استفاده از مجموعه ای از مواد و تکنیک ها برای اطمینان از این که تحت هر شرایطی مقدار فیزیکی تعیین شده برابر با نقطه دلخواه است نقطه تنظیم نام دارد.
اصول کلی تنظیم به شرح ذیل است:
- پارامتر با اندازه گیری مستقیم یا از طریق محاسبه تنظیم می شود. به عنوان مثال برای تنظیم هوای گلخانه، دریچه ها زمانی باز می شوند که دمای مورد نظر به ۵ درجه سانتی گراد برسد.
- مقدار اندازه گیری شده با مقدار مطلوب مقایسه می شود که این دمای مورد نظر می تواند توسط کاربر از پیش تعریف شده باشد یا نتیجه محاسبه یا استفاده از قانون از پیش تعیین شده باشد. در این مثال دمای هوای گلخانه در ۲۳ درجه سانتی گراد می تواند تثبیت شود که از مقدار اندازه گیری شده (۲۵ درجه سانتی گراد) کمتر است.
- برای کاهش تفاوت بین مقدار اندازه گیری شده و مقدار مطلوب از یک یا چند فعال کننده یا یک یا چند قطعه ابزار می توان استفاده کرد. برای این که دمای گلخانه به دمای مورد نظر برسد، موتور دریچه ها شروع به کار می کند و دریچه برای تهویه باز می شود و دمای هوای گلخانه تقریبا به نقطه تنظیم می رسد (۲۳ درجه سانتی گراد).
سیستم های ورودی – خروجی
در کنترل کلاسیک، ورودی ها و خروجی های سیستم به عنوان فرایندهای قابل تنظیم در نظر گرفته می شوند. ممکن است بیشتر از یک ورودی یا خروجی وجود داشته باشد. ورودی ها دو نوع هستند.
۱- ورودی های کنترلی ۲- ورودی های بیرونی
روشهای تنظیم
تنظیم به دو روش دستی و اتوماتیک است. تنظیم دستی برای سیستم مرکزی گرمایش دیگ بخار و کوددهی استفاده نمی شود اما هنوز برای تهویه، سایه و رطوبت استفاده میشود. معایب تنظیم دستی عبارتند از: ۱- بدون اپراتور امکانپذیر نیست ۲- بدون ابزار اندازه گیری ناقص است3- تغییرات دستی دقیق نیست (برای تنظیم دوره رطوبت یا سرعت باز شدن دریچه). به طور کلی تنظیمات دستی در شرایط ویژه اقلیمی ضرورت دارد ( برای مثال سرمای شدید) و استفاده احتمالی آن باید پیش بینی شود.
تنظیم اتوماتیک به صورت الکترومکانیکی یا الکترونیکی صورت می گیرد. در تنظیم الکترومکانیکی تنظیم پارامتر تابع مقدار مطلوب پارامتر است. در تنظیم الکترونیک پارامتر را می توان به صورت تابعی از یک یا چند پارامتر تنظیم کرد (برای مثال دمای شب به عنوان تابعی از تابش روز قبل). دو نوع تنظيم حلقه باز و حلقه بسته وجود دارد. در تنظیم حلقه بسته تنها میانگین مقدار پارامتری که باید تنظیم شود را در نظر میگیرند. در تنظیم حلقه باز مقدار سایر پارامترها در نظر گرفته می شود (برای مثال برای تنظیم دمای هوا، سرعت باد و تشعشع در نظر می گیرند).
کاربرد در مدیریت اقلیم
مدیریت اقلیم، حفظ فاکتورهای اقلیمی (دما، رطوبت و دی اکسید کربن) نزدیک مقدار مطلوب با رعایت قوانین از پیش تعیین شده (ممنوعیتهای مطلق یا شرطی، اولویتها، تأخیر زمانی) توسط کاربر است. در واقع کامپیوتر کنترل اقلیم، اقلیم را کنترل می کند. مدیریت اقلیم در چند سطح انجام می شود:
سطح ۱: (سطح اصلی) مقیاس زمانی خیلی کوتاه (حدود یک دقیقه) و شامل فرایند پردازش اطلاعات نمی باشد. امروزه اکثر کامپیوترهای کنترل اقلیم از این سطح مدیریتی استفاده می کنند.
مقیاس زمانی بین یک ساعت تا یک روز که هدف، مدیریت اعمال فیزیولوژیکی رشد و نمو گیاهان (فتوسنتز و تعرق) در کوتاه مدت است و از مدل ها استفاده می کند. مقیاس زمانی بیشتر از یک روز که شامل بهینه سازی زیستی- اقتصادی و پشتیبانی ازتصمیمات استراتژیک است. اجازه می دهد به راه حل هایی دست یابیم که نزدیک بهره وری مطلوب است. تحقق سطح ۳ ایده آل است و هنوز به انجام نرسیده است.
انواع کنترل کننده ها استفاده
از کنترل کننده بهترین روشی که می توان محاسبات را درست انجام داد، بسته به نوع تنظیم دو نوع کنترل کننده وجود دارد.
