堆肥茶生產(chǎn)自動控制輸送系統(tǒng)的研制和實施

李延國 孫雪嬌 李建軍

摘 要：堆肥茶生產(chǎn)自動控制輸送系統(tǒng)包括用于生產(chǎn)堆肥茶的堆肥茶生產(chǎn)單元和用于儲存堆肥茶的堆肥茶容器，堆肥茶容器通過管道與堆肥茶生產(chǎn)單元相互連接，該系統(tǒng)還包括控制部件，用于自動控制堆肥茶輸送到預(yù)定用肥場所。文章將堆肥茶輸送到預(yù)定用肥場所的方法進(jìn)行了詳細(xì)的解析。

關(guān)鍵詞：堆肥茶;自動控制;輸送系統(tǒng);耦合

中圖分類號：S23 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200330015

1 背景技術(shù)

本研制和實施涉及一種堆肥茶生產(chǎn)自動控制輸送系統(tǒng)及連續(xù)生產(chǎn)的方法。

堆肥茶富含作物生長所需的養(yǎng)分和有益微生物及其代謝產(chǎn)物，不僅能滿足作物的營養(yǎng)需求，還能夠抵抗病蟲害和疾病。有益微生物不僅通過占有植物上的食物、空間和感染部位來控制疾病，而且還能阻止其它病原體的生長，生態(tài)有機液肥正迅速成為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的有機肥料替代品[1]。

過去關(guān)于堆肥茶的研究大都集中在與堆肥茶生產(chǎn)有關(guān)的設(shè)備改進(jìn)上。早期的生產(chǎn)方法是簡單地將水和堆肥混合，發(fā)酵一段時間，然后將液體與顆粒物質(zhì)分離并將其施用于農(nóng)作物和土壤。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，確定了堆肥茶生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是向液體堆肥混合物中提供足夠的氧氣，以便快速生產(chǎn)出高質(zhì)量的堆肥茶，可以采用多種方式將氧氣添加到液體堆肥中。然而，現(xiàn)有技術(shù)并沒有涉及如何將生產(chǎn)的堆肥茶輸送到預(yù)定用肥場所。如果不能將生產(chǎn)的堆肥茶輸送到預(yù)定用肥場所使用，則會影響堆肥茶的連續(xù)生產(chǎn)。因此，需要一種能夠?qū)⒍逊什栎斔偷筋A(yù)定場所以供使用的輸送系統(tǒng)。

2 研制內(nèi)容

所研制和實施的堆肥茶生產(chǎn)自動控制輸送系統(tǒng)包括以下3個方面的內(nèi)容。該系統(tǒng)包括生產(chǎn)堆肥茶的堆肥茶生產(chǎn)單元和用于儲存堆肥茶的堆肥茶容器;堆肥茶容器通過管道系統(tǒng)與堆肥茶生產(chǎn)單元相互連接;該系統(tǒng)還包括控制部件，用于在堆肥茶被輸送到預(yù)定用肥場所時控制通過管道系統(tǒng)的堆肥茶的流動;該系統(tǒng)還包括管道、閥裝置，用于將堆肥茶生產(chǎn)單元連接到堆肥茶容器并將堆肥茶輸送到預(yù)定用肥場所;另外，該系統(tǒng)還包括用于選擇性地控制管道和閥裝置的控制部件。對把堆肥茶輸送到預(yù)定用肥場所的方法進(jìn)行了研究，先在堆肥茶生產(chǎn)單元中生產(chǎn)第1部分堆肥茶，并將堆肥茶的第1部分從堆肥茶生產(chǎn)單元輸送到堆肥茶容器;通過控制器部件控制堆肥茶的第1部分輸送到預(yù)定用肥場所，同時在堆肥茶生產(chǎn)單元中生產(chǎn)第2部分堆肥茶。

3 附圖及說明

圖中：1為堆肥茶生產(chǎn)自動控制輸送系統(tǒng);2為堆肥茶生產(chǎn)單元;3為蓋子;4為出氣口;5為堆肥區(qū);6為歧管裝置;7為閥;8為氣泡;9為空氣泵;10為管道;11為傾斜表面;12為管道;13為閥;14為出口;15為過濾器;16為可移動篩網(wǎng);17a～g為管道;18為水源;19為主閥;20為止回閥;21為閥;22為混合管道;23為入口區(qū);24為出口區(qū);25為閥;26為管道;27為堆肥茶容器;28為閥;29為主腔;30為出氣口;31為混合管道;32為填充蓋;33為灌溉施肥單元;34為閥;35為區(qū)域閥;36為控制器;37為其它傳感器;38為傳感器;39為線路;40為線路;41為灌溉頭;42為植物群;43為閥。

