵ１１８等で構成されている。
【００３５】
図６は養液（培養液）制御端末１３０のシステム構成図を示し、この養液制御端末１３０は、マイクロコンピュータからなる制御装置１３１と、電気伝導度・ＰＨセンサ１４４、土中水分センサ１２４、流量計１４５からのそれぞれのアナログ信号が入力される複数のアナログ増幅器１３９と、送水ポンプ１４６、肥料注入ポンプ１４７、養液点滴弁１４８を駆動する複数のリレー接点などの出力絶縁素子１４０と、レベル変換回路１４１と、電源回路１４２及び定電圧回路１４３等で構成されている。制御装置１３１は、アナログ増幅器１３９からアナログ信号が入力されるマルチプレクサ１３２と、このマルチプレクサ１３２からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１３４と、出力絶縁素子１４０に駆動用信号を出力するデジタル出力回路１３３と、データなどを一時的に格納しておくＲＡＭ１３６と、プログラムなどを格納しているＲＯＭ１３７と、他のＣＰＵ端末Ｓやコントローラ９との間でシリアルでデータ通信を行なうシリアル通信部１３５と、プログラムに従って所定の手順で全体の制御を司るＣＰＵ１３８等で構成されている。
【００３６】
ここで、図４〜７において、各制御端末へ入力したり出力している信号は、各センサやアクチュエータに近接して設けたＣＰＵ端末Ｓを介して伝送されており、各制御端末やＣＰＵ端末Ｓはコントローラ９と接続され、コントローラ９によりセンサからの信号を受けてモータ等を駆動して、カーテン４や天窓３の開閉制御を行なうようにしている。
【００３７】
また、図１０〜１２は図１７〜１９の従来例に対応する機能ブロック図を示している。各機能に応じた制御部分はネットワーク化されており、図中の集中制御装置（パソコン）は、温室１のコントローラ９、あるいは全体をネットワーク化した場合の管理棟６０の集中制御装置６１に対応している。
【００３８】
次に、図８に基づいてカーテン４の開閉制御動作について説明する。ここで、図３に示すようにネットワーク式温室の制御装置においては、各温室１のコントローラ９や管理棟６０の集中制御装置６１では、観測所計測端末７０における各センサ２１、６５〜６７で降雨、風速、風向、日射データを観測・監視し、得られたデータを共有している。先ず、ステップＳ１において、カーテン制御端末９０が日射の状態を読み込み、次いでステップＳ２に示すように、湿度センサ６や葉面水分センサ１２５からのデータをＣＰＵ端末Ｓを介して取り込む。そして、これらのデータはＡ／Ｄ変換器９５に入力され、移動平均などのフィルタ処理を行なって温室１内の湿度や葉面水分を計測する。
【００３９】
次に、ステップＳ３に移行してカーテン４の目標位置を算定する。これは、予め設定している計算式、あるいはテーブルから検索して、目標位置を「開」、あるいは「閉」と決定する。そして、ステップＳ４に移行して、目標位置が例えば、「開」であれば、ステップＳ５に進んで図４に示すデジタル出力回路９３の出力信号によってカーテン用モータ１３を正転駆動させる。開位置リミットスイッチ１４ａが駆動されるまで、この開位置リミットスイッチ１４ａがステップＳ６に示す「正転リミットスイッチ」としてカーテン用モータ１３が正転し続け、開位置リミットスイッチ１４ａからの信号がデジタル入力回路９４に入力されると、ＣＰＵ９９はカーテン４が開状態となったと判断してカーテン用モータ１３を停止させる（ステップＳ９参照）。
【００４０】
また、ステップＳ４において、カーテン４の目標位置が「閉」であれば、ステップＳ７に移行してカーテン用モータ１３を逆転させる。そして、閉位置リミットスイッチ１４ｂが駆動されるまで、この閉位置リミットスイッチ１４ｂがステップＳ７に示す「逆転リミットスイッチ」としてカーテン用モータ１３が逆転し続け、閉位置リミットスイッチ１４ｂからの信号がデジタル入力回路９４に入力されると、ＣＰＵ９９はカーテン４が閉状態となったと判断してカーテン用モータ１３を停止させる（ステップＳ９参照）。
【００４１】
次に、天窓３の開閉制御動作について図９により説明する。先のカーテン４の開閉制御の場合と同様に、天窓制御端末１１０では各ＣＰＵ端末Ｓからの各種のセンサデータを読み込み、この天窓開閉制御ではステップＳ１０に示すように降雨、風向、風速を降雨センサ６５、風向センサ６７、風速センサ６６からの各データを読み込む。次に、ステップＳ１１に示すように湿度センサ６、土中水分センサ１２４、葉面水分センサ１２５から湿度・土中・葉面の各水分を計測する。これらの水分計測はＡ／Ｄ変換器１１４に入力され、例えば移動平均などのフィルタ処理によって計測する。
【００４２】
そして、ステップＳ１２に移行して天窓３の目標開度を算出する。この天窓３の目標開度は、予め設定している計算式、あるいはテーブルから検索して決めるものであり、目標値は例えば、７段階としている。次に、ステップＳ１３に移行して図５に示すポテンショメータ１２６からのセンサ出力で現在の天窓３の開度状態を計測し、ついでステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、現在値と目標値が略一致しているか否かを判断して、現在値と目標値が一致している場合にはステップＳ１５に移行して天窓用モータ１１をオフ状態に維持する。
【００４３】
ステップＳ１４において、天窓３の開度状態の現在値が目標値と一致していない場合にはステップＳ１６に進み、現在の開度より目標開度が大きい場合にはステップＳ１７に移行して天窓用モータ１１を正転させる。そして、天窓３の開度状態はポテンショメータ１２６からの信号によりＣＰＵ１１８が判断して目標値に達した場合には天窓３を停止させる（ステップＳ１３〜Ｓ１５参照）。また、天窓３の目標開度より現在の開度が小さい場合には、ステップＳ１８に移行して天窓用モータ１１を逆転させ、先の場合と同様に目標値に達した場合には天窓３を停止させる（ステップＳ１３〜Ｓ１５参照）。
【００４４】
このように、図１及び図２に示す温湿度制御における天窓制御では、屋外の風向センサ６７の出力、温室１内の湿度センサ６の出力などからコントローラ９で天窓３の開度指令を行なう。そして、この指令を受けたＣＰＵ端末Ｓ（天窓制御端末１１０）は、位置センサ（図５に示すポテンショメータ１２６）の情報を監視しながらアクチュエータ（天窓用モータ１１）を駆動して最適な開度位置に制御する。これらのコントローラ９は、更に上位のパソコン（集中制御装置６１）などの遠隔操作・指令システムに通信路（伝送路６４）で接続されており、遠隔地で温室１内の機器の制御を可能としている。なお、図３において、各温室１・・・と集中制御装置６１とを接続している伝送路６４（電気ケーブル、あるいは光ファイバ）は、シリアルデータ伝送のネットワークとしているので、数１００ｍから数ｋｍと総延長を長くとることができる。
【００４５】