۱)کنترل کننده غیر پیشرفتها: تنها در موقعیتهای ثابت دستگاه را تنظیم می کند، ۲) کنترل کننده پیشرفته: در هر موقعیتی کنترل می کند.
کنترل کننده غیر پیشرفته
در نوع خاموش روشن، تنظیمات فقط دو موقعیت روشن یا خاموش دارد. برای مثال اگر دمای هوا بیشتر از ۲۳ درجه سانتی گراد شود تهویه مکانیکی شروع میشود و اگر به زیر ۲۰ درجه سانتی گراد برسد تهویه متوقف می شود. مقدار مطلوب از پیش تعیین شده و می تواند برای ناحیه مرده تعریف شود که قبلا بحث شده است. روش روشن /خاموش در تهویه مکانیکی، تزریق دی اکسید کربن، رطوبت سازی، سایه اندازی و جریان هوای گرم معمول است. یکی از معایب روش روشن خاموش شروع به کار و توقف حول نقطه تنظیم است. سه راه برای اجتناب از این مشکل وجود دارد.
استفاده از تأخیر زمانی: بعد از شروع به کار دستگاه، تا نرسیدن به حداقل زمانی دستگاه خاموش نمی شود. برای مثال در گرم کردن هوای گلخانه استفاده می شود. پس از شروع به کار دستگاه (به عنوان مثال دما ۱۴ درجه سانتی گراد است و از مقدار مطلوب ۱۵ درجه سانتی گراد کمتر است) باید ۵ دقیقه قبل از توقف کار کند، هر چند قبل از اتمام دوره به مقدار مطلوب برسد. بنابراین اگر دمای هوا از مقدار مطلوب بیشتر شود، سیکل بعدی به تأخیر می افتد.
استفاده از ناحیه مرده: ناحیه مرده حول مقدار مطلوب تنظیم می شود (X) بنابراین تجهیزات روی مقدار خاصی (ع) تنظیم می شوند. هنگامی از مقدار مطلوب کمتر باشد شروع به کار می کند (x-c)و وقتی از مقدار مطلوب بیشتر شود (c+x) متوقف می شود. در این روش از تناوب شروع و توقف اجتناب می شود. در مثال قبل می توانیم مقدار مطلوب را روی ۱۵ درجه سانتی گراد (ع) ومنطقه مرده را روی ۱ درجه سانتی گراد (x) تنظیم کنیم بنابراین سیستم در درجه سانتی گراد شروع به کار می کند و در دمای ۱۶ درجه سانتی گراد متوقف می شود.
استفاده از مقادیر میانگین: برای پارامترهای با مقادیر زیاد مانند سرعت باد یا نور می توان از مقادیر میانگین استفاده کرد. از مقدار میانگین برای مقدار مطلوب استفاده میشود. برای مثال سرعت باد نوسان زیادی دارد. از آنجایی که سرعت باد اغلب اوقات آهسته است، از میانگین مقدار اندازه گیری شده در یک دوره به جای آخرین سرعت لحظه ای برای تنظیم استفاده می شود.
کنترل کننده پیشرفته
در کنترل کننده پیشرفته مبنای عمل تجهیزات، حفظ پارامتر در محدوده مقدار مطلوب است. عمده ترین کنترل کننده های پیشرفته عبارتند از: ۱- کنترل متناسب (P) ۲- کنترل یکپارچه متناسب (کنترل تناسبی انتگرالی) (Pl) و 3- کنترل تطبیقی متناسب (PID).
تنظیم تناسبی
با افزایش دما یا رطوبت فرایند تهویه با باز شدن دریچه صورت می گیرد، در تنظیم متناسب باز شدن دریچه متناسب با افزایش درجه حرارت و رطوبت از حد آستانه مقدار مطلوب است. اگر اختلاف کم باشد دریچه به میزان کمی باز می شود و اگر زیاد باشد دریچه ۱۰۰ درصد باز می شود. حد متناسب باز شدن دریچه باید تعریف شود. اگر حد ۶ درجه سانتی گراد و مقدار مطلوب ۲۰ درجه سانتی گراد باشد، زمانی که دمای گلخانه ۲۳ درجه است دریچه ۵۰ درصد باز خواهد شد و زمانی که ۲۶ درجه است ۱۰۰ درصد باز خواهد شد. این مقدار با توجه به دمای بیرون و سرعت باد کاهش یا افزایش می یابد. در سیستم حرارتی ترموسیفون (ترموسیفون به پدیده ای گفته می شودکه سیستم فاقد هرگونه پمپ برقی یا مکانیکی است و جهت جابجایی آب با استفاده از گرمای خورشید، مایع جابجا می شود. مشکل عمده این سیستم پدیده یخ زدگی در فصول سرد سال می باشد) تنظیم پروپورشنال به صورت پیچیده تر عمل می کند.
