JPH0329364B2 - - Google Patents
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- JPH0329364B2 JPH0329364B2 JP58029536A JP2953683A JPH0329364B2 JP H0329364 B2 JPH0329364 B2 JP H0329364B2 JP 58029536 A JP58029536 A JP 58029536A JP 2953683 A JP2953683 A JP 2953683A JP H0329364 B2 JPH0329364 B2 JP H0329364B2
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- JP
- Japan
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- control
- concentration
- temperature
- plant
- plants
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 29
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
- Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
- Y02A40/25—Greenhouse technology, e.g. cooling systems therefor
Landscapes
- Greenhouses (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は植物育成プラントの環境制御に最適
制御を導入することにより、最適生育条件が不明
な場合にも常に最大の生長速度を得られる制御装
置に関する。
制御を導入することにより、最適生育条件が不明
な場合にも常に最大の生長速度を得られる制御装
置に関する。
近年、温室等による植物の人工育成を更に進め
温度、湿度のみならず、CO2濃度、照度、水耕液
の濃度、PH等、植物生長に影響を及ぼすあらゆる
条件を人工的に管理し、生産性を飛躍的に高めよ
うとする試みが行なわれている。
温度、湿度のみならず、CO2濃度、照度、水耕液
の濃度、PH等、植物生長に影響を及ぼすあらゆる
条件を人工的に管理し、生産性を飛躍的に高めよ
うとする試みが行なわれている。
このための植物生育プラントの環境制御は、一
般に、経験的或いは実験的にあらかじめ制御量の
最適値を設定し、プラント中の制御量を各別に測
定して設定値に保つというフイードフオワードコ
ントロールを行なうものであつた。
般に、経験的或いは実験的にあらかじめ制御量の
最適値を設定し、プラント中の制御量を各別に測
定して設定値に保つというフイードフオワードコ
ントロールを行なうものであつた。
しかし、このシステムは各制御量ごとにそれぞ
れの最適値を求め、必要に応じては各成長段階に
応じて最適値を変えて行く制御プログラムを組ま
なければならないため、新しい品種のためのプラ
ント設計には長時間を必要とし、制御量の増加と
共にこの欠点はますます大きなものとなる。さら
に、最適環境は植物の成長時期、各制御量の相互
関係、植物の前歴、栽培状態によつても変動す
る。例えば、一般に植物の光合成速度は照度の増
加に従つて上昇し、陰生植物では約10klx、陽生
植物では約50klxで飽和することが知られている。
ところが実際の栽培状態では50klxを越えても光
合成速度の上昇がみられる。これは通常の栽培状
態では植物体には必ず陰になる部分が存在し、直
射光の当たる部分がすでに飽和していても、陰に
なつており、間接的に受光する部分はまだ飽和に
達していないためであると考えられる。このよう
な条件は植物の生長と共に変化し、そのときその
ときの最適条件を実験的に予め設定することは不
可能である。
れの最適値を求め、必要に応じては各成長段階に
応じて最適値を変えて行く制御プログラムを組ま
なければならないため、新しい品種のためのプラ
ント設計には長時間を必要とし、制御量の増加と
共にこの欠点はますます大きなものとなる。さら
に、最適環境は植物の成長時期、各制御量の相互
関係、植物の前歴、栽培状態によつても変動す
る。例えば、一般に植物の光合成速度は照度の増
加に従つて上昇し、陰生植物では約10klx、陽生
植物では約50klxで飽和することが知られている。
ところが実際の栽培状態では50klxを越えても光
合成速度の上昇がみられる。これは通常の栽培状
態では植物体には必ず陰になる部分が存在し、直