なお、水耕栽培監視システムでは、制御対象が多くあり、各々の制御も複雑である。従来は各ユニット単位で制御盤があり、その間のインターフェイスは不充分なものであった。しかし、本発明では、日照、温湿度制御、温水制御などの制御を行なうＣＰＵ端末Ｓ（例えば、図６に示すような養液制御端末１３０）を複数台設けて、その上でコントローラ９が統括制御している。このコントローラ９は温室各棟に設けるレベルのもので、温室団地全体では管理棟６０の集中制御装置６１で監視・制御を行なっている。
【００４６】
このように、本発明では各温室１間や集中制御装置６１との間はシリアル伝送通信による渡り配線を行なっているので、配線材料の削減及び工事費の低減が可能となる。また、各ＣＰＵ端末Ｓが比較的機能を集約でき、標準化が可能となり、またコントローラ９や集中制御装置６１におけるコンピュータの時計機能を用いることで、スケジュール管理が簡単である。さらには、各ＣＰＵ端末Ｓをコントローラ９で監視・制御しているのでインタロックが容易となり、また、各センサやアクチュエータとはＣＰＵ端末Ｓで入出力制御しているので、機能の追加や変更が容易となる。
【００４７】
また、各温室１のコントローラ９や管理棟６０の集中制御装置６１はコンピュータで構成しているので、コンピュータの時計機能を有効に活用し、スケジュール管理を行なうことができる。それにより、コントローラ９や集中制御装置６１に入力されたスケジュールデータに基づき、自動的に各機器類（アクチュエータ類）を動作させることができる。また、時刻と共に目標値を変更することも可能となり、加えて、重要なデータは履歴データとして蓄積することも可能となる。
【００４８】
なお、上記の実施形態において、各ＣＰＵ端末Ｓとコントローラ９との間、コントローラ９と集中制御装置６１との間で通常の電気伝送方式はもちろん、伝送路を光ファイバとして光伝送方式でシリアルデータ伝送を行なうようにしても良い。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の温室の制御装置（請求項１）は、従来ではすべてのセンサ信号やアクチュエータ信号を制御盤まで引き込んでいたため、配線長は非常に長くなっていたのに対し、本発明では伝送路の引き回しはコンピュータ端末とコントローラとの間だけであり、配線長を従来の数分の１にでき、また、センサ信号とアクチュエータ信号とはセンサやアクチュエータの近傍に配したコンピュータ端末に入出力しているので、センサやアクチュエータとコンピュータ端末との配線長を短くすることができ、その分ノイズの影響を少なくすることができる。さらに、各センサやアクチュエータとはコンピュータ端末で入出力制御しているので、機能の追加や変更が容易となる。
【００５０】
本発明の温室の制御装置の好ましい態様（請求項２）によれば、前記コンピュータ端末で複数のセンサの検出信号を受け、複数のアクチュエータに制御信号を刷新するので、コンピュータ端末の台数を減少することができる。そのため、設備コストを減少することができる。
【００５１】
本発明の制御装置のさらに好ましい態様（請求項３）では、コンピュータ端末が複数設けられ、各コンピュータ端末と前記コントローラとは伝送路を渡り配線としているので、ネットワーク全体の配線長を短くできて、材料費及び工事費ともに削減でき、全体のコストを安価ですることができる。
【００５２】
本発明の温室の制御装置の他の態様（請求項４）では、１つの温室には少なくとも１つ以上のコンピュータ端末と１つのコントローラとが配されており、多数の温室間は前記コントローラを伝送路を渡り配線して接続され、前記伝送路には各温室を一括して監視・制御する集中制御装置が設けられているので、多数の温室をネットワーク化できて、集中制御装置により全体の管理を容易に行なうことができる。
【００５３】
本発明の温室の制御装置の他の態様（請求項５）によれば、前記コンピュータ端末とコントローラ、コントローラと集中制御装置との間は、電気伝送方式又は光ファイバを用いた光伝送方式としているので、ノイズの影響を受けにくいネットワーク化した温室の栽培システムを容易に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の温室の制御装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明の温室の制御装置の他の実施形態を示す構成図である。
【図３】本発明に関わる複数の温室に適用した温室の制御装置の一実施形態を示す構成図である。
【図４】本発明に関わるＣＰＵ端末の一実施形態を示すブロック図である。
【図５】本発明に関わるＣＰＵ端末の他の実施形態を示すブロック図である。
【図６】本発明に関わるＣＰＵ端末のさらに他の実施形態を示すブロック図である。
【図７】本発明に関わるＣＰＵ端末のさらに他の実施形態を示すブロック図である。
【図８】本発明の制御装置による制御作用の一実施形態を示すフローチャートである。
【図９】本発明の制御装置による制御作用の他の実施形態を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の制御装置の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図１１】本発明の制御装置の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図１２】本発明の制御装置の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図１３】従来例の温室の環境制御を行なう場合のシステム構成図である。
【図１４】従来例の温室内で栽培を行なう場合のシステム構成図である。
【図１５】従来例の多数の温室の全体管理を行なう場合のシステム構成図である。
【図１６】従来例の多数の温室の全体管理を行なう場合に集中制御装置側と配線した場合のシステム構成図である。
【図１７】従来例の機能ブロック図である。
【図１８】従来例の機能ブロック図である。
【図１９】従来例の機能ブロック図である。
【符号の説明】
１温室
３天窓
４カーテン
５温度センサ
６湿度センサ
９コントローラ
１１天窓用モータ
１３カーテン用モータ
６１集中制御装置
６３通信線
６４伝送路
９０カーテン制御端末
１１０天窓制御端末[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for controlling a cultivation environment in a greenhouse such as temperature control in a greenhouse such as skylight control and curtain control in a greenhouse, control of water temperature in hydroponic cultivation, and cultivation conditions in a nutrient state.