کنترل تطبیقی متناسب
در کنترل متناسب دامنه عمل (درصد باز شدن دریچه در مثال تهویه متناسب با تفاوت مقدار میانگین از مقدار مطلوب است (دما در مثال تهویه). در کنترل یکپارچه متناسب دامنه عمل متناسب با اختلاف زیاد مقدار میانگین و مقدار مطلوب است و مرحله به مرحله انحرافات را حذف می کند . در سیستم حرارتی ترموسیفون نیز از کنترل یکپارچه متناسب (PI)استفاده میشود. اگر دمای داخل با شرایط اقلیم بیرون (دما و سرعت باد) تناسب نداشته باشد، کنترل در حالت پس خور عمل می کند. در این حالت اگر دمای داخل تغییر کند، بعد از چک کردن مقدار مطلوب، ابزار شروع به کار می کند. تغییر متناوب پارامترهای اقلیمی بر کنترل اثر می گذارند قبل از این که دمای بیرون تأثیر بگذارد) در این حالت ابزار کنترل در . حالت پیش خور هستند. برای مثال سیستم حرارتی می تواند به حالت پیش خور شروع به کار کند یا عرضه انرژی را افزایش دهد که ناشی از افزایش سرعت باد است (مربوط به خنک کردن گلخانه). اگرچه درجه حرارت داخلی هنوز کاهش نیافته است (بعد از زمان خاص)، در این مورد دستور یا مدل مربوط به سرعت باد با تغییر دمای گلخانه باید از پیش تعیین شده باشد. کنترل تطبیقی متناسب (PID) عملکرد کنترل یکپارچه متناسب (PI) را بهبود می بخشد. در فرایند کنترل یک پارامتر، هنگامی که مقدار پارامتر مناسب باشد سیستم شروع به کار می کند و مقدار پارامتر را به صورت دوره ای اندازه می گیرد، اندازه گیری دوره ای اجازه میدهد تا در صورت لزوم اصلاح عمل صورت بگیرد. در این حالت با کنترل پس خور درستی عمل سیستم کنترل میشود. در زمان بروز اختلال، تأثیر آن روی پارامتر کنترل شده شناخته شده است. اقدام پیشگیری سریع انجام می شود همان طور که شرح داده شد این عمل کنترل پیش خور نام دارد. در مدیریت یک فرایند ممکن است فرایند پس خور و پیش خور همزمان صورت گیرد. برای مثال زمانی که دمای گلخانه به دلیل افزایش تشعشع بیشتر از مقدار مطلوب می شود کامپیوتر دریچه را باز می کند (پسخور). در صورتی که سرعت باد افزایش یابد سیستم کنترل باز شدن دریچه را تنظيم می کند (پیش خور). کنترل آبشاری نوع دیگری از کنترل است که در فرایندهای پیچیده استفاده می شود.
انتخاب نوع کنترل اتوماتیک
از کنترل کننده های غیر پیشرفته (روشن/خاموش) و پیشرفته نوع P می توان در سیستم های ساده استفاده کرد. اگر با مقدار مطلوب اختلاف زیادی نداشته باشد، باید از نوع PI استفاده کرد و زمانی که افزایش سرعت پروسه مورد نیاز است از نوع PID باید استفاده کرد. تعیین مقدار پارامتر پس از انتخاب نوع کنترل صورت می گیرد.
مدل ها
مدل نمای ساده شده یک سیستم یا یکی از قسمت های آن است. مجموع گلخانه، گیاه زراعی و مدیریت آن یک سیستم را تشکیل می دهند. معمولا مدل ها توسط معادلات ریاضی بیان می شوند. مدل های زیادی وجود دارد. مدل استاتیک از مجموعه معادلاتی تشکیل شده که جنبه های مختلف را در بر می گیرد و بر پایه قوانین فیزیکی هستند، بنابراین این گونه مدل ها مدل مکانیکی نیز می گویند. برای مثال کاهش حرارت یا تهویه زمانی اتفاق می افتد که تعادل سیستم ضروری است. بنابر این مدل استاتیک را می توان به عنوان مدل پایدار در نظر گرفت.
مدل دینامیک مدل تصادفی است و شامل تغییرات زمانی است. زمانی که سرعت یک فرایند آهسته است نظیر گرم شدن خاک استفاده از این مدل ها ضروری است. اصطلاح اکتشافی یا تصادفی به واسطه هایی که برای تحلیل مدل استفاده شدند اشاره دارد. بنابراین مدل های اکتشافی به واسطه اکتشافات با آزمون و خطا حل می شوند، در حالی که مدل های تصادفی با استفاده از روش های ریاضی حل می شوند.
سیستم کنترل پیش خور با استفاده از مدل ها، اثرات مخرب در تنظیم فرایند را شناسایی کرده و با تنظیم در محدوده مقدار مطلوب از وقوع اختلال پیشگیری می کند. دو نوع مدل را می توان به گلخانه اختصاص داد ۱) مدل های فیزیکی که روی میکروکلیما گلخانه تمرکز دارند و تابعی از محیط بیرون هستند ۲) مدل های فیزیولوژیکی روی گیاه و رابطه آن با میکروکلیمای گلخانه تمرکز دارند.
مدل های شبیه سازی از ساده تا پیچیده هستند و استفاده زیادی دارند، اگر به خوبی درک شوند برای شبیه سازی وضعیت واقعی با هزینه کم اعتبار دارند. در طراحی گلخانه های کم هزینه مدیترانه ای مدل ساده شبیه سازی انتقال شعشع که در کسب نور خورشید با هزینه کم کارایی بیشتری دارد، استفاده زیادی دارد. در سطح پیچیده تر، مدل های شبیه سازی متنوعی برای تعادل انرژی، رشد و تولید گیاه وجود دارد.
