JP2015062395A

JP2015062395A - 植物工場における環境制御方法

Info

Publication number: JP2015062395A
Application number: JP2013199566A
Authority: JP
Inventors: 広土田; Hiroshi Tsuchida
Original assignee: Hitachi Solutions Ltd
Current assignee: Hitachi Solutions Ltd
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2015-04-09

Abstract

【課題】植物工場の露地農場に近い環境での育成と植物工場を制御するために必要な環境情報の入手を支援する。
【解決手段】植物プラントの環境制御装置が、複数の露地農場に設置した露地農場環境情報収集装置から、露地で測定される現在の気象データを取得し、当該気象データを用いて植物工場の植物プラントを制御する環境情報を取得し、環境データとして蓄積する第１のステップと、取得した露地農場の環境情報を植物工場の植物プラントへ即時に反映し、植物工場の環境を露地に近づけることにより、植物工場内で露地に近い環境で植物の育成する第２のステップを実行し、植物プラントにおける植物の育成環境を制御することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、植物工場を制御する方法において、露地農場の環境情報を植物工場環境制御に反映し、より露地農場に近い環境で植物を育成する方法に関するものである。

現在、知られている植物工場は、施設内に植物の育成環境を構築し、植物に対する外界からの影響を最小限とし、育成環境を機器で制御することで安定した植物育成を行えることを特徴としている。
植物育成環境制御は、植物の育成状態をモニタリングし、育成環境の光量、温度、湿度、養分、水分等を調節制御する。

環境状態を安定的に維持することで植物の育成状況の予測が容易になり、植物の計画的な供給が安定的に行える。
植物工場には、外部から隔離した閉鎖環境で制御する「完全閉鎖型工場」と、温室等の半閉鎖環境で外部の環境を利用した「太陽光利用型工場」と、太陽光利用型で人工光も利用する「太陽光併用型工場」などがある。

完全閉鎖型工場は、育成環境を制御でき、植物育成コントロールが容易に行える半面、工場を運営するのに必要なエネルギーコストが高くなる特徴がある。
太陽光利用型工場は、半閉鎖型でビニールハウス形状のものが多く、太陽の光量や温室度などは露地の環境を利用する。露地の状態に問題がなければ環境を維持の制御は必要なく、必要な制御は完全閉鎖型工場に比べて少なく、エネルギーコストを削減することができる半面、設置環境に左右されるケースがあり同じ施設でも立地によって植物の育成に差が出る特徴がある。

また、植物工場は外部環境と隔離した閉鎖環境であることから病原菌や害虫などが侵入する可能性が少ないため、病原菌や害虫を抑えるための農薬を使う必要がないのと養液で育成するため土の付着がないことから洗浄の必要がほとんどなく、衛生上の問題が少なく、出荷時の手間を省けるという利点を有している。

特開２００５−８０５１４号公報

植物工場を運営する場合に、植物育成環境を適切に制御するためにはノウハウが必要である。必要な環境情報は、農業研究者が研究の結果導き出したデータや、植物を育成する過程で計測・蓄積したデータなどが考えられるが、いずれも簡単に入手することは難しい。
植物を育成する過程でデータを収集するには植物を育成する月日を費やす必要がある。また、植物工場は環境を適切に制御していることから植物に余計なストレスがかからないが、植物は適度なストレスをかけることにより実の栄養価を貯めるという性質がある。そのため植物工場の植物はストレスがかかる露地植物と比べて味や栄養価の面で劣る場合が多いと言われている。