[0002]
[Prior art]
In conventional greenhouse cultivation, private farmers generally produce flowers and vegetables on a small scale in a greenhouse. Therefore, various facilities in the greenhouse, such as skylights, ventilation fans, and heaters, are operated manually or by relatively simple electric control using a relay and an operation control panel. However, in recent years, large-scale greenhouses under joint management and bio-factories by large companies are increasing, and environmental measurement and control in greenhouse facilities using computers and large-scale control of various devices are also being carried out. . It is also desired to control a plurality of greenhouses in an integrated manner.
[0003]
Control of air temperature, ventilation and sunshine duration in a greenhouse is generally controlled by opening and closing the skylight, opening and closing the curtain, heating by a heater, and ventilation by a ventilation fan. In addition, in the cultivation system such as hydroponics, in addition to the management of the temperature in the greenhouse, the water temperature / PH / nutrient of the culture solution and the CO in the greenhouse₂Various cultivation conditions such as concentration are managed.
[0004]
The greenhouse 1 in FIG. 13 is used for cultivation of flowers and vegetables, and side windows 2 that can be opened and closed are provided over the entire length on both sides of the greenhouse 1, and a skylight 3 that can be opened and closed on the roof. It can be opened and closed freely. In addition, an electric curtain 4 for adjusting the amount of sunlight (light quantity) is provided on the inner side of the transparent side wall including the side window 2 of the greenhouse 1 and the lower surface of the transparent ceiling including the skylight 3. Furthermore, a temperature sensor 5 for detecting the temperature in the greenhouse and a humidity sensor 6 for detecting the humidity in the greenhouse are arranged.
[0005]
  The side window 2 is opened and closed by a side window motor 7, and opening / closing of the side window 2 is detected by a limit switch 10. Similarly, the skylight 3 is opened / closed by a skylight motor 9, the skylight 1 is opened / closed by a limit switch 12, and the curtain 4 is opened / closed by a curtain motor 13.4Open / close detection is performed by the limit switch 14. In addition, a heater 15 and a cooler that heat the inside of the greenhouse 1 are disposed outdoors, and a ventilation fan 16 that ventilates the air in the greenhouse 1 is disposed on the side wall. There is provided a control panel 17 that exchanges data and control signals with each member and controls each member to control the environment in the greenhouse 1.
[0006]
FIG. 14 is an overall configuration diagram of a greenhouse provided with a cultivation system that performs hydroponics in addition to the greenhouse 1 described above, and FIGS. 17 to 19 are functional block diagrams of the cultivation system. The same components as those in FIG. A plurality of lamps 20 are arranged on the lower surface of the ceiling of the greenhouse 1, and a solar radiation sensor 21 is also provided. Then, as shown in FIG. 17, in response to signals from the solar radiation sensor 21 and the limit switch 14 for detecting the opening / closing of the curtain 4, the lighting / extinguishing control of the lamp 20 and the opening / closing control of the curtain 4 are controlled for the solar radiation control. This is done by the board 22.
[0007]
Moreover, the control panel 23 for hot water control of FIG. 17 heats the hot water in the hot water tank 24 provided with the water temperature sensor with the boiler 25, or the hot water in the hot water tank 24 by the pump 26 with the hot water supply valve 27 in the cultivation room. Is supplied to the heat exchange fan 29 side, or is supplied to the heat exchanger 31 in the storage tank 30 via the warm water supply valve 28 of the culture solution. Furthermore, the control panel 23 for hot water control detects the water level in the hot water tank 24 with a water level sensor and controls it to maintain an appropriate water level, or performs an abnormality in the boiler 25, detection of the remaining amount of fuel, and the like.
[0008]
On the other hand, the control panel 34 for chilled water control in FIG. 17 controls the chilled water in the chilled water tank 35 provided with a water temperature sensor with the chiller 36, or controls the operation of the pump 37 to supply the chilled water in the chilled water tank 35 to the cultivation room. The cold water is supplied to the heat exchange fan 29 side via the hot water supply valve 38 or to the heat exchanger 31 in the storage tank 30 via the hot water supply valve 39 for the culture solution. Yes. Further, the control panel 34 for cold water control detects the water level in the cold water tank 35 with a water level sensor and controls to maintain an appropriate water level, or detects an abnormality of the chiller 36 and the like.
[0009]
On the other hand, the control panel 42 for temperature / humidity control in FIG. 18 receives signals from the temperature sensor 5 and the humidity sensor 6 and controls the operation of the heat exchange fan 29, the ventilation fan 16, the humidifier and the like based on these data. In addition, the hot water supply valve 27 and the cold water supply valve 38 in the cultivation room are controlled to be opened and closed so that the temperature and humidity in the greenhouse 1 are kept constant or within a predetermined range.
