一种利用PID控制的温室集群臭氧智能消毒方法以及消毒装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种利用PID控制的温室集群臭氧智能消毒方法，包括以下步骤：设定待消毒温室环境中的适宜臭氧浓度；在所述待消毒温室环境中通入臭氧；获得实际臭氧浓度；比较所述实际臭氧浓度与适宜臭氧浓度的数值大小，采用PID控制方法控制臭氧的通入。本发明专利技术进一步提供了具有PID控制功能的温室臭氧消毒装置。本发明专利技术提供的方法及装置可以规避臭氧浓度过大对农作物植株造成损伤，避免臭氧浓度过小对病虫害不起任何作用，安全、高效、成本低，可以实现集群管控一体化式的臭氧消毒，具有极强的推广价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及农业工程
，尤其涉及一种用于生产的臭氧消毒方法以及具有PID控制功能的温室臭氧消毒装置。
技术介绍
设施农业作为封闭或半封闭的种植环境，通过采用现代化农业工程技术、机械技术和信息装备技术，实现了摆脱传统自然环境依赖的新型农业生产方式，并通过温度、湿度、光照、CO2浓度及营养液含量等环境因子，以及作物生长发育各个环节的智能调控，创造作物最优的生产条件。当前设施农业快速发展的同时，也面临着一系列的技术瓶颈与挑战。设施农业生产中作物“忍冻挨饿”的局面时常发生。各类温室大棚、农业设施使用过程中存在早晚温差大、夏热冬凉、太阳辐射不均匀、土壤连作障碍等不利的生产因素，严重影响和阻碍了作物的正常生长。日光温室生产中，由于高温、高湿封闭的生态环境和连茬种植、蔬菜品种相对单一，为病虫害的发生、蔓延提供了有利条件。在病虫害防治方面，目前国内外提倡“预防为主，综合防治”，温室空间消毒作为绿色、环保、经济的防治手段得到大量推广和应用，常用的消毒技术有高温闷棚、土壤药剂消毒和温室药剂熏蒸消毒，但这三种消毒方法均需要人工参与、消毒周期长、消毒效果不显著，而且消毒药剂具有腐蚀性，对人体危害较大。臭氧是一种氧化性极强、功能多样化、极具开发价值的气体，对细菌、霉菌、真菌等微生物具有极强的杀灭力，其杀菌速度较氯快300-600倍、杀菌能力是氯的2倍，被广泛用于污水处理、空气净化、粮食储藏、果蔬保鲜、食品加工、医疗卫生、水产养殖、畜禽养殖及设施农业等行业和领域。另外，在一定浓度下，臭氧能与细菌、霉菌、真菌等微生物发生生化反应，用于灭菌消毒。作为一种高度不稳定、极易分解的强氧化性气体，臭氧无论在气体状态，还是溶解于水的状态，都极易分解为氧气，不产生二次残留污染。但必须注意臭氧对于植株的危害，O3进入叶肉时，气孔及叶肉组织对O3扩散具有较强的阻抗作用，同时也阻止了CO2的进入和扩散。O3能破坏叶肉栅状组织细胞，O3本身具备破坏叶绿体的能力并阻碍光合反应中部分电子传递系统；O3能损害细胞渗透性，使细胞液大量渗出，部分植物还有乙烯逸出，使植物自身早期老化等。因此，臭氧应用于设施农业时，对于臭氧浓度及作用时间的控制显得尤为重要，如有不慎容易造成作物损伤乃至作物减产。臭氧技术作为农业空间消毒的一个重要组成部分，各种类型的臭氧发生装置日趋成熟，痕量臭氧发生装置标准气体发生装置、智能型臭氧发生装置、基于单片机控制的臭氧发生装置、基于等离子体的水下臭氧发生装置，分别从臭氧应用对象(空气与水体)，臭氧产气量稳定性(可控与不可控)等角度入手，通过臭氧气源选择(空气与氧气)、调理电路设计与技术方案调整，进而实现对臭氧的智能化管理。