JP2020065456A - 植物の栽培施設の管理制御装置および管理制御方法 - Google Patents

植物の栽培施設の管理制御装置および管理制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】植物の栽培施設内を、効率良く、高い精度で好適な環境に保つための植物の栽培施設の管理制御装置および管理制御方法を提供する。【解決手段】植物の栽培施設Ｘの管理制御装置は、栽培施設内の温度が第１閾値以下であると判定したときには、遮光カーテン２−１を開状態にさせ、天窓４−１および側窓５−１を閉状態にさせるとともに、細霧冷房装置１７を停止させ、第１閾値以上の第２閾値を超えたときには遮光カーテンを閉状態にさせ、第２閾値以上の第３閾値を超えたときには細霧冷房装置により栽培施設内に細霧を供給させ、第３閾値以上の第４閾値を超え、降雨がないと判定したときには天窓を開状態にさせ、第４閾値以上の第５閾値を超え、降雨がないと判定したときには側窓を開状態にさせ、第５閾値を超えた状態が所定時間以上継続したと判定したときには高温異常状態を示す報知情報を出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、植物の栽培施設内の機器の動作を管理するための管理制御装置および管理制御方法に関する。
周知のとおり、植物の栽培過程においては、温湿度や二酸化炭素（ＣＯ2）濃度等の環境要素を制御することで、光合成を促進させて好適な成長を促すことができる。これに鑑み農業者は、栽培施設外部の天候、施設内部の温湿度、植物の状態等を監視し、過去の経験に基づいていずれかの環境要素の調整が必要と判断すると、手動で栽培施設内の窓やカーテンの開閉操作、加温器のＯＮ／ＯＦＦ操作、ＣＯ2供給装置のＯＮ／ＯＦＦ操作等を行うことで、好適な栽培環境を保つようにしている。
特開２００９−１５３４０５号公報 特開２００４−２０１６３０号公報
上述したように、栽培施設内の環境を農業者が手動で操作して調整する場合、常時監視を継続することが困難である。そのため、監視の合間に植物が萎れたり病害が発生したりすることがあるという問題があった。また、農業者が手動で操作して調整する場合は各装置の操作状況を一元管理していないため、例えば加温器を動作させているときに窓を開けてしまうなど、無駄なエネルギー消費を発生させてしまうおそれがあるという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、植物の栽培施設内を、効率良く、高い精度で好適な環境に保つための植物の栽培施設の管理制御装置および管理制御方法の提供を目的とする。
上記目的を達成するための本発明の植物の栽培施設の管理制御装置は、植物の栽培施設内の温度を計測する室内温度センサと、前記栽培施設内の遮光カーテンを開閉する遮光カーテン開閉装置と、前記栽培施設の天窓を開閉する天窓開閉装置と、前記栽培施設の側窓を開閉する側窓開閉装置と、前記栽培施設外部に設置された雨量計と、前記栽培施設内に細霧を供給する細霧冷房装置とに接続された植物の栽培施設の管理制御装置において、前記室内温度センサによる計測値に基づいて前記栽培施設内の温度が予め設定された第１閾値以下であると判定したときには、前記遮光カーテン開閉装置により前記遮光カーテンを開状態にさせ、前記天窓開閉装置により前記天窓を閉状態にさせ、前記側窓開閉装置により前記側窓を閉状態にさせるとともに、前記細霧冷房装置を停止させ、前記栽培施設内の温度が、前記第１閾値以上の第２閾値を超えたと判定したときには、前記遮光カーテン開閉装置により前記遮光カーテンを閉状態にさせ、前記栽培施設内の温度が、前記第２閾値以上の第３閾値を超えたと判定したときには、前記細霧冷房装置により前記栽培施設内に細霧を供給させ、前記栽培施設内の温度が、前記第３閾値以上の第４閾値を超えたと判定し、且つ、前記雨量計の計測値に基づいて降雨がないと判定したときには、前記天窓開閉装置により前記天窓を開状態にさせ、前記栽培施設内の温度が、前記第４閾値以上の第５閾値を超えたと判定し、且つ、前記雨量計の計測値に基づいて降雨がないと判定したときには、前記側窓開閉装置により前記側窓を開状態にさせ、前記栽培施設内の温度が前記第５閾値を超えた状態が所定時間以上継続したと判定したときには、前記栽培施設内が高温異常状態であることを示す報知情報を出力する制御部を備えることを特徴とする。
また本発明の植物の栽培施設の管理制御方法は、植物の栽培施設内の温度を計測する室内温度センサと、前記栽培施設内の遮光カーテンを開閉する遮光カーテン開閉装置と、前記栽培施設の天窓を開閉する天窓開閉装置と、前記栽培施設の側窓を開閉する側窓開閉装置と、前記栽培施設外部に設置された雨量計と、前記栽培施設内に細霧を供給する細霧冷房装置とに接続された植物の栽培施設の管理制御装置が、前記室内温度センサによる計測値に基づいて前記栽培施設内の温度が予め設定された第１閾値以下であると判定したときには、前記遮光カーテン開閉装置により前記遮光カーテンを開状態にさせ、前記天窓開閉装置により前記天窓を閉状態にさせ、前記側窓開閉装置により前記側窓を閉状態にさせるとともに、前記細霧冷房装置を停止させ、前記栽培施設内の温度が、前記第１閾値以上の第２閾値を超えたと判定したときには、前記遮光カーテン開閉装置により前記遮光カーテンを閉状態にさせ、前記栽培施設内の温度が、前記第２閾値以上の第３閾値を超えたと判定したときには、前記細霧冷房装置により前記栽培施設内に細霧を供給させ、前記栽培施設内の温度が、前記第３閾値以上の第４閾値を超えたと判定し、且つ、前記雨量計の計測値に基づいて降雨がないと判定したときには、前記天窓開閉装置により前記天窓を開状態にさせ、前記栽培施設内の温度が、前記第４閾値以上の第５閾値を超えたと判定し、且つ、前記雨量計の計測値に基づいて降雨がないと判定したときには、前記側窓開閉装置により前記側窓を開状態にさせ、前記栽培施設内の温度が前記第５閾値を超えた状態が所定時間以上継続したと判定したときには、前記栽培施設内が高温異常状態であることを示す報知情報を出力することを特徴とする。
