DB4201T604-2019智慧农业 种养殖自动控制设备通用技术要求.pdf

ICS 65.020.01 B 07 DB4201 武汉市地方标准 DB4201/T 6042019 智慧农业 种养殖自动控制设备通用技术要求 武汉市市场监督管理局 发 布 2019-12-15 发布 2020-01-15 实施 DB4201/T 6042019 I 前 言 本标准按照GB/T 1.1-2009标准化工作导则 第1部分:标准的结构和编写给出的规则起草。本标准由武汉市农业科学院农业机械化研究所提出。本标准由武汉市农业科学院归口。本标准起草单位：武汉市农业科学院农业机械化研究所。本标准主要起草人：王琢、高星星、肖进、王锐、张俊峰、陈鸿、罗友谊、万勇、张唐娟、张尉、罗欣、郭振宁。本标准首次发布。DB4201/T 60420191 智慧农业 种养殖自动控制设备通用技术要求 1 范围 本标准规定了智慧农业系统中自动控制设备涉及的设备功能要求、基本设计要求、智慧种植控制系统技术要求、智慧养殖控制系统技术要求、通信要求、安全要求。本标准适用于武汉市范围内智慧农业电气设备的自动控制要求。2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB 4343.1 电磁兼容 家用电器、电动工具和类似器具的要求 第一部分:发射 GB 4343.2 电磁兼容 家用电器、电动工具和类似器具的要求 第二部分:抗扰度 GB/T 4588.3 印制板的设计和使用 GB 4793.1 测量、控制和实验室用电气设备的安全要求 第1部分：通用要求 GB/T 5465.2 电气设备用图形符号 第2部分：图形符号 GB 7947 人机界面标志标识的基本和安全规则 导线颜色或字母数字标识 GB/T 16261 印制板总规范 GB 18209.2 机械电气安全 指示、标志和操作 第2部分：标识要求 GB/T 20271 信息安全技术 信息系统通用安全技术要求 GB/T 36470 信息安全技术 工业控制系统现场测控设备通用安全功能要求 GA/T 1127 安全防范视频监控摄像机通用技术要求 NY/T 3213 植保无人飞机 质量评价技术规范 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。3.1 智慧农业 利用信息技术对农业生产进行定时定量管理，根据农产品的生长情况合理分配资源，实现农业精细化、高效化、绿色化。3.2 农业自动化系统 利用计算机技术、自动控制技术、现代通讯技术、电力电子技术集成农业生产过程中的智能设施装备，实现智能、自动控制的系统。3.3 DB4201/T 6042019 2 传感检测设备 用于采集农业环境信息，并将物理信息、化学信息转换为电信号的设备。3.4 本地控制设备 安装在设施装备现场，能对传感检测设备进行数据采集和对执行设备进行控制的具有人机交互的设备。3.5 中央控制设备 安装在中央控制室，能对接入的本地控制设备进行集中管理的具有人机交互的设备。3.6 移动控制设备 能够在移动状态下进行监控的设备。3.7 视频监控设备 能够输出视频信号，用于监控设施装备运行状态的设备。3.8 协议转换设备 能够使通信网上采用不同高层协议的系统实现互相通讯的设备。3.9 卫星定位设备 能够通过卫星进行准确定位的设备。3.10 时间触发自动控制系统 设备在设置的时间范围内可以自动运行的系统。3.11 状态触发自动控制系统 设备在设置的状态参数下可以自动调节运行方式的系统。4 缩略语 下列缩略语适用于本文件。