導入資通訊技術 優化植物工廠效率

資通訊技術架構出植物工廠的主系統，透過感測與自動化技術的加持，植物工廠的效率更佳，也讓其生產履歷的建立更全面。

農業的自動化建置，一直以來多偏重在完成品品質的檢測與分裝，主要作法是在系統中設置重量感測器，在輸送帶中發現未達標準者，如重量過輕或顏色不佳，由感測系統告知控制系統挑出，或是將重量、大小相同的產品歸類，以利後續進行分裝。

這種系統的主要功能在於後續的產品品質維護與包裝人力成本的降低，然而在IT持續精進的今天，植物工廠系統已將前端產品生成的部分納入，自動化系統延伸至生產前端，降低人力成本同時提升產品品質。

植物工廠系統應用自動化技術的作法有兩種，一種是利用感測網路與自動化技術來控制生產環境，另一種則是利用RFID與條碼架構生產履歷，以訊息充分揭露的方式，讓消費者食用更安心，藉此提升購買意願，間接刺激購買慾望。

建置感測網路  充分掌握環境資訊

感測網路最大的特色在於，節點本身具備感知、運算與傳輸等能力，彼此間能相互溝通、調節、自組網路，所以2個以上，且具通訊能力的節點組成網路，就可進行資料傳遞，因此應用層面與功能皆較廣泛。

感測網路主要組成，包括通訊技術、感知器、節點、無線閘道器或協同器，以及資料中心節點上配有類比或數位感知器，具蒐集、處理資訊的能力，可用來偵測週遭環境，如溫度、溼度、光照、氣體濃度、震動幅度、紅外線、聲音等。

建置感測網路  穩定將是導入重點

從應用面來看，影響農作物的因素中，環境佔有極大比例，尤其是密閉空間內的環境更攸關產品品質，因此對環境必須有著嚴謹的監控，包括其內部必須保持負壓環境，讓空氣只能透過水濂進入；溫度和濕度的嚴格控制等各種不同參數。

無線感測網路系統主要監控溫度、濕度、風速、二氧化碳、內部壓力等不同指數，並且顯現在每座植物工廠的栽培室環境監控系統上，其基本架構除了感測器之外，後端還要有PLC控管。

系統的自動感測必須十分敏銳，當內部溫度上升至系統所設定的溫度上限時，系統的空調系統就必須自動啟動降低溫度，這背後的運作，就是由環控系統透過PLC發出訊號，開啟風扇調節溫度。

事實上，其他各種參數也由該環控系統控制，系統在處理由感測器收集而來的環境資料後，會自動將環境控制在系統限定的範圍內，比如保持內部負壓環境，讓空氣只能透過水濂進入，因此只要出入口被打開，系統就會自動以抽風的方式調節壓力等，這些動作全都由此一環境控制系統監控，並且自動進行。

感測網路是植物工廠的核心系統之一，只要一開始運作，就片刻都不能停下來，並維持其穩定運作。業者指出，曾有某家農場建置感測器時，因後端系統連接網路的廠商疏忽，沒有將一個零件鎖緊，結果系統誤判栽培室的溫度過高，造成了作物的品質出現問題，整批作物直接被丟棄。因此感測網路系統必須要有備援的機制，來減少意外發生的可能性。

感測網路目前多以乙太網路架構建置，將資料傳輸至後端系統與PLC上的線路，雖然乙太網路會有延遲問題，不過植物工廠內的資料少有即時性需求，當環境指數超過參數要啟動自動化設備時，1~2秒的延遲並不會造成損失，仍屬於容忍範圍，至於環境訊息的記錄，也不會是不間斷回傳，而是如5分鐘或10分鐘的定時回傳，在此情況下，目前乙太網路的傳輸速度對植物工廠來說已然夠用。

自動化技術  精準控制植物環境

自動化技術在植物工廠的環境控制系統分為兩部份，包括環境調節設備與自動控制設備。就環境調節設備來看，常見的有遮蔭網、風扇、水牆、加溫機、噴霧噴頭等，肩負環境內光量、溫度、相對濕度的調節工作。至於自動控制設備則指各種感測器、控制器與使用的控制策略，負責控制環境調節設備的運作。

過往台灣溫室多使用工業配電箱作為控制器，現在的植物工廠業則進展到數位控制，以搭載人機介面的可程式控制器、單晶片控制器(即微電腦)、或工業電腦進行控制，其中又以PLC或微電腦控制最為常見。

從控制器的架構、價格、功能與控制複雜度來看，可約略區分為開關(On/Off)控制、多段控制、微電腦控制、專用型環控電腦控制、集中型電腦系統控制等五種類型。

1.開關(On/Off)控制：這是工業界最基本、也是使用最廣泛的控制設備，由使用者設定一個控制參數，當感測器量測到的數據大於？小於設定參數，環境調節設備就啟動？停止運轉。

2.多段控制：多段控制其實是將數個開？關控制整合在一起，由單一控制器來指揮多項設備。以裝設3組風扇與水牆的溫室來看，倘若控制器設定標準溫度為28°C，在多段控制情況下，控制器會配合感測器的量測結果，進行多個不同階段的控制動作，分別是先關閉天窗，依序打開第1、第2及第3組風扇，最後啟動水牆幫浦，一旦溫度回到標準值，控制器便會停止發佈控制命令。

3.微電腦控制：此型控制器以IC為主，利用中央控制器的計算能力、及記憶體貯存資料的能力進行控制作業。由於控制器本身具備運算能力，可以對於量測數據進行運算，例如：計算平均值、比較最大？最小值、區別瞬間雜訊等，或者納入電子時鐘設計，提供定時控制之功能。微電腦控制兼容前述開關控制及多段控制的功能，且因為使用數位控制的緣故，其控制精準性又比前述兩者更高。

4.專用型環控電腦：專用型環控電腦的結構近似於個人電腦，具有螢幕、主機、專用鍵盤、CPU、隨機記憶體等元件，但是並不等同於個人電腦。環控電腦必需經過特殊設計，以強化硬體規格，使其能夠承受溫濕度的變化，以及瞬間的高壓電流；至於個人電腦多只出現於辦公室或家中，工作環境相當舒適且穩定。這種使用環境上的差異，造成環控電腦與個人電腦的特性截然不同。

5.整合型電腦控制系統：這是針對大規模生產的需求發展而設計，在各植物工廠栽培室環控系統之外，另外建置一套專門進行溫室環控作業的中央控制系統，由中控系統統籌控制各區的環境變化。此類設備通常屬於模組化設計，透過輸出入(I/O)介面連結外界感測器及控制器，因此擴充性很強，倘若要新建系統，只要擴充介面即可。

利用生產履歷  杜絕黑心食品

至於在生產履歷方面，植物工廠由於以人工控制方式全程培植作物，生長歷程都可被記錄，因此相對於其他一般的農作物，其生產履歷更容易建立。

就現有的技術標準來看，條碼與RFID都是生產履歷的選項，不過條碼的標準已成熟多時，廣為業界接受，RFID則因出貨量少，tag價格仍高，因此應用不多。條碼部份，一維條碼的容量為50 byte，二維條碼則有2,593 byte，後者約可儲存500個中文字，對生產履歷來說較為適用，也因此目前系統整合業者的產銷履歷多為二維條碼。

現在多數植物工廠業者所販賣的作物產品，都建有生產履歷，未來此一技術將會繼續沿用，成為植物工廠的必備技術。