JP2596831B2 - 水耕栽培用養液制御装置 - Google Patents

水耕栽培用養液制御装置

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JP2596831B2
JP2596831B2 JP1152812A JP15281289A JP2596831B2 JP 2596831 B2 JP2596831 B2 JP 2596831B2 JP 1152812 A JP1152812 A JP 1152812A JP 15281289 A JP15281289 A JP 15281289A JP 2596831 B2 JP2596831 B2 JP 2596831B2
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義明 安居
清 松木
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> この発明は、水耕栽培用養液の濃度や温度を制御する
制御装置の改良に関するものである。
<従来の技術> 第7図は肥料濃度を制御するようにした養液制御装置
の概略構造図である。図において、31は養液タンク、32
は養液、33は配管、34はポンプであり、養液はポンプ34
により配管33を通じて図外の栽培部に供給される。35は
配管33からの分岐管33aを経て養液が供給されるセンサ
ポット、36は養液の肥料濃度を検出するセンサ、37は定
量ポンプ等で構成された液肥混合装置、38は制御装置で
ある。
センサ36は養液が十分撹拌されてから計測できるよう
にセンサポット35内に配置されており、検出された肥料
濃度を制御装置38で設定値と比較し、液肥混合装置37を
制御して肥料濃度を所定の範囲内に保つように動作す
る。
このような制御の場合には、一般に第8図のように上
限設定値及び下限設定値が設けられてその間が正常領域
とされ、更にその上下にそれぞれ上限警報値及び下限警
報値が設定されて各設定値との間が調整領域とされ、検
出値が警報値を超えて異常領域に出ると警報が出力され
ると共に制御が停止されるように構成されている。この
ように検出値が警報値を超えて異常領域に出ると制御が
停止されるので、調整領域の幅はあまり小さくはできな
い。なお、安定した制御を行うために正常領域の上下に
不感帯が設けられることもある。
<発明が解決しようとする課題> 上記のように構成されたシステムの場合、 (a)正しく測定されているが正常に動作していない
(例えば、定量ポンプの故障、液肥切れ、パイプ詰り
等) (b)正しく測定されていないので動作も正しいものと
は言えない(例えば、センサの故障、センサポットに新
しい養液が流れて来ない等) という2種類の異常が一般に考えられる。そして上記
(a)の場合には、検出値が設定値からかなり外れたレ
ベルにならないと異常検出ができない。また(b)の場
合には、故障したセンサが警報値の上または下に大きく
はずれた出力を出していれば異常検出ができるが、出力
値が偶然警報値内に入っていると異常検出ができない。
また分岐管33aに設けたバルブ39が閉じられていると、
センサポットに新しい養液が流れて来ないため同じ養液
をいつまでも測定したり、センサが養液から浮き出た状
態になったりして、実際には異常が生じていてもこれを
検出できないことになる。このため、例えば肥料濃度を
高める方向の制御が継続されて肥料濃度が著しく高くな
るなどのトラブルが生ずることになる。
一般に水耕栽培の場合には、肥料濃度を作物の育成段
階に応じて適正に制御する必要があり、上記のような経
過で異常が検出されないと作物に悪影響を与える。特に
肥料濃度が高くなり過ぎると果実の熟れ過ぎや変形、根
腐れ等が生じ、大きな経済的損失を被ることになる。な
お、このような作物に対する悪影響は、肥料濃度だけで
なく養液のPHや温度等の異常の場合についても同様に生
ずる。
この発明はこのような問題点に着目し、養液の異常を
速やかに検出して作物に悪影響を与えるトラブルを未然
に防止することを目的としてなされたものである。
<課題を解決するための手段> 上記の目的を達成するために、第1の発明では、水耕