4 工作過程及實施方式

下面結(jié)合附圖對本研究作詳細(xì)的描述。

圖1堆肥茶生產(chǎn)自動控制輸送系統(tǒng)的示意圖中，堆肥茶生產(chǎn)自動控制輸送系統(tǒng)具有生產(chǎn)堆肥茶并有選擇地將堆肥茶輸送到預(yù)定用肥場所的功能。該系統(tǒng)包括用于生產(chǎn)堆肥茶的堆肥茶生產(chǎn)單元2和用于儲存堆肥茶的堆肥茶容器27，以及各種閥門、管道、傳感器、控制器和灌溉施肥系統(tǒng)。

水源18與主閥19連接。水源18可以是地下水、地表水、雨水或其它水源。水源18經(jīng)由管道17a連接到主閥19。

主閥19控制整個系統(tǒng)的關(guān)閉以進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)和其它功能。本實施例中所示的閥門為手動閥以節(jié)約成本。主閥19可以耦合到止回閥20，止回閥20可以是能夠防止意外回流的任何裝置，如大氣真空斷路閥、壓力真空斷路閥等。

止回閥20可以連接到閥21，閥21作為選擇性隔離系統(tǒng)的一些部分。當(dāng)堆肥茶容器27或堆肥茶生產(chǎn)單元2正在填充時閥21可以關(guān)閉，當(dāng)進(jìn)行灌溉和進(jìn)料操作時閥21可以打開。在另一個實施例中，當(dāng)灌溉施肥單元33正在填充時，閥21可以關(guān)閉。

管道10連接到管道17c，以向堆肥茶生產(chǎn)自動控制輸送系統(tǒng)中的堆肥茶生產(chǎn)部分供水。閥7可以連接到管道10以控制流入到堆肥茶生產(chǎn)單元2的水。在操作過程中，除了堆肥茶生產(chǎn)單元2的充填過程之外閥7是打開的，其余時間是關(guān)閉的。

為了加速在堆肥茶生產(chǎn)單元2中釀造堆肥茶，通常將空氣泵放入液體中。在實施過程中，堆肥茶生產(chǎn)單元2包括空氣泵9，空氣泵9從堆肥茶生產(chǎn)自動控制輸送系統(tǒng)周圍的環(huán)境中抽取空氣，然后通過歧管裝置6推動氣體進(jìn)入液體，產(chǎn)生含氧的氣泡8，當(dāng)多個氣泡8擴散到液體里面時，將氧氣帶入到液體中從而促進(jìn)微生物的生長。當(dāng)氣泡8移動通過液體之后，氣泡8滲透到含有大量堆肥的堆肥區(qū)5中。為了減少堆肥茶生產(chǎn)單元2的過壓狀況，在堆肥茶生產(chǎn)單元2上方放置1個可移動的蓋子3，在蓋子3上設(shè)置多個出氣口4，以允許多余的氣泡溢出。氣泡8同時在堆肥茶中還起到了攪拌作用，以進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。

可移動篩網(wǎng)16用于將堆肥保持在局部區(qū)域中，防止堆肥茶生產(chǎn)單元2中堆肥的流失。

在預(yù)定時間完成釀造之后，堆肥茶通過過濾器15并隨后通過出口14離開堆肥茶生產(chǎn)單元2，從堆肥茶生產(chǎn)單元2排出堆肥茶的液體部分。傾斜表面11可用于增加從堆肥茶生產(chǎn)單元2排出的堆肥茶的數(shù)量。閥13可連接到出口14，以控制堆肥茶的液體部分從堆肥茶生產(chǎn)單元2中流出。在實施過程中，堆肥茶生產(chǎn)單元2的容量大致與堆肥茶容器27的容量相同，有助于為每個循環(huán)提供新鮮的堆肥茶供應(yīng)。另外，可以從堆肥茶生產(chǎn)單元2中手動移除堆肥。

