一、方案介绍

本方案基于设施环境控制技术、农业物联网技术、自动化控制技术及数据分析平台技术，构建集环境感知、智能调节、协同控制及集中管理于一体的植物工厂环境参数联动控制系统。系统通过对植物工厂内部温度、湿度、光照强度、光周期、二氧化碳浓度、通风状态及水肥供应参数进行连续在线监测，结合植物生理模型与控制算法，实现多要素协同调节与精准控制，为作物提供稳定可控的最优生长环境。

二、建设目标

三、需求分析

（一）生产需求

（二）技术需求

（三）管理需求

四、监测与控制方法

系统采用多要素集成监测与多执行机构联动控制相结合的运行方式。

环境参数通过温湿度、光照、CO₂、风速及EC、pH等传感器进行采集；
执行设备包括补光灯、空调机组、新风系统、加湿除湿设备、CO₂发生器、水肥一体机及循环风机等；
控制系统根据实时数据和设定模型对执行设备进行协同调度。

五、系统工作原理

系统通过分布式传感节点采集各功能区域环境数据，控制终端对数据进行实时处理和边缘计算，并上传至中央管理平台。

平台系统基于作物生长模型、环境耦合关系及控制策略生成调控指令，下发至现场控制单元，实现环境参数的动态闭环调节。

六、系统功能

七、硬件配置清单

八、主要技术参数

（一）温湿度传感器

温度范围：－20～60℃
精度：±0.3℃
湿度范围：0～100% RH
精度：±3% RH

（二）光照与光谱传感器

测量范围：0～200000 Lux
光谱范围：400～700 nm
精度：±5%

（三）CO₂传感器

测量范围：0～5000 ppm
精度：±50 ppm
响应时间：不大于30秒

（四）EC / pH传感器

EC范围：0～20 mS/cm
精度：±2%
pH范围：0～14
精度：±0.05

（五）控制主机

通信方式：以太网 / RS485 / 4G
控制回路：不少于32路
防护等级：IP54及以上
工作温度：－10～50℃

九、系统实施方案

（一）系统架构

系统采用感知层、控制层、网络层、平台层及应用层分层设计，实现监测、分析与控制一体化运行。

（二）实施流程

十、数据分析与模型应用

平台基于采集数据开展多维分析，包括：

环境稳定性分析
光合效率评估
能耗关联分析
作物生长响应分析
生产效率评价

分析结果用于优化控制策略。

十一、联动控制与决策支持

（一）控制策略

采用PID控制、模糊控制及模型预测控制相结合的方式，实现多参数协同调节。

（二）联动机制

温度、湿度、通风、光照及CO₂参数之间建立耦合控制逻辑，避免单参数调节引起系统波动。

（三）决策支持功能

系统提供生产参数优化建议、能耗优化方案及生产计划辅助决策。

十二、方案优势

十三、适用领域

垂直植物工厂
叶菜类工厂化生产基地
育苗工厂
科研育种中心
高端设施农业园区

十四、效益分析

（一）经济效益

单位面积产量提高20%以上
综合能耗降低15%～25%
人工成本降低30%以上

（二）社会效益

保障农产品质量安全
推动农业智能化发展
促进绿色低碳生产

（三）管理效益

完善生产管理体系
实现精细化运营
提升决策科学性

十五、相关标准与规范

NY/T 3533 植物工厂技术规范
GB/T 35221 农业物联网通用技术要求
NY/T 3695 智能灌溉技术规范
GB/T 22239 信息安全技术规范
NY/T 5010 农业设施环境控制规范

十六、参考文献

《植物工厂环境控制技术》
《设施农业自动化系统设计》
《现代设施农业智能化应用研究》
农业农村部设施农业文件

十七、应用案例

案例一：某叶菜类植物工厂智能控制项目

建设全自动环境控制系统，实现多参数联动调控，作物生长周期缩短约15%，产品合格率超过98%。

案例二：某科研型垂直农场示范工程

通过智能调控系统，实现多品种差异化管理，为新品种筛选提供稳定环境支撑。