本発明の植物の栽培施設の管理制御装置および管理制御方法によれば、植物の栽培施設内を、効率良く、高い精度で好適な環境に保つことができる。
一実施形態による植物の栽培施設の管理制御装置を用いた栽培施設管理システムの構成を示す全体図である。 一実施形態による植物の栽培施設の管理制御装置で実行される栽培施設内の高温に対する処理を示すフローチャートである。 一実施形態による植物の栽培施設の管理制御装置で実行される栽培施設内の高温に対する処理を示すフローチャートである。 一実施形態による植物の栽培施設の管理制御装置で実行される栽培施設内の低温に対する処理を示すフローチャートである。 一実施形態による植物の栽培施設の管理制御装置で実行される栽培施設内の高湿度に対する処理を示すフローチャートである。 一実施形態による植物の栽培施設の管理制御装置で実行される栽培施設内の低湿度に対する処理を示すフローチャートである。 一実施形態による植物の栽培施設の管理制御装置で実行される栽培施設内のＣＯ2濃度調整処理を示すフローチャートである。 一実施形態による植物の栽培施設の管理制御装置で実行される栽培施設内の植物の状態情報の生成処理を示すフローチャートである。 一実施形態による植物の栽培施設の管理制御装置で生成される植物の重量の計時変化を示すグラフである。 一実施形態による植物の栽培施設の管理制御装置で生成される植物の重量変化量を示すグラフである。 一実施形態による植物の栽培施設の管理制御装置で生成される植物の蒸散量を示すグラフである。
〈一実施形態による管理制御装置を用いた栽培施設管理システムの構成〉
本発明の一実施形態による管理制御装置を用いた栽培施設管理システム１の構成について、図１を参照して説明する。本実施形態による栽培施設管理システム１が搭載される栽培施設Ｘは、内部に複数の植物Ｐ1〜Ｐ5がそれぞれ容器１０−１〜１０−５内の土壌に栽植されて設置されている。この栽培施設Ｘは、天井部分を覆うように設置された遮光カーテン２−１、２−２および保温カーテン３−１、３−２と、天井の一部を解放するための天窓４−１、４−２と、側壁の一部を解放するための側窓５−１、５−２とを備える。遮光カーテン２−１、２−２は、栽培施設Ｘ内に入る太陽光を遮断する。保温カーテン３−１、３−２は、栽培施設Ｘ内の熱が外部に漏れることを防止する。
栽培施設Ｘには、遮光カーテン開閉装置２１と、保温カーテン開閉装置３１と、天窓開閉装置４１と、側窓開閉装置５１とが設置されている。遮光カーテン開閉装置２１は、遮光カーテン２−１、２−２を開閉させる。保温カーテン開閉装置３１は、保温カーテン３−１、３−２を開閉させる。天窓開閉装置４１は、天窓４−１、４−２を開閉させる。側窓開閉装置５１は、側窓５−１、５−２を開閉させる。
また、栽培施設Ｘ内には、室内温度センサ１１と、室内湿度センサ１２と、ＣＯ2濃度センサ１３と、照度センサ１４と、加温器１５と、ＣＯ2供給装置１６と、細霧冷房装置１７とが設置されている。室内温度センサ１１は、栽培施設Ｘ内の温度を計測する。室内湿度センサ１２は、栽培施設Ｘ内の相対湿度を計測する。ＣＯ2濃度センサ１３は、栽培施設Ｘ内のＣＯ2濃度を計測する。照度センサ１４は、栽培施設Ｘ内の照度を計測する。加温器１５は、例えば燃焼処理により、栽培施設Ｘ内を加温する。ＣＯ2供給装置１６は、例えば、加温器１５による燃焼処理で発生したＣＯ2を用いて、栽培施設Ｘ内にＣＯ2を供給する。細霧冷房装置１７は、栽培施設Ｘ内に霧状の水を噴霧することで細霧冷房を行う。
また、栽培施設Ｘ外部には、雨量計１８と、外気温度センサ１９とが設置されている。雨量計１８は、降雨量を計測する。外気温度センサ１９は、栽培施設Ｘ外部の温度を計測する。
また、栽培施設Ｘ内の一部の植物が栽植された容器（図１においては、植物Ｐ3が栽植された容器１０−３）の下部には、重量検出器としてのロードセル２０が設置されている。ロードセル２０は、上部に積載された植物Ｐ3の重量を検出する。
また、栽培施設Ｘ内には、室内温度センサ１１、室内湿度センサ１２、ＣＯ2濃度センサ１３、照度センサ１４、加温器１５、ＣＯ2供給装置１６、細霧冷房装置１７、雨量計１８、外気温度センサ１９、およびロードセル２０に接続された管理制御装置６０が設置されている。
管理制御装置６０は、制御部６１と、記憶部６２とを有する。制御部６１は、室内温度センサ１１、室内湿度センサ１２、ＣＯ2濃度センサ１３、照度センサ１４、雨量計１８、または外気温度センサ１９の計測値に基づいて、遮光カーテン開閉装置２１、保温カーテン開閉装置３１、天窓開閉装置４１、側窓開閉装置５１、加温器１５、ＣＯ2供給装置１６、または細霧冷房装置１７の動作を制御する。また、制御部６１は、ロードセル２０の検出値に基づいて、栽培施設Ｘ内の植物の状態情報を生成する。記憶部６２は、制御部６１による制御処理で用いられる各種情報が予め記憶される。記憶部６２に記憶される情報の詳細については、後述する。
また、栽培施設Ｘの外部には、栽培施設Ｘ内の状態を監視する監視員が操作する監視装置７０が、管理制御装置６０に接続されて設置されている。
〈一実施形態による栽培施設管理システムの動作〉
次に、本実施形態による栽培施設管理システム１の動作として、栽培施設Ｘ内の高温、低温、高湿度、低湿度、またはＣＯ2不足に対してそれぞれ実行される処理、および、植物の状態情報の生成処理について説明する。