堆肥茶生產(chǎn)單元2經(jīng)由管道12連接到堆肥茶容器27。在實施過程中，管道12可以是柔性軟管，便于移除以進(jìn)行清潔或更換。在預(yù)定時間，閥13和閥25可以打開，以允許堆肥茶生產(chǎn)單元2和堆肥茶容器27之間的液體連通。當(dāng)堆肥茶生產(chǎn)單元2運行過程中液體對管道和其它部件施加壓力時，閥13和閥25關(guān)閉，使系統(tǒng)的受壓部分與管道12隔離。

堆肥茶容器27從堆肥茶生產(chǎn)單元2接收堆肥茶，然后根據(jù)通過堆肥茶容器27所需要的流量分配堆肥茶，這樣堆肥茶生產(chǎn)單元2就可以騰出空間來生產(chǎn)更多的堆肥茶，而先前生產(chǎn)的堆肥茶則被系統(tǒng)分配到輸送系統(tǒng)中，并最終到達(dá)預(yù)定設(shè)定的位置。也就是說，堆肥茶生產(chǎn)單元2和堆肥茶容器27一起工作，可以連續(xù)地將堆肥茶輸送到預(yù)定用肥場所。如，當(dāng)堆肥茶生產(chǎn)單元2生產(chǎn)一批堆肥茶時，堆肥茶容器27已將先前生產(chǎn)的一批堆肥茶進(jìn)行了分配。

堆肥茶容器27包括混合管道22、入口區(qū)23和出口區(qū)24。通常情況下，來自管道17d的水進(jìn)入混合管道22并流入入口區(qū)23。混合管道22可以使用比例混合器，但不限于此。入口區(qū)23中的至少一部分液體流經(jīng)出氣口30，并進(jìn)入該堆肥茶容器27的主腔29。當(dāng)液體進(jìn)入主腔29時，當(dāng)前在主腔29中的堆肥茶被向下推到堆肥茶容器27的下部。管道26的入口在堆肥茶容器27的底部，允許堆肥茶從中流過。因此，堆肥茶從管道26向上流動，與來自入口區(qū)23的液體混合，流入出口區(qū)24，并從堆肥茶容器27流出。如圖所示，閥28可以控制堆肥茶容器27的排水。堆肥茶容器27可有效地定期排水，避免產(chǎn)生停滯液體而破壞堆肥茶容器27中液體中有益微生物的特性。

堆肥茶容器27優(yōu)選內(nèi)表面沒有凸起、接縫等平滑表面形狀構(gòu)成的容器。研究發(fā)現(xiàn)，如果堆肥茶容器的內(nèi)表面不平滑，液體在堆肥茶容器27的流動路徑中遇到凸起或者接縫時，堆肥茶會產(chǎn)生生物膜。這種生物膜能使堆肥茶產(chǎn)生厭氧細(xì)菌，降低堆肥茶的效果并且可能毒害植物群42和其輸送的部位。此外，堆肥茶容器27通常具有足夠的壁厚以承受罐內(nèi)液體的壓力。

堆肥茶容器27可以連接到灌溉施肥單元33。灌溉施肥單元33可以將液體肥料和其它可溶解添加劑添加到堆肥茶生產(chǎn)自動控制輸送系統(tǒng)中，以進(jìn)一步增強輸送到預(yù)定用肥場所的效率。灌溉施肥單元33通常包括填充蓋32，添加劑通過填充蓋32添加到灌溉施肥單元33。上游液體可以通過混合管道31流入灌溉施肥單元33的主體內(nèi)部，隨著主體內(nèi)部的壓力增強，促使液體流出主體并進(jìn)入混合管道31，與流過混合管道31中的液體混合。閥34可用于控制灌溉施肥單元33液體的排放。

如果預(yù)定用肥場所的多個區(qū)域，可以將灌溉施肥單元33耦合到1個或多個區(qū)域閥35上，以便將液體輸送到用肥場所的植物群40。

控制器36可根據(jù)需要控制多個區(qū)域的各種參數(shù)，如天數(shù)、持續(xù)時間、啟動時間、停止時間、手動模式、測試模式和其它編程特性?？梢蕴峁┠J(rèn)設(shè)置，如運行時間最大值等。此外，控制器36可以具有“進(jìn)料”循環(huán)，該“進(jìn)料”循環(huán)設(shè)計可用于設(shè)定操作，包括時間、天數(shù)和提供堆肥茶的順序的持續(xù)時間。這樣的循環(huán)可以獨立于灌溉循環(huán)來進(jìn)行設(shè)置。