BDS：北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System）DTU：数据传输单元（Data Transfer Unit）EC：电导率（Electrical Conductance）GPRS：通用分组无线服务（General Packet Radio Service）DB4201/T 6042019 3 GPS：全球定位系统（Global Positioning System）HMI：人机接口（Human Machine Interface）LTE：长期演进（Long Term Evolution）NB-IoT：窄带物联网（Narrow Band Internet of Things）PoE：以太网供电（Power Over Ethernet）TTL：晶体管-晶体管逻辑电平（Transistor Transistor Logic）Wi-Fi：无线保真（Wireless-Fidelity）5 设备功能要求 5.1 传感检测设备应满足以下功能：有线传感器应具有TTL、RS-232、RS-422、RS-485、以太网、现场总线、电压、电流、频率中的任意一种信号接口；数字传感器应具有地址设定的功能；内置电池供电的传感器应具有电池剩余电量发布的功能。5.2 本地控制设备需要满足以下功能：应具有连接传感检测设备和执行设备的功能；应具有时间触发控制的功能；应具有传感检测设备状态触发控制的功能；应具有传感检测设备接入识别、故障识别的功能；宜具有接入中央控制设备的功能；宜具有接入互联网的功能；宜具有本地数据存储的功能。5.3 中央控制设备需要满足以下功能：应具有本地控制设备接入识别、工作状态显示、掉线告警的功能；应具有传感检测设备接入识别、故障识别的功能；应具有同步本地控制设备时间的功能；应具有多通道同步控制和单通道独立控制的功能；应具有时间触发控制的功能；应具有传感检测设备状态触发控制的功能；宜具有接入互联网的功能。5.4 移动控制设备需要满足以下功能：应具有便于用户使用的操作界面；应具有用户访问权限管理的功能；应具有向用户推送消息的功能；应具有系统实时工作状态显示的功能；应具有同步本地控制设备时间的功能；应具有多通道同步控制和单通道独立控制的功能；应具有时间触发控制的功能；宜具有传感检测设备状态触发控制的功能；可具有场景设定的功能，并且名字可以由用户编辑。DB4201/T 6042019 4 5.5 协议转换设备需要满足以下功能：应具有接入互联网的功能；应具有RS-232、RS-485、RS-422、现场总线、无线射频信号中的任意一种接口；应具有设备管理的功能；可具有PoE供电的功能。5.6 卫星定位设备需要满足以下功能：国内生产的设备应支持BDS卫星导航系统；国外生产的设备应支持BDS、GPS、GLONASS、Galileo卫星导航系统中的任意一种；可设置基准站，采用差分定位方式。5.7 视频监控设备 视频监控设备需要符合GA/T 1127的规定。5.8 无人植保飞机 无人植保飞机需要符合NY/T 3213的规定。6 基本设计要求 农业自动化设备和系统需要满足以下设计要求：设计图纸中电气设备图形符号应符合GB/T 5465.2的规定；印制电路板设计应符合GB/T 4588.3和GB/T 16261的规定；导线的颜色应符合GB 7947的规定；存在机械和电气危险的区域应设置标志，标志应符合GB 18209.2的规定；自动控制设备的电磁干扰性应符合GB 4343.1的规定，电磁抗干扰性应符合GB 4343.2的规定；应具有良好的HMI，用户可以获取系统运行状态和下发控制命令，也可以根据实际情况设置时间触发自动控制和状态触发自动控制的预定条件；应具有手动强制停止运行的功能；设备发生故障时，系统应发出报警信号，并能够复位和记录异常事件；自动控制设备配套软件应可以进行升级；宜具有记录、导出传感器历史数据和用户操作事件数据的功能，本地保存时间大于30天。7 智慧种植控制系统技术要求 7.1 温室自动控制系统 7.1.1 测量内容和执行设备 7.1.1.1 基本测量内容需要满足以下要求：应包括室外空气温湿度、室外光照强度、室外风速风向、降雨强度、室内空气温湿度、室内光照强度；宜包括室内土壤温湿度、EC、pH；可包括室内CO2浓度。7.1.1.2 执行设备需要满足以下要求：DB4201/T 6042019 5 应包括遮阳保温设备、湿帘风机降温设备、通风设备、补光设备；宜包括加热设备、喷雾增湿设备、灌溉设备、施肥设备、施药设备；可包括CO2发生设备。