CN109937867A - 一种规模化无土栽培营养液管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种规模化无土栽培营养液管理系统，包括为无土栽培设施提供营养液的营养液循环罐、营养液状态检测装置、营养液状态调节装置和控制系统；所述营养液状态检测装置安装在所述营养液循环罐内并用于对所述营养液循环罐内的营养液状态进行检测，并将检测值发送至所述控制系统；营养液状态调节装置与营养液循环罐连通，所述控制系统根据所述检测值，控制所述营养液状态调节装置对所述营养液循环罐内的营养液状态进行调节。本发明通过对营养液循环罐内的营养液状态进行检测，并通过控制营养液状态调节装置来对营养液状态进行调节，可以实现对不同品种果蔬无土栽培系统营养液的自动全方位管理控制，实现规模化无土栽培装置的稳定、高效生产。
Description
技术领域
本发明涉及无土栽培相关技术领域，具体涉及一种规模化无土栽培营养液管理系统。
背景技术
目前，国内普遍采用的无土栽培主要是利用营养液种植各类作物，营养液一般都是定期进行更换，或种植期间定期检测浊度值达到一定临界值后，整批营养液全部更换。而如果要确保规模化无土栽培系统的高效稳定产出，就必须保证营养液的电导率值、pH值、溶氧值、温度值和浊度值稳定在一定范围内。营养液成本偏高，如因一项数据不符，就直接更换整批次的营养液，十分不经济。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种规模化无土栽培营养液管理系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种规模化无土栽培营养液管理系统，包括为无土栽培设施提供营养液的营养液循环罐、营养液状态检测装置、营养液状态调节装置和控制系统；
所述营养液状态检测装置安装在所述营养液循环罐内并用于对所述营养液循环罐内的营养液状态进行检测，并将检测值发送至所述控制系统；
所述营养液状态调节装置与所述营养液循环罐连通，所述控制系统根据所述检测值，控制所述营养液状态调节装置对所述营养液循环罐内的营养液状态进行调节。
本发明的有益效果是：本发明通过对营养液循环罐内的营养液状态进行检测，并通过控制营养液状态调节装置来对营养液状态进行调节，可以实现对不同品种果蔬无土栽培系统营养液的自动全方位管理控制，实现规模化无土栽培装置的稳定、高效生产。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述营养液状态检测装置包括电导率检测装置、pH检测装置、溶氧检测装置以及温度检测装置中的任意一种或几种。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过采用电导率检测装置、pH检测装置、溶氧检测装置以及温度检测装置，可以实现对营养液电导率、pH值、溶氧值、温度值的实时检测控制，不需要更换营养液，而是对营养液进行调整，使其符合要求，更加经济实用。
进一步，所述营养液状态调节装置包括标准营养液储罐、酸碱储罐、曝气装置以及温度调节装置中的任意一种或几种，所述标准营养液储罐和酸碱储罐分别与所述营养液循环罐连通，所述曝气装置以及温度调节装置分别安装在所述营养液循环罐内。
采用上述进一步方案的有益效果是：利用标准营养液储罐，可以对营养液循环罐中的营养液电导率进行调节；通过酸碱储罐可以对营养液循环罐中的营养液pH值进行调节；通过曝气装置可以对营养液循环罐中的溶氧值进行调节；通过温度调节装置可以对营养液循环罐中的温度值进行调节。