射光の当たる部分がすでに飽和していても、陰に
なつており、間接的に受光する部分はまだ飽和に
達していないためであると考えられる。このよう
な条件は植物の生長と共に変化し、そのときその
ときの最適条件を実験的に予め設定することは不
可能である。
この発明は、植物の成長速度すなわち重量増加
の速度は光合成速度によつて左右されるものであ
り、光合成はCO2の消費を伴う点に着目し、植物
によるCO2の消費速度を常に最大にするように各
制御量を制御する。この制御に最適制御の手法を
導入することにより栽培植物にとつての最適値を
予め知ることなく、自動的に常に最適値を保つた
育成条件の設定が可能となつたものである。
の速度は光合成速度によつて左右されるものであ
り、光合成はCO2の消費を伴う点に着目し、植物
によるCO2の消費速度を常に最大にするように各
制御量を制御する。この制御に最適制御の手法を
導入することにより栽培植物にとつての最適値を
予め知ることなく、自動的に常に最適値を保つた
育成条件の設定が可能となつたものである。
以下、図面を参照して具体的に説明する。
この発明の植物育成プラント全体の概念図を第
１図に、その制御装置の概念図を第２図に示す。
１図に、その制御装置の概念図を第２図に示す。
プラントの栽培室１は太陽光或いはランプ２に
よつて昼夜の別なく照明下に置かれる。自然状態
の生育では昼間の光合成期間と夜間の呼吸期間の
交代があるが、実験によつて、昼夜の別なく光合
成を行なわせても植物の成長への悪影響はないこ
とが知られている。
よつて昼夜の別なく照明下に置かれる。自然状態
の生育では昼間の光合成期間と夜間の呼吸期間の
交代があるが、実験によつて、昼夜の別なく光合
成を行なわせても植物の成長への悪影響はないこ
とが知られている。
栽培室中には透明なビニルシート等で作られた
同化箱３が置かれ、その中には栽培室中の部分と
同様の状態で数株の植物が植えられ、扉４がソレ
ノイド５で開閉自在に取付けられる。６はフアン
であり、開扉時には同化箱３の換気を行ない、そ
の雰囲気を栽培室内と同じに保つと共に、閉扉時
には同化箱３内の状態を均一にするように働ら
く。
同化箱３が置かれ、その中には栽培室中の部分と
同様の状態で数株の植物が植えられ、扉４がソレ
ノイド５で開閉自在に取付けられる。６はフアン
であり、開扉時には同化箱３の換気を行ない、そ
の雰囲気を栽培室内と同じに保つと共に、閉扉時
には同化箱３内の状態を均一にするように働ら
く。
この実施例においては、栽培室内の光合成速度
を同化箱３内のCO2濃度の変化速度として測定す
るようになつており、そのための同化箱３内の
CO2濃度検出用のセンサー７が設けられる。８は
温度・湿度の検出センサー、９は制御用コンピユ
ータ、１０は空調装置、１１はCO2濃度調節用の
CO2ボンベ、１２はインターフエース、１３は調
光装置である。
を同化箱３内のCO2濃度の変化速度として測定す
るようになつており、そのための同化箱３内の
CO2濃度検出用のセンサー７が設けられる。８は
温度・湿度の検出センサー、９は制御用コンピユ
ータ、１０は空調装置、１１はCO2濃度調節用の
CO2ボンベ、１２はインターフエース、１３は調
光装置である。
この制御装置は次のように作動する。
例えばCO2濃度の制御は以下のように行なわれ
る。
る。
CO2濃度は増加すると共に光合成速度は上昇
し、ある程度以上では飽和することが知られてい
る。制御の誤動作をさけるため、通常の飽和値よ
り大きい上限値を予めセツトする。また、濃度を
変える場合の濃度間隔をセツトする。
し、ある程度以上では飽和することが知られてい
る。制御の誤動作をさけるため、通常の飽和値よ
り大きい上限値を予めセツトする。また、濃度を
変える場合の濃度間隔をセツトする。
まず、同化箱３の扉４を開き、フアン６により
強制換気して栽培室内と同化箱内の雰囲気を同じ
にし、センサー７によりCO2濃度を測定する。次
いでソレノイド５により扉４を閉じ、一定時間、
例えば３分後のCO2濃度を測定し、その間の濃度
減少値を記憶する。次に、CO2ボンベ１１を開
き、先にセツトした濃度間隔、例えば800ppmだ
け栽培室内のCO2濃度が増加するようCO2ガスを
放出する。上記と同様に新しい濃度での濃度減少
値を測定し、先に記憶した濃度減少値と比較す
る。新しい濃度の方が減少値が大であれば、CO2
濃度の増加によつて光合成速度が増加したことを
意味するので、更に１段階CO2濃度を増して上記
と同様の測定を行う。
強制換気して栽培室内と同化箱内の雰囲気を同じ
にし、センサー７によりCO2濃度を測定する。次
いでソレノイド５により扉４を閉じ、一定時間、
例えば３分後のCO2濃度を測定し、その間の濃度
