JP6634728B2 - 環境制御システム - Google Patents

Description

本発明は、植物工場にて、温湿度、ＣＯ_２濃度等の植物の育成環境を制御するための環境制御システムに関する。

植物工場は、内部環境をコントロールして、植物を計画的に生産するシステムである。内部環境は、温湿度やＣＯ_２濃度などであり、例えば特許文献１に記載された発明では、これらの情報を、センサを用いて計測している。しかしながら、植物工場内の内部環境を網羅的にモニタリングするには、センサを複数個設置することが必要になり、コストアップに繋がる問題があった。また、特許文献１では、太陽電池パネルを搭載したセンサに無線機能を設けることで、センサに接続する電源ケーブルや、信号ケーブルなどの配線が不要になることが記載されている。しかしながら、太陽光利用型のセンサでは、安定的な給電が困難である問題があった。

一方、特許文献２に記載された発明では、栽培地に対してＸ方向、及び、Ｙ方向に移動可能な植物栽培用ロボットが設けられた構成が開示されている（特許文献２の図３参照）。

特開２０１１―１４７４１３号公報 特開２００２−１５０２７号公報

しかしながら、特許文献２に記載された発明には、プランターが配置された植物工場内の環境制御について開示されていない。プランターは、数十ｍから１００ｍ程度の長尺状の容器であり、複数のプランターが、植物工場内にて間隔を空けて並設されている。したがって、プランターが配置された植物工場内で、特許文献２に記載された、Ｘ方向、及び、Ｙ方向に移動可能な植物栽培用ロボットを設けた場合、作業者の邪魔になり実用的ではない。また、特許文献２に記載されたＸ方向、及び、Ｙ方向に移動可能な植物栽培用ロボットでは、各プランターに対してきめ細かく環境制御をすることが出来ず、あるいは、きめ細かい環境制御を実現する手段が開示されていない。

そこで本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、少ないセンサ数で、高度な環境制御を行うことが可能な環境制御システムを提供することにある。

本発明における環境制御システムは、植物工場内に設置された植物栽培用のプランターと、前記プランターに沿って設けられた走行路と、前記走行路に沿って移動可能に支持されたセンサユニットと、前記センサユニットにて検出された環境情報、及び、前記センサユニットの位置情報に基づいて、前記植物工場の環境を制御する制御装置と、を有し、前記プランターを前記走行路の方向に複数に区分し、区分毎に、前記センサユニットの移動速度を可変可能に支持することを特徴とする。これにより、植物工場の環境を、少ないセンサ数でプランター毎にライン制御することができ、従来に比べて高度な環境制御を行うことが出来る。

本発明では、前記制御装置では、前記プランターを、前記走行路の方向に向けて複数の区分に分けて、各区分毎に環境制御することが好ましい。これにより、少ないセンサ数で、きめ細かい環境制御を行うことが出来る。

また、本発明では、前記制御装置からの駆動信号を受信して駆動する環境駆動装置が、前記区分に応じて配置されていることが好ましい。

また、本発明では、前記制御装置では、自然エネルギーを利用可能に制御することが好ましい。このように本発明では、自然エネルギーを利用することで、エネルギーコストを低減することが出来る。

また、本発明では、前記制御装置では、前記プランターに栽培された植物の出荷時期に合わせた環境制御を行うことが好ましい。本発明では、出荷時期を合わせる環境制御を自動制御でき、従来に比べて、容易に且つ高度に出荷時期を合わせることが可能である。

また、本発明では、前記センサユニットは、少なくとも、温度センサ、湿度センサ、及び、ＣＯ_２センサを備え、前記制御装置では、温湿度、及び、ＣＯ_２濃度を制御することが好ましい。

また、本発明では、前記センサユニットは、前記走行路からの給電手段を備えることが好ましい。本発明によれば、センサユニットに安定的な電源供給を行うことができ、センサユニットからの環境情報の欠落を適切に防止することが出来る。

また、本発明では、前記センサユニットは、異なる環境情報を検出する２以上のセンサ部に分離されており、各センサ部が前記プランターの異なる面上を走行するように制御されていることが好ましい。

また、本発明では、前記センサユニットは、前記プランターとの距離を可変可能に支持されていてもよい。

また、本発明では、前記プランターの内部に培養液管、及び、給水管を有し、前記制御装置では、前記培養液管、及び、前記給水管の流量を制御することが好ましい。

また、本発明では、前記走行路は、前記プランターに平行に配置されたレールであることが好ましい。本発明では、前記レール、及び、前記センサユニットは、前記プランターの下側に配置されることが好ましい。

本発明の環境制御システムによれば、植物工場の環境を、少ないセンサ数でプランター毎にライン制御することができ、従来に比べて高度な環境制御を行うことが出来る。

本実施の形態における植物工場の概念図である。 植物工場内に設置されたプランターの概念図である。 本実施の形態におけるプランターの概念図である。 本実施の形態におけるプランターの内部構造を示す概念図である。 本実施の形態におけるセンサユニットの支持構造の他の例を示す概念図である。 本実施の形態におけるセンサユニットのブロック図である。 本実施の形態における環境制御システムのブロック図である。 本実施の形態における制御装置のブロック図である。 本実施の形態における環境制御の一例を示す概念図である。 本実施の形態におけるセンサユニットの他の構成例を示す概念図である。 本実施の形態における複数のプランターとレールとの他の構成例を示す平面図である。 本実施の形態における制御装置の入力画面の一例を示す概念図である。 本実施の形態における制御装置の他の例を示すブロック図である。