7.1.2 测量范围与精度 测量范围与精度应符合表1的要求，其中，温室的风速、风向测量周期应小于或等于5 s，其余参数测量周期小于或等于10 min。表1 温室自动控制系统测量内容及要求 测量内容 测量范围要求 测量精度要求 空气温度 温室外部：-1050 温室内部：-1060 0.5 空气湿度 0%RH100%RH 5%RH 土壤温度-1060 0.5 土壤湿度 0%RH100%RH 5%RH 土壤EC 0 ms/cm10 ms/cm 3%土壤pH 0 pH14 pH 0.1 pH 光照强度 10 Lux200 000 Lux 7%风速 0 m/s32.6 m/s 0.6 m/s 风向 0360 5 降雨强度 0 mm/min4 mm/min 5%CO2浓度 0 ppm2 000 ppm(40 ppm+3%F.S.)7.1.3 控制要求 温室自动控制系统需要满足以下控制要求：控制对象应包括空气温度、空气湿度、光照强度，宜包括土壤环境，可包括CO2浓度，控制对象与执行设备的关系如表2所示；遮阳保温设备、湿帘风机降温设备、通风设备、补光设备应具有手动控制和时间触发自动控制的功能；空气温度、空气湿度宜实现状态触发自动控制；温室的天窗、侧窗、屋顶侧墙遮阳保温设备应能够控制开合程度。表2 温室控制对象及其执行设备 控制对象 执行设备 空气温度 遮阳保温设备、湿帘风机降温设备、通风设备、加热设备 空气湿度 喷雾增湿设备、湿帘风机降温设备、通风设备 光照强度 遮阳保温设备、补光设备 CO2浓度 CO2发生设备、通风设备 土壤环境 灌溉设备、施肥设备 7.2 智能苗床自动控制系统 DB4201/T 60420196 7.2.1 测量内容和执行设备 7.2.1.1 基本测量内容需要满足以下要求：应包括苗床内空气温度；宜包括床内空气湿度、穴盘基质湿度。7.2.1.2 执行设备需要满足以下要求：应包括加热设备、电动保温膜；宜包括灌溉设备、喷雾增湿设备。7.2.2 测量范围与精度 测量范围与精度应符合表3的要求，床内空气温度测量周期应小于或等于1 s，床内空气湿度、床内光照强度应小于或等于1 min。表3 智能苗床自动控制系统测量内容及要求 测量内容 测量范围要求 测量精度要求 空气温度-10600.5 空气湿度 0%RH100%RH 5%RH 基质湿度 0%RH100%RH 5%RH 7.2.3 控制要求 智能苗床自动控制系统需要满足以下控制要求：加热设备应具有状态触发自动控制的功能，温度控制的上限应大于或等于30，控制精度应小于或等于1；电动保温膜应具有手动控制和时间触发自动控制的功能，可以设置收拢保温膜的时刻及收拢状态的持续时间；用户可以控制保温膜的开合程度。7.3 植物工厂自动控制系统 7.3.1 测量内容与执行设备 7.3.1.1 基本测量内容需要满足以下要求：应包括植物工厂内部空气温湿度、内部光照强度、内部CO2浓度、营养液温度、营养液EC、营养液pH、营养液溶解氧含量；宜包括厂外空气温湿度。7.3.1.2 执行设备应包括但不限于：空调；风机；喷雾增湿设备；补光设备；CO2发生设备；营养液加热冷凝设备；供液电磁阀；营养液增氧设备。DB4201/T 6042019 7 7.3.2 测量范围与精度 测量范围与精度应符合表4的要求，测量周期应小于或等于1 s。表4 植物工厂自动控制系统测量内容及要求 测量内容 测量范围要求 测量精度要求 空气温度 内部：1040 外部：-1050 0.5 空气湿度 0%RH100%RH 5%RH 光照强度 10 Lux200 000 Lux 7%CO2浓度 0 ppm2 000 ppm(40 ppm+3%F.S.)营养液温度 1040 0.5 营养液EC 0 ms/cm10 ms/cm 3%营养液pH 0 pH14 pH 0.1 pH 营养液溶解氧含量 0 mg/L20 mg/L 3%7.3.3 控制要求 植物工厂自动控制系统需要满足以下控制要求：植物工厂自动控制系统控制对象应包括空气温度、空气湿度、光照、CO2浓度、营养液温度与组分，控制对象与执行设备的关系如表5所示。