減少値を記憶する。次に、CO2ボンベ１１を開
き、先にセツトした濃度間隔、例えば800ppmだ
け栽培室内のCO2濃度が増加するようCO2ガスを
放出する。上記と同様に新しい濃度での濃度減少
値を測定し、先に記憶した濃度減少値と比較す
る。新しい濃度の方が減少値が大であれば、CO2
濃度の増加によつて光合成速度が増加したことを
意味するので、更に１段階CO2濃度を増して上記
と同様の測定を行う。
実際には測定のバラツキが生ずるため、同一濃
度での測定は或る設定回数（例えば６回）行い、
その測定値の和・平均・２剰和を計算し、２回の
光合成速度を分散分析し、その差の有意性を検定
する。測定結果の１例を第３図に示す。CO2濃度
が飽和点付近になると、２つの濃度間の光合成速
度は3000ppmと3800ppmでの測定のように接近
し、その差は「有意でない」と判断されるので、
そのときを最適点として濃度制御を一時停止し、
その濃度を一定に保つて他の制御量を最適化する
ように制御を続ける。他の総ての制御量を最適化
した後、再び他の条件が変化した下での濃度の最
適化を行い、このような最適化の繰返しによつて
各制御量の総合的な最適値へと収歛する。
度での測定は或る設定回数（例えば６回）行い、
その測定値の和・平均・２剰和を計算し、２回の
光合成速度を分散分析し、その差の有意性を検定
する。測定結果の１例を第３図に示す。CO2濃度
が飽和点付近になると、２つの濃度間の光合成速
度は3000ppmと3800ppmでの測定のように接近
し、その差は「有意でない」と判断されるので、
そのときを最適点として濃度制御を一時停止し、
その濃度を一定に保つて他の制御量を最適化する
ように制御を続ける。他の総ての制御量を最適化
した後、再び他の条件が変化した下での濃度の最
適化を行い、このような最適化の繰返しによつて
各制御量の総合的な最適値へと収歛する。
最適値に到達すれば暫くその状態を保持し、植
物がある程度生長したらまた同様の最適化を行
う。
物がある程度生長したらまた同様の最適化を行
う。
検出された光合成速度の差が「有意」と判断さ
れる間は上記の手順を繰り返すが、次回の濃度の
計算を行い、それが上限をこえた場合は、条件が
不適当とし、この場合も制御を停止する。
れる間は上記の手順を繰り返すが、次回の濃度の
計算を行い、それが上限をこえた場合は、条件が
不適当とし、この場合も制御を停止する。
上記の制御手順を第４図に示す。
他の例として、気温の制御は以下のように行な
われる。
われる。
気温については照度やCO2濃度と異なり、飽和
現象は見られず、最適曲線を描くことが知られて
いる。飽和現象を示す制御量については、飽和状
態を維持すれば多少の制御量の変動があつても光
合成速度の目立つた低下は生じないが、最適曲線
を描く制御量は常にそのピークを維持するように
制御することが必要となる。
現象は見られず、最適曲線を描くことが知られて
いる。飽和現象を示す制御量については、飽和状
態を維持すれば多少の制御量の変動があつても光
合成速度の目立つた低下は生じないが、最適曲線
を描く制御量は常にそのピークを維持するように
制御することが必要となる。
気温制御のプログラムも制御要因が気温になる
だけでCO2濃度制御プログラムとほぼ同じであ
る。ただし、極大値が存在するので、分散分析が
有意でなくても制御を続ける点で相違する。そし
て２つの温度における光合成速度の平均値を比較
した場合、前回の光合成速度よりも今回の光合成
速度が低くなつていれば、温度間隔を−0.5倍し、
それを次の温度間隔として採用して制御を続行す
る。このようにして温度間隔があらかじめ設定し
た最小温度間隔以下となつた場合、その温度を最
適温度としてCO2濃度制御の場合と同様、一時、
制御を停止する。例えば第５図に示す例（測定の
平均値のみを示す）において、６℃間隔の測定に
よつて、20℃より26℃の方が平均値が小さくなつ
た場合、温度間隔を−0.5倍、すなわち３℃下げ
て23℃で測定する。その結果、26℃より23℃の方
が大きければ、更に３℃づつ下げて光合成速度を
比較してゆく。17℃で20℃のときより光合成速度
が低下するので、ここでまた温度間隔を−0.5倍
し、1.5℃上げて18.5℃で測定する。
だけでCO2濃度制御プログラムとほぼ同じであ
る。ただし、極大値が存在するので、分散分析が
有意でなくても制御を続ける点で相違する。そし
て２つの温度における光合成速度の平均値を比較
した場合、前回の光合成速度よりも今回の光合成
速度が低くなつていれば、温度間隔を−0.5倍し、
それを次の温度間隔として採用して制御を続行す
る。このようにして温度間隔があらかじめ設定し