此外，1個或多個傳感器38可以耦合到堆肥茶生產(chǎn)自動控制輸送系統(tǒng)并向控制器36提供輸入信號。如，1個或多個傳感器38可以包括用于檢測凍結(jié)條件、高溫條件、環(huán)境溫度和其它感測參數(shù)。傳感器38可以通過線路39、無線通信或其它方式耦合到控制器36。在一個實施例中，傳感器38可以直接耦合到區(qū)域閥35并且接收來自控制器36的信號。傳感器38提供用于控制堆肥茶生產(chǎn)自動控制輸送系統(tǒng)的時間、持續(xù)時間、激活和其它參數(shù)的輸入信號。換句話說，傳感器38提供的輸入信號會影響區(qū)域閥35的整體運行，而與區(qū)域無關(guān)。

1個或多個其它傳感器37可用于控制特定區(qū)域的操作。如，1個或多個其它傳感器37可以通過線路40、無線通信或其它方式，為控制器36提供每個區(qū)域或每1組區(qū)域的濕度輸入信號，也可以向每個區(qū)域或每1組區(qū)域提供其它類型的輸入信號。

區(qū)域閥35可以耦合到從堆肥茶生產(chǎn)自動控制輸送系統(tǒng)到預(yù)定用肥場所的液體出口。如，出口可包括1個或多個灌溉裝置41。灌溉裝置41可將液體噴灑到植物群42上。

在操作中，堆肥茶容器27、灌溉施肥單元2以及區(qū)域閥等配置成允許水通過不同的閥門。堆肥茶生產(chǎn)單元2可以生產(chǎn)堆肥茶并且周期性地將堆肥茶輸送到堆肥茶容器27中與通過堆肥茶容器27中的液體混合。在一個實施例中，為了操作灌溉系統(tǒng)，打開閥21并且關(guān)閉閥7、閥13、閥25和閥28。為了操作堆肥茶生產(chǎn)循環(huán)系統(tǒng)，關(guān)閉閥13、閥21和閥25，打開閥7，使水在堆肥茶生產(chǎn)單元2中填充到所需高度，然后關(guān)閉閥7。同時，運行空氣泵9將氣體送到堆肥茶生產(chǎn)單元2中。閥21打開以允許在堆肥茶生產(chǎn)單元2運行時進(jìn)行灌溉。為了清空堆肥茶容器27，關(guān)閉閥21并打開閥25和28。在堆肥茶容器27被清空后，關(guān)閉閥28并打開閥13，在填充堆肥茶容器27之后，關(guān)閉閥13和閥25并打開閥21。流過輸送系統(tǒng)的水與堆肥茶混合并輸送到預(yù)定用肥場所?？刂破?6可以在不同的時間、日期、持續(xù)時間等設(shè)置1個獨立的循環(huán)模式，而不是常規(guī)的灌溉循環(huán)，以便精準(zhǔn)地將堆肥茶分配到預(yù)定用肥場所。

圖2是堆肥茶生產(chǎn)自動控制輸送系統(tǒng)的部分示意圖。堆肥茶生產(chǎn)自動控制輸送系統(tǒng)的總體設(shè)計與圖1所示的堆肥茶生產(chǎn)自動控制輸送系統(tǒng)1相似，并通過控制器34實現(xiàn)了系統(tǒng)中各個閥門的自動化控制。通常，水源18通過主閥19和止回閥20向堆肥茶生產(chǎn)自動化輸送系統(tǒng)提供水。管道10連接堆肥茶生產(chǎn)單元2與水源18，管道10通過閥7向堆肥茶生產(chǎn)單元2提供水。堆肥茶生產(chǎn)單元2生產(chǎn)的堆肥茶通過出口閥13輸送到堆肥茶容器27中與水混合。中間閥25連接到堆肥茶容器27的入口，可以控制流體進(jìn)入堆肥茶容器27中。閥28在底部連接到堆肥茶容器27的排液出口。灌溉施肥單元33包括在堆肥茶生產(chǎn)自動化輸送系統(tǒng)中，如連接到堆肥茶容器27上。閥43設(shè)置在灌溉施肥單元33的水流上游，以控制進(jìn)入灌溉施肥單元33內(nèi)的液體。當(dāng)將肥料或其它肥料輸送到灌溉施肥單元33中時閥43關(guān)閉，并且當(dāng)液體從中流過時打開閥43以使產(chǎn)品與液體混合。灌溉施肥單元33可以連接到1個或多個區(qū)域閥35。區(qū)域閥35可以將堆肥茶液體分配到1個或多個區(qū)域。1個或多個傳感器38和1個或多個其它傳感器37可以提供用于控制堆肥茶自動化輸送系統(tǒng)的輸入信號。