进一步，所述营养液循环罐、标准营养液储罐以及酸碱储罐上分别安装有搅拌器，所述标准营养液储罐以及酸碱储罐与所述营养液循环罐连通的管路上分别安装有阀门和水泵。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过在营养液循环罐、标准营养液储罐以及酸碱储罐上分别安装搅拌器，在对营养液进行调节后，可以对营养液循环罐内的营养液进行充分搅拌，防止混合不均匀，出现局部状态不符合规定的情况；而且阀门和水泵的设置，可以对营养液的流量等进行有效控制。
进一步，所述酸碱储罐包括酸储罐和碱储罐。
采用上述进一步方案的有益效果是：采用磷酸储罐和氢氧化钾储罐，可以对营养液循环罐内的酸碱值进行有效调控。
进一步，还包括液位检测装置，所述标准营养液储罐、酸碱储罐以及所述营养液循环罐内均安装有所述液位检测装置，所述液位检测装置与所述控制系统连接并将检测到的液位值发送至所述控制系统，当所述液位值低于预设液位值时，所述控制系统控制与之连接的声光报警装置进行报警。
采用上述进一步方案的有益效果是：液位检测装置的设置，可以避免标准营养液储罐、酸碱储罐以及所述营养液循环罐内出现液位过低的情况。
进一步，还包括分别与所述控制系统连接的浊度检测装置，所述浊度检测装置安装在所述营养液循环罐内并将检测到的营养液浊度值发送至所述控制系统，当所述营养液浊度值高于预设浊度值时，所述控制系统控制与之连接的声光报警装置进行声光报警。
采用上述进一步方案的有益效果是：浊度检测装置的设置，可以防止出现营养液被污染的情况。
进一步，还包括消毒罐，所述消毒罐与所述营养液循环罐连通。
采用上述进一步方案的有益效果是：消毒罐的设置，可以当营养液循环罐内营养液出现污染时进行消毒，消毒后的营养液可以作为液体肥料使用。
进一步，还包括无土栽培设施，所述营养液循环罐通过第一管道与所述无土栽培设施的营养液进口连通，所述无土栽培设施的营养液出口通过第二管道与所述营养液循环罐连通。
采用上述进一步方案的有益效果是：营养液循环罐与无土栽培设施循环连接，可以将营养液循环罐内的营养液输送到无土栽培设施中使用，或者将无土栽培设施中的多余营养液回收。
进一步，所述第一管道和/或所述第二管道上分别连接有管道过滤器。
采用上述进一步方案的有益效果是：管道过滤器的设置，可以为营养液的输送进行有效过滤。
附图说明
图1为本发明的规模化无土栽培营养液管理系统的工艺流程示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、营养液循环罐；11、降温装置；12、加热装置；13、曝气装置；2、标准营养液储罐；3、酸储罐；4、碱储罐；5、消毒罐；6、无土栽培设施；7、控制系统；71、声光报警装置；8、搅拌器；9、管道过滤器；10、水泵；101、电动阀门；102、手动阀门。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本实施例的一种规模化无土栽培营养液管理系统，包括为无土栽培设施提供营养液的营养液循环罐1、营养液状态检测装置、营养液状态调节装置和控制系统7；所述营养液状态检测装置安装在所述营养液循环罐1内并用于对所述营养液循环罐1内的营养液状态进行检测，并将检测值发送至所述控制系统7；所述营养液状态调节装置与所述营养液循环罐1连通，所述控制系统7根据所述检测值，控制所述营养液状态调节装置对所述营养液循环罐1内的营养液状态进行调节。
本实施例通过对营养液循环罐内的营养液状态进行检测，并通过控制营养液状态调节装置来对营养液状态进行调节，可以实现对不同品种果蔬无土栽培系统营养液的自动全方位管理控制，实现规模化无土栽培装置的稳定、高效生产。
如图1所示，本实施例的所述营养液状态检测装置包括电导率检测装置、pH检测装置、溶氧检测装置以及温度检测装置中的任意一种或几种。通过采用电导率检测装置、pH检测装置、溶氧检测装置以及温度检测装置，可以实现对营养液电导率、pH值、溶氧值、温度值的实时检测控制，不需要更换营养液，而是对营养液进行调整，使其符合要求，更加经济实用。