(1)栽培施設Ｘ内の高温に対する処理
栽培施設Ｘ内の高温に対して管理制御装置６０で実行される処理について、図２のフローチャートを参照して説明する。本実施形態において、管理制御装置６０の記憶部６２には、栽培施設Ｘ内の高温に対する処理で用いられる情報として、栽培施設Ｘ内の温度に関する６つの閾値（第１閾値〜第６閾値）が予め設定され記憶されている。これらの閾値は、第１閾値が最も低い値で設定され、第１閾値≦第２閾値≦第３閾値≦第４閾値≦第５閾値≦第６閾値となるように、それぞれの値が設定される。
第１閾値は、栽培施設Ｘ内の高温に対する処理が必要であるか否かを判定するための値である。第６閾値は、制御対象の機器を用いて栽培施設Ｘ内を適正な温度範囲まで下げることが不可能であるか否かを判定するための値である。各閾値は、栽培される植物の種類や栽培施設Ｘが設置される場所等によって異なるが、本実施形態においては、第１閾値が２６℃、第２閾値が２６℃、第３閾値が２８℃、第４閾値が３０℃、第５閾値が３２℃、第６閾値が３４℃として設定されている。
これらの情報が記憶された状態で、制御部６１において、室内温度センサ１１の計測値に基づいて栽培施設Ｘ内の温度が第１閾値（２６℃）よりも高いか否かが判定される（Ｓ１）。ここで、栽培施設Ｘ内の温度が２６℃以下であるときには（Ｓ１の「NO」）、高温に対する処理は不要であると判定される。この場合、現在の各機器の動作状態に関わらず、遮光カーテン開制御信号が遮光カーテン開閉装置２１に送信され、遮光カーテン開閉装置２１により遮光カーテン２−１、２−２が開状態にされる。また、天窓閉制御信号が天窓開閉装置４１に送信され、天窓開閉装置４１により天窓４−１、４−２が閉状態にされる。また、側窓閉制御信号が側窓開閉装置５１に送信され、側窓開閉装置５１により側窓５−１、５−２が閉状態にされる。また、細霧冷房OFF信号が細霧冷房装置１７に送信され、細霧冷房装置１７がOFF状態に制御される。ステップＳ１において、栽培施設Ｘ内の温度が第１閾値よりも高いと判定されたときには（Ｓ１の「YES」）、ステップＳ３に移行して高温に対する処理が開始される。
高温に対する処理の開始後、栽培施設Ｘ内の温度が第２閾値（２６℃）よりも高いと判定されると（Ｓ３の「YES」）、遮光カーテン閉制御信号が遮光カーテン開閉装置２１に送信される。そして、遮光カーテン開閉装置２１により遮光カーテン２−１、２−２が閉状態にされる（Ｓ４）。
その後、栽培施設Ｘ内の温度がさらに上昇し、第３閾値（２８℃）よりも高くなったと判定されると（Ｓ５の「YES」）、室内温度センサ１１の計測値と室内湿度センサ１２の計測値とに基づいて、栽培施設Ｘ内の飽差が算出される。算出された飽差が予め設定された値よりも高ければ（Ｓ６の「YES」）、細霧冷房が有効であると判定される。この場合、細霧冷房ON制御信号が細霧冷房装置１７に送信され、細霧冷房装置１７がON状態になる（Ｓ７）。細霧冷房装置１７がON状態になると、細霧冷房装置１７から栽培施設Ｘ内に霧状の水が噴霧される。
ステップＳ７において細霧冷房が行われた後、またはステップＳ６において栽培施設Ｘ内の飽差が予め設定された値以下であると判定された後（Ｓ６の「NO」）、温度がさらに上昇して第４閾値（３０℃）よりも高くなったか否かが監視される（Ｓ８）。栽培施設Ｘ内の温度が３０℃よりも高くなったと判定されると（Ｓ８の「YES」）、雨量計１８の計測値に基づいて、栽培施設Ｘの設置場所で雨が降っているか否かが判定される（Ｓ９）。ここで雨が降っていないと判定されると（Ｓ９の「NO」）、天窓開制御信号が天窓開閉装置４１に送信され、天窓開閉装置４１により天窓４−１、４−２が開状態にされる（Ｓ１０）。
天窓４−１、４−２が開状態にされた後、温度がさらに上昇して第５閾値（３２℃）よりも高くなったと判定されると（Ｓ１１の「YES」）、側窓開制御信号が側窓開閉装置５１に送信され、側窓５−１、５−２が開状態にされる（Ｓ１２）。
側窓５−１、５−２が開状態にされた後、または栽培施設Ｘ外部で雨が降っていると判定された後（Ｓ９の「YES」）、１時間程度経過してから（Ｓ１３の「YES」）、温度が第６閾値（３４℃）よりも高くなっているか否かが判定される（Ｓ１４）。
ここで、栽培施設Ｘ内の温度が３４℃よりも高くなったと判定されると（Ｓ１４の「YES」）、第５閾値を超えた状態が１時間以上継続した高温異常状態であり、植物が枯れてしまう可能性があると判定され、高温異常報知信号が監視装置７０に送信される。監視装置７０では、管理制御装置６０から送信された高温異常報知信号が受信されると、栽培施設Ｘ内が高温異常状態であることを監視員に報知するための情報、例えばアラームが出力される（Ｓ１５）。
上述した処理の中で、ステップＳ３において栽培施設Ｘ内の温度が第２閾値以下であると判定されたとき（Ｓ３の「NO」）、ステップＳ５において第３閾値以下であると判定されたとき（Ｓ５の「NO」）、ステップＳ８において第４閾値以下であると判定されたとき（Ｓ８の「NO」）、ステップＳ１１において第５閾値以下であると判定されたとき（Ｓ１１の「NO」）、または、ステップＳ１４において第６閾値以下であると判定されたとき（Ｓ１４の「NO」）にはステップＳ１に戻る。そして、栽培施設Ｘ内の温度が第１閾値以下になれば（Ｓ１の「NO」）、遮光カーテン２−１、２−２が開状態にされ、天窓４−１、４−２および側窓５−１、５−２が閉状態にされ、細霧冷房装置１７がOFF状態に制御される。