空气温度、空气湿度、CO2浓度、营养液温度应可以实现状态触发自动控制，光照、营养液组份应可以实现手动控制和时间触发自动控制；补光设备宜具有控制光照配方的功能；营养液管理系统宜具有控制营养液配方的功能，宜具有营养液回收循环利用的功能。表5 植物工厂控制对象及其执行设备 控制对象 执行设备 空气温度 空调、风机 空气湿度 空调、风机、喷雾增湿设备 控制对象 执行设备 光照 补光设备 CO2浓度 CO2发生设备、风机 营养液温度与组分 加热冷凝设备、供液电磁阀、增氧设备 7.4 露地种植自动控制系统 7.4.1 测量内容和执行设备 7.4.1.1 基本测量内容需要满足以下要求：应包括光照强度、风速、风向、降雨强度、空气温湿度、土壤温湿度；宜包括土壤盐分、土壤EC、土壤pH。7.4.1.2 统计数据需要满足以下要求：应包括日照时数、月降雨量、年降雨量、月平均温度、风速风向信息。DB4201/T 6042019 8 7.4.1.3 执行设备需要满足以下要求：应包括灌溉设备、施肥设备；可包括施药设备。7.4.2 测量范围与精度 测量范围与精度应符合表6的要求，风速、风向测量周期应小于或等于10 s，降雨强度、光照强度测量周期应小于或等于2 min，其余参数测量周期小于或等于10 min。表6 露地种植自动控制系统测量内容及要求 测量内容 测量范围要求 测量精度要求 光照强度 10 Lux200 000 Lux 7%风速 0 m/s32.6 m/s 0.6 m/s 风向 0360 5 降雨强度 0 mm/min 4 mm/min 5%空气温度-1050 0.5 空气湿度 0%RH100%RH 5%RH 土壤温度-1050 0.5 土壤湿度 0%RH100%RH 5%RH 土壤盐分 0 mg/L8 000 mg/L 7%土壤EC 0 ms/cm10 ms/cm 3%土壤pH 0 pH14 pH 0.1pH 7.4.3 控制要求 露地种植自动控制系统需要满足以下控制要求：露地种植自动控制系统灌溉、施肥设备应具有用户手动控制、时间触发自动控制的功能，可具有状态触发自动控制的功能；应能够对各个区域的灌溉设备、施肥设备进行独立控制；应能够获取当地气象信息，灌溉设备、施肥设备的自动控制策略应考虑气象信息。7.5 水肥一体化自动控制系统 7.5.1 测试内容与执行设备 7.5.1.1 基本测试内容应包括EC、pH、流量；宜包括光照强度与辐射、土壤湿度。7.5.1.2 执行设备应包括水源泵、施肥泵、灌溉电磁阀。7.5.2 测量范围与精度 测量范围与精度应符合表7的要求。表7 水肥一体化自动控制系统测量内容及要求 测试内容 测量范围要求 测量精度要求 EC 0 ms/cm 10 ms/cm 3%pH 0 pH14 pH 0.1 pH 流量 0 m/s1.5 m/s 0.1 m/s DB4201/T 6042019 9 7.5.3 控制要求 水肥一体化自动控制系统需要满足以下控制要求：水肥一体化自动控制系统应具有用户手动控制、时间触发自动控制的功能，宜具有状态触发自动控制的功能；在时间触发自动控制模式下，用户设置灌溉时间、灌溉水量、施肥种类和施肥量等参数，系统按照设定的参数自动灌溉；在状态触发自动控制模式下，系统可以根据土壤墒情、光照强度与辐射自动灌溉；用户应能够设置每次灌溉的水肥配比、灌溉时长、灌溉通道；系统可具有编辑和保存场景的功能，用户可以根据不同作物在不同生长阶段的需水需肥规律，编辑并保存相应的控制模型。8 智慧养殖控制系统技术要求 8.1 水产养殖自动控制系统 8.1.1 测量内容和执行设备 8.1.1.1 基本测量内容需要满足以下要求：应包括溶解氧含量、pH、温度；可包括总氨氮、盐度、浊度、水位。8.1.1.2 执行设备需要满足以下要求：应包括投饵设备、增氧设备；宜包括循环水设备。8.1.2 测量范围与精度 测量范围与精度应符合表8的要求，其中，溶解氧含量的测量周期应小于或等于3 min，其余参数测量周期小于或等于10 min。