如图1所示，本实施例的所述营养液状态调节装置包括标准营养液储罐2、酸碱储罐、曝气装置13以及温度调节装置中的任意一种或几种，所述标准营养液储罐2和酸碱储罐分别与所述营养液循环罐1连通，所述曝气装置13以及温度调节装置分别安装在所述营养液循环罐1内。利用标准营养液储罐，可以对营养液循环罐1中的营养液电导率进行调节；通过酸碱储罐可以对营养液循环罐1中的营养液pH值进行调节；通过曝气装置13可以对营养液循环罐1中的溶氧值进行调节；通过温度调节装置可以对营养液循环罐1中的温度值进行调节。
具体的，所述曝气装置13包括曝气风机和曝气管，所述曝气风机与所述曝气管连接并向所述曝气管内送气，所述曝气风机安装在所述营养液循环罐1外。
如图1所示，所述温度调节装置包括降温装置11和加热装置12，所述降温装置11包括制冷机、冷水盘管，所述冷水盘管安装在所述营养液循环罐1内，用于对所述营养液循环罐1内的营养液进行降温。所述加热装置12包括空气源热泵和热水盘管，所述热水盘管安装在所述营养液循环罐1内，用于对所述营养液循环罐1内的营养液进行加热。
具体的，所述电导率检测装置为电导率检测仪或电导率传感仪，其检测探头或传感探头安装在所述营养液循环罐1内，将检测到的电导率值传输至所述控制系统7；当所述电导率值低于预设电导率(具体为，低于所述预设电导率的80％)时，所述控制系统7控制所述标准营养液储罐1向所述营养液循环罐1内输送标准营养液，直到所述营养液循环罐1内的营养液电导率达到预设电导率。
所述pH检测装置为pH值检测仪或pH值传感仪，其检测探头或传感探头安装在所述营养液循环罐1内，将检测到的pH值传输至所述控制系统7；当所述pH值超出预设pH值范围(一般为标准pH值的±0.5)时，控制系统7控制所述酸碱储罐向所述营养液循环罐1内输送酸溶液或碱溶液，直到所述营养液循环罐1内的pH值达到预设pH值范围内。
所述溶氧检测装置为溶氧检测仪或溶氧传感仪，其检测探头或传感探头安装在所述营养液循环罐1内，将检测到的溶氧值传输至所述控制系统7；当所述溶氧值低于预设溶氧值(具体为低于预设溶氧值的80％)时，所述控制系统7控制所述曝气装置13运行，对所述营养液循环罐1内的营养液进行曝气处理，来增加营养液循环罐1内的氧含量，直到所述营养液循环罐1内的营养液的溶氧值达到预设溶氧值。
所述温度检测装置为温度检测仪或温度传感仪，其检测探头或传感探头安装在所述营养液循环罐1内，将检测到的温度值传输至所述控制系统7；当所述温度值低于或高于预设温度值(具体为低于或高于预设温度值3℃)时，所述控制系统7控制所述加热装置12或降温装置11运行，直到所述营养液循环罐1内的营养液温度值达到预设温度值。
其中，所述电导率检测装置、pH值检测装置、溶氧检测装置以及温度检测装置与所述控制系统之间通过有线或无线传输协议进行数据传输。
如图1所示，本实施例的所述营养液循环罐1、标准营养液储罐2以及酸碱储罐上分别安装有搅拌器8，所述标准营养液储罐2以及酸碱储罐与所述营养液循环罐1连通的管路上分别安装有阀门和水泵10，所述阀门为电动阀门101。通过在营养液循环罐、标准营养液储罐以及酸碱储罐上分别安装搅拌器，在对营养液进行调节后，可以对营养液循环罐内的营养液进行充分搅拌，防止混合不均匀，出现局部状态不符合规定的情况；而且阀门和水泵的设置，可以对营养液的流量等进行有效控制。
其中，所述标准营养液储罐中的标准营养液是指根据种植作物生产需要的养分调配而成的液体，其中含有氮、磷、钾、钙、硫、锰、锌、硼、钼等大中量元素和微量元素，因作物的不同，各元素成分比例有所差异。
本实施例的一个具体方案为，如图1所示，所述酸碱储罐包括酸储罐3和碱储罐4，所述酸储罐3和碱储罐4分别通过管路与所述营养液循环罐1进行连接，且连接管路上分别安装有水泵10和阀门，所述阀门为电动阀门101。所述酸储罐3内用于盛装磷酸，所述碱储罐4内用于盛装氢氧化钾溶液。采用磷酸储罐和氢氧化钾储罐，可以对营养液循环罐内的酸碱值进行有效调控。