控制器36以下列方式控制用于灌溉的各種閥。當(dāng)運行灌溉循環(huán)時，閥21和閥43打開，閥7、閥13、閥25和閥28通常是關(guān)閉的。當(dāng)堆肥茶生產(chǎn)循環(huán)時，關(guān)閉閥13、閥21和閥25，并打開閥7，當(dāng)水在堆肥茶生產(chǎn)單元2中填充到所需位置時，關(guān)閉閥7。運行空氣泵9將氣體送到堆肥茶生產(chǎn)單元2。閥21和閥43可以打開以允許在堆肥茶生產(chǎn)單元2運行時進(jìn)行灌溉。為了清空堆肥茶茶罐27，通常在堆肥茶生產(chǎn)單元2中準(zhǔn)備好堆肥茶之后，關(guān)閉閥21和閥43并打開閥25和閥28。在堆肥茶容器27被清空一段時間之后，閥28關(guān)閉，閥13打開以填充堆肥茶容器27。在堆肥茶容器27被填充之后，閥13和閥25關(guān)閉并且打開閥21和閥43。此外，閥43可以進(jìn)行手動選項，以用肥料或其它產(chǎn)品填充灌溉施肥單元33。流過堆肥茶自動化輸送系統(tǒng)可以把水與堆肥茶混合并輸送到使用場所?？刂破?6可以在不同時間、日期、持續(xù)時間等設(shè)置獨立的進(jìn)料循環(huán)程序，而不是常規(guī)灌溉循環(huán)，以將堆肥茶準(zhǔn)確地分配到現(xiàn)場的各個預(yù)定用肥場所。

5 系統(tǒng)特點

堆肥茶自動化輸送系統(tǒng)包括用于生產(chǎn)堆肥茶的堆肥茶生產(chǎn)單元，用于儲存堆肥茶的堆肥茶容器，堆肥茶容器通過管道與堆肥茶生產(chǎn)單元相互連接，控制部件用于控制堆肥茶輸送到預(yù)定用肥場所時堆肥茶在管道中的流動。灌溉施肥單元用于將添加劑添加到輸送系統(tǒng)中，止回閥設(shè)置在供水和堆肥茶生產(chǎn)單元之間，被用于防止液體從所述堆肥茶生產(chǎn)單元回流到所述供水系統(tǒng)中。堆肥茶生產(chǎn)單元包括空氣泵和用于將氣體注入堆肥區(qū)的歧管裝置，還包括傾斜表面，其作用是增加堆肥茶生產(chǎn)單元中排出的堆肥茶的數(shù)量。堆肥茶生產(chǎn)單元和堆肥茶容器之間的閥門用于控制堆肥茶的流動，而且具有大致相同的體積，便于匹配使用?？刂撇考膫鞲衅饔糜跍y量預(yù)定用肥場所處的至少一個環(huán)境參數(shù)。

6 結(jié)論

該系統(tǒng)的主要功能是能夠?qū)⑦B續(xù)生產(chǎn)的堆肥茶及時輸送到預(yù)定用肥場所使用，同時實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的自動控制，提高了堆肥茶的生產(chǎn)效率，滿足了對堆肥茶不斷增長的需求。并且能夠配合水肥一體化滴灌系統(tǒng)使用，實現(xiàn)微生物生態(tài)有機肥替代農(nóng)藥和化肥，使人們的生活方式得到改善和更加安全，為種植者提供了一個改善土壤生態(tài)環(huán)境的有效途徑。擴大堆肥茶的使用，能夠調(diào)控土壤微生物群落的代謝功能和結(jié)構(gòu)，從而改善土壤質(zhì)量，實現(xiàn)農(nóng)作物綠色有機生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 賈然然.多措并舉，實現(xiàn)重點作物差異化管理農(nóng)業(yè)部印發(fā)《開展果菜茶有機肥替代化肥行動方案》（下）[J].中國農(nóng)資，2017（06）：16.

（責(zé)任編輯 常陽陽）