以上説明したように、本実施形態では、栽培施設Ｘ内の温度が適正範囲よりも高くなったときに、まず遮光カーテン２−１、２−２を閉め、それでもさらに温度が上昇してしまったときに細霧冷房を行うようにする。このように処理を行うことで、なるべくエネルギーを消費せずに温度調整を行うことができる。また、細霧冷房を行ってもさらに温度が上昇してしまったときにのみ、天窓、側窓を開けるようにすることで、なるべく病害虫の浸入を防止しつつ、温度調整を効果的に行うことができる。
(2)栽培施設Ｘ内の低温に対する処理
次に、栽培施設Ｘ内の低温に対して管理制御装置６０で実行される処理について、図３のフローチャートを参照して説明する。本実施形態において、記憶部６２には、栽培施設Ｘ内の低温に対する処理で用いられる情報として、栽培施設Ｘ内の温度に関する４つの閾値（第７閾値〜第１０閾値）が予め設定された記憶されている。これらの閾値は、第７閾値が最も高い値で設定され、第７閾値≧第８閾値≧第９閾値≧第１０閾値となるように、それぞれの値が設定される。第７閾値は、上記(1)で説明した第１閾値以下であり、栽培施設Ｘ内の低温に対する処理が必要であるか否かを判定するための値である。また、第１０閾値は、制御対象の機器を用いて栽培施設Ｘ内を適正な温度まで上げることが不可能であるか否かを判定するための値である。
また、記憶部６２には、日毎の日の出および日の入りの時刻が予め記憶されており、これに基づいて制御部６１において、カレンダー機能により現在の日時から日中であるか夜間であるかが判定される。
冬場は夜間の外気温度が低く栽培施設Ｘ内の温度が下がりやすいため、冬場の夜間に関しては第７閾値〜第１０閾値が他の期間よりも高い値で設定される。例えば、第７閾値が日中に対しては２０℃、夜間に対しては２６℃に設定される。また、第８閾値が日中に対しては２０℃、夜間に対しては２６℃に設定され、第９閾値が日中に対しては１７℃、夜間に対しては２３℃に設定され、第１０閾値が日中に対しては１２℃、夜間に対しては１８℃に設定される。以下に、制御部６１により日中に実行される、低温に対する処理について説明する。
まず、室内温度センサ１１の計測値および現在時刻情報に基づいて、栽培施設Ｘ内の温度が第７閾値（２０℃）よりも低いか否かが判定される（Ｓ２１）。ここで、栽培施設Ｘ内の温度が２０℃以上であるときには（Ｓ２１の「NO」）、低温に対する処理は不要であると判定される。この場合、現在の各機器の動作状態に関わらず、保温カーテン開制御信号が保温カーテン開閉装置３１に送信され、保温カーテン開閉装置３１により保温カーテン３−１、３−２が開状態にされる。また、加温器OFF信号が加温器１５に送信され、加温器１５がOFF状態（停止状態）に制御される。ステップＳ２１において、栽培施設Ｘ内の温度が第７閾値よりも低いと判定されたときには（Ｓ２１の「YES」）、ステップＳ２３に移行して低温に対する処理が開始される。
低温に対する処理の開始後、栽培施設Ｘ内の温度が第８閾値（２０℃）よりも低いと判定されると（Ｓ２３の「YES」）、保温カーテン閉制御信号が保温カーテン開閉装置３１に送信される。そして、保温カーテン開閉装置３１により保温カーテン３−１、３−２が閉状態にされる（Ｓ２４）。
その後、栽培施設Ｘ内の温度がさらに低下し、第９閾値（１７℃）よりも低くなったと判定されると（Ｓ２５の「YES」）、加温器ON制御信号が加温器に送信されて加温器１５がON状態になり、栽培施設Ｘ内が加温される（Ｓ２６）。
加温器１５がON状態にされた後、１時間程度経過してから（Ｓ２７の「YES」）、栽培施設Ｘ内の温度がさらに低下して第１０閾値（１２℃）よりも低くなったか否かが判定される（Ｓ２８）。ここで、栽培施設Ｘ内の温度が第１０閾値よりも低くなったと判定されると（Ｓ２８の「YES」）、第９閾値よりも低い状態が１時間以上継続した低温異常状態であり、植物に低温障害が発生するおそれがあると判定される。この判定に基づいて、低温異常報知信号が生成され、監視装置７０に送信される。監視装置７０では、管理制御装置６０から送信された低温異常報知信号が受信されると、栽培施設Ｘ内の低温異常を監視員に報知するための情報、例えばアラームが出力される（Ｓ２９）。
上述した処理の中で、ステップＳ２３において栽培施設Ｘ内の温度が第８閾値以上であると判定されたとき（Ｓ２３の「NO」）、ステップＳ２５において第９閾値以上であると判定されたとき（Ｓ２５の「NO」）、または、ステップＳ２８において第１０閾値以上であると判定されたとき（Ｓ２８の「NO」）には、ステップＳ２１に戻って処理が継続される。
以上説明したように、本実施形態では、栽培施設Ｘ内の温度が適正範囲よりも低くなったときに、まず保温カーテン３−１、３−２を閉める。そして、さらに温度が低下してしまったときに加温器による加温処理を行う。このように段階的に低温に対する処理を行うことで、なるべくエネルギーを消費せずに温度調整を行うことができる。
(3)栽培施設Ｘ内の高湿度に対する処理
次に、栽培施設Ｘ内の高湿度に対して管理制御装置６０で実行される処理について、図４のフローチャートを参照して説明する。本実施形態において、記憶部６２には、栽培施設Ｘ内の高湿度に対する処理で用いられる情報として、栽培施設Ｘ内の相対湿度に関する４つの閾値（第１１閾値〜第１４閾値）および外気温度に関する１つの閾値（第１５閾値）が予め設定され記憶されている。栽培施設Ｘ内の相対湿度の閾値は、第１１閾値が最も低い値で設定され、第１１閾値≦第１２閾値≦第１３閾値≦第１４閾値となるように、それぞれの値が設定される。
第１１閾値は、栽培施設Ｘ内の高湿度に対する処理が必要であるか否かを判定するための値である。第１４閾値は、制御対象の機器を用いて栽培施設Ｘ内を適正な相対湿度範囲まで下げることが不可能であるか否かを判定するための値である。設定される各閾値は、栽培施設Ｘ内で栽培される植物の種類や栽培施設Ｘが設置される場所等によって異なる。本実施形態においては、第１１閾値が相対湿度６０％、第１２閾値が７０％、第１３閾値が７５％、第１４閾値が８０％として設定されている。