当所述电导率检测装置、pH值检测装置、溶氧检测装置以及温度检测装置与所述控制系统7配合，来对营养液循环罐1内的营养液状态进行调节时，所述营养液循环罐1上安装有搅拌器8也进行搅拌，来使营养液循环罐1内的营养液状态尽快回复正常。另外，所述控制系统7在对标准营养液储罐1、酸储罐3、碱储罐4进行控制时，实际上是对标准营养液储罐1、酸储罐3、碱储罐4分别与营养液循环罐1之间连接管路上的阀门和水泵10进行控制，控制系统7通过控制阀门的启停来控制是否向所述营养液循环罐1内输送标准营养液、酸液以及碱液；通过控制阀门的开度，来调节输送液体的流量。
具体的，如图1所示，还包括液位检测装置，所述标准营养液储罐2、酸碱储罐以及所述营养液循环罐1内均安装有所述液位检测装置，所述液位检测装置与所述控制系统7连接并将检测到的液位值发送至所述控制系统7，当所述液位值低于预设液位值(预设液位值实际上位各个罐体最大液位的60％)时，所述控制系统7控制与之连接的声光报警装置71进行报警。液位检测装置的设置，可以避免标准营养液储罐2、酸碱储罐以及所述营养液循环罐1内出现液位过低的情况。同时，当所述营养液循环罐1内的液位低于预设液位值时，控制系统7还控制与之连接的标准营养液储罐2向其内部输送标准营养液；将所述营养液循环罐1上上的搅拌器8开启，将标准营养液储罐2与所述营养液循环罐1之间管路上的水泵10和阀门开启。
本实施例的一个优选方案为，如图1所示，还包括分别与所述控制系统7连接的浊度检测装置，所述浊度检测装置安装在所述营养液循环罐1内并将检测到的营养液浊度值发送至所述控制系统7，当所述营养液浊度值高于预设浊度值(具体为，高于预设浊度值3度)时，所述控制系统7控制与之连接的声光报警装置71进行声光报警，人工进行判断、操作。如是该作物生产期内第一次出现浊度超标，人工对营养液进出管道上的管道过滤器9进行清理，启动安装在营养液进出管道上的水泵(管道循环泵)对营养液进行循环，过滤掉大颗粒杂质，看浊度是否能达到正常数值：如恢复正常，关闭声光报警装置71、第一管道和第二管道上的水/10，管理系统调至自动控制；如无法恢复正常，需将营养液循环罐内的营养液全部清理至消毒罐消毒，重新注入新的标准营养液。浊度检测装置的设置，可以防止出现营养液被污染的情况。
本实施例的一个优选方案为，如图1所示，还包括消毒罐5，所述消毒罐5与所述营养液循环罐1连通。消毒罐的设置，可以当营养液循环罐内营养液出现污染时进行消毒，消毒后的营养液可以作为液体肥料使用。所述消毒罐5内安装有紫外线消毒装置，来对消毒罐5内的营养液进行消毒处理，消毒后的营养液可以施入到有土栽培大棚，作为液体肥料加以利用。所述消毒罐5与所述营养液循环罐1之间的管路上安装有手动阀门102，所述消毒罐5还连接有排液管道，所述排液管道上也安装有手动阀门102和水泵10。
其中，如图1所示，本实施例的管理系统还包括无土栽培设施6，所述营养液循环罐1通过第一管道与所述无土栽培设施6的营养液进口连通，所述无土栽培设施6的营养液出口通过第二管道与所述营养液循环罐1连通。营养液循环罐与无土栽培设施循环连接，可以将营养液循环罐内的营养液输送到无土栽培设施中使用，或者将无土栽培设施中的多余营养液回收。具体的，所述无土栽培设施实际上就是用来栽培作物的设备，例如，栽培架。无土栽培设施上设有用来盛放营养液的容腔，所述营养液主要是在无土栽培设施的容腔与营养液循环罐之间循环。
如图1所示，所述第一管道和/或所述第二管道上分别连接有管道过滤器9。第一管道和/或所述第二管道上安装有电动阀门101管道过滤器的设置，可以为营养液的输送进行有效过滤。所述管道过滤器9为Y型管道过滤器，可以拦截大颗粒杂质，以保证营养液的浊度，Y型管道过滤器定期进行人工清理。
