智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)控制柜的設(shè)計(jì)與研發(fā)

李健 于浩天 閆立 張鵬 孟慶宇

摘 要：通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外部分低壓配電柜的研究，結(jié)合黑龍江墾區(qū)對(duì)農(nóng)業(yè)信息化的需求，充分利用黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的契機(jī)，設(shè)計(jì)并制造了適合墾區(qū)的溫室大棚的智能化控制箱，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中參數(shù)的快速采集、執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制等問(wèn)題，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：智能化；配電柜；設(shè)計(jì)

引言

近年來(lái)，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，低壓配電、控制系統(tǒng)與成套裝置的發(fā)展方向主要有緊湊化、智能化、可通信、高防護(hù)、高可靠性、模塊化、環(huán)保等技術(shù)特征[1]。我校在對(duì)墾區(qū)充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，利用學(xué)校與墾區(qū)進(jìn)行社會(huì)服務(wù)的機(jī)會(huì)，設(shè)計(jì)并制造了一系列適合墾區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備，為墾區(qū)農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展提供了一定的支持。

1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

在20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)逐步引進(jìn)了一些較為先進(jìn)的低壓配電控制柜，并且在柜體設(shè)計(jì)、加工工藝、智能化技術(shù)應(yīng)用等方面取得了較大的進(jìn)步。我國(guó)從上世紀(jì)70年代開(kāi)始也進(jìn)行了一系列的探索，發(fā)展出了四代產(chǎn)品，目前第四代產(chǎn)品已經(jīng)具有高性能、小型化、智能化、模塊化、多功能的特征。

2 黑龍江墾區(qū)的應(yīng)用現(xiàn)狀

黑龍江墾區(qū)是我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地，也是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的集中代表。目前根據(jù)2014年中央一號(hào)文件，黑龍江墾區(qū)今后一段時(shí)間的工作重點(diǎn)是根據(jù)各區(qū)的特點(diǎn)，大力發(fā)展農(nóng)業(yè)信息化，以實(shí)現(xiàn)糧食生產(chǎn)再上新臺(tái)階。目前其主要發(fā)展方向體現(xiàn)在加強(qiáng)農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)信息化體系建設(shè)的基礎(chǔ)上，加快墾區(qū)數(shù)字農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的立項(xiàng)與開(kāi)發(fā)，早日實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)。[2]

3 智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)控制柜的設(shè)計(jì)

3.1 功能介紹

設(shè)計(jì)的配電柜具有數(shù)據(jù)采集、輸出控制功能，數(shù)據(jù)采集包括兩部分：

（1）空氣質(zhì)量參數(shù)：主要有空氣溫度、空氣濕度、光照度、二氧化碳含量等；

（2）土壤質(zhì)量參數(shù)：土壤溫度、土壤含水率、土壤PH值等。輸出控制主要包括卷簾通風(fēng)電機(jī)控制和噴灌開(kāi)關(guān)控制，其主要功能是實(shí)現(xiàn)控制區(qū)域內(nèi)溫度調(diào)節(jié)和土壤含水率的調(diào)整。其具體功能如圖1所示。

圖1 智能控制柜功能框圖

3.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)控制柜的設(shè)計(jì)上采用嚴(yán)格的工藝流程控制，從配電柜外觀設(shè)計(jì)、材料選擇、防腐工藝、安裝流程都嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，從而保證產(chǎn)品具有良好的可靠性。

3.3 產(chǎn)品特色

智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)控制柜具有如下特點(diǎn)：

（1）參數(shù)自動(dòng)采集?？烧J(rèn)為調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)采集的時(shí)間間隔，從20s～24h時(shí)間段內(nèi)任意選擇，并且采用輪詢的方式，主機(jī)與各系統(tǒng)之間采用無(wú)線通訊的方式，減少了走線量。

（2）配電箱內(nèi)采用4層保護(hù)裝置。配電箱電源部分采用空氣開(kāi)關(guān)、熔斷器、開(kāi)關(guān)電源、自保電路等四層保護(hù)措施，嚴(yán)格保證在高溫、高濕、粉塵等惡劣環(huán)境下設(shè)備的可靠性，防止觸電事故的發(fā)生。

（3）低壓供電系統(tǒng)。主設(shè)備采用5伏和24伏供電，保證系統(tǒng)在最極端漏電的情況下也不會(huì)對(duì)操作者造成任何傷害。

（4）端口設(shè)計(jì)靈活。數(shù)據(jù)采集端口是通用型的三針或四針三防接頭，系統(tǒng)內(nèi)部也是采用開(kāi)放的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，兼容不同類型的傳感器和設(shè)備，保證控制柜具有較好的通用性。

4 應(yīng)用效果

應(yīng)用以上技術(shù)生產(chǎn)的智能農(nóng)業(yè)生產(chǎn)控制柜已經(jīng)在黑龍江墾區(qū)有了較好的應(yīng)用，其中洪河農(nóng)場(chǎng)第一作業(yè)區(qū)育秧基地、建三江種業(yè)科研所育秧基地等已有了大面積的推廣應(yīng)用，從目前應(yīng)用效果來(lái)看，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

5 結(jié)束語(yǔ)

農(nóng)業(yè)信息化是未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的大方向，是進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、增加農(nóng)民收入的重要手段，同時(shí)農(nóng)業(yè)信息化也是我國(guó)正在建設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能控制，對(duì)于提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)品附加值有著不可估量的作用。因此，重點(diǎn)開(kāi)發(fā)具有更高智能化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)控制設(shè)備具有極高的科研價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]劉效松. 低壓配電柜的技術(shù)創(chuàng)新及發(fā)展[J].建筑電氣， 2006（3）.

[2]王熙， 莊衛(wèi)東，汪春.黑龍江墾區(qū)農(nóng)業(yè)信息化進(jìn)展及展望[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)， 2010（5）.