JP2020065457A

JP2020065457A - 植物の栽培施設の管理制御装置および管理制御方法

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Publication number: JP2020065457A
Application number: JP2018198485A
Authority: JP
Inventors: 和典徳江; Kazunori Tokue; 永田　宏一郎; Koichiro Nagata; 宏一郎永田; 村山　浩; Hiroshi Murayama; 浩村山
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2018-10-22
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2020-04-30
Anticipated expiration: 2038-10-22
Also published as: JP7095552B2

Abstract

【課題】植物の光合成を効率よく促進させるように栽培施設内の環境を調整するための、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１６は、気象データ提供サーバ３０と、二酸化炭素供給装置１５とに接続される。管理制御装置は、日毎に設定された、翌日の二酸化炭供給素処理内容の決定タイミングが到来すると、気象データ提供サーバから提供された天気予報情報に基づいて、翌日の日の出直後の時間帯が晴れる予報であるか否かを判定し、晴れる予報であると判定すると、当該日の出時刻の所定時間前から二酸化炭素供給装置による栽培施設内への二酸化炭素供給処理を開始させるための二酸化炭素供給開始タイミングを決定する。【選択図】図１

Description

本開示は、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、所定以上の明るさを有する環境下で二酸化炭素（ＣＯ₂）濃度を高め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。これに鑑み植物の栽培施設では、栽培施設内に設置された照度センサおよびＣＯ₂センサの計測値に基づいてＣＯ₂供給装置のON／OFFを切り替えることで、好適な栽培環境を保つようにしている。

特開２０１３−１３５６５７号公報

植物の光合成は午前中に特に活発に行われるため、晴れた日には、日の出時に既に栽培施設内のＣＯ₂濃度がある程度高くなっていることが好ましい。しかし、ＣＯ₂供給装置をONにしてから栽培施設内が好適なＣＯ₂濃度に達するまでにはある程度の時間を要するため、日の出時に照度センサによる計測値が上がってからＣＯ₂供給装置をONにしても、しばらくの間はＣＯ₂濃度が低い状態が続いてしまう。そのため、効率よく光合成を促進させることができない場合があるという問題があった。

本開示は上記事情に鑑みてなされたものであり、植物の光合成を効率よく促進させるように栽培施設内の環境を調整するための、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開示の植物の栽培施設の管理制御装置は、天気予報情報を提供する気象データ提供サーバと、植物の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、日毎に設定された、翌日の二酸化炭供給素処理内容の決定タイミングが到来すると、前記気象データ提供サーバから提供された天気予報情報に基づいて、翌日の日の出直後の時間帯が晴れる予報であるか否かを判定し、晴れる予報であると判定すると、当該日の出時刻の所定時間前から前記二酸化炭素供給装置による前記栽培施設内への二酸化炭素供給処理を開始させるための二酸化炭素供給開始タイミングを決定する制御部を備えることを特徴とする。

また本開示の植物の栽培施設の管理制御方法は、天気予報情報を提供する気象データ提供サーバと、植物の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に接続された植物の栽培施設の管理制御装置が、日毎に設定された、翌日の二酸化炭供給素処理内容の決定タイミングが到来すると、前記気象データ提供サーバから提供された天気予報情報に基づいて、翌日の日の出直後の時間帯が晴れる予報であるか否かを判定し、晴れる予報であると判定すると、当該日の出時刻の所定時間前から前記二酸化炭素供給装置による前記栽培施設内への二酸化炭素供給処理を開始させるための二酸化炭素供給開始タイミングを決定することを特徴とする。

本開示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、植物の光合成を効率よく促進させるように栽培施設内の環境を調整することができる。

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日毎に実行され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照度値に基づいたＣＯ₂濃度調整処理を示すフローチャートである。

〈一実施形態による管理制御装置を用いた栽培施設管理システムの構成〉
以下に、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、天井の一部を解放するための天窓２−１、２−２と、側壁の一部を解放するための側窓３−１、３−２とを備える。

栽培施設管理システム１は、栽培施設Ｘ内に設置された各種装置と、当該栽培施設Ｘにネットワーク２０を介して接続された気象データ提供サーバ３０とで構成される。気象データ提供サーバ３０は、地域ごとの天気予報情報を含む気象データを提供する。栽培施設Ｘ内に設置された各種装置としては、天窓開閉装置１１と、側窓開閉装置１２と、ＣＯ₂濃度センサ１３と、照度センサ１４と、ＣＯ₂供給装置１５と、管理制御装置１６とがある。

天窓開閉装置１１は、天窓２−１、２−２を開閉させる。側窓開閉装置１２は、側窓３−１、３−２を開閉させる。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。ＣＯ₂供給装置１５は、例えば、栽培施設Ｘ内に設置された加温器（図示せず）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。