以下、本発明の一実施の形態（以下、「実施の形態」と略記する。）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨の範囲内で種々変形して実施することが出来る。

本実施の形態は、植物の育成効率を上げることで、年数回の収穫が可能な植物工場における環境管理システムに関する。植物工場では、従来の路地栽培と異なって、単位面積当たりの収穫量が大きくなることが期待され、生産コストの抑制に大きく寄与する。ここで本実施の形態において「植物」とは、植物工場で育成される全植物（穀物、野菜、果物等）が範囲とされ、プランターにて育成することが出来る生物区分であれば、特に限定されるものではない。

ところで、植物を効率よく良好に育成させるためには、例えば、ＣＯ_２濃度や、温湿度等に依存する光合成速度を最大化させる必要がある。植物工場内では、ＣＯ_２濃度や温度、湿度等は苗の位置によって異なるため、植物工場内を網羅的にモニタリングすることが必要とされる。

本実施の形態におけるモニタリング対象は、図１に示す植物工場１内に設置された植物栽培用のプランター２である。図１に示すように、植物工場１内には、プランター２の他に、ＣＯ_２パイプ１４やファン１９、照明装置２０などが設けられる。また、植物工場１には、複数の窓１２があり、本明細書では、便宜上、天窓を符号１２ａで表示し、壁に配置された窓を符号１２ｂで表示する。まずは、プランター２について説明する。

（プランター）
図２に示すように植物工場内には、複数のプランター２が、所定の間隔を空けて並設される。各プランター２間の間隔は、作業者が、収穫かごを運びながら移動出来る程度の大きさである。プランター２は、数ｈａ規模の植物工場の場合、数百台単位で設置される。プランター２は、数十ｍ〜１００ｍ程度に長く形成される。なお、図２に示すように、プランター２の長尺方向をＹ方向、各プランター２の並び方向をＸ方向（Ｙ方向に直交する方向）として説明する。Ｘ方向、及び、Ｙ方向は、図２以外の図面においても同様の方向を示している。

図３に示すように、プランター２は、上面側が開口された凹状で且つ長尺状の栽培容器３と、栽培容器３を下面側から支持する複数本の支持脚４と、を有して構成される。そして栽培容器３の凹部内に、ロックウール５が敷き詰められ、培地とされる。ロックウール５上には、イチゴ等の収穫物が植えられている。

プランター２の内部構造について図４を用いて説明する。図４に示すように、プランター２の栽培容器３内には、給水管３３、及び、培養液管３４が、プランター２の長尺方向に沿って配置されている。なお給水管３３上、及び、培養液管３４上にロックウール５が敷き詰められ、ロックウール５に植物が植えられる。

図４に示すように、プランター２の栽培容器３には、複数の仕切り板３５が設けられ、栽培容器３内が、長尺方向に沿って複数の区分に分けられている。このように、仕切り板３５によって栽培容器３内を、複数に区分けすることで、異なる区分で、異なる品種の植物を栽培することが出来る。あるいは、異なる区分で、収穫物の出荷時期をずらす調整等を行うことも出来る。

図４に示すように、給水管３３、及び、培養液管３４の表面には多数の穴３３ａ、３４ａが設けられている。例えば、各管３３、３４の長尺方向に沿って一列に並んだ複数の穴３３ａ、３４ａは、開閉機構３６によって開閉が制御される。開閉機構３６は、例えば、各管３３、３４の表面に沿ってスライド移動可能に支持された湾曲板を備え、開閉機構３６にも、穴３３ａ、３４ａと対向する箇所に、穴が設けられている。開閉機構３６の穴と管３３、３４側の穴３３ａ、３４ａとが一致した状態であれば、穴３３ａ、３４ａから水や培養液が栽培容器３内に漏れ出る。一方、開閉機構３６を、管３３、３４の曲面状に沿ってスライドさせる等して、開閉機構３６の穴と、管３３、３４側の穴３３ａ、３４ａとを不一致にすることで、穴３３ａ、３４ａが開閉機構３６により塞がれた状態になり、穴３３ａ、３４ａから水や培養液が、栽培容器３内に漏れ出るのを停止することが出来る。

図４に示す開閉機構３６は、仕切り板３５で区切られた各区分毎に、設けられており、各区分毎に開閉機構３６の移動により、穴３３ａ、３４ａの数を制御して、水や培養液の流量を制御出来るようになっている。

（走行路）
図３に示す実施の形態では、栽培容器３の下側に、プランター２の栽培容器３の長尺方向（Ｙ方向）に沿って延出するレール（走行路）６が配置されている。レール６は、栽培容器３に対し、栽培容器３の下面３ａ側にて所定の間隔を空けて対向しており、レール６と栽培容器３の下面３ａとは、平行な位置関係にある。

図３に示すレール６の右端部６ａと左端部６ｂには夫々、Ｘ方向に延びる支持軸７が設けられ、支持軸７は、プランター２の支持脚４に夫々、固定されている。

そして本実施の形態では、レール６上には、可動式のセンサユニット８が配置されている。センサユニット８は、レール６上に沿って、プランター２の長尺方向であるＹ方向に移動可能に支持されており、図３に示すプランター２の右端部２ａと左端部２ｂとの間を行き来出来るようになっている。図２に示すように、レール６、及び、センサユニット８は、各プランター２に夫々、一組ずつ配置されている。

あるいは、図５に示すように、走行路４８は、プランター２の栽培容器３の下面３ａにＹ方向に沿って形成された溝部や突条部であってもよい。そして、センサユニット８が、走行路４８に対してＹ方向に移動自在に取付けられている。