但面向复杂多变的设施农业使用环境，臭氧高度不稳定的特点阻碍了其应用潜力的发挥，特别是在设施农业、温室大棚的空间消毒与病虫害防治方面，痕量臭氧发生装置、智能型臭氧发生装置在高温高湿的环境条件下均不能发挥臭氧的最佳效能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多用途、多场合的臭氧消毒方法。其能根据臭氧使用环境建立起臭氧浓度与使用环境特征参数间的关系模型，进而自动调整臭氧使用的适宜浓度、作用时间，采用PID(Proportion-Integral-Derivative，比例-积分-微分)控制方法，进行臭氧消毒控制。所述PID控制方法可以把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。和其他简单的控制运算不同，PID控制方法可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。具体而言，本专利技术提供了一种利用PID控制的温室集群臭氧智能消毒方法，所述方法包括以下步骤：(1)设定待消毒温室环境中的适宜臭氧浓度；(2)向所述待消毒温室环境中通入臭氧；(3)自所述通入臭氧时起，间歇采集环境参数，获得实际臭氧浓度；(4)比较所述实际臭氧浓度与适宜臭氧浓度的数值大小，采用PID控制方法控制臭氧的通入，具体为：当所述实际臭氧浓度大于适宜臭氧浓度时，停止通入臭氧；当所述实际臭氧浓度小于适宜臭氧浓度时，继续通入t分钟臭氧后，停止通入臭氧；所述t由公式：C＝343×t0.0166-345.6计算得到，其中，C为所述适宜臭氧浓度与实际臭氧浓度的差值，单位为mg/m3。本专利技术所述步骤(1)中，所述适宜臭氧浓度可以依据温室中所种植作物的特性等因素进行确定，在确定时可以参考温室的实际环境进行确定。具体而言，所述适宜臭氧浓度可以为待消毒环境中的臭氧浓度最佳值C1或待消毒环境中的臭氧浓度下限值C下。作为本专利技术的一种优选方案，所述适宜臭氧浓度不小于3mg/m3，优选为5～10mg/m3。本专利技术步骤(2)中，所述通入臭氧的浓度以不小于300mg/min为宜。作为本专利技术的一种优选方案，向待消毒温室环境中通入臭氧的速度为0.1～0.4mg·m-3·min-1，优选为0.2～0.3mg·m-3·min-1。本专利技术通过大量实验发现，采用该适宜的速度通入臭氧，可以确保后续的通入过程能够实现精确控制。本专利技术步骤(3)中，所述间歇采集环境参数优选以1～10min为间隔进行采集，更优选以3～7min为间隔。在实际操作中，最优选以5min为间隔进行采集。采用间歇采集的方式可以防止监控不及时导致的使臭氧浓度过高，造成臭氧浪费或对农作物造成伤害，同时可以确保操作的便捷性。本专利技术所述步骤(3)中，环境参数的采集模式可以为多种，可根据实际应用情况进行选择。作为本专利技术的一种具体方案，所述环境参数可以为臭氧浓度C0，在此情况下，实际臭氧浓度即等于C0。作为本专利技术的一种具体方案，所述环境参数可以为温度T和湿度RH；在此情况下，所述实际臭氧浓度C2通过以下公式计算得到：C2＝-0.059T-0.047RH+15.701，单位为mg/m3。本专利技术所述步骤(4)中，基于臭氧施用空间环境参数，建立臭氧气体浓度与作用时间的关系模型，作为PID控制的功能算法。具体而言，为将臭氧消毒技术更好地应用于设施农业生产、设施蔬菜种植与设施空间消毒，一方面尽可能减少对正常设施生产活动的干扰、避免对设施作业人员的损伤，另一方面尽可能规避连栋温室、日光温室等设施作业空间白天较为复杂多变的气候环境，更重要的是寻求设施农业适宜的臭氧释放浓度与作用时间，降低对设施蔬菜生长生理的影响。因此，运用臭氧气体进行设施空间消毒时，一般情况下安排在夜晚进行，同时要求臭氧浓度不能过大，也不能太小。