管理制御装置１６は、記憶部１６１と、制御部１６２とを有する。記憶部１６１は、日毎の日の出時刻および日の入り時刻を記憶する。また記憶部１６１は、予め設定された、栽培施設Ｘ内にＣＯ₂を供給する必要があるか否かを判定するためのＣＯ₂濃度閾値として、午前中の判定処理で用いる第１ＣＯ₂濃度閾値と、午後の判定処理で用いる第２ＣＯ₂閾値とを記憶する。また記憶部１６１は、予め設定された、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の照度閾値として、日の出直後の判定処理で用いる第１照度閾値と、日の出から所定時間経過した後から日中の判定処理で用いる第２照度閾値とを記憶する。

制御部１６２は、気象データ提供サーバ３０から提供される天気予報情報、ＣＯ₂濃度センサ１３による計測値、照度センサ１４による計測値、天窓開閉装置１１による天窓２−１、２−２の開閉状態、側窓開閉装置１２による側窓３−１、３−２の開閉状態、および記憶部１６１に記憶された情報に基づいて、ＣＯ₂供給装置１５の動作を制御する。

〈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で日毎に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１６の記憶部１６１には、日毎の日の出時刻および日の入りの時刻と、予め設定された第１ＣＯ₂濃度閾値および第２ＣＯ₂濃度閾値と、予め設定された第１照度閾値および第２照度閾値とが記憶されている。

午前中は植物の光合成活動が活発であるため、午前中の処理で用いる第１ＣＯ₂濃度閾値は、午後の処理で用いる第２ＣＯ₂濃度閾値よりも高い値で設定されている。例えば、第１ＣＯ₂濃度閾値は1000ppm、第２ＣＯ₂濃度閾値は800ppmとして設定されている。また、日の出直後は日中に比べて照度が低いため、第１照度閾値は第２照度閾値よりも低い値で設定されている。例えば、第１照度閾値は3000lux、第２照度閾値は5000luxとして設定されている。これらの照度閾値は、当該栽培施設Ｘの設置場所および、季節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、夜間に、管理制御装置１６の制御部１６２により、日毎に設定された、翌日のＣＯ₂供給処理内容の決定タイミング（例えば毎夜23:00）が到来したか否かが監視される。翌日のＣＯ₂供給処理内容の決定タイミングが到来すると（Ｓ１の「YES」）、制御部１６２において、ネットワーク２０を介して気象データ提供サーバ３０から、翌日の天気予報情報が取得される（Ｓ２）。

制御部１６２で翌日の天気予報情報が取得されると、取得された情報の中の栽培施設Ｘが設置された地域の情報に基づいて、翌日の日の出直後の時間帯が晴れる予報であるか否かが判定される（Ｓ３）。翌日の日の出直後の時間帯が晴れる予報であると判定されると（Ｓ３の「YES」）、翌日の日の出時刻の所定時間前からＣＯ₂の供給処理が開始するように、ＣＯ₂供給開始タイミングが決定される（Ｓ４）。ＣＯ₂供給開始タイミングは、日の出時刻に栽培施設Ｘ内が光合成に好適なＣＯ₂濃度になるように、栽培施設の大きさおよびＣＯ₂供給装置の性能に基づいて決定される。

その後、決定されたＣＯ₂供給開始タイミングが到来したか否かが監視され、到来したと判定されると（Ｓ５の「YES」）、制御部１６２により、天窓開閉装置１１から天窓２−１、２−２の開閉状態を示す情報が取得される。また、側窓開閉装置１２から側窓３−１、３−２の開閉状態を示す情報が取得される。

ここで、すべての窓が閉状態であるときには（Ｓ６の「YES」）、制御部１６２によりＣＯ₂供給装置１５がON状態にされ、ＣＯ₂供給装置１５から栽培施設Ｘ内へのＣＯ₂の供給が開始される（Ｓ７）。ＣＯ₂供給開始から第１時間（例えば600秒）が経過すると、照度センサ１４の計測値が第１照度閾値以上になっているか否かが判定される（Ｓ８）。ここで用いられる第１時間は、ＣＯ₂供給が開始された後日の出時刻が経過し、晴れているか否かを判定できる程度になる時間で予め設定される。

ここで、天気予報情報では晴れる予報であったが実際には曇っていたために照度センサ１４の計測値が第１照度閾値よりも低いと判定した場合（Ｓ８の「NO」）には、ＣＯ₂供給装置１５がOFF状態にされてＣＯ₂の供給が停止される（Ｓ９）。これにより、ＣＯ₂が無駄に供給されることを避けることができる。ＣＯ₂供給開始から第１時間経過したときに、照度センサ１４の計測値第１照度閾値以上になっていたときには（Ｓ８の「YES」）、ＣＯ₂供給装置１５のON状態が継続され、ステップＳ１１に移行する。