た最小温度間隔以下となつた場合、その温度を最
適温度としてCO2濃度制御の場合と同様、一時、
制御を停止する。例えば第５図に示す例（測定の
平均値のみを示す）において、６℃間隔の測定に
よつて、20℃より26℃の方が平均値が小さくなつ
た場合、温度間隔を−0.5倍、すなわち３℃下げ
て23℃で測定する。その結果、26℃より23℃の方
が大きければ、更に３℃づつ下げて光合成速度を
比較してゆく。17℃で20℃のときより光合成速度
が低下するので、ここでまた温度間隔を−0.5倍
し、1.5℃上げて18.5℃で測定する。
このような制御測定を繰返して−0.5倍の温度
間隔が設定された最小温度間隔例えば１℃以下と
なればその温度はほぼ最適値にあるものとして温
度制御を停止し、次の制御量の制御に移る。プロ
グラムのフローチヤートを第６図に示す。
間隔が設定された最小温度間隔例えば１℃以下と
なればその温度はほぼ最適値にあるものとして温
度制御を停止し、次の制御量の制御に移る。プロ
グラムのフローチヤートを第６図に示す。
誤動作防止として、例えば温度38℃以上、10℃
以下に設定された場合は条件が不適当として制御
を終了することは前と同じである。
以下に設定された場合は条件が不適当として制御
を終了することは前と同じである。
必要に応じ、制御量を個別にではなく、複数の
制御量を組合せて制御することも出来る。第７図
は、温度とCO2濃度の複合最適制御を行なつた場
合の例を示す。
制御量を組合せて制御することも出来る。第７図
は、温度とCO2濃度の複合最適制御を行なつた場
合の例を示す。
この例では、温度14℃、CO2濃度1800ppmから
探索を開始し、第７図のプロツトの添字の順に制
御量を変化させている。図から明らかなように、
１から２へは温度のみの変化、２から３へはCO2
濃度のみの変化であり、３から４へは温度とCO2
濃度の両方を変化させている。図示の例では13回
目で最適点20℃、2600ppmに到達している。
探索を開始し、第７図のプロツトの添字の順に制
御量を変化させている。図から明らかなように、
１から２へは温度のみの変化、２から３へはCO2
濃度のみの変化であり、３から４へは温度とCO2
濃度の両方を変化させている。図示の例では13回
目で最適点20℃、2600ppmに到達している。
このように、CO2濃度の減少速度最大すなわち
光合成速度最大となるように、ステツプ・バイ・
ステツプに各制御量を順に制御して行けば、育成
する植物の特性、栽培条件等に無関係に各制御量
を、その相互関係をも考慮した上での最適値に常
に保持することが出来るという極めて顕著な効果
を奏するものである。
光合成速度最大となるように、ステツプ・バイ・
ステツプに各制御量を順に制御して行けば、育成
する植物の特性、栽培条件等に無関係に各制御量
を、その相互関係をも考慮した上での最適値に常
に保持することが出来るという極めて顕著な効果
を奏するものである。
そして、この発明のように植物工場の中に同化
箱を置き、その中に栽培植物の一部をサンプルと
して入れれば、同化箱の密閉はそれほどに完全で
はなくても、工場環境との差が小さいため制御誤
差は極めて小さくなる。また、小さい同化箱内の
変化を測定するので、短時間で変化の検出が可能
となり、その工場の環境、その特定の植物につい
て、最適な成育環境条件を短時間に求め、制御で
きるという優れた特徴を有し、この同化箱の導入
によつて、始めて、植物工場で最適制御システム
を実現することが可能となつたものである。
箱を置き、その中に栽培植物の一部をサンプルと
して入れれば、同化箱の密閉はそれほどに完全で
はなくても、工場環境との差が小さいため制御誤
差は極めて小さくなる。また、小さい同化箱内の
変化を測定するので、短時間で変化の検出が可能
となり、その工場の環境、その特定の植物につい
て、最適な成育環境条件を短時間に求め、制御で
きるという優れた特徴を有し、この同化箱の導入
によつて、始めて、植物工場で最適制御システム
を実現することが可能となつたものである。
第１図はこの発明の植物育成プラント全体の概
念図、第２図はその制御装置の概念図、第３図は
CO2濃度と光合成速度の関係図、第４図はCO2濃
度制御プログラムのフローチヤート、第５図は気
温と光合成速度の関係図、第６図は気温制御プロ
グラムのフローチヤート、第７図は温度とCO2濃
度の複合制御の温度−濃度図 １：栽培室、２：ランプ、３：同化箱、４：
扉、５：ソレノイド、６：フアン、７：CO2セン
サ、８：温度・湿度計、９：制御用コンピータ、
１０：空調装置、１１：CO2ボンベ。
念図、第２図はその制御装置の概念図、第３図は
CO2濃度と光合成速度の関係図、第４図はCO2濃
度制御プログラムのフローチヤート、第５図は気