栽培用養液の濃度を検出する養液濃度検出手段と、養液
濃度検出手段で養液濃度が正常領域から外れたことが検
出されると、養液濃度を正常領域内に戻すように作動す
る濃度調整手段と、濃度調整手段の作動時間を積算する
時間積算手段と、濃度調整手段の作動時間の積算値があ
らかじめ設定された基準時間に達した時に養液濃度が正
常領域から外れていることが検出されると異常と判定
し、制御動作を停止させると共に警報を発する判定手
段、とを備えている。
また第2の発明では、養液の温度を検出する養液温度
検出手段と、養液温度が正常領域から外れたことが検出
されると養液温度を正常領域内に戻すように作動する温
度調整手段と、温度調整手段の作動時間を積算する時間
積算手段と、温度調整手段の作動時間の積算値があらか
じめ設定された基準時間に達した時に養液温度が正常領
域から外れていると異常と判定し、制御動作を停止させ
ると共に警報を発する判定手段、とを備えている。
第1図はこの発明の構成を示す図であり、Aは養液濃
度(または温度)検出手段、Bは濃度(または温度)調
整手段、Cは時間積算手段、Dは判定手段であり、Eは
上記の各手段を含む装置全体の制御を行う制御部、Fは
警報装置を示す。
<作 用> 異常と判定する際に用いられる基準時間は、システム
を構成する養液タンクの容量や濃度調整手段あるいは温
度調整手段の能力、上限設定値と下限設定値間の裕度等
を考慮し、調整手段がその時間だけ作動すれば養液の濃
度あるいは温度が正常領域内に戻るような値に設定され
るものである。
従って、第1の発明の場合には、濃度調整手段がその
時間だけ作動したにもかかわらず養液濃度が正常領域か
ら外れているということは、何らかの異常が生じている
と考えられるわけであり、上記(a)(b)のいずれの
異常であっても検出することが可能となる。なお、この
発明では「濃度」の語を「PH」も含めた意味で用いてい
る。
また、第2の発明についても同様であり、温度調整手
段がその時間だけ作動したにもかかわらず養液温度が正
常領域から外れているということは、何らかの異常が生
じていると考えられるわけであり、上記(a)(b)の
いずれの異常も検出される。
<実施例> 次にこの発明の一実施例を説明する。この実施例は養
液の肥料濃度低下を検出して追肥を行う濃度制御と、養
液の温度低下を検出して加温を行う温度制御の両機能を
備えた装置の例である。
第2図の(a)及び(b)は、第1図の発明構成図を
濃度制御及び温度制御に区分してやや詳細に示した図で
ある。すなわち、(a)図においてA1は肥料濃度検出手
段、B1は液肥混合装置、C1は追肥信号積算手段、D1は追
肥異常判定手段、F1は警報装置、G1は追肥信号発生手
段、H1は追肥信号積算値リセット手段である。また
(b)図においてA2は溶液温度検出手段、B2は養液加温
装置、C2は加温信号積算手段、D2は加温異常判定手段、
F2は警報装置、G2は加温信号発生手段、H2は加温信号積
算値リセット手段である。
第3図は実施例の装置の概略図である。図において、
1は養液タンク、2は養液、3は配管、4はポンプであ
り、養液はポンプ4により配管3を通じて図外の栽培部
に供給される。5は配管3からの分岐管3aを経て養液が
供給されるセンサポット、6は電導計等を用いた濃度セ
ンサ、7は定量ポンプ等で構成された液肥混合装置、8
は制御装置、9は分岐管3aに設けられているバルブであ
る。上記の濃度センサ6はセンサポット5内に配置され
ているが、場合によっては直接養液タンク1内に配置す
ることもできる。また11はサーミスタ等の液温センサ、
12は熱媒体の加温機能を備えた液温調整装置、13は熱交
換器であり、熱交換器13は養液タンク1内に配置されて
液温調整装置12で加温された熱媒体が循環するように構
成されている。14は配管、15は循環ポンプである。
第4図は実施例の装置のブロック結線図である。図に
おいて、21は警報装置、22は制御装置8の主要部を構成
しているマイクロコンピュータ、23はアンプである。マ
イクロコンピュータ22は入力ポートであるAD変換器22
a、制御の中心となるCPU22b、制御プログラム等を記憶
させたROM22c、上限及び下限の設定値や警報値、異常判
