CO2-FACE增強(qiáng)方案

一、概述

為預(yù)測和應(yīng)對大氣組成變化的后果，科學(xué)界作了長期的努力。上世紀(jì)80年代前，大量的研究在溫室、培養(yǎng)箱或開頂式氣箱中進(jìn)行。由于相應(yīng)的試驗(yàn)條件如溫度、風(fēng)速、濕度、降雨等因素與自然條件相去甚遠(yuǎn)，特別是系統(tǒng)中植物與昆蟲、病源的隔離，從這種模擬環(huán)境中所取得的研究結(jié)果預(yù)測大氣組成和氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)的影響，具有較多的不確定性。鑒于此，研制開發(fā)在自由空氣條件下的升高大氣某個(gè)特定組分和（或者）溫度的實(shí)驗(yàn)平臺系統(tǒng)，以在盡可能接近自然生態(tài)環(huán)境的條件下，研究生態(tài)系統(tǒng)對變化的響應(yīng)和適應(yīng)是非常必要的。

北京華益瑞科技有限公司設(shè)計(jì)的開放體系中調(diào)控CO2組分濃度和溫度的自動調(diào)控系統(tǒng)，即“二氧化碳及溫度FACE (Free Air gas Concentration Enrichment)"系統(tǒng)平臺。該系統(tǒng)在野外的目標(biāo)區(qū)域沒有任何隔離設(shè)施，氣體可以自由流通，區(qū)域內(nèi)通風(fēng)、光照、溫度、濕度等條件十分接近自然生態(tài)環(huán)境。該系統(tǒng)平臺能在比較寬的風(fēng)速范圍內(nèi)（超過國際上同類系統(tǒng)）滿足較大區(qū)域內(nèi)對目標(biāo)氣體濃度的控制精度要求（超過國際上同類系統(tǒng)）。擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的控制軟件，包括系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)采集控制和分析處理軟件包，遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理，為研究生態(tài)系統(tǒng)對大氣中CO2濃度和溫度變化響應(yīng)提供理想手段，使我國FACE平臺技術(shù)*于國際。

二、方案介紹與性能指標(biāo)

在較大區(qū)域內(nèi)改變和調(diào)控自由空氣中的特定氣體成分，是一項(xiàng)挑戰(zhàn)性很強(qiáng)的技術(shù)研究工作。世界上有多個(gè)優(yōu)良團(tuán)隊(duì)，正在研究在開放體系增加空氣中CO2、O3等多個(gè)組分濃度以及改變溫度、降水等因子的自動控制技術(shù)。世界上過去和正在運(yùn)行的FACE系統(tǒng)基本上是旱地系統(tǒng)，如美國研制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)為試驗(yàn)區(qū)域的濃度比大氣中高50%，但實(shí)際達(dá)到的指標(biāo)是平均高20%(Schroeder,2006)。由于這種平臺技術(shù)的缺陷，影響到相關(guān)研究結(jié)果的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值。

遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)管理整個(gè)平臺的運(yùn)行，設(shè)置布?xì)鈱?shí)驗(yàn)時(shí)間、氣象條件等，可進(jìn)行CO2濃度/溫度設(shè)置值或者增強(qiáng)比例/幅度設(shè)定，控制樣地?cái)?shù)據(jù)采集器獲得對照樣地?cái)?shù)據(jù)采集器的參考數(shù)據(jù)，對控制量進(jìn)行運(yùn)算，通過各種控制器、質(zhì)量流量計(jì)、調(diào)壓器等進(jìn)行實(shí)施，再通過控制樣地內(nèi)的傳感器、分析儀對樣地內(nèi)的溫度、氣體濃度進(jìn)行測量，實(shí)現(xiàn)反饋、閉環(huán)控制。

平臺結(jié)構(gòu)系統(tǒng)框圖如下：

本系統(tǒng)的控制核心部件使用CampbellScientific,Inc的數(shù)據(jù)采集器，比較國際上的FACE系統(tǒng)，有的采用了Campbll的數(shù)據(jù)采集器，有的使用PLC來控制。有的使用了電腦控制相比之下，使用采集器有如下優(yōu)點(diǎn)。

 CO2增強(qiáng)PID自動計(jì)算控制調(diào)節(jié)，PID方程  比例微積分方程（PID方程）是過程控制中常用的方法，其框圖如下：

采樣進(jìn)氣口防水汽凝結(jié)方案，防灰塵過濾

CO2進(jìn)氣組件（pn 27693）包括用于設(shè)定流量的孔口，去除大氣灰塵的過濾器和雨水分配器，這樣可以允許環(huán)境空氣自由采用而不會降低能量進(jìn)入。雨水分流器被加熱以防止冷凝。進(jìn)氣組件包括一個(gè)平衡室以抑制CO2和H2O的環(huán)境濃度的波動。

三、軟件平臺與移動監(jiān)控

 1、電腦監(jiān)控界面

O3-FACE監(jiān)控控制回路顯示，下圖為生態(tài)環(huán)境研究中心的FACE實(shí)驗(yàn)監(jiān)控界面。

O3-FACE監(jiān)控控制回路顯示，下圖為臭氧制作銷毀控制系統(tǒng)監(jiān)控界面，為了是O3的增強(qiáng)不破壞大自然和周邊環(huán)境，本系統(tǒng)采用了臭氧銷毀裝置。

2、 手機(jī)APP應(yīng)用監(jiān)控

查看數(shù)據(jù)以及曲線（Android以及ios版本）

（一） 直接點(diǎn)擊手機(jī)App:Linker，則直接進(jìn)入顯示所有在線圈名稱的界面，如下圖所示：

該界面顯示所有在線的圈地名稱，可對圈地名稱進(jìn)行修改以及添加新名稱的操作。也可直接輸入圈地編號直接點(diǎn)擊查找。