[0010]
Further, the following control is performed on the control panel 43 for controlling the culture solution in FIG. That is, the supply valves 44 to 47 are controlled to be opened and closed, and the acid, alkali, first culture solution, and second culture solution are supplied to the adjustment tank 48, and the water level of the adjustment tank 48 and the storage tank 30 is detected by a sensor. When the culture medium in the culture bed 49 becomes small, the culture liquid from the adjustment tank 48 is supplied by controlling the supply pump 50. Further, the bubbling valve 51 is controlled to be opened and closed, and the compressed air from the air compressor 52 is supplied into the adjustment tank 48 to perform bubbling.
[0011]
Also, the CO in FIG.₂The control panel 55 for control is a CO in the greenhouse 1.₂CO through the supply valve 56 by the signal from the sensor₂CO from cylinder 57₂The amount of supply is controlled.
[0012]
As mentioned above, in addition to environmental control such as skylight control, curtain control, heater and ventilator control, and environmental management by this environmental control, the temperature of the culture fluid, pH, nutrients, CO₂In order to perform cultivation system control such as hydroponics for managing the concentration, a simple control panel using a relay has been conventionally used in the greenhouse 1 and incidental facilities, for example, as shown in FIGS. Many control panels with built-in sequencers and microcomputers have been developed and sold.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
These products are designed for various purposes, and there are many types. Since each device has its own operation / control panel, there are problems such as troublesome operation and difficulty in interlocking. Such a state is shown in FIG. In FIG. 15, each control device having the same function corresponding to each control panel is provided in each greenhouse 1. Greenhouse No. 1 includes a culture medium control device 43a corresponding to the control panel 43 for controlling the culture medium and a temperature / humidity control device 42a corresponding to the control panel 42 for controlling the temperature and humidity. CO in addition to equipment₂CO corresponding to the control panel 55₂A supply control device 55a is provided. In FIG. 15, it is schematically shown for convenience.
[0014]
In the greenhouse control system shown in FIG. 15, since a desired control device (control panel) is selectively provided for each greenhouse 1, when changing or adding functions to each greenhouse 1, development of those devices is performed. It takes a lot of manpower and time. In other words, it is very difficult to add functions. In addition, there are few control panels (control devices) that consider connection to the overall management system when there are a large number of greenhouses 1. In addition, there is a system for notifying a mobile phone of an alarm at the time of abnormality from a part of the control panel, but the cost becomes high because it is necessary to prepare equipment individually.
[0015]
For example, in the control system shown in FIG. 15, if the overall management of a large number of greenhouses 1 is performed by a centralized control device 61 constituted by a personal computer in the management building 60, for example, the wiring length becomes very large as shown in FIG. become longer. As a result, the construction cost increases, and troubles such as voltage drop also increase.
[0016]
In one greenhouse, it is necessary to connect a temperature sensor / moisture sensor and rainfall / wind direction / velocity sensor to the control panel that controls the opening and closing of the skylight. In addition, a plurality of sensors having the same role (function), such as connecting a temperature / humidity sensor, a sunshine sensor, and a moisture sensor, are wasted. In particular, meteorological data such as rainfall, wind direction, and wind speed sensor are commonly required in each greenhouse (building), and an unreasonable thing is done such that a buffer is provided and routed to a far greenhouse (building).
[0017]
Furthermore, as shown in FIG. 16, when a large number of greenhouses 1 are managed by the centralized control device 61 of the management building 60, control lines for sensors and actuators installed at various locations in the greenhouse 1 are extended from several tens of meters. There are often hundreds of meters. For this reason, the controlled power line, particularly the inverter output line, becomes a noise generation source and often adversely affects weak signals such as control signals and sensor output signals. Since the sensor output signal is generally a weak voltage and a small current, it is easily affected by noise. If the wiring is long, there is a possibility of a voltage drop. Furthermore, the inside of a greenhouse is often subjected to high temperature and humidity conditions, and in some cases, it may become flooded, so it is necessary to consider the deterioration of cables for wiring in the greenhouse. For this reason, a conduit or a cable duct is used, so that there is a problem that the construction becomes complicated and the cost is increased.
[0018]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is possible to reduce the wiring length as much as possible, thereby reducing the wiring material and the construction cost, and also enabling the addition and change of functions in the greenhouse. The object is to provide a control device.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
  The greenhouse control apparatus (Claim 1) of the present invention comprises:pluralA control device for controlling a cultivation environment in a greenhouse,Each greenhouseDetect surrounding cultivation environmentMultipleSensors and control signals are received and the surrounding environment is changed according to the signals.MultipleArranged in the vicinity of the actuator or the actuator, which calculates the control signal of the actuator based on the detection signal from the actuator and the sensor and a predetermined target value, and sends the control signal to the actuatorMultipleThe computer terminal is connected to the computer terminal via a transmission line that performs serial data communication, and the detection signal and the signal transmitted from the computer terminal are transmitted.TemperatureMonitor the detection signals sent from the sensors that detect the outdoor environment, and calculate the target value signal calculated based on those detection signals.eachA computer configured controller for transmitting to a computer terminalThe computer terminals are connected to each other by a crossover wiring and connected to the controller, and controllers between a plurality of greenhouses are connected to each other through a transmission line. Centralized control device that monitors and controlsIt is characterized by being.
