方 超，劉煜東，王曉靈

（龍游縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，324400，浙江龍游）

1 研究背景及意義

1.1 研究背景

隨著水稻生產(chǎn)機(jī)械化程度的提高，工廠化育秧流水線得到了推廣應(yīng)用。一般的育秧流水線作業(yè)主要有送秧盤(pán)、播底土、淋水、播稻種、播蓋土、出秧盤(pán)這幾道工序組成。典型的流水線如圖1 所示。

圖1 育秧流水線作業(yè)工序

其中供盤(pán)、上土、上稻種、取盤(pán)等環(huán)節(jié)均由人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大，所以流水線速度不能太快，目前在用的80%流水線的生產(chǎn)率為500～800 盤(pán)/h，而且輔助人工較多，需8～10 人。有部分流水線配套了上土機(jī)，但也不是自動(dòng)的，對(duì)于節(jié)省人工效果有限。而自動(dòng)化、智能化程度較高的高速育秧流水線（生產(chǎn)率1 200～2 000盤(pán)/h）價(jià)格高昂，動(dòng)輒幾十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)元，不適合大面積推廣。在務(wù)農(nóng)人員老齡化、甚至后繼無(wú)人的當(dāng)下，如何提高水稻育秧生產(chǎn)率、減少人工使用、降低育秧成本，已成為當(dāng)務(wù)之急。

1.2 研究意義

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有育秧流水線進(jìn)行低成本的自動(dòng)化、智能化改造，在供盤(pán)、上土、取盤(pán)等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，只需花費(fèi)數(shù)千元到數(shù)萬(wàn)元，流水線的生產(chǎn)率可達(dá)1 200-1 500 盤(pán)/h，而且用工量可減少到3～4 人，這無(wú)疑是最佳的解決方案。而光電開(kāi)關(guān)是實(shí)現(xiàn)育秧流水線智能化的利器。

光電開(kāi)關(guān)是光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱(chēng)，又稱(chēng)光電傳感器，是傳感器的一種。它利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路接通電路，從而檢測(cè)物體的有無(wú)。除了金屬，所有能反射光線（或者對(duì)光線有遮擋作用）的物體比如秧盤(pán)、基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)土均可以被檢測(cè)。它具有非接觸、體積小、功能多、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快以及抗光、電、磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

一般較為常用的光電開(kāi)關(guān)是紅外線光電開(kāi)關(guān)，通過(guò)發(fā)出紅外線光束到達(dá)或透過(guò)物體或鏡面對(duì)紅外線光束進(jìn)行反射，然后接收或到達(dá)或透過(guò)或反射回來(lái)的光束，根據(jù)光束的強(qiáng)弱判斷物體的存在。紅外線光電開(kāi)關(guān)種類(lèi)有很多，我們主要采用漫反射型、對(duì)射型兩種。下面根據(jù)育秧流水線各道工序的智能化改造分別說(shuō)明光電開(kāi)關(guān)的應(yīng)用。

2 光電開(kāi)關(guān)在育秧流水線中的應(yīng)用

2.1 自動(dòng)供盤(pán)

在流水線的前端添置一臺(tái)供盤(pán)機(jī)（見(jiàn)圖2），秧盤(pán)可以一次疊放二三十只，工作時(shí)秧盤(pán)一個(gè)一個(gè)自動(dòng)落下向前連貫輸送，這樣可大大提高供盤(pán)效率，一個(gè)人工足以勝任2 000 盤(pán)/h 的送盤(pán)任務(wù)。供盤(pán)機(jī)采用對(duì)射型光電開(kāi)關(guān)（見(jiàn)圖3），由發(fā)射器和接收器組成，結(jié)構(gòu)上是相互分離的，在光束被中斷的情況下會(huì)產(chǎn)生一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)變化，我們將發(fā)射端與接收端分別安裝于輸送軌道的兩側(cè)，用于控制秧盤(pán)棘輪電機(jī)的開(kāi)合。當(dāng)秧盤(pán)借助重力落于輸送軌道上時(shí)，遮擋了紅外光束，光電開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，棘輪電機(jī)停轉(zhuǎn)，疊放的秧盤(pán)不再落下；當(dāng)輸送軌道上的秧盤(pán)向前輸送完成后，光電開(kāi)關(guān)重新接合，電機(jī)接合帶動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)又讓下一個(gè)秧盤(pán)落下，如此循環(huán)不已。

圖2 供盤(pán)機(jī)

圖3 供盤(pán)機(jī)上的光電開(kāi)關(guān)發(fā)射端與接收端

2.2 自動(dòng)送土

送土是育秧流水線上勞動(dòng)強(qiáng)度最大的一個(gè)環(huán)節(jié)，為解決人工用工多的問(wèn)題，需要配置智能化送土系統(tǒng)用于鋪撒底土與蓋土。一般的解決方案是：用鏟車(chē)將營(yíng)養(yǎng)土或基質(zhì)裝入一個(gè)大料斗中，然后通過(guò)大料斗的下料輸送帶落入上土機(jī)料斗，再通過(guò)上土機(jī)輸送到流水線的料斗中用于鋪撒底土與蓋土。如果要減少設(shè)備投資，也可以只配置2 臺(tái)自動(dòng)上土機(jī)，用人工往上土機(jī)料斗中添料（需配備2 人）。