本发明的规模化无土栽培营养液循环智能管理系统主要对不同品种果蔬无土栽培系统营养液电导率值、pH值、溶氧值、温度值和浊度值进行智能化管理，以保持营养液的电导率值、pH值、溶氧值、营养液温度值和浊度值在最佳范围内，实现规模化无土栽培装置的稳定、高效生产。本发明的规模化无土栽培营养液循环智能管理系统采用PLC控制器实现对营养液电导率值、pH值、溶氧值、温度值和浊度值的智能管理，通过电导率检测/传感仪表、pH值检测/传感仪表、溶氧检测/传感仪表、营养液温度检测/传感仪表和浊度检测/传感仪表，对营养液电导率、pH、溶氧、温度和浊度参数进行实时检测，并将测得数据通过有线/无线传输协议，传输至PLC控制系统，并在触摸控制屏上显示，控制器通过继电器控制相关设备的启停，具体控制循环泵、酸液泵、碱液泵、曝气风机、空气源热泵、热水循环泵(即安装在空气源热泵与热水盘管之间的水泵)等设备的启停，以达到对营养液电导率、PH、溶氧、温度和浊度参数的智能检测、管理目标。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种规模化无土栽培营养液管理系统，其特征在于，包括为无土栽培设施提供营养液的营养液循环罐、营养液状态检测装置、营养液状态调节装置和控制系统；
所述营养液状态检测装置安装在所述营养液循环罐内并用于对所述营养液循环罐内的营养液状态进行检测，并将检测值发送至所述控制系统；
所述营养液状态调节装置与所述营养液循环罐连通，所述控制系统根据所述检测值，控制所述营养液状态调节装置对所述营养液循环罐内的营养液状态进行调节。
2.根据权利要求1所述一种规模化无土栽培营养液管理系统，其特征在于，所述营养液状态检测装置包括电导率检测装置、pH检测装置、溶氧检测装置以及温度检测装置中的任意一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述一种规模化无土栽培营养液管理系统，其特征在于，所述营养液状态调节装置包括标准营养液储罐、酸碱储罐、曝气装置以及温度调节装置中的任意一种或几种，所述标准营养液储罐和酸碱储罐分别与所述营养液循环罐连通，所述曝气装置以及温度调节装置分别安装在所述营养液循环罐内。
4.根据权利要求3所述一种规模化无土栽培营养液管理系统，其特征在于，所述营养液循环罐、标准营养液储罐以及酸碱储罐上分别安装有搅拌器，所述标准营养液储罐以及酸碱储罐与所述营养液循环罐连通的管路上分别安装有阀门和水泵。
5.根据权利要求3所述一种规模化无土栽培营养液管理系统，其特征在于，所述酸碱储罐包括酸储罐和碱储罐。
6.根据权利要求3所述一种规模化无土栽培营养液管理系统，其特征在于，还包括液位检测装置，所述标准营养液储罐、酸碱储罐以及所述营养液循环罐内均安装有所述液位检测装置，所述液位检测装置与所述控制系统连接并将检测到的液位值发送至所述控制系统，当所述液位值低于预设液位值时，所述控制系统控制与之连接的声光报警装置进行报警。
7.根据权利要求1至2、4至6任一项所述一种规模化无土栽培营养液管理系统，其特征在于，还包括分别与所述控制系统连接的浊度检测装置，所述浊度检测装置安装在所述营养液循环罐内并将检测到的营养液浊度值发送至所述控制系统，当所述营养液浊度值高于预设浊度值时，所述控制系统控制与之连接的声光报警装置进行声光报警。
8.根据权利要求1至2、4至6任一项所述一种规模化无土栽培营养液管理系统，其特征在于，还包括消毒罐，所述消毒罐与所述营养液循环罐连通。
9.根据权利要求1至2、4至6任一项所述一种规模化无土栽培营养液管理系统，其特征在于，还包括无土栽培设施，所述营养液循环罐通过第一管道与所述无土栽培设施的营养液进口连通，所述无土栽培设施的营养液出口通过第二管道与所述营养液循环罐连通。
10.根据权利要求9所述一种规模化无土栽培营养液管理系统，其特征在于，所述第一管道和/或所述第二管道上分别连接有管道过滤器。
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