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摘要：智慧农业是智慧经济主要的组成部分，是发展中国家消除贫困、实现后发优势、经济发展后来居上、实现赶超战略的主要途径。我们要研究智慧农业中植物工厂的电气设计。
关键词：智慧农业 植物工厂 电气设计
1、引言
智慧农业是农业生产的高级阶段，它是指通过计算机、互联网、现代通信技术、物联网技术、智能控制、现代机械等技术的综合应用，使农业的产、供、销实现高度的智能化、自动化、精准化。
由于环境与人口 的因素， 世界各国竞相发展植物工厂应用技术， 植物工厂标志着农业产品工业化生产时代的到来， 是创新型蓝海产业。 集多学科技术融合的植物工厂是现代农业科技最显著的标志。植物工厂是实现智慧农业生产环节的其中一种方式，我们要研究植物工厂的电气设计。
2、植物工厂供配电系统
由于植物工厂如遇到停电，室内环境气候条件失去控制，水肥系统停止，补光照明消失，停电时间如果在持续几个小时，会产生重大损失，严重影响植物生长及育苗，故植物工厂内主要生产设备按二级负荷来设计。
设置柴油发电机作为二级负荷的第二电源，当正常供电电源中断供电时，在15s内启动供电，满足植物工厂的用电需求。
3、植物工厂设备安装
便于电气设备的集中管理，工厂工人用电安全考虑，配电柜集中设置在低压配电房内落地安装。为了方便工人对现场设备检修调试，控制室实现自动化控制，工厂内的主要用电设备旁设置电控箱，均可现场及控制室两地控制，并设置选择按钮。
4、植物工厂照明系统
植物工厂的每个栽培架上,都装有一块或几块灯板。灯板的光源可以由LED阵列组成,其中以高亮度大功率白光LED为主,灯板上按一定距离插入红光、蓝光和紫外光LED,并且以不同比例均匀分布。由于太阳光对于植物光照而言是全波段的,红光、蓝光、紫外线、红外线等都包括,因此,灯板的光谱也应接近自然光。设计一种以白光LED为主光源辅以其它光色LED组成的可控光源并按照植物的生长特征合成光谱,这种光谱综合特性更有利于植物的生长需求。
植物工厂的照明采用智能照明系统，即配电箱处可集中控制每列栽培架LED灯具电源方便检修，控制室内可对栽培架LED灯具进行远程控制。
5、植物工厂自动化控制系统
植物工厂的控制技术装备主要由控制设备、温控设备、补光设备、营养液循环设备、 换新风设备以及消毒设备等组成，主要调控因素包括温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度以及合理配比的营养液供给等。
合理高效的环境控制系统的开发不仅可以提升植物工厂内部资源使用效率， 而且可以减少运行过程中的能耗。 但控制系统的整体研发具有一定难度， 不仅需要基于各个环境因子之间的耦合关系制定合理的控制策略，也需要考虑不同栽培对象以及同种栽培对象在不同培育阶段对各个因素的需求。
当采用PLC技术来实现植物工厂的控制系统，系统主要由上位机 、传感器 、下位机和执行机构 ４个主体部分组成 。 首先由各环境参数传感器采集数据 ，然后通过 A／D 转换模块 ，将模拟量转换为数字量 ，上传到 PLC 系统中 。 PLC 作为控制中心 ，对信号进
行分析并产生相应的控制信号来控制电机设备 ，如加热器 、加湿器、补光灯和风机等的启动和停止，使各环境因素保持在适合植物生长的最佳范围内 。触摸屏采用MCGS 组态界面 ，通过 RS‐４８５ 接口和 PLC 保持通讯 ，对植物工厂环境进行远程监控。
植物工厂系统包括两种运行状态 ：手动操作状态和自动运行状态 。 如果植物工厂控制系统出现故障或者需要人工操作时 ，将操作系统调整为手动状态 ，传感器停止对环境进行检测 ，不同的开关按钮控制不同电动设备的启动和停止 ，以此来保证植物工厂的正常运行 。一般情况下 ，控制系统采用自 动控制的方式 。 温湿度 、CO ２和光照传感器对植物工厂内的环境因素进行检测 ，通过 PLC 的 A／D 转换模块将检测出来的模拟量信号转化为数字量信号发送给 PLC 。 PLC 通过对接收的数据与预定的数值比较 ，产生输出控制信号 ，对执行器进行实时控制。
6、总结
植物工厂作为新型农业形式，从根本上改变农业种植的概念， 被公认的安全食品顶尖产业，确立了农业产品工业化生产的模式。植物工厂未来发展空间巨大， 需要对植物工厂设备构件进行标准化与专业化配套生产。
针对植物工厂的电气设计要点主要集中在供电可靠性、适用性、经济性等方面。
1）采用双电源供电能够有效提高植物工厂电源可靠性。
2）设计使用LED灯具具有下列特点：寿命长，其亮度半衰期通常可达到十万小时；耗电低，因此在同等亮度下，耗电最小，可大量降低能耗；易于调光，LED作为一种发光器件可以通过流过电流的变化控制亮度也可通过不同波长LED的配置实现色彩的变化。
3）基于 PLC 的控制系统具有下列特点：高可靠性，所有的 I/O 输入输出信号均采用光电隔离， 使现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离；适用性强，PLC的 I/O 卡件种类丰富，可根据自控工程实现功能要求不同，而进行不同的配置；PLC系统还具有质优价廉，性价比高。
[1]中国电信智慧农业研究组编制，《智慧农业》，电子工业出版社，2013
[2]杨其长、魏灵玲等，《植物工厂系统与实践》，化学工业出版社，2012
[3]卫修明，《植物工厂LED照明控制系统设计与研究》，安徽农业大学学报，2010
[4]张慧，丁锦宏《基于PLC的植物工厂环境监控系统设计》，机械工程与自动化,2015