（センサユニット）
センサユニット８の構成について説明する。図６に示すように、センサユニット８は、センサ部３７、駆動制御部３８、制御部３９、給電部４０、通信部４１、エンコーダ４２、及び、駆動装置４３を有して構成される。

図６に示すように、センサ部３７は、例えば、温度センサ４４、湿度センサ４５、及び、ＣＯ_２センサ４６を有して構成される。これ以外のセンサが付属されていてもよく、例えば、風力センサ、照度センサ、流量センサ、及び、電力センサ等である。ただし、センサ部３７は、植物の光合成促進のために最も重要な評価パラメータとなる、温度、湿度、、及び、ＣＯ_２濃度を検出するために、最低限、温度センサ４４、湿度センサ４５、及び、ＣＯ_２センサ４６を備えることが好ましい。

駆動制御部３８は、制御部３９からの指令を受けて、駆動装置４３の駆動状態を制御する機能を備えている。

制御部３９は、センサ部３７、駆動制御部３８、及び、通信部４１へ指令を出す機能を備える。

給電部４０は、レール６、又は、レール６近傍に設けられた給電線により、センサユニット８を動作させるための電力を給電する機能を有している。このように本実施の形態では、センサユニット８は、レール６から給電を可能としているため、安定的な電源供給を行うことができ、センサ情報の欠落を防止出来る。

通信部４１は、センサ情報を外部へ送信し、又は、外部からの指令情報を受信する機能を有している。

図６に示す本実施の形態では、センサ部３７から得られた各環境情報が、制御部３９に送られる。また、駆動装置４３と制御部３９との間には、エンコーダ４２が設けられており、エンコーダ４２にてセンサユニット８の位置を検出し、その位置情報が制御部３９に送られる。これら環境情報、及び、位置情報は、制御部３９で信号処理がなされて、通信部４１を介して図１に示す植物工場１側の駆動制御部１７に送信される。

駆動装置４３は、特に限定されるものではないが、例えばモータによるタイヤ駆動装置である。

図３に示すように、センサユニット８は、一つのプランター２につき一つ設けられている。レール６上に複数のセンサユニット８を配置し、各センサユニット８の走査距離をレール６上で分けるようにしてもよい。ただし、一つのセンサユニット８としたほうが、コスト面でも制御面でも優れているため、一つのプランター２につき一つのセンサユニット８を設ける構成とすることが好適である。

（制御装置）
次に、制御装置について説明する。図７に示すように、各センサユニット８にて検出されたセンサ情報は、制御装置１０に送られる。例えば、センサ情報は、制御装置１０に無線通信される。センサ情報は、センサユニット８の通信部４１（図６参照）から送信された温湿度やＣＯ_２濃度等の環境情報、センサユニット８の位置情報である。

制御装置１０は、センサユニット８からの環境情報、及び、位置情報に基づいて、植物工場１内の環境制御を行う。図７に示すように、制御装置１０から環境情報、及び、位置情報が、植物工場１の駆動制御部１７に送信される。そして、駆動制御部１７から植物工場１内のエアコン１１や、窓１２、照明装置２０、ＣＯ_２パイプ１４、プランター２等に駆動信号が送られる。これにより、エアコン１１による温度調整や風量調整、窓１２の開閉調整、照明装置２０による照明度の調整、ＣＯ_２パイプ１４からのＣＯ_２濃度の調整、及び、プランター２に配置された給水管３３や培養液管３４（図４参照）の流量調整等を行うことが出来る。なお、制御装置１０は、植物工場内に設置されても、遠隔地に設置されてもよい。

図８に示すように、制御装置１０は、受信部２５、位置情報認識部２６、環境情報認識部２７、演算部２８、タイマ２９、入力部３０、信号送信部３１、表示部３２、及び、記憶部４７を有する。

受信部２５は、センサユニット８からの環境情報、及び、位置情報や、センサユニット８からの信号以外の外部信号を受信する機能を備える。

位置情報認識部２６は、受信部２５にて受信された情報のうち、センサユニット８の位置情報を認識する機能を有する。

環境情報認識部２７は、受信部２５にて受信された情報のうち、環境情報を認識する機能を有する。

演算部２８は、位置情報認識部２６、及び、環境情報認識部２７等から得られた情報に基づいて、エアコン１１や照明装置２０等の環境駆動装置を環境制御のために駆動させるための駆動信号を、算出する機能を有する。

信号送信部３１は、演算部２８にて算出した駆動信号を、植物工場１の駆動制御部１７に送信する機能を有する。また、演算部２８は、センサユニット８に対する制御信号（速度や検出時間に対する信号等）を算出し、信号送信部３１では、その制御信号をセンサユニット８に送信することが出来る。センサユニット８では、通信部４１（図６参照）にて制御信号を受信することが出来る。これにより、センサユニット８の移動を制御することが出来る。

タイマ２９は、現在の日にち、時間の情報を取得したり、演算部２８での演算タイミングを調整するために使用される。

入力部３０は、作業者が手動で、あるいは、自動的に外部情報を入力するための機能を備える。

記憶部４７は、育成プログラムに対するデータベースや、各種環境制御に伴う閾値、入力部３０からの入力情報を記憶する機能を備える。

表示部３２は、入力部３０による入力画面であり、あるいは、植物の現在の育成状況等を知らせる表示画面等である。

次に、図９を用いて、本実施の形態の環境制御の一例を説明する。図９Ａは、プランター２の下側に配置されたセンサユニット８が、左端部２ｂから右端部２ａに向けて、レール６に沿ってＹ方向に移動し終わった状態を示している。この移動に伴う、センサユニット８から得られる環境情報は、図６に示すセンサ部３７の構成によるが、ここでは代表的に温度情報を得たとして説明する。制御装置１０の演算部２８では、位置情報認識部２６からの位置情報と、環境情報認識部２７からの温度情報とを取得して、図９Ｂに示すようなライン状の温度情報Ｔを得る。