[0020]
  With this configuration, all sensor signals and actuator signals have been drawn to the control panel in the past, so the wiring length was very long. However, in the present invention, the transmission path is routed between the computer terminal and the controller. whileAnd between controllers in the greenhouseIn addition, the wiring length can be reduced to a fraction of the conventional one, and sensor signals and actuator signals are input / output to / from a computer terminal located near the sensor or actuator.The computer terminals are connected and connected to the controllerTherefore, the wiring length between the sensor or actuator and the computer terminal can be shortened, and the influence of noise can be reduced accordingly.Furthermore, controllers between a plurality of greenhouses are connected by wiring across a transmission line, and the transmission line is provided with a centralized control device that monitors and controls each greenhouse in a collective manner. And can be easily managed by the centralized control device. In addition, since the computer terminals are connected to the controller after being connected by a crossover wiring, the wiring length of the entire greenhouse control network can be shortened, and both the material cost and the construction cost can be reduced. Therefore, the overall manufacturing cost can be further reduced.
[0021]
  A preferred embodiment of the greenhouse control device (Claim 2) is, HiOne computer terminal, DoubleIt is characterized by receiving signals from several sensors and transmitting control signals to the plurality of actuators.
  Thereby, one computer terminal can control a plurality of actuators based on the outputs of a plurality of sensors, thereby reducing the cost of the computer terminal and reducing the labor of wiring..
[0023]
In another preferred greenhouse control device (Claim 5), between the computer terminal and the controller and between the controller and the centralized control device, an electric transmission method or an optical transmission method using an optical fiber is used. It is a feature.
Thereby, it is possible to easily construct a networked greenhouse cultivation system that is less susceptible to noise.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the greenhouse control apparatus of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the greenhouse control apparatus of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing a plurality of greenhouses according to the present invention. FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of a CPU terminal according to the present invention, and FIG. 5 is a block diagram showing another embodiment of the CPU terminal according to the present invention. 6 is a block diagram showing still another embodiment of the CPU terminal according to the present invention, FIG. 7 is a block diagram showing still another embodiment of the CPU terminal according to the present invention, and FIG. 8 is a control device according to the present invention. FIG. 9 is a flowchart showing another embodiment of the control action by the control device of the present invention, and FIGS. 10 to 12 are functional block diagrams showing the embodiment of the control device of the present invention. is there.
[0025]
Hereinafter, the control device of the present invention will be described in detail, but the elements that perform the same functions as those of the conventional example will be denoted by the same reference numerals and detailed description will be omitted, and the gist of the present invention will be omitted. Detailed description. FIG. 1 shows a configuration diagram of a temperature / humidity control system in a network type greenhouse 1. Various sensors such as a temperature sensor 5, a humidity sensor 6, limit switches 10, 12, and 14 disposed in the greenhouse 1, Various actuators such as the motors 7, 11 and 14 are the same as in the conventional example of FIG. 13, and the skylight 3 and the curtains 4 are also the same as in the conventional example.
[0026]
In this temperature and humidity control system, a side window motor 7 that opens and closes the side window 2, a curtain motor 13 that opens and closes the curtain 4, a skylight motor 11 that opens and closes the skylight 3, various limit switches 10, 12 and 14, and a ventilation fan 16. The heater 15 is also provided with a CPU terminal S composed of a microcomputer. Although each CPU terminal S has a slightly different function, it basically receives a signal from each sensor or actuator, and the motor drives a heater or the like, so the same symbol S is given. Further, these CPU terminals S are connected to each other by a jumper wiring, and finally connected to one controller 9.
[0027]
In other words, a CPU terminal S is placed for each sensor or actuator, and the sensor or actuator is connected by an analog input / output line or digital input / output line. Only the line 63 is connected. Since the communication lines 63 are wired one after another by the cross wiring method, the wiring length can be shortened. The length of the communication line 63 is several tens of meters to several hundreds of meters. The length of the wiring between the sensor or actuator and the CPU terminal S is at most several meters. Further, the power line for supplying AC power to each sensor, motor, CPU terminal S, etc. is wired separately from the communication line 63.
[0028]
A controller 9 composed of a microcomputer provided in the greenhouse 1 reads various input signals such as detection signals from the sensor device from the CPU terminal S that controls the sensor device via the communication line 63, and internally performs a predetermined process. Processing is performed, and an output signal to the actuator is output to the CPU terminal S via the communication line 63. Conventionally, since all sensor signals and actuator signals are respectively drawn to the control panel, the wiring length is very long and the number of wirings is extremely large. However, the communication line 63 is connected by the transition wiring system according to the present invention. It is only necessary to route by the crossover wiring, whereby the wiring length can be reduced to a fraction, and the number of wirings can also be reduced to a fraction. Thereby, it is possible to reduce both the material cost and the construction cost of the communication line 63. Further, a weak analog signal or the like is not routed as in the prior art, but is taken into the adjacent CPU terminal S, so that the influence of noise is small.
[0029]
Since the CPU terminal S has a plurality of analog input / output terminals and digital input / output terminals such as contacts, a single CPU terminal S can input / output a plurality of points when sensors and actuators are nearby. can do. This state is shown in FIG. In the embodiment of FIG. 2, the side window motor 7 and limit switch 10, the curtain motor 13 and limit switch 14, the skylight motor 11 and limit switch 12 are connected to one CPU terminal S, and one CPU terminal. S is responsible for input / output signals. In such a case, since the number of CPU terminals S can be reduced, the overall cost can be reduced.
[0030]
The controller 9 sends a control command signal such as a control target value and a control target position to each CPU terminal S, sends a sensor data transmission request to the CPU terminal S, and receives sensor information data. Data such as sensor information from the terminal S is sent to another CPU terminal S so that one sensor information can be effectively used in many terminals (devices / apparatuses). That is, the controller 9 only needs to send an operation command or basic data such as a target value or an outside temperature to the intelligent CPU terminal S, and all subsequent control is performed by the CPU terminal S. Only the operation state is monitored. Further, when there is a CPU terminal S under the controller 9, interlock control between the CPU terminals S can be performed. Further, the controller 9 makes a status report request to the CPU terminal S, receives operation / abnormality information from the CPU terminal S, and constantly grasps the operating status and abnormal status of the CPU terminal S.