これらの情報が記憶された状態で、制御部６１において、室内湿度センサ１２の計測値に基づいて、栽培施設Ｘ内の相対湿度が第１１閾値（６０％）よりも高いか否かが判定される（Ｓ３１）。ここで、栽培施設Ｘ内の相対湿度が６０％以下であるときには（Ｓ３１の「NO」）、高湿度に対する処理は不要であると判定される。この場合、現在の機器の動作状態に関わらず、天窓閉制御信号が天窓開閉装置４１に送信され、天窓開閉装置４１により天窓４−１、４−２が閉状態にされる。また、加温器OFF信号が加温器１５に送信され、加温器１５がOFF状態に制御される。ステップＳ３１において、栽培施設Ｘ内の湿度が第１１閾値よりも高いと判定されたときには（Ｓ３１の「YES」）、ステップＳ３３に移行して高湿度に対する処理が開始される。
高湿度に対する処理の開始後、栽培施設Ｘ内の湿度が上昇し、第１２閾値（７０％）よりも高くなったと判定されると（Ｓ３３の「YES」）、加温器ON制御信号が加温器１５に送信され、加温器１５がON状態に制御される（Ｓ３４）。
その後、栽培施設Ｘ内の相対湿度がさらに上昇し、第１３閾値（７５％）よりも高くなったと判定されると（Ｓ３５の「YES」）、外気温度センサ１９の計測値に基づいて、栽培施設Ｘ外部の外気温度が第１５閾値よりも高いか否かが判定される（Ｓ３６）。外気温度が第１５閾値よりも高いと判定されると（Ｓ３６の「YES」）、天窓開制御信号が天窓開閉装置４１に送信され、天窓４−１、４−２が開状態にされる（Ｓ３７）。
天窓４−１、４−２が開状態にされた後、３時間程度経過してから（Ｓ３８の「YES」）、栽培施設Ｘ内の相対湿度がさらに上昇して第１４閾値よりも高くなった否かが判定される（Ｓ３９）。
ここで、栽培施設Ｘ内の相対湿度が第１４閾値よりも高くなったと判定されると（Ｓ３９の「YES」）、第１３閾値よりも湿度が高い状態が３時間以上継続した高湿異常状態であり植物に病害が発生する可能性があると判定される。この判定に基づいて、高湿度異常報知信号が生成され、監視装置７０に送信される。高湿度により植物に黒カビ等の病害が発生するまでには、高温による被害が発生するときよりも時間がかかるため、各機器の動作を制御して３時間程度経過してからステップＳ３９における判定処理を行うようにする。監視装置７０では、管理制御装置６０から送信された高湿度異常報知信号が受信されると、栽培施設Ｘ内の高湿度異常を監視員に報知するための情報、例えばアラームが出力される（Ｓ４０）。
上述した処理の中で、ステップＳ３３において栽培施設Ｘ内の相対湿度が第１２閾値以下であると判定されたとき（Ｓ３３の「NO」）、ステップＳ３５において第１３閾値以下であると判定されたとき（Ｓ３５の「NO」）、または、ステップＳ３９において第１４閾値以下であると判定されたとき（Ｓ３９の「NO」）には、ステップＳ３１に戻って処理が継続される。
以上説明したように、本実施形態では、栽培施設Ｘ内の相対湿度が適正範囲よりも高くなったときには、まず加温器１５をON状態にする。そして、さらに相対湿度が上昇してしまったときに天窓４−１、４−２を開状態にする。このように段階的に高湿度に対する処理を行うことで、なるべく病害虫の浸入を防止しつつ、湿度調整を効果的に行うことができる。
(4)栽培施設Ｘ内の低湿度に対する処理
次に、栽培施設Ｘ内の低湿度に対して管理制御装置６０で実行される処理について、図５のフローチャートを参照して説明する。本実施形態において、記憶部６２には、栽培施設Ｘ内の低湿度に対する処理で用いられる情報として、栽培施設Ｘ内の温度に関する３つの閾値（第１６閾値〜第１８閾値）が予め設定された記憶されている。これらの閾値は、第１６閾値が最も高い値で設定され、第１６閾値≧第１７閾値≧第１８閾値となるように、それぞれの値が設定される。第１６閾値は、上記(3)で説明した第１１閾値よりも低く、栽培施設Ｘ内の低湿度に対する処理が必要であるか否かを判定するための値である。また、第１８閾値は、制御対象の機器を用いて栽培施設Ｘ内を適正な相対湿度まで上げることが不可能であるか否かを判定するための値である。本実施形態においては、第１６閾値が相対湿度４０％、第１７閾値が３５％、第１８閾値が３０％として設定されている。
これらの情報が記憶された状態で、制御部６１において、室内温度センサ１１の計測値と室内湿度センサ１２の計測値とに基づいて、栽培施設Ｘ内の相対湿度が第１６閾値（４０％）よりも低いか否かが判定される（Ｓ４１）。ここで、栽培施設Ｘ内の相対湿度が４０％以上であるときには（Ｓ４１の「NO」）、低湿度に対する処理は不要であると判定される。この場合、現在の各機器の動作状態に関わらず、細霧冷房OFF制御信号が細霧冷房装置１７に送信され、細霧冷房装置１７がON状態に制御される。ステップＳ４１において、栽培施設Ｘ内の相対湿度が第１６閾値よりも低いと判定されたときには（Ｓ４１の「YES」）、ステップＳ４３に移行して低湿度に対する処理が開始される。
低湿度に対する処理の開始後、栽培施設Ｘ内の湿度が低下し、第１７閾値（３５％）よりも低くなったと判定されると（Ｓ４３の「YES」）、細霧冷房ON制御信号が細霧冷房装置１７に送信され、細霧冷房装置１７がON状態に制御される（Ｓ４４）。
その後、３時間程度経過してから（Ｓ４５の「YES」）、栽培施設Ｘ内の相対湿度がさらに低下して第１８閾値よりも低くなった否かが判定される（Ｓ４６）。ここで、栽培施設Ｘ内の相対湿度が第１８閾値よりも低くなったと判定されると（Ｓ４６の「YES」）、湿度が第１７閾値よりも低い状態が３時間以上継続した低湿異常状態であり植物に白カビ等の病害虫が発生するおそれがあると判定される。この判定に基づいて低湿度異常報知信号が生成され、監視装置７０に送信される。監視装置７０では、管理制御装置６０から送信された低湿度異常報知信号が受信されると、栽培施設Ｘ内の低湿度異常を監視員に報知するための情報、例えばアラームが出力される（Ｓ４７）。