استفاده از مدل ها
مدلها ابزار بسیار مفیدی برای تحقیق محیط فیزیکی گلخانه، رشد و تولید گیاه هستند در ابتدا از مدل های ساده ثابت استفاده می‌شد. مدل ها در طراحی و مدیریت سیستم های کنترل استفاده زیادی دارند. اما کاربرد آنها در مقیاس تجاری محدود است، و محدود به گلخانه هایی است که کاملا مجهز هستند. مدل های ساده نظیر RULE THUMB و مدل های مقیاسی در گلخانه های مدیترانه ای استفاده می شود. در این گلخانه ها از نظر سطح پیچیدگی و عملی بیشترین توجه به مدل های کنترل آبیاری و تجزیه تحلیل پتانسیل عملکرد گیاه زراعی است. امروزه در گلخانه های مجهز، مدل ساده کنترل دمای هوا (وابسته به مقدار نور موجود استفاده میشود. نیاز به مدل های ساده و جامع باعث شده که در استفاده از مدل ها توسط کاربرد احتیاط شود. علاوه بر این کار جمع آوری اطلاعات مربوطه (برای مثال روی توزیع مواد پرورده) باید قبل از استفاده از مدلها انجام شود که در خیلی از موارد در دسترس نیست. اولین موردی که در کنترل اقلیم گلخانه باید در نظر گرفته شود این موضوع است که هدف تولید کننده دستیابی به حداکثر سود است. به دلیل تنوع در میان گیاهان، تصمیم گیری نهایی بر عهده تولید کننده است که از چه مدلی استفاده کند.
مدیریت کامپیوتری اقلیم
کنترل های انجام شده درسیستم های مدیریت گلخانه
هدف اولیه سیستم های کنترل سیستم گرمایشی، عرضه حرارت با توجه به نیازهای گیاه است. هدف ثانویه گرفتن رطوبت هوا است. هدف اصلی سیستم تهویه جلوگیری از افزایش دما داخل بیشتر از حد آستانه است. اهداف ثانویه نیز رطوبت زدایی و ورودی دی اکسید کربن است. برای مدیریت دما، رطوبت و دی اکسید کربن سنسور مورد نیاز است که ممکن است در اثر بارندگی یا باد محدود شوند.
تنها هدف سیستم های سایه کاهش تشعشع به حد نرمال با هدف کاهش دما، زمانی است که ظرفیت بالایی از تشعشع وجود دارد.
سنسورهای باز کننده دریچه عرضه دی اکسید کربن فقط در طول روز عمل می کنند، با دی اکسید کربن تشعشع هم وارد می شود.
رطوبت سازی با استفاده از سنسورهای رطوبت و دما باعث حفظ رطوبت و فشار بخار آب درگلخانه می شود.از چندین سنسور برای تنظیم همه این سیستمها (صفحات حرارتی و سیستم رطوبت زدایی) می توان استفاده کرد. ساده ترین سیستم های کنترل از ساعت استفاده میکنند.
سیستم های کنترل دیجیتال
در طول جنگ جهانی دوم، از سیستم های کنترل با تکنولوژی آنالوگ برای به دست آوردن ورودی ها (اندازه گیری پارامترهای محیطی و محاسبه خروجی ها، کنترل مکانیسم ها و ابزار از مدارهای الکتریکی استفاده می کردند. ورود سیستم های کنترل دیجیتال سیستم های پیچیده تر را با هزینه کمتر مدیریت می کند و به همین دلیل سیستم های کنترل دیجیتال را به تدریج جایگزین سیستم های کنترل آنالوگ کرد.
اساس سیستم کنترل دیجیتال تشکیل شده از: ۱) کنترل کننده کامپیوتری اقلیم ( Climate Computer)۲) تجهیزات تصحيح (گرمادهی، تهویه و …) ۳) سنسورها که برای اندازه گیری پارامترهای مختلف باید تنظیم شوند.
کنترل اقليم کامپیوتری
در کنترل کامپیوتری اقلیم، پارامترهایی نظیر دما، نور، رطوبت، دی اکسید کربن و گردش هوا باید تنظیم شوند. نقش آن اندازه گیری پارامترهای مختلف، انجام محاسبات و ارائه دستور فعال سازی به تجهیزات مورد نظر برای حفظ پارامترهای تنظیم شده در محدوده مورد نظر است.
زمانی که سنسورها با تکنولوژی آنالوگ کنترل می شوند سیگنال ها قبل از تفسیر توسط کامپیوتر با استفاده از مبدل آنالوگ دیجیتال (ADC) باید به اطلاعات دیجیتال تبدیل شوند. زمانی که سیگنال توسط سنسور اندازه گیری می شود، سیگنال توسط ADC قابل تفسیر نیست و از رابط تطبیقی سیگنال استفاده می شود برای خواندن توسط ADC. برای مثال سنسور تشعشع در اثر اختلاف پتانسيل متناسب با تشعشع ورودی یک سیگنال آنالوگ تولید می کند توسط ADC به سیگنال دیجیتال تبدیل می شود تا توسط کامپیوتر تفسیر شود. به منظور کارکرد درست تجهیزات مختلف دستورات فعال سازی کامپیوتر یا سیگنال خروجی در فشار کم (۲۴ ولت) تقویت کننده ها را فعال می کنند. تاکنون مدیریت های مختلف اقلیم و کوددهی اعمال شده است که امروز برای مدیریت بهتر، گرایش به ادغام آنها بوجود آماده است.