[0031]
FIG. 3 shows a system configuration diagram in which the controllers 9 of a large number of greenhouses 1 are connected by crossover wiring and are collectively managed by a centralized control device 61 provided in the management building 60. In this system, an observation station measurement terminal 70 that measures the state of the outside air is provided outside the greenhouse 1. FIG. 7 shows a block diagram of the observatory measurement terminal 70. The terminal 70 includes a control device 71, a level conversion circuit 78, a plurality of analog amplifiers 79, a power supply circuit 80, a constant voltage circuit 81, and the like. . A control device 71 constituted by a microcomputer includes a multiplexer 72 to which analog signals from the rainfall sensor 65, the wind speed sensor 66, the wind direction sensor 67, and the solar radiation sensor 21 are input via an analog amplifier 79. Between the A / D converter 73 that converts an analog signal into a digital signal, the RAM 75 that temporarily stores data, the ROM 76 that stores programs, and the controller 9 and the centralized controller 61. A serial communication unit 74 that performs serial data communication and a CPU 77 that performs overall control in accordance with a predetermined procedure in accordance with a program.
[0032]
The observatory measuring terminal 70 collectively detects information signals that are commonly used in any greenhouse 1 such as rain conditions, wind speeds and directions, and solar radiation conditions, and these information signals are transmitted through transmission lines (communication lines). 64 to the controller 9 and the centralized control device 61 of each greenhouse 1. Each controller 9 calculates a target value of the actuator based on the information and sends it to the CPU terminal S.
[0033]
FIG. 4 shows a system configuration diagram of a curtain control terminal (CPU terminal S) 90 (for example, equivalent to the CPU terminal S of FIG. 2) for controlling the opening and closing of the curtain 4. The curtain control terminal 90 includes a control device 91, a level conversion circuit 103, a plurality of analog amplifiers 100, an output insulating element 101 such as a plurality of relay contacts, an input insulating element 102 such as a plurality of photocouplers, a power supply circuit 104, and a constant voltage. The circuit 105 is configured. A control device 90 configured by a microcomputer includes a multiplexer 92 to which an analog signal from the temperature sensor 5 is input via an analog amplifier 100, and an analog signal A that converts the analog signal from the multiplexer 92 into a digital signal. / D converter 95, digital output circuit 93 for driving curtain motor (for example, induction motor IM) 13 via output insulation element 101 such as a relay contact and electromagnetic contactor MC, and limit for detecting the open position of curtain 4 A digital input circuit 94 to which signals from the switch 14a and the closed position detection limit switch 14b are input via an input insulating element 102 such as a photocoupler, a RAM 97 for temporarily storing data, a program, and the like are stored. ROM 98 and other CPU terminals S A serial communication unit 96 for performing data communication in serial with the controller 9, and a CPU99 like controls the whole in a predetermined procedure according to the program.
[0034]
FIG. 5 shows a system configuration diagram of the skylight control terminal 110 for opening / closing control of the skylight 3. This skylight control terminal 110 corresponds to, for example, the CPU terminal S of FIG. The skylight control terminal 110 includes a control device 111, a humidity sensor 6, a soil moisture sensor 124, a leaf surface moisture sensor 125 that detects the moisture and humidity of the leaves of flowers and vegetables cultivated on the culture floor 49, and a skylight. A plurality of analog amplifiers 119 to which an analog signal from a potentiometer 126 that detects the degree of opening / closing 3 is input, an output insulating element 120 such as a photocoupler, a level conversion circuit 121, a power supply circuit 122, a constant voltage circuit 123, and the like. It is configured. The control device 111 includes a multiplexer 112 that receives an analog signal from the analog amplifier 119, an A / D converter 114 that converts the analog signal from the multiplexer 112 into a digital signal, an output insulating element 120, and an electromagnetic contactor MC. A digital output circuit 113 for driving the skylight motor 11 (for example, the induction motor IM), a RAM 115 for temporarily storing data, a ROM 116 for storing programs, and other CPU terminals. The serial communication unit 117 performs serial data communication with the S and the controller 9, and the CPU 118 that performs overall control in accordance with a predetermined procedure according to a program.
[0035]
FIG. 6 shows a system configuration diagram of the nutrient solution (culture solution) control terminal 130. This nutrient solution control terminal 130 includes a control device 131 composed of a microcomputer, an electrical conductivity / PH sensor 144, a soil moisture sensor 124, A plurality of analog amplifiers 139 to which the respective analog signals from the flow meter 145 are input, a water pump 146, a fertilizer infusion pump 147, output insulation elements 140 such as a plurality of relay contacts for driving the nutrient solution drip valve 148, and a level A conversion circuit 141, a power supply circuit 142, a constant voltage circuit 143, and the like are included. The control device 131 outputs a drive signal to the multiplexer 132 to which the analog signal is input from the analog amplifier 139, the A / D converter 134 that converts the analog signal from the multiplexer 132 into a digital signal, and the output insulating element 140. Serial communication for performing serial data communication between the digital output circuit 133 that performs data storage, the RAM 136 that temporarily stores data, the ROM 137 that stores programs, and the other CPU terminals S and the controller 9 The unit 135 and a CPU 138 that performs overall control in accordance with a predetermined procedure according to a program.
[0036]
Here, in FIGS. 4 to 7, signals input to or output from each control terminal are transmitted via a CPU terminal S provided close to each sensor or actuator, and each control terminal or CPU terminal is transmitted. S is connected to the controller 9 and receives a signal from the sensor by the controller 9 to drive a motor or the like to perform opening / closing control of the curtain 4 or the skylight 3.