本発明の目的は、植物工場の運営で必要な植物工場環境制御情報の取得と露地環境情報を元に植物工場の環境を制御して露地に近い環境で植物を育成する植物工場環境制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る植物工場環境制御方法は、複数の露地農場に設置した露地農場環境情報取得装置で計測した環境情報を植物工場の植物プラントの環境制御装置に入力し、植物プラントを露地農場環境に近づける制御方法であって、
前記植物プラントの環境制御装置が、複数の露地農場に設置した露地農場環境情報収集装置から、露地で測定される現在の気象データを取得し、当該気象データを用いて植物工場の植物プラントを制御する環境情報を取得し、環境データとして蓄積する第１のステップと、取得した露地農場の環境情報を植物工場の植物プラントへ即時に反映し、植物工場の環境を露地に近づけることにより、植物工場内で露地に近い環境で植物の育成する第２のステップを実行し、植物プラントにおける植物の育成環境を制御することを特徴とする。

本発明によれば、複数の露地農場に設置した露地農場環境情報取得装置により複数の露地農場の環境情報を同時に取得し、植物工場の環境制御に反映すことで植物工場の環境を露地農場に近づけることができる環境情報を入手することができる。
情報を収集する露地農場は植物工場で育てる植物を育成している農場で品質が良いとされている露地農場で行う。露地農場は遠隔にあるケースが多いが、露地農場環境情報取得装置では取得したデータを３Ｇ回線で収集する仕組みを利用し、遠隔地でも品質の良い植物が育成実績のある露地のデータを取得することが可能である。
さらに取得した複数の露地農場の環境情報を、稼働している複数の植物工場プラントに反映し、植物工場の植物育成環境を露地環境に近い状態に制御することで露地に近いストレスをかけた植物育成が可能となる。但し、露地環境の反映は行うが、明らかに植物に過度なストレスとなる環境情報については、閾値の範囲を超えた情報反映を抑止するよう制御を行うことで、致命的な品質低下を防ぐことも可能である。
露地環境情報を反映して制御した植物工場では、植物を育成するための環境データを取得するとともに、最終的に育成された植物の育成状態を比較することで環境データが育成にどのような影響を与えているか評価することができる。また、品質の良い育成結果が得られた環境データは以降の植物工場の環境制御にフィードバックすることで、品質の良い植物を育成する環境データを改善していくことができる。

本発明に係る農地環境情報取得装置及び植物工場環境制御装置の実施形態を示すシステム構成図である。図１の実施形態において農地環境情報取得装置の動作の概要を説明する図である。図１の実施形態において植物工場環境制御装置の概要を説明する図である。農地環境情報取得装置で取得した環境データ構成を説明する図である。農地環境情報取得を実施するプログラムの処理の概要を示すフローチャートである。植物工場環境制御を実施するプログラムの処理の概要を示すフローチャートである。複数の農地環境情報を複数の植物工場環境制御装置へ反映する状態を説明するシーケンス図である。

以下、本発明を実施する場合の一形態を、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明の実施の形態を示すシステム構成図であり、露地農地１１、露地農地１２、露地農地１３に取り付けられた農地環境情報取得装置１１１，１２１、１３１と収集した環境情報を植物工場１５の植物プラント制御装置１５４に送信するインターネット１４と、取得した環境情報を利用する植物工場５の植物プラント１５１、植物プラント１５２、植物プラント１５３と環境情報を蓄積する露地農地環境情報記憶装置１５５から構成する。

環境情報とは露地農地の温度・湿度・日射・風速などの植物の育成に影響を与える情報のことを示す。
例えば農地環境情報取得装置１１１が取得した環境情報は、インターネット１４を介して植物プラント制御装置１５４へと渡され、植物プラント制御装置１５４は環境情報を露地農地環境情報記憶装置１５５へ記憶すると同時に、植物工場プラント１５１の環境制御装置１５１１へ環境情報を反映し、植物プラント１５１の状態を露地農地１１に近い状態で育成することを可能にする。