عملکردهای کنترل کامپیوتری اقلیم
به دلیل نیازهای ویژه هر کاربر، ارایه لیست کامل از عملکردهای احتمالی کنترل کامپیوتری اقليم غیر ممکن است. مواردی که در ادامه ذکر شده حداقل الزامات برای یک گلخانه مجهز است. مقدار مطلوب در طول روز و شب حتی در طول همان دوره (روز یا شب) متفاوت است. تغییرات اقلیمی روز و شب را می توان بر اساس ساعت یا به صورت نمودارهایی بر اساس اندازه گیری تشعشع یا محاسبه زمان طلوع و غروب خورشید گزارش کرد (بسته به عرض جغرافیایی و زمان سال، برای مثال ساعت نجومی).
کنترل دما
در گلخانه های معمولی، گلخانه دار حداقل دما را برای فعال سازی سیستم حرارتی مشخص می کند (مقدار مطلوب حرارتی). در طول روز و شب از مقادیر مطلوب مختلف استفاده میشود. همچنین برای باز شدن دریچه، حداکثر درجه حرارت را تعیین می کند (مقدار مطلوب تهویه). به طور مشابه سیستم می تواند تبخیر آب (مه، پد، فن) یا صفحات سایه را کنترل کند. امروزه بیشتر سیستم ها می توانند مقدار مطلوب را برای دوره های مستقل تنظیم یا به صورت دوره ای دوباره محاسبه کنند. مقدار مطلوب درجه حرارت را می توان بر اساس عملکرد دیگر پارامترها نظیر تشعشع تنظیم کرد. افزایش مقدار مطلوب درجه حرارت تابع افزایش تشعشع است. تنظیم مقدار مطلوب دمای شب تابعی از تشعشع روز قبل است. در سیستم حرارتی ترموسیفون برای حفظ حداقل دمای لوله و برای دستیابی دمای بالاتر برگ نسبت به دمای هوا و اجتناب از بوتريتيس (با آب زیاد القا میشود)، کنترل دمای لوله های گرمایش مستقل از هوا انجام می شود. وجود صفحات حرارتی و وجود گرمایش خاک یا بستر مقدار مطلوب درجه حرارت را تحت تأثیر قرار میدهد. مدیریت صفحات را می توان با استفاده از ساعت، تشعشع و دما انجام داد. باز شدن صفحات باید به تدریج صورت بگیرد. در مواردی که به دلیل ظرفیت کم حرارتی (سرمای شدید)، نمی توان به مقدار مطلوب رسید، مقدار مطلوب دمای بقا نسبت به حالت معمول کمتر است. سیستم های گرمایش آب داغ، اینرسی حرارتی قابل توجهی دارند، بنابراین کاربرد آنها در گلخانه های مجهز باید متناسب با کنترل کننده برنامه ریزی شود. از سیستم های کنترل روشن/ خاموش برای گرم کردن هوا استفاده می شود.
کنترل هیگرومتری (کنترل رطوبت و فشار بخار آب)
در گلخانه هایی که سیستم رطوبت زدا دارند با مقدار مطلوب رطوبت می توان رطوبت اضافی راکاهش داد. مقدار مطلوب رطوبت در روز و شب متفاوت است. در گلخانه های بدون سیستم گرمایش تنها راه کاهش رطوبت، تهویه است و در گلخانه های دارای سیستم گرمایشی با تهویه وگرمایش از رطوبت اضافی اجتناب میشود ولی انرژی زیادی مصرف می کند،در بعضی از گیاهان نظیر گوجه فرنگی برای اجتناب از تجمع رطوبت روی گیاه تهویه و گرمایش همزمان صورت می گیرد. با کم شدن رطوبت در طول روز سیستم های مه پاش، پد و فن فعال می شوند.
کنترل نور
پرده های کم کننده نور در گلخانه به صورت دوره ای و با ساعت کنترل می شود. پرده های کم کننده نور به وسیله حداکثر تابش یا آستانه دما کنترل می شوند. به طور معمول، این تجهیزات جهت جلوگیری از اثر تجمع گرما در گلخانه، به اندازه کافی باز یا بسته نگه داشته میشود. نوردهی مصنوعی برای فتوسنتز می تواند با ساعت یا مقدار مطلوب درجه حرارت تنظیم کرد.