這里的關(guān)鍵是，送土過(guò)程是自動(dòng)化的，當(dāng)流水線料斗中的營(yíng)養(yǎng)土或基質(zhì)少于一定量的時(shí)候，大料斗輸送帶與上土機(jī)啟動(dòng)供土；當(dāng)流水線料斗中的營(yíng)養(yǎng)土或基質(zhì)快滿溢的時(shí)候，大料斗輸送帶與上土機(jī)自動(dòng)停止供土。這樣送土環(huán)節(jié)只需要0.5 個(gè)人工（工人除了鏟土以外還有空閑進(jìn)行其他作業(yè)）。

實(shí)現(xiàn)智能化上土，只需在上土機(jī)的出料端安裝一個(gè)漫反射型光電開(kāi)關(guān)（見(jiàn)圖4）即可。此開(kāi)關(guān)尾端有一個(gè)調(diào)節(jié)旋鈕，可根據(jù)安裝位置來(lái)調(diào)節(jié)感應(yīng)的距離。紅外線光束探測(cè)料斗中的營(yíng)養(yǎng)土或基質(zhì)，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)土與開(kāi)關(guān)的距離高于設(shè)定值時(shí)，光電開(kāi)關(guān)接通，上土機(jī)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，向流水線料斗中補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)土；當(dāng)營(yíng)養(yǎng)土與開(kāi)關(guān)的距離低于設(shè)定值時(shí)，光電開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，上土機(jī)電機(jī)停轉(zhuǎn)以防料斗中的營(yíng)養(yǎng)土滿溢。為避免上土機(jī)電機(jī)頻繁開(kāi)關(guān)，一般在電路中要串接一個(gè)時(shí)間繼電器，在光電開(kāi)關(guān)接通后，延時(shí)接通上土機(jī)電機(jī)。

圖4 上土機(jī)上所用的漫反射型光電開(kāi)關(guān)

2.3 自動(dòng)疊盤(pán)

秧盤(pán)播種后，要進(jìn)入下一道疊盤(pán)暗化催芽的環(huán)節(jié)。目前多數(shù)是通過(guò)人工一個(gè)一個(gè)地取盤(pán)、疊盤(pán)，效率較低?？梢耘渲靡粋€(gè)自動(dòng)疊盤(pán)機(jī)（如圖5 所示），將流水線的秧盤(pán)壘疊為3～5 個(gè)一疊，然后用人工捧至托盤(pán)上，或者再進(jìn)一步，另外加配一個(gè)碼垛機(jī)器人，由機(jī)器人代替人工疊放秧盤(pán)。這樣可大大提高效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省2～3 個(gè)人工。

圖5 疊盤(pán)機(jī)

自動(dòng)疊盤(pán)機(jī)有多種類(lèi)型，采用光電開(kāi)關(guān)是比較簡(jiǎn)便有效的一種方式?？梢栽诹魉€上方裝置一個(gè)漫反射型光電開(kāi)關(guān)，同時(shí)配置一個(gè)計(jì)數(shù)器（可以設(shè)置疊盤(pán)的數(shù)量），當(dāng)秧盤(pán)通過(guò)紅外線探測(cè)范圍時(shí)，光電開(kāi)關(guān)接合，計(jì)數(shù)并驅(qū)動(dòng)疊盤(pán)電機(jī)將秧盤(pán)往上托起，疊至設(shè)定的數(shù)量時(shí)，再往前送出，用人工或機(jī)器人取下疊放于托盤(pán)上。

2.4 缺料報(bào)警

自動(dòng)供土機(jī)如果配置了大料斗，用鏟車(chē)供土，因?yàn)楦叨容^高，看不見(jiàn)里面的營(yíng)養(yǎng)土是否足夠。為防止缺料，可以在大料斗上邊緣安裝一個(gè)常開(kāi)型漫反射光電開(kāi)關(guān)，與報(bào)警器連接，當(dāng)大料斗中的營(yíng)養(yǎng)土低于某個(gè)位置時(shí)接通光電開(kāi)關(guān)，此時(shí)報(bào)警器工作，發(fā)出警報(bào)聲，提醒鏟車(chē)司機(jī)及時(shí)補(bǔ)料。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著務(wù)農(nóng)人工的日益短缺，工廠化育秧流水線實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化，以達(dá)到降本提效、減少人工使用的目標(biāo)，這是必然趨勢(shì)。使用光電開(kāi)關(guān)，可以對(duì)現(xiàn)有育秧流水線進(jìn)行低成本的智能化改造，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供盤(pán)、自動(dòng)供土、自動(dòng)疊盤(pán)，是值得大力推廣的一項(xiàng)實(shí)用技術(shù)。