国内外有大量研究不同环境作用下臭氧的衰减速率，但释放时间与臭氧浓度、温湿度高低与臭氧分解速率之间的定量关系资料报道较少。臭氧在不同环境作用下内会自行分解与衰减，随着臭氧释放时间进行着一定规律的变化。本专利技术通过长时间大量的实验研究，对不同释放时间下的臭氧浓度进行拟合结果表明：臭氧浓度最高值和释放时间有很好的非线性关系，其回归模型拟合结果为Y＝343X0.0166-345.6；其中，Y代表臭氧浓度，X代表臭氧释放时间。作为本专利技术的一种优选方案，所述方法包括以下步骤：(1)设定待消毒温室环境中的适宜臭氧浓度，所述适宜臭氧浓度不小于3mg/m3；(2)以0.1～0.4mg·m-3·min-1、优选以0.2～0.3mg·m-3·min本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用PID控制的温室集群臭氧智能消毒方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)设定待消毒温室环境中的适宜臭氧浓度；(2)向所述待消毒温室环境中通入臭氧；(3)自所述通入臭氧时起，间歇采集环境参数，获得实际臭氧浓度；(4)比较所述实际臭氧浓度与适宜臭氧浓度的数值大小，采用PID控制方法控制臭氧的通入，具体为：当所述实际臭氧浓度大于适宜臭氧浓度时，停止通入臭氧；当所述实际臭氧浓度小于适宜臭氧浓度时，继续通入t分钟臭氧后，停止通入臭氧；所述t由公式：C＝343×t0.0166‑345.6计算得到，其中，C为所述适宜臭氧浓度与实际臭氧浓度的差值，单位为mg/m3。

【技术特征摘要】
1.一种利用PID控制的温室集群臭氧智能消毒方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)设定待消毒温室环境中的适宜臭氧浓度；(2)向所述待消毒温室环境中通入臭氧；(3)自所述通入臭氧时起，间歇采集环境参数，获得实际臭氧浓度；(4)比较所述实际臭氧浓度与适宜臭氧浓度的数值大小，采用PID控制方法控制臭氧的通入，具体为：当所述实际臭氧浓度大于适宜臭氧浓度时，停止通入臭氧；当所述实际臭氧浓度小于适宜臭氧浓度时，继续通入t分钟臭氧后，停止通入臭氧；所述t由公式：C＝343×t0.0166-345.6计算得到，其中，C为所述适宜臭氧浓度与实际臭氧浓度的差值，单位为mg/m3。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)设定待消毒温室环境中的适宜臭氧浓度，所述适宜臭氧浓度不小于3mg/m3；(2)以0.1～0.4mg·m-3·min-1、优选以0.2～0.3mg·m-3·min-1的速度向所述待消毒温室环境中通入臭氧；(3)自所述通入臭氧时起，以3～7min为间隔采集环境参数，获得实际臭氧浓度；(4)比较所述实际臭氧浓度与适宜臭氧浓度的数值大小，采用PID控制方法控制臭氧的通入，具体为：当所述实际臭氧浓度大于适宜臭氧浓度时，停止通入臭氧；当所述实际臭氧浓度小于适宜臭氧浓度时，继续通入t分钟臭氧后，停止通入臭氧；所述t由公式：C＝343×t0.0166-345.6计算得到，其中，C为所述适宜臭氧浓度与实际臭氧浓度的差值，单位为mg/m3。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述采集的环境参数为温度T和湿度RH，实际臭氧浓度通...

【专利技术属性】
技术研发人员：余礼根，郭文忠，李友丽，赵倩，卫如雪，
申请(专利权)人：北京农业智能装备技术研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11