مدیریت دی اکسید کربن
مقدار مطلوب دی اکسید کربن با تنظیم دما و تشعشع باید تنظیم شود. در عمل تغییر آن بسته به سرعت باد، جهت و درجه باز شدن دریچه کنترل می شود
کنترل پرده های پوشش گلخانه جهت کاهش تبادل حرارتی با بیرون
پرده های پوشش گلخانه در طول شب زمانی که اختلاف دما بین گلخانه و محیط بیرون زیاد باشد و یا بسته به سطح تابش، باز شده و در طول روز جمع می شوند. برای جلوگیری از سقو ناگهانی هوای سرد روی گیاه باز شدن به تدریج صورت می گیرد. با زیاد شدن رطوبت، برای کم کردن رطوبت اضافی پرده های پوشش گلخانه به آرامی باز می شوند. باز و جمع شدن پرده های پوشش گلخانه، بسته به سطح نور صورت می گیرد. همچنین هنگامی که دمای داخل خیلی زیاد است، سیستم تهویه باید باز شود. پرده های پوشش گلخانه با دو سطح نور مدیریت می شود، یکی برای استقرار و دیگری به عقب راندن. هنگامی که درجه حرارت داخلی بیش از حد است، برای جلوگیری از تجمع بیش از حد گرما، باید باز شود. پرده های پوشش گلخانه جهت کنترل طول روز معمولا کاهش آن) جهت تنظیم نور ورودی به گلخانه با ساعت کنترل می شوند.
کنترل هشدارها
هشدارها برای ممانعت از خسارت به گیاه ضروری هستند. سیستم های کنترل، دارای اقدامات امنیتی هستند که آستانه شان توسط کاربر تعیین می شود. مهم ترین آلارم های اقلیمی، آلارمهایی هستند که مقدار مطلوب حداقل و حداکثر دما را هشدار می دهند. دیگر آلارمها مربوط به رطوبت و دی اکسید کربن می باشند. وجود آلارم ها نیاز برای تعمیر و نگهداری پیشگیرانه را محدود نمی کند تایید پروبها، مدارها و … در مناطقی که طوفان معمول است سیستم هشدار باید از اختلالات الكترومغناطیسی و الکتریکی محافظت شود (برای اجتناب از رعد و برق).
ارتباط با کاربر
کاربر می تواند مقدار مطلوب را تغییر دهد و فاکتورهای مربوط به تنظیم مقدار مطلوب را در طول روز با استفاده از تنظیم سیستم هوشمند مدیریت کند. ارتباط با کاربر از طریق کنترل از راه دوره زمانی که رابط مناسب ارتباطی وجود دارد امکانپذیر است. عمده ترین ارتباط وایرلس (به وسیله امواج رادیویی) ارتباط تلفنی و سیم (با کابل های سنتی) است. یک جنبه مهم ضروری که در ارتباط با کاربر باید نظر گرفته شود، هشدار زنگ در مواقع خرابی است. همه داده های ثبت شده در طول روز می توانند ذخیره شوند. به علاوه هنگامی که همه عناصر مورد نیاز فراهم باشد سیستم ممکن است کارایی یک کامپیوتر شخصی را داشته باشد (نمایش بصری داده ها، دانلود داده ها، پرینتر و …)
به سمت کنترل یکپارچه
مدیریت یکپارچه کوددهی و کنترل اقلیم در بعضی از گلخانه های مدرن تجاری استفاده میشود. در آینده به منظور بهینه سازی کنترل در گلخانه های مجهز، مدیریت یکپارچه رشد گیاه در ارتباط با جنبه های اقتصادی تولید با کنترل اقلیم و کوددهی ضروری است. بنابراین تولیدکنندگان نسل جدید باید در تفسیر داده ها و استفاده از اطلاعات تکنیکی در فرایند تصمیم گیری تخصص داشته باشند. قبل از این اتفاقات به دست آوردن اطلاعات مورد نیاز درباره رشد گیاه و دیگر شرایط ذکر نشده درباره شرایط محلی ضروری است.
مکانیزاسیون
در مفهوم کلی تنظیم، علاوه بر طراحی ساختاری و سنجش انرژی دیگر جنبه ها نظیر ۱دسترسی به همه نقاط گلخانه ۲- استفاده موثر از ماشین آلات موجود ۳- کارایی و سلامت نیروی کار باید در نظر گرفت. در بیشتر گلخانه ها هزینه نیروی کار که عمده ترین هزینه متغیر است را می توان با ۱- وسایلی که به مدیریت حمل و نقل کمک می کنند (برای مثال چرخ دستی و وسایل نقلیه) ۲- سازمان دهی بهتر کار و ۳- عملیات اتوماتیک نظیر کوددهی کاهش داد.
راهروها و مسیرها که اجازه برداشت آسان محصولات از گلخانه را میدهند اهمیت زیادی دارند. زیرا یکی از پرکارترین مسایل در نیروی کارگری گلخانه های تولید سبزیجات، برداشت است. تمام نقاط گلخانه باید قابل دسترس وسایل نقلیه یا چرخ دستی باشد. این مسافت نباید بیشتر از ۲۰ تا30 متر باشد.
