所谓的“植物工厂”，就是在工厂化的环境下，采用LED光谱技术以及自动化设备，进行植物生产。与传统种植方式相比，“植物工厂”种出来的菜，不仅采用过滤后的饮水水源，还用紫外线空气消杀系统，保障生产无菌环境，不使用任何农药、激素、抗生素等有害物质，无病虫害，更安全更健康，种植全程检测，参照国际标准进行管控，具有更高的膳食营养价值。

一、植物工厂生产系统与装备

根据需求，确定新建植物工厂的面积和空间，采用废弃的厂房、地下空间、人防设施或者废弃集装箱等改造成植物工厂。

植物工厂配有环境控制系统、栽培系统、营养液调控系统以及光源系统。其中环境控制系统以空调系统为主体，并兼具调节新风、二氧化碳、温湿度的功能。栽培系统包括栽培架和栽培槽，栽培架可采用铝型材、不锈钢等材料，栽培槽可为塑料或PVC材料。

营养液调控系统包括营养液配比和营养液供给两部分，营养液配比系统由微量进样蠕动泵、PLC控制器、水泵等组成，实现精量控制植物工厂营养液各元素组分的量及其比例；营养液供给系统即营养液循环系统，由循环水泵、电磁阀、管道等组成，按要求实现植物工厂浅液流栽培的营养液循环设定。光源系统分为两种光源，一种为平板式光质、光强、光周期不可调式LED灯，另一种为光质、光强、交替周期可手动/智能控制的LED灯板，可根据实际需求制定。

二、植物工厂营养液/光照总控系统

植物工厂营养液/光照总控系统是使用人机交互触摸屏作为上位机，基于可编程控制器，采用用户自设定方式设计而成。该系统能够依据人工设定的参数，根据既定策略，达到营养液的分层循环，定时更新，以及自动控制作物光照时长的目的。具体地，系统由营养液自动循环子系统和LED灯光控制子系统构成。各子系统之间彼此独立，并共享同一上位机，相互协同，通过画面调用接口实时监控每个子系统实际运行情况。

上位机软件根据既定策略，发布控制命令并监控整个系统运行情况，可实现以下功能：

1.手动自动切换功能，不同模式下有不同控制方式；

2.实时显示功能，包括监控系统运行状况、实时显示系统时间和画面调用接口；

3.控制参数设置功能，包括营养液循环参数和LED灯板控制参数。

在手动模式下，可以通过屏幕按钮自由操作各个开关，包括电磁阀、水泵和LED灯；在自动模式下，要求利用用户自设定方式，将人工设定的一系列控制参数，嵌入到既定的控制决策中，当上位机发出控制指令时，控制器开关量输出端口闭合，中间继电器常开触点得电吸合，再驱动电磁阀打开从而达到控制执行器开关的目的。按需求完成集装箱植物工厂内部营养液自动循环和作物光照时长自动控制。上位机与下位机之间采用RS485的通信方式。

三、升降式营养液栽培槽

区别于植物工厂常规的固定式水培槽，本水培槽采用活动框式的栽培层升降设计，既保证了栽培介质中均匀、充足的水分或营养液，也保证了根部对氧气的需求及根伸长所需的空间。此装置可应用于育苗，避免了育苗期频繁的人工喷洒，提高了育苗效率及质量，也可应用于成苗定植，种植层高度可根据植株长势进行调节。

四、基于PC控制的智能可变LED光源系统

该LED光源以DMX512协议为基础,应用PLC控制系统，可根据不同植物各生育阶段的需光特性,通过PC终端设定LED灯板。可实现光源光质在可见光、红外光、紫外光的变换以及光强度在0-300μmol·m-2·s-1（由灯板电功率决定）范围的自动调节。该LED灯可运用于研究型植物工厂中，探求光质、光强、光周期等光要素对植物生理发育的影响机理，也可运用于规模化的生产型植物工厂中，充分发挥各种光质在植物不同生育阶段的作用。

五、智能LED灯板

新型智能LED灯板，结构简单，操作方便。运用单色光调光器和微电脑时控开关结合进行光配方设置，可以设定单色光质在一个光配方中的光强度以及开闭频率，实现单色光质PPF值（光合有效辐射单位）的连续变化及最大频率为0.5次/分钟的混合光质交替设置，同时内置电力监测仪为电能利用率的核算提供了更好的便捷性和准确度。

六、营养液精量配比系统

针对光配方影响植物根系对营养液元素选择性吸收的研究结果，提出一套营养液精良自动配比策略，并开发了可以对营养液元素如氮、磷、钾、镁、钙、铁、硼、锰、锌、铜、钼、硒等实现精量控制的营养供给系统。该系统可运用于控制无土栽培作物品质，为功能性作物的生产提供可能。

七、光伏植物工厂生产管理系统

电能是常见植物工厂系统中唯一的动力能源，耗电量大是限制植物工厂发展和大规模应用的主要因素之一。研究表明，光能是人工光型植物工厂的主要耗能设备,占整个植物工厂耗能的60%以上。因此，从降低植物工厂运行成本的角度出发,将太阳能光伏发电系统与植物工厂相结合,可将太阳能转变成电能后为植物工厂的运行提供能源。

太阳能光伏发电原理是利用太阳能电池将辐射在其表面的太阳光能转换成电能,通过控制器储存在蓄电池内。太阳能光伏发电系统主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组等组成。将新能源利用技术引入到植物工厂中，用新能源代替常规电能供能将有望降低植物工厂的运行能耗,减少植物生产对常规能源的依附。