上述した処理の中で、ステップＳ４３において栽培施設Ｘ内の相対湿度が第１７閾値以上であると判定されたとき（Ｓ４３の「NO」）、または、ステップＳ４６において第１８閾値以上であると判定されたとき（Ｓ４６の「NO」）には、ステップＳ４１に戻って処理が継続される。
以上説明したように、栽培施設Ｘ内の相対湿度が適正範囲より低くなったときには、一般的に温度を低下させる際に用いている細霧冷房装置１７により霧状の水を栽培施設Ｘ内に噴霧させることで、相対湿度の調整を行う。このように処理を行うことで、既存の設備を流用して効率よく湿度調整を行うことができる。
(5)栽培施設Ｘ内のＣＯ2濃度調整処理
次に、管理制御装置６０で実行される、栽培施設Ｘ内のＣＯ2濃度調整処理について、図６のフローチャートを参照して説明する。本実施形態において、記憶部６２には、栽培施設Ｘ内にＣＯ2を供給する必要の有無を判定するためのＣＯ2濃度の閾値（第１９閾値）が予め設定され記憶されている。また、制御部６１には、(2)で説明した処理と同様にカレンダー機能が搭載されており、現在の時刻から日中の午前であるか、午後であるか、または夜間であるかが判定される。
午前中は植物の光合成活動が活発であるため午前は午後よりも第１９閾値が高く設定されており、例えば午前は1000ppm、午後は800ppmに設定される。また、記憶部６２には、植物の光合成に必要な照度があるか否かを判定するために設定された閾値（第２０閾値）が、例えば5000luxとして予め記憶されている。この第２０閾値は、該当場所および時期により異なる日射角度に基づいて適宜補正される。
これらの情報が記憶された状態で、制御部６１において、夜間はＣＯ2供給装置１６がOFF状態にされている（Ｓ５１の「NO」、Ｓ５２）。日の出時刻が経過し日中時間帯になると（Ｓ５１の「YES」）、天窓４−１、４−２および側窓５−１、５−２が閉状態であるか否かが判定される（Ｓ５３）。天窓４−１、４−２または側窓５−１、５−２が開状態であるときには（Ｓ５３の「NO」）、ＣＯ2を供給しても解放された窓から拡散されてしまい供給効率が悪いため、ＣＯ2濃度の高低に関わらず、ＣＯ2供給装置１６はOFF状態が維持される（Ｓ５２）。
天窓４−１、４−２および側窓５−１、５−２が閉状態であるときには（Ｓ５３の「YES」）、ＣＯ2濃度センサ１３の計測値に基づいて、栽培施設Ｘ内のＣＯ2濃度が、該当する時間帯（午前または午後）の第１９閾値よりも低いか否かが判定される（Ｓ５４）。ここで、栽培施設Ｘ内のＣＯ2濃度が第１９閾値よりも低いと判定されると（Ｓ５４の「YES」）、さらに、照度センサ１４の計測値に基づいて、栽培施設Ｘ内の照度が第２０閾値（5000lux）よりも高いか否かが判定される（Ｓ５５）。ここで、栽培施設Ｘ内の照度が第２０閾値よりも高いと判定されると（Ｓ５５の「YES」）、ＣＯ2供給装置ON信号がＣＯ2供給装置１６に送信され、ＣＯ2供給装置１６により栽培施設Ｘ内にＣＯ2が供給される（Ｓ５６）。
ステップＳ５４においＣＯ2濃度が第１９閾値以上であると判定されたとき（Ｓ５４の「NO」）、またはステップＳ５５において照度が第２０閾値以下であると判定されたとき（Ｓ５５の「NO」）には、ＣＯ2供給装置１６はOFF状態が維持される（Ｓ５２）。
その後、日の入り時刻までの日中時間帯の間は（Ｓ５１の「YES」）、ステップＳ５２〜Ｓ５６の処理が繰り返される。
以上説明したように、日中に、栽培施設Ｘ内の天窓４−１，４−２および側窓５−１，５−２が閉状態で、ＣＯ2濃度が低く、且つ、照度が高いときにＣＯ2を供給することで、効率よく植物の光合成を活性化させることができる。
(6)栽培施設Ｘ内の植物の状態情報の生成処理
次に、管理制御装置６０で実行される、栽培施設Ｘ内の植物の状態情報の生成処理について説明する。本実施形態においては、ロードセル２０において、予め設定された第１時間間隔（例えば、１分間隔）で上部に積載された植物Ｐ3の重量が検出され、管理制御装置６０に送信される。管理制御装置６０で実行される処理について、図７のフローチャートを参照して説明する。
管理制御装置６０の制御部６１では、ロードセル２０から送信された植物Ｐ3の重量の情報が取得されると、図８（ａ）に示すように時間経過により変化する重量を示すグラフが生成される（Ｓ６１、Ｓ６２）。図８（ａ）のグラフでは、2016年1月24日の午後に重量が21000g程度から22500g程度に大きく増加し、その後毎日、日中に100g前後の連続した増減を繰り返しつつ、徐々に重量が増加している。
次に、ステップＳ６２で生成されたグラフから、植物Ｐ3の重量の各検出時点における直前の検出時点からの重量変化量を示すグラフが、図８（ｂ）に示すように生成される（Ｓ６３）。
次に、ステップＳ６３で生成されたグラフから、増加による重量変化量、および所定値以上の減少による重量変化量が算出された時間帯については、当該重量変化は蒸散以外の外乱によるものと判定され、該当する時間帯の重量変化量の情報が除去される（Ｓ６４）。図８（ｂ）では、2016年1月24日午後の大きな重量増加が、当該ロードセル上に設置された容器内の土壌に植物が栽植された等の外乱によるものと判定され、該当する時間帯の重量の情報が除去される。また、各日の日中に発生した連続した重量増減のうち増加部分は灌水によるものであると判定され、該当する時間帯の重量変化量の情報が除去される。また、所定値以上の減少による重量変化があったときには、果実の収穫によるものであると判定され、該当する時間帯の重量変化量の情報が除去される。