عملیات مکانیزاسیون
عملیات آماده سازی خاک را می توان مکانیزه کرد. زیرا تراکتورهای کوچک با انواع ابزار برای این عملیات وجود دارد. کاشت یا نشاکاری با دست انجام میشود اما در سطح وسیع می تواند مکانیزه شود. آبیاری و کوددهی با استفاده از آبیاری معمول قطره ای به صورت خودکار با درجات متفاوت، بسته به خصوصیات ویژه هد کوددهی انجام میشود. تیمار آفت کش به صورتمحلول پاشی انجام میشود. محلول پاشی در گلخانه های کوچک با تجهیزات سبک نظیر محلول پاش های پشتی یا قابل حمل مجهز به مخرن کوچک، پمپ و شیلنگ و تراکتور با موتور بنزینی یا الکتریکی و در گلخانه های بزرگ داخل خط لوله ثابت متصل به سیستم پمپ و تانک قرار گرفته در بیرون گلخانه (سیستم مرکزی)، انجام میشود. برای این کار با حجمهای کم، تجهیزات مناسب در فروشگاه ها موجود است پرورش گیاهان با ارتفاع زیاد تنوع کار زیادی دارند (هرس، برگ زدایی و برداشت که باید در ارتفاع خاصی انجام شود و موجب ایجاد سیستم های مختلف نظیر سکوهای بالابر برای بلند کردن کارگر از سطح زمین شده است. در گیاهان دیگر نظیر گوجه فرنگی تکنیکهای مختلفی نظیر خوابانیدن بوته ها، اجازه کار در سطح پایین تر را می دهد. با توجه به فشار کارگری بالا در گلخانه های بزرگ بویژه سبزیجات، استفاده از مکانیزاسیون جهت کاهش هزینه ها و افزایش کارایی اجتناب ناپذیر شده است. در ارتباط استفاده از انواع چرخ و گاری ویژه در گلخانه ها مرسوم شده است. ریل های هادی که همزمان نقش لوله های گرمایشی را دارند به طور گسترده استفاده میشود. بعضی از گلخانه های پیشرفته قلمه یا گیاهان زینتی از سیستم حمل و نقل هوایی استفاده می کنند.
در گلخانه های پیشرفته کشورهای شمالی برای انتقال محصولات برداشت شده از کانال های کوچک جریان آب استفاده می شود .اما در سایر نقاط جهان این شیوه گسترش نیافته است.استفاده از چندین سیستم اتوماتیک برای استفاده حداکثری از فضای گلخانه و کاهش نیروی کارضروری است ودرحال حاضر برای تولید قلمه ها و گیاهان گلدانی رباط ها برای انجام کارهای گلخانه به کار گفته می شوند.
سطح پوشش گلخانه
نسبتی از کل فضا که توسط گیاه زراعی در گلخانه پوشیده شده،سطح پوشش گلخانه نام دارد.برای گونه های کم تراکم نظیر سبزیجات گیاهان را معمولا در یک یا دو راهرو اصلی می کارند که کاگر از طریق راهروهای ثانویه می تواند به نقاط گلخانه دسترسی داشته باشد از آنجایی که در نیمکره شمالی سردترین قسمت،قسمت شمالی است بهتر است در سمت شمالی،یک راهرو اصلی داشته باشیم.راهروهای ثانویه اجازه دسترسی به نقاط مختلف برای انجام مراقبت های گیاهی را می دهند.
در گونه های با ارتفاع زیاد، راهروها به طور کامل توسط گیاه پوشیده میشوند. در گیاهان با تراکم زیاد نظیر نخود فرنگی به دلیل ممانعت از عبور کارگران معمولا از آرایش طولی استفاده می شود .
با این حال، نکته مهم از نظر تولید، دریافت تشعشع خورشید توسط سبزیجات است. دریافت تشعشع کافی ضریب اشغال واقعی گیاه را تعیین می کند و به اندازه گونه گیاهی، تکنیکهای استفاده شده برای هرس و فرم دهی رشد و همچنین تراکم و آرایش گیاه بستگی دارد. در عمل و در اکثر گیاهان پابلند در طول روز سایه در راهروها باقی می ماند. در گونه هایی که کم و بیش برگهای افقی دارند وقتی که شاخص سطح برگ به ۳ می رسد تشعشع قابل قبول به راحتی توسط چندین لایه برگی دریافت میشود . قرار گرفتن ردیف های محصول در جهت شمال جنوب در برخی محصولات به ویژه گیاهان زینتی گیاهان نور پسند) دریافت تشعشع بین گیاهان را یکنواخت می کند. زمانی که گیاهان قلمه ای یا زینتی پرورش داده می شوند برای راحتی کار می توان گیاهان را روی میز یا پلیت هایی با ارتفاع 8/0 متر قرار داد. در این مورد زمانی که پلیتها تثبیت شدند آرایش معمول راهروها طولی یا جزیره ای است. سرعت اشغال در آرایش طولی کمی کمتر (حدود ۶۵ درصد) از جزیره ای (حدود ۷۵ درصد) است. آرایش دیگر که گرانتر هم می باشد، سینی های نیمه متحرک هستند که جابجا می شوند و اجازه افزایش اشغال فضای گلخانه به ۹۰-۸۵ درصد را می دهد.