本実施の形態では、図９Ａに示すように、プランター２を長尺方向（Ｙ方向）に向けて複数の区分Ａ〜Ｆに区分けし、図９Ｂに示すように、ライン状の温度情報Ｔに区分情報を重ねることが出来る。プランター２をどのように区分けするかは任意に決めることが出来る。例えば、区分数、区分の長さ等は、各プランター２毎に変えてもよい。区分は、例えば、プランター２に植える栽培種、品種、季節、出荷時期、取得した環境情報等の各種パラメータにより種々変更出来る。まず、図９Ｂに示す温度情報Ｔを取得した後、温度情報Ｔに基づいてプランター２を区分けすることもできる。この区分情報を、制御装置１０の記憶部４７にて記憶することができ、また、図８に示す制御装置１０の入力部３０から、作業者が区分の変更等を行うことが可能になっている。

制御装置１０の記憶部４７には、温度制御に対する閾値Ｌが記憶されている。閾値Ｌは、プランター２に植える栽培種、品種、季節、出荷時期等の各種パラメータにより種々変更出来る。演算部２８では、温度情報Ｔと閾値Ｌとを比較する。図９Ｂに示すように、区分Ａ、Ｃ、Ｅ、Ｆにて得られた温度情報Ｔは、閾値Ｌよりも高い。一方、区分Ｂ、Ｄにて得られた温度情報Ｔは、閾値Ｌよりも低い。このとき、演算部２８、あるいは、予め環境情報認識部２７にて、各区分Ａ〜Ｆの温度を平均化し、各区分Ａ〜Ｆの平均温度と閾値Ｌとを比較する。そして演算部２８では、各区分Ａ〜Ｆに対する調整温度を算出する。平均温度は、例えば、センサユニット８を所定回数、レール６上で往復させて、図９に示す温度情報Ｔを複数取得し、各温度情報Ｔを、各区分Ａ〜Ｆ毎に平均化することで得ることが出来る。平均化することで、ノイズの影響を減らすことが出来る。センサユニット８を一度走査させただけで、温度制御を行うと、センサユニット８の走査の際に、たまたま、作業者がプランター２の近くにいたり、雲の動き等によって、正確な温度情報が得られない場合があるので、平均化することで、ノイズの少ない温度情報を得ることが出来る。そして、各区分Ａ〜Ｆに対する調整温度は、各区分Ａ〜Ｆの平均温度と閾値Ｌとの差として得ることが出来る。

本実施の形態では、例えば図９Ａに示すように、プランター２の各区分Ａ〜Ｆの栽培容器３の下面３ａにペルチェ素子１８等の温度調整素子が配置されている。

制御装置１０の演算部２８では、各区分Ａ〜Ｆに対する調整温度に基づいて、各ペルチェ素子１８に与える電流値、及び、極性を算出した駆動信号を生成する。そして各区分毎の駆動信号を、制御装置１０の信号送信部３１から、植物工場１の駆動制御部１７（図１、図７参照）に送信する。そして、駆動制御部１７からプランター２に配置された各ペルチェ素子１８に、電流値、及び、極性の駆動信号を送信し、各区分Ａ〜Ｆの温度が所定値となるように温度制御を行う。

温度制御は、植物工場１内に配置されたエアコン１１（図７参照）により行うことも出来る。エアコン１１は、植物工場１内の異なる場所に複数配置されている。制御装置１０では、センサユニット８からの温度情報Ｔ、及び、位置情報に基づいて、各エアコン１１に対する駆動信号を駆動制御部１７に送信する。これにより植物工場１内全体の温度を網羅的にモニタリングし、各エアコン１１により温度制御を適切に行うことが出来る。この際、例えば、植物工場１内に設置されたエアコンの位置に基づいて、プランター２を区分分けし、各エアコン１１により各区分の温度制御を行うことが出来る。

あるいは、温度制御は、植物工場１内に配置された窓１２の開閉により行うことが出来る。図１に示す窓１２は、植物工場１内に複数配置されている。例えば図１では、センサユニット８からの温度情報Ｔ、及び、位置情報に基づき、制御装置１０では、温度調整が必要と判断されたプランター２の場所に近い天窓１２ａを開放する駆動信号を駆動制御部１７に送信している。このように窓１２の開閉によって自然エネルギーである外気により温度制御を行うことで、エネルギーコストを低減させることが出来る。

制御装置１０による環境制御は、植物工場１内の温度以外に、湿度、ＣＯ_２濃度、風量、及び、プランター２内を流れる水や培養液の流量等に対し行うことが出来る。

湿度は、温度と同様に、例えばエアコン１１によって制御することが出来る。図６に示すように、センサユニット８には、湿度センサ４５が設けられている。このため、センサユニット８を各プランター２の長尺方向（Ｙ方向）に走査させると、湿度センサ４５により、湿度情報を、プランター２の長尺方向へのライン情報として得ることが出来る。このようにして得られた湿度情報、及び、センサユニット８の位置情報に基づいて制御装置１０では、各エアコン１１に対する湿度制御の駆動信号を生成する。そして制御装置１０から湿度制御の駆動信号を、植物工場１の駆動制御部１７に送信する。これにより、プランター２に対し湿度の低い区分には、その区分に近いエアコン１１に対して湿度を上げる制御を行い、プランター２の湿度の高い区分には、その区分に近いエアコン１１に対して湿度を下げる制御を行う。これにより、植物工場１内全体の湿度を網羅的にモニタリングして、湿度制御を高精度に行うことが出来る。