次に、外乱による重量変化があった時間帯の情報が除去された後の重量変化量の情報から、第２時間ごと（例えば、１時間ごと）の総重量減少量の情報が、蒸散量を示すグラフとして図８（ｃ）に示すように生成される（Ｓ６５）。第２時間は第１時間よりも長い時間で設定されており、制御部６１では、それぞれ第２時間内の重量減少量の総計値が、当該第２時間内の蒸散量として算出される。図８（ｃ）では、日毎に、日中の午後の時間帯に、蒸散量が多く算出されている。
生成された図８（ｃ）の蒸散量を示すグラフの情報は、栽培施設Ｘ内の植物の状態情報として監視装置７０に送信される。このとき管理制御装置６０は、日中の各時間における蒸散量と、対応する時間における温度、相対湿度、ＣＯ2濃度および照度等の栽培施設Ｘ内の環境情報とから、植物で光合成が好適に行われているか否かを示す報知情報を生成して植物の状態情報に含めてもよい。例えば、栽培施設Ｘ内の環境が光合成に適した環境であるにも関わらず蒸散量が所定値よりも少なったときは、光合成が好適に行われていない可能性があり、土壌状態や灌水状態の確認等を行う必要があることを報知する情報を植物の状態情報に含める。監視装置７０では、管理制御装置６０から送信されたグラフおよび報知情報を表示することで、監視員に栽培施設Ｘ内の植物の状態情報が提供される。
以上説明したように、栽培施設Ｘ内の植物の蒸散活動状況を精度よく検出することにより、好適に光合成が行われる環境を提供できているか否かを効率よく判定することができる。
１ 栽培施設管理システム
２−１，２−２ 遮光カーテン
３−１，３−２ 保温カーテン
４−１，４−２ 天窓
５−１，５−２ 側窓
１０−１〜１０−５ 容器
１１ 室内温度センサ
１２ 室内湿度センサ
１３ 濃度センサ
１４ 照度センサ
１５ 加温器
１６ 供給装置
１７ 細霧冷房装置
１８ 雨量計
１９ 外気温度センサ
２０ ロードセル
２１ 遮光カーテン開閉装置
３１ 保温カーテン開閉装置
４１ 天窓開閉装置
５１ 側窓開閉装置
６０ 管理制御装置
６１ 制御部
６２ 記憶部
７０ 監視装置

Claims (10)

  1. 植物の栽培施設内の温度を計測する室内温度センサと、
    前記栽培施設内の遮光カーテンを開閉する遮光カーテン開閉装置と、
    前記栽培施設の天窓を開閉する天窓開閉装置と、
    前記栽培施設の側窓を開閉する側窓開閉装置と、
    前記栽培施設外部に設置された雨量計と、
    前記栽培施設内に細霧を供給する細霧冷房装置と
    に接続された植物の栽培施設の管理制御装置において、
    前記室内温度センサによる計測値に基づいて前記栽培施設内の温度が予め設定された第１閾値以下であると判定したときには、前記遮光カーテン開閉装置により前記遮光カーテンを開状態にさせ、前記天窓開閉装置により前記天窓を閉状態にさせ、前記側窓開閉装置により前記側窓を閉状態にさせるとともに、前記細霧冷房装置を停止させ、
    前記栽培施設内の温度が、前記第１閾値以上の第２閾値を超えたと判定したときには、前記遮光カーテン開閉装置により前記遮光カーテンを閉状態にさせ、
    前記栽培施設内の温度が、前記第２閾値以上の第３閾値を超えたと判定したときには、前記細霧冷房装置により前記栽培施設内に細霧を供給させ、
    前記栽培施設内の温度が、前記第３閾値以上の第４閾値を超えたと判定し、且つ、前記雨量計の計測値に基づいて降雨がないと判定したときには、前記天窓開閉装置により前記天窓を開状態にさせ、
    前記栽培施設内の温度が、前記第４閾値以上の第５閾値を超えたと判定し、且つ、前記雨量計の計測値に基づいて降雨がないと判定したときには、前記側窓開閉装置により前記側窓を開状態にさせ、
    前記栽培施設内の温度が前記第５閾値を超えた状態が所定時間以上継続したと判定したときには、前記栽培施設内が高温異常状態であることを示す報知情報を出力する制御部を備える
    ことを特徴とする植物の栽培施設の管理制御装置。
  2. 植物の栽培施設内の温度を計測する室内温度センサと、
    前記栽培施設内の熱の外部への漏れを防止する保温カーテンを開閉する保温カーテン開閉装置と、
    前記栽培施設内を加温する加温器と
    に接続された植物の栽培施設の管理制御装置において、
    前記室内温度センサによる計測値に基づいて前記栽培施設内の温度が予め設定された第７閾値よりも高いと判定したときには、前記保温カーテン開閉装置により前記保温カーテンを開状態にさせるとともに、前記加温器を停止させ、
    前記栽培施設内の温度が前記第７閾値以下の第８閾値より低くなったと判定したときには、前記保温カーテン開閉装置により前記保温カーテンを閉状態にさせ、
    前記栽培施設内の温度が前記第８閾値以下の第９閾値より低くなったと判定したときには、前記加温器により前記栽培施設内を加温させ、
    前記栽培施設内の温度が前記第９閾値よりも低い状態が所定時間以上継続したと判定したときには、前記栽培施設内が低温異常状態であることを示す報知情報を出力する制御部を備える
    ことを特徴とする植物の栽培施設の管理制御装置。
  3. 前記第７閾値、前記第８閾値、および前記第９閾値は、冬場の夜間に対しては、他の期間よりも高い値で設定される
    ことを特徴とする請求項２に記載の植物の栽培施設の管理制御装置。
  4. 植物の栽培施設内の湿度を計測する室内湿度センサと、
    前記栽培施設外部の温度を計測する外気温度センサと、
    前記栽培施設の天窓を開閉する天窓開閉装置と、