[0037]
FIGS. 10 to 12 show functional block diagrams corresponding to the conventional examples of FIGS. The control part corresponding to each function is networked, and the central control device (PC) in the figure corresponds to the controller 9 of the greenhouse 1 or the central control device 61 of the management building 60 when the entire network is networked. ing.
[0038]
Next, the opening / closing control operation of the curtain 4 will be described based on FIG. Here, in the network type greenhouse control device as shown in FIG. 3, in the controller 9 of each greenhouse 1 and the central control device 61 of the management building 60, it is rained by each sensor 21, 65 to 67 in the observation station measurement terminal 70. Observe and monitor wind speed, wind direction and solar radiation data, and share the obtained data. First, in step S1, the curtain control terminal 90 reads the state of solar radiation, and then takes in data from the humidity sensor 6 and the leaf surface moisture sensor 125 via the CPU terminal S as shown in step S2. These data are input to the A / D converter 95, and the humidity and leaf moisture in the greenhouse 1 are measured by performing a filtering process such as moving average.
[0039]
Next, the process proceeds to step S3 and the target position of the curtain 4 is calculated. The target position is determined to be “open” or “closed” by searching from a preset calculation formula or table. Then, the process proceeds to step S4, and if the target position is “open”, for example, the process proceeds to step S5, and the curtain motor 13 is driven to rotate forward by the output signal of the digital output circuit 93 shown in FIG. Until the open position limit switch 14a is driven, the curtain position motor 13 continues to rotate normally as the “forward limit switch” shown in step S6, and the signal from the open position limit switch 14a is digitally input. When input to the circuit 94, the CPU 99 determines that the curtain 4 has been opened and stops the curtain motor 13 (see step S9).
[0040]
If the target position of the curtain 4 is “closed” in step S4, the process proceeds to step S7 to reverse the curtain motor 13. Until the closed position limit switch 14b is driven, the closed position limit switch 14b continues to reverse as the “reverse rotation limit switch” shown in step S7, and the signal from the closed position limit switch 14b is digitally input. When input to the circuit 94, the CPU 99 determines that the curtain 4 is in the closed state and stops the curtain motor 13 (see step S9).
[0041]
Next, the opening / closing control operation of the skylight 3 will be described with reference to FIG. As in the case of the opening / closing control of the curtain 4, the skylight control terminal 110 reads various sensor data from each CPU terminal S, and in this skylight opening / closing control, as shown in step S10, the rainfall, wind direction, and wind speed are detected by the rain sensor. 65, each data from the wind direction sensor 67 and the wind speed sensor 66 is read. Next, as shown in step S11, humidity, soil, and leaf moisture are measured from the humidity sensor 6, soil moisture sensor 124, and leaf surface moisture sensor 125. These moisture measurements are input to the A / D converter 114 and are measured by a filter process such as moving average.
[0042]
And it transfers to step S12 and the target opening degree of the skylight 3 is calculated. The target opening of the skylight 3 is determined by searching from a preset calculation formula or a table, and the target value is, for example, 7 levels. Next, the process proceeds to step S13, where the current opening state of the skylight 3 is measured by the sensor output from the potentiometer 126 shown in FIG. 5, and then the process proceeds to step S14. In step S14, it is determined whether or not the current value and the target value are substantially the same. If the current value and the target value are the same, the process proceeds to step S15 and the skylight motor 11 is maintained in the off state. To do.
[0043]
  In step S14, if the current value of the opening state of the skylight 3 does not coincide with the target value, the process proceeds to step S16, and if the target opening is larger than the current opening degree, the process proceeds to step S17 and for the skylight. The motor 11 is rotated forward. The opening state of the skylight 3 is determined by the CPU 118 based on a signal from the potentiometer 126, and when the target value is reached, the skylight 3 is stopped (see steps S13 to S15). If the current opening is smaller than the target opening of the skylight 3, the process proceeds to step S18, the skylight motor 11 is reversed, and the target is the same as in the previous case.In valueWhen it reaches, the skylight 3 is stopped (see steps S13 to S15).
[0044]
As described above, in the skylight control in the temperature and humidity control shown in FIGS. 1 and 2, the controller 9 issues an opening command of the skylight 3 from the output of the outdoor wind direction sensor 67, the output of the humidity sensor 6 in the greenhouse 1, and the like. Upon receiving this command, the CPU terminal S (skylight control terminal 110) drives the actuator (skylight motor 11) while monitoring the information of the position sensor (potentiometer 126 shown in FIG. 5) to obtain the optimum opening position. To control. These controllers 9 are connected to a remote operation / command system such as a higher-level personal computer (central control device 61) via a communication path (transmission path 64), and can control equipment in the greenhouse 1 at a remote place. Yes. In FIG. 3, the transmission path 64 (electric cable or optical fiber) connecting each greenhouse 1... And the central control device 61 is a serial data transmission network. And the total extension can be taken longer.
[0045]
In the hydroponics monitoring system, there are many control targets, and each control is also complicated. In the past, there was a control panel for each unit, and the interface between them was insufficient. However, in the present invention, a plurality of CPU terminals S (for example, nutrient solution control terminal 130 as shown in FIG. 6) for performing control such as sunshine, temperature / humidity control, and hot water control are provided, and the controller 9 controls the CPU terminal S. I have control. The controller 9 is provided at each greenhouse, and the entire greenhouse complex is monitored and controlled by the central control device 61 of the management building 60.
[0046]
As described above, according to the present invention, the connecting wiring between the greenhouses 1 and the central control device 61 is performed by the serial transmission communication, so that it is possible to reduce the wiring material and the construction cost. In addition, each CPU terminal S can relatively centralize functions and can be standardized, and by using the clock function of the computer in the controller 9 and the centralized control device 61, schedule management is simple. Furthermore, since each CPU terminal S is monitored and controlled by the controller 9, interlocking is easy, and since each sensor and actuator is input / output controlled by the CPU terminal S, functions can be added or changed. It becomes easy.