ＣＯ_２濃度は、図１に示すＣＯ_２パイプ１４により制御することが出来る。図１に示すように、ＣＯ_２パイプ１４は、植物工場１内の異なる場所に複数設けられている。図６に示すように、センサユニット８には、ＣＯ_２センサ４６が設けられている。このため、センサユニット８を、各プランター２の長尺方向（Ｙ方向）に走査させると、ＣＯ_２センサ４６により、ＣＯ_２濃度を、プランター２の長尺方向へのライン情報として得ることが出来る。このようにして得られたＣＯ_２濃度情報、及び、センサユニット８の位置情報に基づいて制御装置１０では、各ＣＯ_２パイプ１４に対するＣＯ_２濃度制御の駆動信号を生成する。そして制御装置１０からＣＯ_２濃度制御の駆動信号を、植物工場１の駆動制御部１７に送信する。これにより、プランター２のＣＯ_２濃度の低い区分には、その区分に近いＣＯ_２パイプ１４に対してＣＯ_２濃度を上げる制御を行い、プランター２のＣＯ_２濃度の高い区分には、その区分に近いＣＯ_２パイプ１４に対してＣＯ_２濃度を下げる制御を行う。これにより、植物工場１内全体のＣＯ_２濃度を網羅的にモニタリングして、ＣＯ_２濃度制御を高精度に行うことが出来る。

風量は、例えば、図１に示すファン１９の回転数により、制御することが出来る。図１に示すように、ファン１９は植物工場１内に複数箇所設けられている。センサユニット８に風量センサを設けることで、センサユニット８を各プランター２の長尺方向（Ｙ方向）に走査させると、風量センサにより、風量情報を、プランター２の長尺方向へのライン情報として得ることが出来る。この風量情報、及び、センサユニット８の位置情報に基づいて、制御装置１０では、各ファン１９対する風量制御の駆動信号を生成する。そして制御装置１０から風量制御の駆動信号を、植物工場１の駆動制御部１７に送信する。これにより、プランター２に対し風力がより必要なプランター２の区分には、その区分に近いファン１９の回転数を上げる制御を行い、風力を下げたり、風力が必要のないプランター２の区分には、その区分に近いファン１９の回転を低減させ、あるいは、回転を止める制御を行う。これにより、植物工場１内全体の風量を網羅的にモニタリングして、風量制御を高精度に行うことが出来る。

あるいは、風量制御は、植物工場１内に配置された窓１２の開閉により行うことが出来る。例えば図１では、制御装置１０にてセンサユニット８からの風量情報、及び、位置情報に基づき、風量調整が必要と判断されたプランター２の場所に近い天窓１２ａの開閉に対する駆動信号を制御装置１０で生成する。そして風量制御に対する駆動信号を駆動制御部１７に送信して、天窓１２ａの開閉を制御する。このように窓１２の開閉によって自然エネルギーである外気により風量制御を行うことで、エネルギーコストを低減させることが出来る。

照度は、例えば、図１に示す照明装置２０の各ＬＥＤ５５により、制御することが出来る。図１に示すように、ＬＥＤ５５は、プランター２の各区分と対向して設けられている。センサユニット８に照度センサを設けることで、センサユニット８を各プランター２の長尺方向（Ｙ方向）に走査させると、照度センサにより、照度情報を、プランター２の長尺方向へのライン情報として得ることが出来る。この照度情報、及び、センサユニット８の位置情報に基づいて、制御装置１０では、各ＬＥＤ５５に対する照度制御の駆動信号を生成する。そして制御装置１０から照度制御の駆動信号を、植物工場１の駆動制御部１７に送信する。これにより、プランター２に対し、明るい照明が必要なプランター２の区分には、その区分に対向するＬＥＤ５５の照度を上げる制御を行い、照明を暗くする必要のあるプランター２の区分には、その区分と対向するＬＥＤ５５の照度を低下させ、あるいは、ＬＥＤ５５の照明を止める制御を行う。これにより、植物工場１内全体の照度を網羅的にモニタリングして、照度制御を高精度に行うことが出来る。

あるいは、照度は、植物工場１内に配置された窓１２ｂの遮光カーテンの開閉により制御することも出来る。図１では、センサユニット８からの照度情報、及び、位置情報に基づき、制御装置１０では、照度調整が必要と判断されたプランター２の場所に近い窓１２ｂの遮光カーテンを開放したり閉じたりする駆動信号を、駆動制御部１７に送信している。このように窓１２ｂの遮光カーテンの開閉によって、自然エネルギーである太陽光により照度制御を行うことで、エネルギーコストを低減させることが出来る。