定用の基準時間等を記憶させたRAM22d、出力ポート22e
等を備えている。なお、制御装置8はマイクロコンピュ
ータでなくディスクリートな回路で構成することも可能
である。
次に第5図及び第6図によりこの装置の動作について
説明する。
第5図は濃度制御に関するフローチャートである。ま
ず濃度センサ6により肥料濃度の代用値である導電(E
C)率が計測されてその値(EC値)がアンプ23を経て入
力され、AD変換器22aを通じてCPU22bに検出値として取
り込まれる(ステップS1)。CPU22bでは、この検出値を
あらかじめRAM22dに記憶させてある上下限の警報値と比
較して異常の判定を行い(ステップS2)、異常領域でな
ければステップS3で検出値と下限設定値を比較する。こ
こで検出値が下限設定値を下回っている時にはステップ
S4で追肥の運転条件を判定し、運転条件が成立していた
ら、検出値と下限設定値との偏差値に比例した追肥時間
T=C×偏差値(Cは定数)をステップS5で算出し、こ
のTをステップS6で追肥信号の積算時間値に加える。
次にこの積算時間値を基準時間と比較する(ステップ
S7)。基準時間は、液肥混合装置7の作動により養液の
肥料濃度が正常領域内に十分戻ることができるような値
にあらかじめ設定されている。そして積算時間値が基準
時間に達していなければ、時間Tだけ追肥信号が液肥混
合装置7に対して出力され(ステップS8)、ステップ9
で一定時間の経過を待ち、ステップS1に戻って上記の手
順が繰り返される。
ここで装置に異常がなければ、この繰り返しの間は液
肥混合装置7が作動して追肥が行われるので、養液の肥
料濃度はやがて正常領域内に戻ってステップS3で検出値
が下限設定値以上となったことか検出される。そこで追
肥信号の出力を停止し(ステップS10)、追肥信号の積
算値が零にリセットされる(ステップS11)。なお、ス
テップS4で運転条件が成立していない時にも手順はステ
ップS10に移る。
一方、装置に異常があって追肥が正常に行われなかっ
たり、肥料濃度が正常領域内に戻ったことが検出されな
かったりすると、積算時間値が次第に増加して基準時間
以上になるのでこれがステップS7で検出され、手順はス
テップS12に移って警報信号が出力され、警報装置21が
動作すると共に制御が停止されるのである。
次に、温度制御の動作を第6図のフローチャートによ
り説明する。
まず液温センサ11の検出値がアンプ23を経て入力さ
れ、AD変換器22aを通じてCPU22bに検出値として取り込
まれる(ステップS15)。CPU22bでは、あらかじめRAM22
dに記憶させてある上下限の警報値と上記の検出値を比
較して異常の判定を行い(ステップS16)。異常領域で
なければステップS17で加温の運転条件を判定し、運転
条件が成立していたらステップS18で検出値と下限設定
値を比較する。この温度制御では正常領域の上下に不感
帯が設けてあり、検出値が下限設定値以上であれば不感
帯にあるか否かを調べ(ステップS22)、不感帯にあれ
ば今まで加温中であったかを調べ(ステップS23)、加
温中であればそのまま加温を続行する。また加温続行、
あるいは検出値が下限設定値を下回っている時には、液
加温信号の積算時間値を単位時間増加する(ステップS1
9)。
次にこの積算時間値を基準時間と比較する(ステップ
S20)。基準時間は、液温調整装置12の作動により養液
の温度が正常領域内に十分戻ることができるような値に
あらかじめ設定されており、積算時間値が基準時間に達
していなければ、液加温信号が液温調整装置12に対して
出力され(ステップS21)、ステップS15に戻って上記の
手順が繰り返される。
ここで装置に異常がなければ、この繰り返しの間は液
温調整装置12が作動して加温されるので、養液の温度は
やがて正常領域内に戻ってステップS18で検出値が下限
設定値以上となったことが検出され、更にステップS22
で不感帯にないことも検出されると液加温信号の出力を
停止し(ステップS24)、液加温信号の積算値が零にリ
セットされる(ステップS25)。なお、ステップS17で運
転条件が成立していない時、ステップS22で不感帯にな