表8 水产养殖自动控制系统测量内容及精度 测量内容 测量范围要求 测量精度要求 溶解氧含量 0 mg/L20 mg/L 3%pH 0 pH14 pH 0.1 pH 温度-1050 0.5 NH3 0 mg/L0.5 mg/L 10%盐度 0 ppt10 ppt 3%浊度 0.1 NTU1 000 NTU 3 NTU 8.1.3 控制要求 水产养殖自动控制系统需要满足以下控制要求：投饵设备应具有用户手动控制、时间触发自动控制；增氧设备应具有用户手动控制、时间触发自动控制，宜具有状态触发自动控制的功能。DB4201/T 6042019 10 8.2 畜禽养殖自动控制系统 8.2.1 测量内容和执行设备 8.2.1.1 基本测量内容应包括氨气浓度、CO2浓度、空气温湿度、光照强度。8.2.1.2 执行设备应包括通风设备、降温设备、补光设备。8.2.2 测量范围与精度 测量范围与精度应符合表9的要求，各参数测量周期小于或等于10 min。表9 畜禽养殖自动控制系统测量内容及精度 测量内容 测量范围要求 测量精度要求 氨气浓度 0 ppm100 ppm 5%CO2浓度 0 ppm2 000 ppm(40 ppm+3%F.S.)空气温度-1060 0.5 空气湿度 0%RH100%RH 5%RH 光照强度 10 Lux200 000 Lux 7%8.2.3 控制要求 畜禽养殖自动控制系统需要满足以下控制要求：通风、降温设备应具有用户手动控制、时间触发自动控制、状态触发自动控制的功能；补光设备应具有用户手动控制、时间触发自动控制。9 通信要求 9.1 农业自动化系统的网络拓扑依据接入互联网方法可分为：通过路由器接入互联网、通过DTU接入互联网。9.2 通过路由器接入互联网的农业自动化系统网络结构如图1所示，系统应满足以下要求：传感检测设备和执行设备接入本地控制设备，也可以直接接入中央控制设备；集散控制系统中，本地控制设备通过RS-485、RS-422、以太网、现场总线、ZigBee、LoRa通信接入中央控制设备，中央控制设备通过以太网、Wi-Fi接入路由器；具有RS-232、RS-485、RS-422、现场总线、无线射频信号接口的本地控制设备通过协议转换设备接入路由器；具有以太网、Wi-Fi接口的本地控制设备直接接入路由器。DB4201/T 604201911 中央控制设备本地控制设备1传感检测设备执行设备有线网络、无线网络传感检测设备执行设备路由器本地控制设备3传感检测设备执行设备协议转换设备以太网、Wi-FiRS232、RS485、ZigBee、LoRa远程控制设备移动控制设备智慧农业云平台集中管理中心数据库本地控制设备4传感检测设备执行设备以太网、Wi-Fi以太网、Wi-Fi本地控制设备2传感检测设备执行设备Internet图1 通过路由器接入互联网的网络拓扑结构 9.3 通过DTU接入互联网的农业自动化系统网络结构如图2所示，系统应满足以下要求：传感检测设备和执行设备接入本地控制设备，也可以直接接入中央控制设备；集散控制系统中，本地控制设备通过RS-485、RS-422、以太网、现场总线、ZigBee、LoRa通信接入中央控制设备，中央控制设备通过GPRS、LTE、NB-IoT DTU接入蜂窝移动网络；具有RS-232、RS-485、RS-422接口的本地控制设备通过GPRS、LTE、NB-IoT DTU接入蜂窝移动网络。DB4201/T 604201912 中央控制设备本地控制设备1传感检测设备执行设备有线网络、无线网络传感检测设备执行设备本地控制设备3传感检测设备执行设备GPRS、LTE、NB-IoT DTU远程控制设备移动控制设备智慧农业云平台集中管理中心数据库本地控制设备2传感检测设备执行设备GPRS、LTE、NB-IoT DTURS232、RS485RS232、RS485图2 通过DTU接入互联网的网络拓扑结构 10 安全要求 10.1 设备安全要求 农业自动化系统的设备安全要求应符合GB 4793.1的规定。10.2 信息安全要求 农业自动化系统的信息安全要求应符合GB/T 20271和GB/T 36470的规定。_