プランター２に対する水や培養液の流量は、例えば図４に示す穴３３ａ、３４ａに対する開閉機構３６により制御することが出来る。センサユニット８には、例えば超音波流量計が設けられている。このため、センサユニット８を各プランター２の長尺方向（Ｙ方向）に走査させると、超音波流量計により、プランター２には非接触で、水や培養液の流量情報を、プランター２の長尺方向へのライン情報として得ることが出来る。このようにして得られた流量情報、及び、センサユニット８の位置情報に基づいて制御装置１０では、給水管３３、及び、培養液管３４に対する流量制御の駆動信号を生成する。そして制御装置１０から流量制御の駆動信号を、植物工場１の駆動制御部１７に送信する。これにより、水や培養液が必要とされるプランター２の区分では、給水管３３や培養液管３４の開閉機構３６により、貫通した穴３３ａ、３４ａの数を増やし流量を上げる制御を行い、水や培養液を少なくする必要のあるプランター２の区分では、給水管３３や培養液管３４の開閉機構３６により、貫通した穴３３ａ、３４ａの数を減らし流量を下げる制御を行う。これにより、植物工場１内全体の水や培養液の流量を網羅的にモニタリングして、流量制御を高精度に行うことが出来る。

あるいは、例えば、図４に示す仕切り板３５の位置に、給水管３３、及び、培養液管３４の管径を調整可能な調整機構が設けられていてもよい。調整機構は、仕切り板３５の壁面と平行な方向に沿ってスライド移動可能な構成であり、調整機構のスライド移動により、給水管３３、及び、培養液管３４の管径を変えて、水や培養液の流量を調整することが出来る。

このように、本実施の形態の環境制御システムでは、プランター２に沿って設けられた走行路上にセンサユニット８を移動可能に支持しており、制御装置１０では、センサユニット８にて検出された環境情報、及び、センサユニット８の位置情報に基づいて、植物工場１内の環境制御を行う。これにより、少ないセンサ数でプランター２毎にライン制御することができ、従来に比べて高度な環境制御を行うことが出来る。

また、本実施の形態では、図９で説明したように、プランター２に対し、走行路の方向に向けて複数の区分毎に環境制御することが出来る。これにより、少ないセンサ数で、きめ細かい環境制御を行うことが出来る。

このようにプランター２の区分毎に環境制御することで、例えば、異なる区分で、出荷時期の異なる収穫物を植えて、各区分で夫々の出荷時期に合わせた環境制御を行うことが出来る。

植物工場１において収穫物の出荷時期を、市場での卸値が高騰する時期に合わせ込むように管理することが好ましいが、本実施の形態では、各プランター２の環境をライン制御でき、きめ細かい環境制御を行うことが出来るので、出荷時期を合わせ込みやすい。

また、本実施の形態では、図９に示す複数の区分Ａ〜Ｆに対するセンサユニット８の移動速度を一定としてもよいし、図９Ｃに示すように、各区分Ａ〜Ｆで移動速度を変えることも出来る。例えば図９Ｃでは、センサユニット８が図示右方向に移動する走行方向Ｒ１では、区分Ａ、Ｃ、Ｅに対してセンサユニット８の移動速度を速め（区分Ｓ−１）、区分Ｂ、Ｄ、Ｆに対してセンサユニット８の移動速度を遅くしたり、区分内で一旦センサユニット８を停止させる（区分Ｓ−２）。一方、センサユニット８が図示左方向に移動する走行方向Ｒ２では、区分Ｂ、Ｄ、Ｆに対してセンサユニット８の移動速度を速め（区分Ｓ−１）、区分Ａ、Ｃ、Ｅに対してセンサユニット８の移動速度を遅くしたり、区分内で一旦、センサユニット８を停止させる（区分Ｓ−２）。ここで移動速度の遅い状態は、センサユニット８によるセンサ検出限度以下の速度であり、すなわち、センサユニット８の移動速度が遅い区間では、センサ検出を行うことを可能としている。図９Ｃの速度制御によれば、センサユニット８をプランター２に対して一往復させる間に、全ての区分Ａ〜Ｆで適切に環境情報を得ることが出来るとともに、往復時間を早めることが出来る。

また、植物の育成状況に合わせて、区分Ａ〜Ｆに対するセンサユニット８の移動速度を変えることが出来る。例えば、区分Ｃに植えられた収穫物５４の出荷時期が迫っており、他の区分よりも重点的に区分Ｃの環境制御を行う場合、センサユニット８が、区分Ｃ以外の区分から区分Ｃに達した時必ず、センサユニット８の移動速度を緩めるようにし、あるいは、区分Ｃ内でセンサユニット８を必ず停止させるなどして、区分Ｃのセンサ情報を、他の区分よりも多く得られるようにする。

また、時間帯によって、センサユニット８の移動速度を変えることも出来る。例えば夜間に比べて、昼間のセンサユニット８の移動速度を遅くするがごとくである。

本実施の形態では、センサユニット８から得られる環境情報のみならず、作業者が植物工場１内で取得した情報をも合わせて、プランター２の各区分Ａ〜Ｆに対する環境制御を行うことが出来る。

例えば、図９Ａに示すように、作業者がカメラ５６によりプランター２の各区分Ａ〜Ｆに植えられた収穫物５４を撮影し、画像データを制御装置１０の入力部３０にて入力する。制御装置１０の記憶部４７には、画像データにより育成状況を判断可能なデータベースが記憶されており、そのデータベースから、育成状況データが演算部２８に送られて、より最適な環境制御を行うことが出来るようになっている。

あるいは、図１０Ａに示すように、撮像素子を有するセンサユニット５８を構成してもよい。図１０Ａに示すように、センサユニット５８は、プランター２の栽培容器３の下面３ａから側面３ｂ、及び、上面３ｃに向けて、栽培容器３と非接触の位置に設けられた支持部材５９と、支持部材５９の下側に配置され、栽培容器３の下面３ａに対向する第１のセンサ部６０と、支持部材５９の上側に配置され、栽培容器３の上面３ｃに対向する第２のセンサ部６１とを有して構成される。支持部材５９は、栽培容器３の下面３ａ側に配置されたレール（図示せず）上に移動可能に支持されている。