い時、あるいはステップS23で前回加温中になかった時
にも手順はステップS24に移る。
一方、装置に異常があって加温が正常に行われなかっ
たり、温度が正常領域内に戻ったことが検出されなかっ
たりすると、積算時間値が次第に増加して基準時間以上
になるのでこれがステップS20で検出され、手順はステ
ップS26に移って警報信号が出力され、警報装置21が動
作すると共に制御が停止されるのである。
以上述べたように、装置に異常があって追肥や加温が
正常に行われなかったり、肥料濃度や液温が正常領域内
に戻ったことが検出されなかったりすると、基準時間後
に異常と判定されるので、追肥や加温が続行されて肥料
濃度や液温が異常に高くなることはなく、作物に悪影響
を及ぼすようなトラブルが未然に防止されるのである。
なお、上述の実施例は養液に追肥を行う濃度制御と加
温を行う温度制御の例であったが、この発明は例えばPH
制御など対象となる特定の成分についての濃度制御や養
液の冷却などにも適用することができる。また、高精度
な制御には一般にPID制御が採用されるが、要求精度が
それほど厳しくなく、水耕栽培用養液と同様にON/OFF制
御が行われるような用途にはこの発明の適用が可能であ
り、例えば養魚用水槽や排水処理装置における水質や水
温の制御等にも応用することができる。
<発明の効果> 以上の説明から明らかなように、この発明は、濃度調
整手段が基準時間だけ作動したにもかかわらず養液濃度
が正常領域から外れている時に異常と判定し、あるいは
温度調整手段が基準時間だけ作動したにもかかわらず養
液温度が正常領域から外れている時に異常と判定し、制
御動作を停止させると共に警報を発するようにしたもの
である。
従って、従来の方式では検出できなかった故障を容易
にしかも速やかに検出することが可能となって、過剰な
追肥や加温、冷却等による作物への悪影響を未然に防止
することが容易である。またセンサ等の特別な追加は不
要で、従来の装置の制御の手順を変えるだけで上記の機
能を実現できるため、コストを上昇することなく制御装
置の信頼性を向上できるのである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本構成を示す図、第2図は発明の構
成を濃度制御及び温度制御に区分して示した図、第3図
はこの発明の一実施例の構成を示す概略図、第4図は実
施例の装置のブロック結線図、第5図及び第6図は制御
のフローチャート、第7図は従来例の概略図、第8図は
設定値と警報値の関係の説明図である。 1……養液タンク、2……養液、5……センサポット、
6……濃度センサ、7……液肥混合装置、8……制御装
置、11……液温センサ、12……液温調整装置、13……熱
交換器。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水耕栽培用養液の濃度を検出する養液濃度
    検出手段と、 養液濃度検出手段で養液濃度が正常領域から外れたこと
    が検出されると、養液濃度を正常領域内に戻すように作
    動する濃度調整手段と、 濃度調整手段の作動時間を積算する時間積算手段と、 濃度調整手段の作動時間の積算値があらかじめ設定され
    た基準時間に達した時に養液濃度が正常領域から外れて
    いることが検出されると異常と判定し、制御動作を停止
    させると共に警報を発する判定手段、 とを備えたことを特徴とする水耕栽培用養液制御装置。
  2. 【請求項2】水耕栽培用養液の温度を検出する養液温度
    検出手段と、 養液温度検出手段で養液温度が正常領域から外れたこと
    が検出されると、養液温度を正常領域内に戻すように作
    動する温度調整手段と、 温度調整手段の作動時間を積算する時間積算手段と、 温度調整手段の作動時間の積算値があらかじめ設定され
    た基準時間に達した時に養液温度が正常領域から外れて
    いることが検出されると異常と判定し、制御動作を停止
    させると共に警報を発する判定手段、 とを備えたことを特徴とする水耕栽培用養液制御装置。
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