[0047]
Further, since the controller 9 of each greenhouse 1 and the central control device 61 of the management building 60 are configured by a computer, it is possible to perform schedule management by effectively utilizing the clock function of the computer. Accordingly, each device (actuator) can be automatically operated based on the schedule data input to the controller 9 and the central control device 61. In addition, the target value can be changed with time, and in addition, important data can be accumulated as history data.
[0048]
In the above embodiment, serial data is transmitted between each CPU terminal S and the controller 9, between the controller 9 and the centralized control device 61 as well as a normal electrical transmission system, as well as an optical transmission system using a transmission line as an optical fiber. Transmission may be performed.
[0049]
【The invention's effect】
The greenhouse control device according to the present invention (Claim 1) conventionally draws all sensor signals and actuator signals to the control panel, so that the wiring length is very long. Wiring is only between the computer terminal and the controller, the wiring length can be reduced to a fraction of the conventional one, and the sensor signal and actuator signal are input and output to the computer terminal located near the sensor and actuator. Therefore, the wiring length between the sensor or actuator and the computer terminal can be shortened, and the influence of noise can be reduced accordingly. Further, since each sensor and actuator is input / output controlled by a computer terminal, it is easy to add or change functions.
[0050]
According to a preferred aspect of the greenhouse control apparatus of the present invention (claim 2), the computer terminals receive the detection signals of a plurality of sensors and the control signals are renewed to a plurality of actuators, so the number of computer terminals is reduced. be able to. Therefore, the equipment cost can be reduced.
[0051]
In a further preferred aspect (Claim 3) of the control device of the present invention, a plurality of computer terminals are provided, and each computer terminal and the controller are wired across the transmission line, so that the wiring length of the entire network can be shortened, Both material costs and construction costs can be reduced, and the overall cost can be reduced.
[0052]
In another aspect of the greenhouse control apparatus of the present invention (Claim 4), at least one computer terminal and one controller are arranged in one greenhouse, and the controller is transmitted between multiple greenhouses. A centralized control device that monitors and controls each greenhouse in a batch is provided on the transmission line, so that a large number of greenhouses can be networked. Can be easily performed.
[0053]
According to another aspect of the greenhouse control apparatus of the present invention (Claim 5), an electrical transmission system or an optical transmission system using an optical fiber is used between the computer terminal and the controller and between the controller and the centralized control apparatus. Therefore, it is possible to easily construct a networked greenhouse cultivation system that is less susceptible to noise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a greenhouse control apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the greenhouse control apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram showing an embodiment of a greenhouse control apparatus applied to a plurality of greenhouses according to the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of a CPU terminal according to the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing another embodiment of a CPU terminal according to the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing still another embodiment of a CPU terminal according to the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing still another embodiment of a CPU terminal according to the present invention.
FIG. 8 is a flowchart showing an embodiment of a control action by the control device of the present invention.
FIG. 9 is a flowchart showing another embodiment of the control action by the control device of the present invention.
FIG. 10 is a functional block diagram showing an embodiment of a control device of the present invention.
FIG. 11 is a functional block diagram showing an embodiment of a control device of the present invention.
FIG. 12 is a functional block diagram showing an embodiment of a control device of the present invention.
FIG. 13 is a system configuration diagram in the case of performing environmental control of a conventional greenhouse.
FIG. 14 is a system configuration diagram when cultivation is performed in a conventional greenhouse.
FIG. 15 is a system configuration diagram in the case of performing overall management of a large number of greenhouses in a conventional example.
FIG. 16 is a system configuration diagram in the case where wiring is performed with the central control apparatus side when performing overall management of a large number of greenhouses in the conventional example.
FIG. 17 is a functional block diagram of a conventional example.
FIG. 18 is a functional block diagram of a conventional example.
FIG. 19 is a functional block diagram of a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 Greenhouse
3 Skylight
4 Curtain
5 Temperature sensor
6 Humidity sensor
9 Controller
11 Skylight motor
13 Curtain motor
61 Centralized control device
63 Communication line
64 transmission lines
90 Curtain control terminal
110 Skylight control terminal

Claims

A control device for controlling cultivation environments in a plurality of greenhouses,
Each greenhouse
A plurality of sensors for detecting the surrounding cultivation environment;
A plurality of actuators for receiving a control signal and changing the surrounding environment according to the signal;
Based on the detection signal and a predetermined target value from the sensor calculates the control signals of the actuator that corresponds with that sensor sends a control signal to the actuator, a plurality of which are arranged in the vicinity of the sensor or actuator A computer terminal;
Their are connected via a transmission path to perform these computer terminal and serial data communications, the respective detection signals transmitted from the sensor for detecting the sent come detection signal and the temperature outside environment from the computer terminal A controller having a computer configuration for monitoring and transmitting a signal of a target value calculated based on those detection signals to each computer terminal ;
The computer terminals are connected to the controller after being connected with a crossover wiring,
Controllers between multiple greenhouses are connected by a crossover line on the transmission line,
A greenhouse control device provided with a centralized control device for monitoring and controlling each greenhouse in a batch on the transmission line .

Computer terminal nonconvex receives the signal from the double several sensors, greenhouse control apparatus according to claim 1, wherein for transmitting control signals to said plurality of actuators.

The greenhouse control device according to claim 1, wherein one computer terminal is connected to each sensor or actuator.

The greenhouse control device according to claim 1, wherein one computer terminal receives a signal from one sensor and transmits a control signal to one actuator corresponding to the sensor.

The greenhouse control according to any one of claims 1, 2, 3 and 4, wherein an electric transmission method or a transmission method using an optical fiber is used between the computer terminal and the controller, and between the controller and the centralized control device. apparatus.