第１のセンサ部６０は、例えば、図６と同様に温度センサ４４、湿度センサ４５、及び、ＣＯ_２センサ４６等を有して構成される。また、第２のセンサ部６１は、撮像素子や照度センサ等を有して構成される。図１０Ａに示すように、ＬＥＤ５５を栽培容器３の上面３ｃ側から照明する構成では、第２のセンサ部６１に照度センサを備えることが好適である。図１０Ａでは、第１のセンサ部６０を、栽培容器３の下面３ａ側に、第２のセンサ部６１を、栽培容器３の上面３ｃ側に夫々配置したが、栽培容器３の下面３ａ、側面３ｂ、及び、上面３ｃのうち、どの面に各センサ部６０、６１を配置するかは自由であり、搭載するセンサの種類や収穫物等で各センサ部６０、６１の配置を決めることが出来る。

また、図１０Ｂに示すように、各センサ部６０、６１は、栽培容器３の下面３ａ側に配置された第１のセンサ部６０と栽培容器３との間の距離、及び、栽培容器３の上面３ｃ側に配置された第２のセンサ部６１と栽培容器３との間の距離が、可変可能に支持されていてもよい。例えば、図１０Ａに示す支持部材５９が伸縮自在とされており、第２のセンサ部６１と栽培容器３との間の距離を変動出来るようになっている。あるいは、図３に示すレール６が上下方向に移動出来るように支持されており、これにより、各センサ部６０、６１と栽培容器３との距離を変動出来る。図１０Ｂでは、図１０Ａに示すように、センサ部６０、６１が上下二つに分離した構成を示したが、図３に示すようにセンサユニット８を、栽培容器３の下面３ａ側にのみ配置した構成や、センサユニットを、栽培容器３の上面３ｃ側にのみ配置した構成、後述する図１０Ｃに示すように、センサユニットを、栽培容器３の側面３ｂ側にのみ配置した構成においても、栽培容器３との間の距離を可変可能に支持することが出来る。

図１０Ａ、図１０Ｂに示す第２のセンサ部６１や、センサユニットが、栽培容器３の上面３ｃ側に配置された構成では、栽培容器３に植えられた植物と接触しないようにセンサ位置を調整することが必要である。背丈が低く、育っても高さ方向にあまり大きくならない植物であれば、第２のセンサ部６１やセンサユニットを植物に出来る限り近づけた状態で走査させることで、より正確な環境情報を得ることが出来る。また、植物の成長に合わせて、上記した支持部材５９を徐々に伸長させるなどして、第２のセンサ部６１やセンサユニットが植物に接触しないように調整する。

また、図１０Ｃに示すように、センサユニット６２を、栽培容器３の側面３ｂ側に位置させることも出来る。本実施の形態では、センサユニットを、栽培容器３の下面３ａ側、側面３ｂ側、上面３ｃ側のいずれに配置してもよい。このうち、図３に示すように、センサユニット８を、栽培容器３の下面３ａ側に配置することで、作業者にとって作業の邪魔にならない位置に、レール６、及び、センサユニット８を配置出来る。温湿度やＣＯ_２濃度等の環境制御であれば、センサユニット８を、栽培容器３の下面３ａ側に配置しても十分に各プランター２に対する環境制御を行うことが可能である。このとき、センサユニット８を出来る限り栽培容器３の下面３ａに近づける方が、より正確な環境精度を行うことが出来る。ただし、センサユニット８を栽培容器３の下面３ａ側に配置した構成では、プランター２内を流れる水や培養液が栽培容器３の下面３ａから漏れる場合、センサユニット８の故障に繋がるため、センサユニット８を防水構造とするか、あるいは、センサユニットを栽培容器３の側面３ｂ側や上面３ｃ側に配置する。センサユニットを栽培容器３の上面３ｃに配置する構成では、センサユニットと栽培容器３に植えられた植物との間の距離を近づけることができ、より正確な環境情報を得ることが出来る。ただしこのとき、センサユニットと植物とが接触しないように調整しなければならない。

また、本実施の形態では、図２に示すように、各プランター２に、一つずつ、レール（走行路）６とセンサユニット８を配置してもよいし、図１１に示すように、各プランター２に対して共通のレール６３を蛇行させて配置してもよい。このときレール６３は、各プランター２の長尺方向（Ｙ方向）に沿って配置される。図１１の構成とすれば、複数のプランター２に対してセンサユニット８の数を一つにでき、センサ数をより低減させることが出来る。

図８に示す制御装置１０の表示部３２の入力画面（操作画面）について、図１２を用いて説明する。図１２に示すように、入力画面５０には、「栽培種」、「品種」、「育成シミュレーション」等を選択するコマンドが表示されている。

