陳勇亮+徐妍清

摘 要：本文介紹了豆芽生產(chǎn)自動化改造系統(tǒng)，包括給水系統(tǒng)設(shè)計與控制系統(tǒng)設(shè)計的改造，實現(xiàn)了作坊式豆芽生產(chǎn)的自動化。通過系統(tǒng)改造大大節(jié)約了人力成本，降低了勞動強度，并且提高了工作的效率。最后通過成本與效益分析得出，該系統(tǒng)投資小、效益高，適合于在三四線城市推廣。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)工程；自動化系統(tǒng)；PLC；豆芽

中圖分類號：S24 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170733070

引言

豆芽白嫩清爽、清香營養(yǎng)，是男女老少皆宜的四季鮮蔬。據(jù)估計，全國豆芽市場每天的需求量達2.5萬t，占所有蔬菜產(chǎn)品市場的2.5%～3%，已成為年產(chǎn)值達150 億元人民幣的大產(chǎn)業(yè)[1]。

我國一直延續(xù)著豆芽作坊式生產(chǎn)，近年來，市場上出現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。以包頭市區(qū)為例，有工業(yè)化豆芽孵化生產(chǎn)線1條，作坊式生產(chǎn)20余家。此外，在西安、沈陽等地查處多起作坊式毒豆芽事件，毒豆芽事件屢禁不止，根本原因是這些生產(chǎn)者大多文化程度較低，多年來一直從事豆芽生產(chǎn)，作坊式生產(chǎn)豆芽成了維持生計的基本保障，導(dǎo)致這些生產(chǎn)者冒著違法的風(fēng)險繼續(xù)生產(chǎn)。如何以較低的成本實現(xiàn)自動化改造是提高芽農(nóng)收入，降低勞動強度的有效途徑。

1 自動化生產(chǎn)線與作坊式生產(chǎn)對比

1.1 豆芽自動化生產(chǎn)的特點

1.2豆芽作坊式生產(chǎn)的特點

圖2 豆芽作坊式生產(chǎn)的特點

通過對作坊式豆芽的自動化改造可實現(xiàn)自動化生產(chǎn)與作坊式生產(chǎn)的良性互補，達到規(guī)模化、自動化，大大降低勞動強度，并且滿足投資成本低的豆芽生產(chǎn)者的要求。

2 給水系統(tǒng)的改造

豆芽長勢的好壞取決于給水系統(tǒng)給水量的大小，水量過大，豆芽會出現(xiàn)爛根現(xiàn)象；水量過小，會抑制豆芽的生長。所以給水系統(tǒng)的設(shè)計是豆芽生產(chǎn)自動化改造的重要環(huán)節(jié)。給水系統(tǒng)的設(shè)計包括給水管線的設(shè)計、水泵選型、噴頭尺寸的設(shè)計。

2.1 給水管線的設(shè)計

以日產(chǎn)1000kg豆芽為例，每個容器豆芽100kg，需10個容器。按豆芽生長周期7d計算，每天需噴淋的70個豆芽容器。改造后，每次噴淋時間控制在45min以內(nèi)，分兩輪噴淋。

管線設(shè)計需考慮廠房面積，為節(jié)約占地空間，設(shè)計5個容器為1個噴淋組，每組1.5min/輪，則可設(shè)計1個主管線、14個一級支管線和70個2級支管線。

2.2 水泵選型[2]

根據(jù)經(jīng)驗，日產(chǎn)豆芽1000kg，每次用水量約為40t。由于實際揚程小于10m，選用出水量40t、揚程16m、功率5.5kW的潛水泵滿足設(shè)計要求。

2.3 噴頭尺寸的設(shè)計

豆芽容器開口為700mm×750mm的矩形，如果將噴頭設(shè)計為同尺寸大小，將會導(dǎo)致在制作注塑模具時尺寸較大，費用很高。設(shè)計采用4個噴頭噴淋1個豆芽容器的方式，噴頭尺寸350mm×375mm。

二級支管采用直徑25mm的塑料軟管，為保證噴淋豆芽均勻，設(shè)計噴頭出水孔間距25mm×20mm，每個噴頭設(shè)置（350/20）×（375/25）=255個孔。為保證出水流暢，需4個噴頭出水孔總面積S≥π/4×（25×25）mm2。

則，每個孔直徑D≥0.78mm，孔直徑過小會導(dǎo)致噴出的水霧化，通過實驗，設(shè)計取D=1mm。

3 系統(tǒng)的自動化控制

豆芽自動化控制系統(tǒng)，主要采用PLC來控制每個一級支管電磁閥的開啟，并在控制柜上用指示燈顯示支管開閉狀態(tài)。系統(tǒng)采用定時器自動控制水泵的開啟時間，由于水壓對豆芽的生長液有一定的影響，可采用變頻器控制和調(diào)節(jié)水壓。若整個系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)問題，設(shè)置了報警系統(tǒng)。該報警系統(tǒng)與操作員宿舍相連，防止在夜間無人看管時，出現(xiàn)系統(tǒng)報警操作員不知道。通過自動化控制設(shè)計，實現(xiàn)了全自動噴淋豆芽。

4 自動化改造的成本與效益分析

通過生產(chǎn)自動化改造，大大降低了勞動者的勞動強度，實現(xiàn)了勞動者由原來的重體力勞動轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣踊僮?，降低了人力成本。工作效率大大提高，原來每?h的工作，現(xiàn)在只需不到2h，降低了時間成本。然而，以日生產(chǎn)能力1000kg計算，自動化改造成本約3萬元，其中包括噴頭、管線、電線、PLC、電磁閥、水泵、噴頭固定支架、空氣開關(guān)、定時器等、控制柜等。

所以，豆芽的自動化生產(chǎn)改造具有較大的意義和廣闊的前景，適合在引進全自動豆芽生產(chǎn)線不經(jīng)濟的北方三四線城市推廣。

參考文獻

[1]康玉凡，陶禮明，毛振賓，等.工廠化豆芽成為現(xiàn)代加工食品新寵[J].長江蔬菜（學(xué)術(shù)版），2008（14）：73-76.

[2]楊世超，黃明健，江文博.基于單片機技術(shù)設(shè)計的自動豆芽機[J].電子世界，2013（20）：30.

作者簡介：陳勇亮（1984-），男，山西文水人，碩士，江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：機電設(shè)備。