露地農地１１は、図２に示すように農地に設置した農地環境情報取得装置１１１にて環境情報を収集する。農地環境情報取得装置１１１は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）で構成され、ＣＰＵ１１１１の制御により図５のセンサ情報収集プログラムのフローチャートに従って、環境情報を収集、インターネット１４を通じて植物工場１５へ送信する。
ここでいう環境情報とは温度、湿度、風速、風の温度といった露地で実際起きているデータを意味する。ただし、土壌性質や、土壌の状態などは含まないものとする。
土壌に関しては、プログラムは定期間待ち（ステップ４１１）の状態から処理を開始、定期間経過したところで情報収集部１１１２に情報収集の指示を出し、情報収集部１１１２は露地農地１１の環境情報を計測する温室度センサ１１２、日射センサ１１３、風速センサ１１４に対して情報要求を行う(ステップ４１２)。

各センサは要求指示に従い、センサで計測した情報を情報収集部１１１２へ返却する。情報収集部１１１２はセンサ情報の収集完了をＣＰＵ１１１１へ伝える。ＣＰＵ１１１１は収集したセンサ情報を通信部１１１３へ伝える。通信部１１１３は受け取ったセンサ情報を送信可能な形式に変換し、インターネット１４を通じて植物工場１５の植物プラント制御装置１５４へ送信する。
インターネット１４は露地農地が屋外であることから、有線のネットワークを構築できないケースが考えられる。そのため本システムでは３Ｇ回線を利用してネットワークを構築する。３Ｇ回線は無線で不安定であることが予想されるので、ネットワークが切断した場合に、補助記憶装置１１１４に情報を蓄積しておき、ネットワーク接続が回復した際に、ネットワークが切断している間、補助記憶装置１１１４に蓄積していた未送信のデータを送信する機能を備えている。

図４は環境情報の一例を示す図である。
図４で示されるデータは露地各地で取得されている現時点のリアルタイムでの値であるが、特定の期間、期限を決めて取得した連続とその変化を示すデータであってもよい。リアルタイムでデータを反映させる場合と、ある一定の期間期限でデータを取得して反映させる場合、それぞれのデータの意味合いが異なる場合がある。
リアルタイムでデータを反映させる場合は、霜や結露による不均一な水分量の補給や急激な温度変化、風による急激な温度変化といった突発的に発生する気象条件の変化もそのまま与えてしまうことになり、枯れてしまったり、適切な成長が阻害される可能性もある。
それに対して、一日単位（もしくは数日、週単位でもかまわない）でデータを取得し、露地データとして反映させる場合は、突然荒れる気象のようなイレギュラーな要素を排除することが可能となる（この場合、排除された日に反映させるデータは取得したデータの平均、もしくは前日のデータをそのまま適用してもよい）。

植物工場１５は、図３に示すようにインターネット１４を通じて露地農地の環境情報を受信し、植物工場制御装置１５４から環境情報を露地農地環境情報記憶装置１５５へ記録し、植物プラント１５１に環境情報を反映する。植物工場制御装置は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）で構成され、ＣＰＵ１５４１の制御により図６の環境情報反映プログラムのフローチャートに従って制御を行う。

まず、植物工場制御装置１５４はＣＰＵ１５４１が通信を監視する待ち状態から入る（ステップ５１１）。インターネット１４から送信が入ったところで、通信部１５４２へ指示を出し、送信情報を受信する(ステップ５１２)。ＣＰＵ１５４１は通信部１５４２から受信した環境情報をまずプラント制御部１５４４へ伝達する。プラント制御部１５４４は受け取った制御情報をチェックし、制御情報が定められた閾値の範囲外の場合、範囲内の値になるよう矯正し、範囲内であればそのままの制御情報を利用する(ステップ５１３)。制御情報のチェック終了後制御装置へ指示を出す(ステップ５１４)。