عرض راهروها ۵۰-۴۰ سانتی متر و سینی ها یا پلیتها ۲-۱/۶ متر عرض دارند و از هر دو طرف قابل دسترس هستند. استفاده از فریم های گیاهی با هدف افزایش اشغال فضا، میکروکلیمای متفاوتی بین گیاهان ایجاد می کند و احتمالا تشعشع فعال فتوسنتزی موجود را برای گیاه کم می کند . سود آوری استفاده از آن نیز قابل سوال و بررسی است. در گیاهان زراعی قرار گیری چند خط از گلدان در ارتفاع متفاوت اجازه افزایش ۱۰ تا ۲۰ درصد اشغال فضا را می دهد. البته باید توجه داشت که سایه اضافه ایجاد نشود. ابزارهای ثابت یا متحرک دیگری وجود دارند که اجازه افزایش تعداد گلدان در گلخانه را می دهند، اما برای گونه های با نیاز نوری کم مناسب هستند. جنبه مهمی که در آرایش غیر متعارف باید در نظر گرفت تفاوت در میکروکلیما از نظر نور و دما است.
خلاصه
- مقایسه بین مقدار اندازه گیری شده و مقدار آستانه تنظیم پارامتر (دما، رطوبت و دی اکسید کربن) اساس کنترل اقلیم است. اگر بین مقدار اندازه گیری شده و آستانه تفاوت وجود داشته باشد ابزارها (سیستم تهویه، سیستم گرمایشی و ..) برای کاهش تفاوت عمل می کنند.
- تنظیم می تواند به صورت دستی یا اتوماتیک باشد. بسته به روش محاسبه اطلاعات کنترل کننده می تواند پیشرفته و غیر پیشرفته باشد. در کنترل کننده غیر پیشرفته تنها دو گزینه روشن / خاموش وجود دارد. کنترل کننده های پیشرفته بسته به نوع عمل ابزار تنظیم چند نوع هستند؛ ۱- کنترل متناسب (P)، ۲- کنترل یکپارچه متناسب (PI)، و 3- کنترل تلفیقی متناسب (PID).
- سیستم های کنترل گلخانه انواع مختلف تنظیم کننده استفاده می کنند. کنترل پیش خور برای پیشگیری از افزایش یا کاهش پارامتر تنظیم شده است و از کنترل پس خور برای پاسخ به مقدار اندازه گیری شده استفاده می شود. در فرایند کنترل هر دو می توانند دخیل باشند.
- مدل شبیه سازی، ساده شده یک سیستم یا قسمتی از یک سیستم است که در انواع مختلف هستند. در گلخانه دو نوع مدل داریم: ۱- مدل های فیزیکی که مربوط به میکروکلیمای گلخانه هستند و به میکروکلیمای بیرون بستگی دارند و ۲- مدل های فیزیولوژیکی که روی رابطه گیاه و میکروکلیما تمرکز دارند.
- مدل های شبیه سازی اگر به خوبی درک شوند استفاده زیادی دارند و برای شبیه سازی موقعیت های واقعی با هزینه کم مناسبند. این مدل ها برای تحقیق در محیط گلخانه، رشد و تولید گیاه ابزار مفیدی هستند.
- در گلخانه های مجهز کنترل اقلیم با استفاده از مدل های ساده است.
- استفاده از کنترل کامپیوتری اقلیم در گلخانه ها بسیار معمول است و ممکن است مستقل با هماهنگ با کوددهی باشد.
- سیستم کنترل اقلیم دیجیتال از ۱) کنترل کننده ۲) ابزار اصلاح گر و ۳) سنسور اندازه گیری پارامترهایی که باید تنظیم شوند، تشکیل شده است.
- هر گلخانه بسته به ابزار و سطح پیشرفت، نیاز کنترلی ویژه ای دارد. سیستم کنترل اقلیم، درجه حرارت، رطوبت، دی اکسید کربن، نور و گردش هوا را که باید تنظیم نشوند مدیریت می کند .
- به طور کلی جنبه هایی که در تنظیم گلخانه در نظر گرفته می شوند عبارتند از: ۱) دستیابی به همه نقاط گلخانه ۲) استفاده موثر از ماشین آلات موجود و ۳) اشغال فضای مناسب به همراه بازدهی نیروی کار و سلامت آنها۔
- وجود راهروها در گلخانه به مدیریت حمل و نقل کمک می ک کند (چرخ دستی و وسایل نقلیه)، سازماندهی کار و عملیات اتوماتیک (نظیر کوددهی برای به حداقل رساندن هزینه نیروی کار که مهمترین هزینه های تولید است ضروری است.
- به منظور بهینه سازی سرعت اشغال گلخانه (قسمتی از كل ناحیه که توسط گیاه اشغال می شود) بسته به گیاه (تراکم، اندازه، رشد) آرایش های مختلفی وجود دارد. اما از نقطه نظر تولید دریافت تشعشع توسط گیاه اهمیت زیادی دارد. برای گیاهان قلمه ای یا گلدانی در گلخانه، برای آسان کردن عملیات کشاورزی و پرورش آنها، گیاهان را روی میز قرار می دهند. در این مورد چند گزینه وجود دارد شامل صفحات ثابت یا متحرک برای به حداکثر رساندن اشغال گلخانه.
