作坊式豆芽生產(chǎn)自動(dòng)化改造系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳勇亮+徐妍清

摘 要：本文介紹了豆芽生產(chǎn)自動(dòng)化改造系統(tǒng)，包括給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的改造，實(shí)現(xiàn)了作坊式豆芽生產(chǎn)的自動(dòng)化。通過(guò)系統(tǒng)改造大大節(jié)約了人力成本，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，并且提高了工作的效率。最后通過(guò)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(dòng)化系統(tǒng)；PLC；豆芽

中圖分類號(hào)：S24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170733070

引言

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

我國(guó)一直延續(xù)著豆芽作坊式生產(chǎn)，近年來(lái)，市場(chǎng)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(yáng)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(lái)一直從事豆芽生產(chǎn)，作坊式生產(chǎn)豆芽成了維持生計(jì)的基本保障，導(dǎo)致這些生產(chǎn)者冒著違法的風(fēng)險(xiǎn)繼續(xù)生產(chǎn)。如何以較低的成本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化改造是提高芽農(nóng)收入，降低勞動(dòng)強(qiáng)度的有效途徑。

1 自動(dòng)化生產(chǎn)線與作坊式生產(chǎn)對(duì)比

1.1 豆芽自動(dòng)化生產(chǎn)的特點(diǎn)

1.2豆芽作坊式生產(chǎn)的特點(diǎn)

圖2 豆芽作坊式生產(chǎn)的特點(diǎn)

通過(guò)對(duì)作坊式豆芽的自動(dòng)化改造可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)與作坊式生產(chǎn)的良性互補(bǔ)，達(dá)到規(guī)?；⒆詣?dòng)化，大大降低勞動(dòng)強(qiáng)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(zhǎng)勢(shì)的好壞取決于給水系統(tǒng)給水量的大小，水量過(guò)大，豆芽會(huì)出現(xiàn)爛根現(xiàn)象；水量過(guò)小，會(huì)抑制豆芽的生長(zhǎng)。所以給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是豆芽生產(chǎn)自動(dòng)化改造的重要環(huán)節(jié)。給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括給水管線的設(shè)計(jì)、水泵選型、噴頭尺寸的設(shè)計(jì)。

2.1 給水管線的設(shè)計(jì)

以日產(chǎn)1000kg豆芽為例，每個(gè)容器豆芽100kg，需10個(gè)容器。按豆芽生長(zhǎng)周期7d計(jì)算，每天需噴淋的70個(gè)豆芽容器。改造后，每次噴淋時(shí)間控制在45min以內(nèi)，分兩輪噴淋。

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

2.2 水泵選型[2]

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

2.3 噴頭尺寸的設(shè)計(jì)

豆芽容器開口為700mm×750mm的矩形，如果將噴頭設(shè)計(jì)為同尺寸大小，將會(huì)導(dǎo)致在制作注塑模具時(shí)尺寸較大，費(fèi)用很高。設(shè)計(jì)采用4個(gè)噴頭噴淋1個(gè)豆芽容器的方式，噴頭尺寸350mm×375mm。

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

則，每個(gè)孔直徑D≥0.78mm，孔直徑過(guò)小會(huì)導(dǎo)致噴出的水霧化，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)取D=1mm。

3 系統(tǒng)的自動(dòng)化控制

豆芽自動(dòng)化控制系統(tǒng)，主要采用PLC來(lái)控制每個(gè)一級(jí)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(shí)器自動(dòng)控制水泵的開啟時(shí)間，由于水壓對(duì)豆芽的生長(zhǎng)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(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，設(shè)置了報(bào)警系統(tǒng)。該報(bào)警系統(tǒng)與操作員宿舍相連，防止在夜間無(wú)人看管時(shí)，出現(xiàn)系統(tǒng)報(bào)警操作員不知道。通過(guò)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)噴淋豆芽。

4 自動(dòng)化改造的成本與效益分析

通過(guò)生產(chǎn)自動(dòng)化改造，大大降低了勞動(dòng)者的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了勞動(dòng)者由原來(lái)的重體力勞動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)化操作，降低了人力成本。工作效率大大提高，原來(lái)每天9h的工作，現(xiàn)在只需不到2h，降低了時(shí)間成本。然而，以日生產(chǎn)能力1000kg計(jì)算，自動(dòng)化改造成本約3萬(wàn)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(shí)器等、控制柜等。

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

參考文獻(xiàn)

[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(zhǎng)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(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)的自動(dòng)豆芽機(jī)[J].電子世界，2013（20）：30.

作者簡(jiǎn)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(jī)電設(shè)備。