例えば、図１２の入力画面５０では、「栽培種」として「イチゴ」を選択しており、「品種」として「とちおとめ」「あまおう（登録商標）」・・・が表示されている。

「育成シミュレーション」は、例えば、「早期」、「一般」、「マニュアル」に分けられている。「早期」を選択すれば、早期の育成シミュレーションが自動選択されたことになり、「一般」を選択した際の育成シミュレーションよりも育成を早めることが出来る環境制御プログラムとされる。「早期」、「一般」の場合は、自動的に育成シミュレーションを作動させることができ、早期の育成シミュレーション用、及び、一般の育成シミュレーション用の各プログラムに基づいて、植物工場内の環境制御を自動的に行う。また、「早期」、及び、「一般」を選択した場合でも、例えば、作業者が植物の育成状況を見て、ＣＯ_２濃度を「早期」や「一般」で自動制御される濃度から変えることも可能である。例えば、「早期」や「一般」を選択すると、環境制御情報としての「温度」、「湿度」、「ＣＯ_２濃度」、「風量」・・・等が個別に表示され、これらの環境プログラムを、植物の育成状況を鑑みて手動で変えることも出来る。あるいは、「育成シミュレーション」として「マニュアル」を選択すれば、環境制御情報としての「温度」、「湿度」、「ＣＯ_２濃度」、「風量」・・・等の各環境プログラムを作業者が手動で調整して環境制御を行うことも出来る。

また、図１２に示すように、入力画面５０には、市場の出荷価格予想を示すグラフ５１等が表示されている。このような情報は、図８に示す入力部３０から作業者が入力してもよい。このとき、図１２の入力画面５０内に、市場情報を入力可能なページが表示される。又は、市場情報は、受信部２５から自動的に受信出来るように制御されていてもよい。

例えば図１３に示すように、ＰＣ５２と制御センター５３を備え、制御装置１０としてのＰＣ５２は、制御センター５３から市場情報を受信出来るようになっている。制御センター５３は例えば、複数の植物工場と繋がっており、市場情報を各植物工場に送ったり、あるいは、制御センター５３が制御装置１０として、植物工場１のセンサユニット８から直に環境情報を受け取ったり、ＰＣ５２を介して、植物工場１に対する環境制御を行うことが出来る。制御センター５３は、植物工場内に設置されても、遠隔地に設置されてもよい。

そして、市場情報に基づいて、最も出荷価格が高い時期に出荷のピークを迎えるように、育成シミュレーションよる環境制御プログラムが実行されるようになっている。

このように本実施の形態の制御装置では、プランター２に栽培された植物の出荷時期に合わせて環境制御を行うことでき、従来に比べて、容易に且つ高度に出荷時期を合わせることが可能である。

本発明の環境制御システムは、植物工場に効果的に適用でき、高級品を取り扱う、閉鎖的、又は、半閉鎖的な空間で植物を計画的に生産する植物工場のみならず、一般的なビニールハウスなどにも適用出来る。きめ細かく植物工場全体の環境をモニタリング出来るため、収穫物の出荷時期を予定時期に合わせ込む育成プログラムを高精度に実行出来る。

１ 植物工場
２ プランター
３ 栽培容器
５ ロックウール
６、６３ レール
８、６２ センサユニット
１０ 制御装置
１１ エアコン
１２ 窓
１４ ＣＯ_２パイプ
１７、３８ 駆動制御部
１８ ペルチェ素子
２０ 照明装置
２５ 受信部
２８ 演算部
３０ 入力部
３１ 信号送信部
３２ 表示部
３３ 給水管
３４ 培養液管
３６ 開閉機構
３７ センサ部
４０ 給電部
４１ 通信部
４２ エンコーダ
４４ 温度センサ
４５ 湿度センサ
４６ ＣＯ_２センサ
４７ 記憶部
４８ 走行路
５０ 入力画面
５２ ＰＣ
５３ 制御センター
５４ 収穫物
５５ ＬＥＤ
６０ 第１のセンサ部
６１ 第２のセンサ部

Claims (12)

1. 植物工場内に設置された植物栽培用のプランターと、
   前記プランターに沿って設けられた走行路と、
   前記走行路に沿って移動可能に支持されたセンサユニットと、
   前記センサユニットにて検出された環境情報、及び、前記センサユニットの位置情報に基づいて、前記植物工場の環境を制御する制御装置と、
   を有し、
   前記プランターを前記走行路の方向に複数に区分し、区分毎に、前記センサユニットの移動速度を可変可能に支持することを特徴とする環境制御システム。
2. 前記制御装置では、前記プランターを、前記走行路の方向に向けて複数の区分に分けて、各区分毎に環境制御することを特徴とする請求項１に記載の環境制御システム。
3. 前記制御装置からの駆動信号を受信して駆動する環境駆動装置が、前記区分に応じて配置されていることを特徴とする請求項２に記載の環境制御システム。
4. 前記制御装置では、自然エネルギーを利用可能に制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の環境制御システム。
5. 前記制御装置では、前記プランターに栽培された植物の出荷時期に合わせた環境制御を行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の環境制御システム。
6. 前記センサユニットは、少なくとも、温度センサ、湿度センサ、及び、ＣＯ_２センサを備え、前記制御装置では、温湿度、及び、ＣＯ_２濃度を制御することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の環境制御システム。
7. 前記センサユニットは、前記走行路からの給電手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の環境制御システム。
8. 前記センサユニットは、異なる環境情報を検出する２以上のセンサ部に分離されており、各センサ部が前記プランターの異なる面上を走行するように制御されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の環境制御システム。
9. 前記センサユニットは、前記プランターとの距離を可変可能に支持されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の環境制御システム。
10. 前記プランターの内部に培養液管、及び、給水管を有し、前記制御装置では、前記培養液管、及び、前記給水管の流量を制御することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の環境制御システム。
11. 前記走行路は、前記プランターに平行に配置されたレールであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の環境制御システム。
12. 前記レール、及び、前記センサユニットは、前記プランターの下側に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の環境制御システム。

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