温と光合成速度の関係図、第６図は気温制御プロ
グラムのフローチヤート、第７図は温度とCO2濃
度の複合制御の温度−濃度図 １：栽培室、２：ランプ、３：同化箱、４：
扉、５：ソレノイド、６：フアン、７：CO2セン
サ、８：温度・湿度計、９：制御用コンピータ、
１０：空調装置、１１：CO2ボンベ。
Claims (1)
- １ 植物の栽培室、CO2の濃度測定装置、CO2の
濃度、気温、照度等の制御量を一定のステツプ毎
に変化させる装置、および各制御量の変化ごとに
CO2濃度を測定し、該測定値からCO2消費速度を
算出する装置を有し、CO2消費速度が最大となつ
た時点で当該制御量の制御を一時停止し、次いで
他の制御量を最適化し、この様にして栽培室の条
件を植物の成長速度が最大となるように維持され
る植物育成装置において、上記栽培室中に開閉自
在の扉を有する同化箱を設け、該同化箱中には栽
培室と同条件で栽培された植物体を栽培し、上記
制御のためのCO2消費速度の検出は、該同化箱中
のCO2濃度の測定によつて行われることを特徴と
する植物育成プラントの最適制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58029536A JPS59154925A (ja) | 1983-02-25 | 1983-02-25 | 植物育成プラントの最適制御システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58029536A JPS59154925A (ja) | 1983-02-25 | 1983-02-25 | 植物育成プラントの最適制御システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59154925A JPS59154925A (ja) | 1984-09-04 |
| JPH0329364B2 true JPH0329364B2 (ja) | 1991-04-24 |
Family
ID=12278830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58029536A Granted JPS59154925A (ja) | 1983-02-25 | 1983-02-25 | 植物育成プラントの最適制御システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59154925A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016002114A1 (ja) * | 2014-06-30 | 2016-01-07 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 水耕栽培方法および水耕栽培装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6737130B2 (ja) * | 2016-10-28 | 2020-08-05 | 井関農機株式会社 | 植物栽培設備 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4941127A (ja) * | 1972-09-07 | 1974-04-17 |
-
1983
- 1983-02-25 JP JP58029536A patent/JPS59154925A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4941127A (ja) * | 1972-09-07 | 1974-04-17 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016002114A1 (ja) * | 2014-06-30 | 2016-01-07 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 水耕栽培方法および水耕栽培装置 |
| JP2016010365A (ja) * | 2014-06-30 | 2016-01-21 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 水耕栽培方法および水耕栽培装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59154925A (ja) | 1984-09-04 |
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