また、ステップＳ６において、いずれかの窓が開状態であったときには（Ｓ６の「NO」）、日の出時刻が過ぎるまでＣＯ₂供給装置１５のOFF状態が継続され（Ｓ１０の「NO」）、日の出時刻が過ぎると（Ｓ１０の「YES」）、ステップＳ１１に移行する。

以降、日の入り時刻が到来するまでの日中の時間帯は、制御部１６２により、ＣＯ₂濃度センサ１３による計測値、照度センサ１４による計測値、天窓開閉装置１１による天窓２−１、２−２の開閉状態、側窓開閉装置１２による側窓３−１、３−２の開閉状態、および記憶部１６１に記憶された情報に基づいてＣＯ₂供給装置１５の動作が制御されて、通常のＣＯ₂供給処理が実行される（Ｓ１１、Ｓ１２の「NO」）。

ステップＳ１１で実行される通常のＣＯ₂供給処理について、図３のフローチャートを参照して具体的に説明する。まず、ＣＯ₂供給開始後第１時間が経過したときに、ＣＯ₂供給装置１５のON状態が継続された状態である場合（Ｓ２１の「YES」）には、ON状態にされてから第２時間（例えば900秒）が経過したか否かが監視される。ここで用いられる第２時間は、ＣＯ₂供給装置１５からのＣＯ₂供給により栽培施設Ｘ内のＣＯ₂濃度が光合成に好適な値になるのに十分な時間であり、ステップＳ９で用いられた第１時間よりも長い時間で設定される。そして、第２時間が経過すると（Ｓ２２の「YES」）、制御部１６２によりＣＯ₂供給装置１５がOFF状態にされる（Ｓ２３）。

ＣＯ₂供給装置１５がOFF状態にされるとＣＯ₂供給が停止され、停止してから予め設定された第３時間が経過したか否かが監視される。ここで用いられる第３時間は、ＣＯ₂供給装置１５がOFF状態になる前に供給されたＣＯ₂で栽培施設Ｘの植物が光合成可能な時間として予め設定される。ＣＯ₂供給が停止してから第３時間が経過したと判定されると（Ｓ２４の「YES」）、制御部１６２により、ＣＯ₂濃度センサ１３の計測値および照度センサ１４の計測値が監視される。

そしてこれらの計測値に基づいて、栽培施設Ｘ内のＣＯ₂濃度が所定値以下であり、照度が所定値以上であり、且つ天窓および側窓がすべて閉状態かが判定される（Ｓ２５）。ここで、栽培施設Ｘ内のＣＯ₂濃度が所定値以下であるか否かの判定処理において、判定処理時刻が午前中のときには第１ＣＯ₂濃度閾値が用いられ、午後のときには第２ＣＯ₂濃度閾値が用いられる。また、栽培施設Ｘ内の照度が所定値以上であるか否かの判定処理においては、第２照度閾値が用いられる。

栽培施設Ｘ内のＣＯ₂濃度が所定値以下であり、照度が所定値以上であり、且つ天窓および側窓がすべて閉状態であると判定されると（Ｓ２５の「YES」）、制御部１６２によりＣＯ₂供給装置１５がON状態にされ、ＣＯ₂供給装置１５から栽培施設Ｘ内にＣＯ₂が供給される（Ｓ２６）。ＣＯ₂供給装置１５がON状態になるとステップＳ２２に戻り、Ｓ２２〜Ｓ２６の処理が繰り返される。

また、ステップＳ２１において、ＣＯ₂供給開始後第１時間が経過したときに、ＣＯ₂供給装置１５がOFF状態である場合には（Ｓ２１の「NO」）、ステップＳ２４に移行する。

図２のフローチャートに戻り、ステップＳ１１のＣＯ₂供給処理中にＣＯ₂供給処理の実行中に日の入り時刻が到来すると（Ｓ１２の「YES」）、ＣＯ₂供給装置１５が、現在の稼動状況に関わらずOFF状態にされ（Ｓ１３）、ステップＳ１に戻る。

以上の実施形態によれば、外部から提供される天気予報情報を利用して、晴れる予定の日の日の出前から栽培施設内へのＣＯ₂供給処理を実行することで、日の出と同時に効率よく植物の光合成を開始させることができる。また、日中は、ＣＯ₂濃度が低く、照度が高く、且つ、栽培施設Ｘ内の天窓および側窓が閉状態のときに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。また、ＣＯ₂供給処理が開始されてからＣＯ₂濃度の計測値が所定値まで上昇するには時間を要するため、ＣＯ₂供給を所定時間実行した後は所定時間OFF状態にすることで、ＣＯ₂が過剰に供給されることを回避することができる。