    前記栽培施設内を加温する加温器と
    に接続された植物の栽培施設の管理制御装置において、
    前記室内湿度センサによる計測値に基づいて前記栽培施設内の湿度が予め設定された第１１閾値よりも低いと判定したときには、前記天窓開閉装置により前記天窓を閉状態にさせるとともに、前記加温器を停止させ、
    前記栽培施設内の湿度が前記第１１閾値以上の第１２閾値を超えたと判定したときには、前記加温器により前記栽培施設内を加温させ、
    前記栽培施設内の湿度が前記第１２閾値以上の第１３閾値を超えたと判定し、且つ、前記外気温度センサによる計測値に基づいて前記栽培施設内の温度が予め設定された第１５閾値より高いと判定したときには、前記天窓開閉装置により前記天窓を開状態にさせ、
    前記栽培施設内の湿度が前記第１３閾値よりも高い状態が所定時間以上継続したと判定したときには、前記栽培施設内が高湿異常状態であることを示す報知情報を出力する制御部を備える
    ことを特徴とする植物の栽培施設の管理制御装置。
  5. 植物の栽培施設内の湿度を計測する室内湿度センサと、
    前記栽培施設内に細霧を供給する細霧冷房装置と
    に接続された植物の栽培施設の管理制御装置において、
    前記室内湿度センサによる計測値に基づいて前記栽培施設内の湿度が予め設定された第１６閾値よりも高いと判定したときには、前記細霧冷房装置を停止させ、
    前記栽培施設内の湿度が前記第１６閾値以下の第１７閾値よりも低くなったと判定すると、前記細霧冷房装置により前記栽培施設内の細霧を供給させ、
    前記栽培施設内の湿度が前記第１７閾値よりも低い状態が所定時間以上継続したと判定したときには、前記栽培施設内が低湿異常状態であることを示す報知情報を出力する制御部
    を備えることを特徴とする植物の栽培施設の管理制御装置。
  6. 植物の栽培施設内の二酸化炭素濃度を計測する二酸化炭素濃度センサと、
    前記栽培施設内に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給装置と、
    前記栽培施設内の照度を計測する照度センサと
    に接続された植物の栽培施設の管理制御装置において、
    日中の時間帯に、前記栽培施設の天窓および側窓が閉状態であり、前記二酸化炭素濃度センサの計測値に基づいて前記栽培施設内の二酸化炭素濃度が予め設定された第１９閾値よりも低いと判定し、且つ、前記照度センサによる計測値に基づいて前記栽培施設内の照度が予め設定された第２０閾値よりも高いと判定したときには、前記二酸化炭素供給装置から前記栽培施設内に二酸化炭素を供給させる制御部を備える
    ことを特徴とする植物の栽培施設の管理制御装置。
  7. 前記第１９閾値は、午前と午後とで異なる値で設定される
    ことを特徴とする請求項６に記載の植物の栽培施設の管理制御装置。
  8. 栽培施設内の植物の重量を検出する重量検出器に接続された管理制御装置において、
    前記重量検出器において検出された植物の重量の情報を取得し、第１時間ごとの前記植物の重量変化量を算出し、増加した重量変化量および所定時間内に所定値以上減少した重量変化量の情報を除去し、前記第１時間よりも長い第２時間ごとの総重量減少量の情報を、前記栽培施設内の植物の蒸散量として算出する制御部を備える
    ことを特徴とする植物の栽培施設の管理制御装置。
  9. 前記制御部は、前記栽培施設内の植物の日中の蒸散量と、前記栽培施設内の温度、相対湿度、ＣＯ2濃度、および照度に基づく環境情報とから、前記栽培施設内の植物で好適に光合成が行われているか否かを示す報知情報を生成する
    ことを特徴とする請求項８に記載の植物の栽培施設の管理制御装置。
  10. 植物の栽培施設内の温度を計測する室内温度センサと、
    前記栽培施設内の遮光カーテンを開閉する遮光カーテン開閉装置と、
    前記栽培施設の天窓を開閉する天窓開閉装置と、
    前記栽培施設の側窓を開閉する側窓開閉装置と、
    前記栽培施設外部に設置された雨量計と、
    前記栽培施設内に細霧を供給する細霧冷房装置と
    に接続された植物の栽培施設の管理制御装置が、
    前記室内温度センサによる計測値に基づいて前記栽培施設内の温度が予め設定された第１閾値以下であると判定したときには、前記遮光カーテン開閉装置により前記遮光カーテンを開状態にさせ、前記天窓開閉装置により前記天窓を閉状態にさせ、前記側窓開閉装置により前記側窓を閉状態にさせるとともに、前記細霧冷房装置を停止させ、
    前記栽培施設内の温度が、前記第１閾値以上の第２閾値を超えたと判定したときには、前記遮光カーテン開閉装置により前記遮光カーテンを閉状態にさせ、
    前記栽培施設内の温度が、前記第２閾値以上の第３閾値を超えたと判定したときには、前記細霧冷房装置により前記栽培施設内に細霧を供給させ、
    前記栽培施設内の温度が、前記第３閾値以上の第４閾値を超えたと判定し、且つ、前記雨量計の計測値に基づいて降雨がないと判定したときには、前記天窓開閉装置により前記天窓を開状態にさせ、
    前記栽培施設内の温度が、前記第４閾値以上の第５閾値を超えたと判定し、且つ、前記雨量計の計測値に基づいて降雨がないと判定したときには、前記側窓開閉装置により前記側窓を開状態にさせ、
    前記栽培施設内の温度が前記第５閾値を超えた状態が所定時間以上継続したと判定したときには、前記栽培施設内が高温異常状態であることを示す報知情報を出力する
    ことを特徴とする植物の栽培施設の管理制御方法。
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