植物プラント１５１内の温度制御装置１５１１へ制御情報を伝達し、植物プラント１５１内の現状の温度と比較し、変動があれば制御情報に従い温度を調節する機器を利用して調整する。
次に湿度制御装置１５１２へ制御情報を伝達し、植物プラント１５１内の現状の湿度と比較し、変動があれば制御情報に従い湿度を調整する機器を利用して調整する。次に光量制御装置１５１３へ制御情報を伝達し、植物プラント１５１内の現状の光量と比較し、変動があれば制御情報に従い光量を調節する機器を利用して調整する。
次に送風制御装置１５１４へ制御情報を伝達し、植物プラント１５１内の現状の風量と比較し、変動があれば制御情報に従い風量を調節する機器を利用して調整する。(ステップ５１４)

次にＣＰＵ１５４１は受信した環境情報をデータ制御部１５４３へ伝達し、露地農地環境情報記憶装置１５５へ記録する。記録する情報は各路地農場を識別するための露地農場識別情報２１、露地農場の環境情報を反映する植物プラントを識別するための植物プラント識別情報２２を基本情報として付随する環境情報を定時間間隔で環境情報２３、環境情報２４、…と記録していく。露地農場識別情報２１は例えば「○×農場」と登録され、植物プラント識別情報２２は、「○×植物工場プラント○×」と登録される。

環境情報２３の内訳として環境情報を測定した時刻を記録する測定時刻情報２３１、温度を記録する温度２３２、湿度を記録する湿度２３３、光量を記録する光量２３４、風速を記録する風速２３５からなる(ステップ５１５)。
環境情報は例えば、測定時刻情報２３１は「２０１３．２．２１」、気温２３２は「８．７℃」、湿度２３３は「７８％」、日射２３４は「１．３１ＭＪ／ｍ^２」、風速２３５は「２ｍ」と登録される。

図１に示す通り環境情報を収集する露地農地は複数存在することができ、それぞれ対応した植物プラントに環境情報を反映することが可能である。情報の反映の流れについて図７に示す。露地農地１１の農地環境情報取得装置１１１で収集した環境情報は環境情報送信６１により植物プラント制御装置１５４を通じて植物プラント環境制御装置１５１へ送信され環境情報を反映する制御を行う。露地農地１２の農地環境情報取得装置１２１で収集した環境情報は環境情報送信６２により植物プラント制御装置１５４を通じて植物プラント環境制御装置１５２へ送信され環境情報を反映する制御を行う。露地農地１３の農地環境情報取得装置１３１で収集した環境情報は環境情報送信６３により植物プラント制御装置１５４を通じて植物プラント環境制御装置１５３へ送信され環境情報を反映する制御を行う。

このように複数の露地農地の環境情報を反映して運用する複数の植物プラントを運用することができる。

本発明では、図３の植物工場１５で露地農地環境方法記憶装置１５５に露地農場の環境情報を蓄積している。蓄積した環境情報を利用して育成した複数の植物プラントの植物の状態と環境情報を比較することで、環境情報が植物の育成状態に与えている影響を環境情報の差で分析することができる。また、状態の良い植物が育成した環境データを再度植物工場で植物を育成する場合に利用する環境情報の再活用が可能である。

１１…露地農地
１４…インターネット
１５…植物工場
１１１…農地環境情報取得装置
１５１…植物プラント
１５４…植物プラント制御装置
１５５…露地農地環境情報記憶装置
１５１１…環境制御装置

Claims

複数の露地農場に設置した露地農場環境情報取得装置で計測した環境情報を植物工場の植物プラントの環境制御装置に入力し、植物プラントの環境を露地農場環境に近づける制御方法であって、
前記植物プラントの環境制御装置が、複数の露地農場に設置した露地農場環境情報収集装置から、露地で測定される現在の気象データを取得し、当該気象データを用いて植物工場の植物プラントを制御する環境情報を取得し、環境データとして蓄積する第１のステップと、取得した露地農場の環境情報を植物工場の植物プラントへ即時に反映し、植物工場の環境を露地に近づけることにより、植物工場内で露地に近い環境で植物の育成する第２のステップを実行し、植物プラントにおける植物の育成環境を制御することを特徴とする植物工場における植物プラントの環境制御制御方法。