また、上述した実施形態においては、一の栽培施設の中にＣＯ₂濃度センサ、照度センサ、およびＣＯ₂供給装置がそれぞれ１つずつ設置された場合について説明したが、一の栽培施設の中に複数のＣＯ₂濃度センサ、複数の照度センサ、および複数のＣＯ₂供給装置を設置してもよい。この場合、制御部１６２は、栽培施設内のいずれかのＣＯ₂濃度センサで計測されたＣＯ₂濃度が所定値以下であり、いずれかの照度センサで計測された照度が所定値以上であり、且つ、すべての天窓および側窓が閉状態であると判定したときに、ＣＯ₂供給処理を実行する。

１栽培施設管理システム
２−１、２−２天窓
３−１、３−２側窓
１０−１〜１０−５容器
１１天窓開閉装置
１２側窓開閉装置
１３濃度センサ
１４照度センサ
１５ＣＯ₂供給装置
１６管理制御装置
２０ネットワーク
３０気象データ提供サーバ
１６１記憶部
１６２制御部

Claims

天気予報情報を提供する気象データ提供サーバと、
植物の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
に接続された植物の栽培施設の管理制御装置において、
日毎に設定された、翌日の二酸化炭素供給処理内容の決定タイミングが到来すると、前記気象データ提供サーバから提供された天気予報情報に基づいて、翌日の日の出直後の時間帯が晴れる予報であるか否かを判定し、晴れる予報であると判定すると、当該日の出時刻の所定時間前から前記二酸化炭素供給装置による前記栽培施設内への二酸化炭素供給処理を開始させるための二酸化炭素供給開始タイミングを決定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。
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にさらに接続され、
前記制御部は、前記二酸化炭素供給開始タイミングが到来したときに、前記天窓開閉装置から前記天窓の開閉状態を示す情報を取得するとともに、前記側窓開閉装置から前記側窓の開閉状態を示す情報を取得し、取得した情報に基づいて前記天窓および前記側窓が閉状態であると判定したときに、前記二酸化炭素供給装置による前記栽培施設内への二酸化炭素供給処理を開始させる
ことを特徴とする請求項１に記載の植物の栽培施設の管理制御装置。
前記栽培施設内の照度を計測する照度センサにさらに接続され、
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の照度閾値として、日の出直後の判定処理で用いる第１照度閾値を記憶する記憶部をさらに備え、
前記制御部は、前記二酸化炭素供給開始タイミングが到来し、前記二酸化炭素供給装置による前記栽培施設内への二酸化炭素供給処理が開始した後、所定の第１時間が経過したときに、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前記第１照度閾値よりも低いと判定すると、前記二酸化炭素供給装置から前記栽培施設内への二酸化炭素供給処理を停止させる
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。
前記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にさらに接続され、
前記記憶部は、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の照度閾値として、日の出から所定時間が経過した後から日中の判定処理で用いる第２照度閾値をさらに記憶するとともに、前記栽培施設内に二酸化炭素を供給する必要があるか否かを判定するための二酸化炭素濃度閾値を記憶し、
前記制御部は、前記二酸化炭素供給開始タイミングが到来し、前記二酸化炭素供給装置による前記栽培施設内への二酸化炭素供給処理が開始し、前記第１時間が経過した後、日の入りまでの間、前記二酸化炭素濃度センサによる計測値が前記記憶部に記憶された二酸化炭素濃度閾値以下であると判定し、前記照度センサによる計測値が前記第２照度閾値以上であると判定し、且つ、前記栽培施設の天窓および側窓が閉状態である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
ことを特徴とする請求項３に記載の植物の栽培施設の管理制御装置。
前記制御部は、前記二酸化炭素供給装置から、前記第１時間よりも長い第２時間、二酸化炭素を供給させると、その後、所定時間二酸化炭素の供給を停止させる
ことを特徴とする請求項３または４に記載の栽培施設の管理制御装置。
天気予報情報を提供する気象データ提供サーバと、
植物の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
に接続された植物の栽培施設の管理制御装置が、
日毎に設定された、翌日の二酸化炭供給素処理内容の決定タイミングが到来すると、前記気象データ提供サーバから提供された天気予報情報に基づいて、翌日の日の出直後の時間帯が晴れる予報であるか否かを判定し、晴れる予報であると判定すると、当該日の出時刻の所定時間前から前記二酸化炭素供給装置による前記栽培施設内への二酸化炭素供給処理を開始させるための二酸化炭素供給開始タイミングを決定する
ことを特徴とする植物の栽培施設の管理制御方法。