智能豬場環(huán)境控制與生物安全規(guī)范解析

王懷禹

（南充職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 南充 637131）

環(huán)境條件是關(guān)系豬場生物安全的重要因素之一，直接關(guān)系到豬場生產(chǎn)水平、經(jīng)濟(jì)效益以及豬場的發(fā)展生存，也影響豬群遺傳性能的發(fā)揮、飼料轉(zhuǎn)化效率和豬群的健康，因此豬場的環(huán)境控制在養(yǎng)豬業(yè)中具有十分重要的意義。隨著新一代信息技術(shù)與養(yǎng)殖業(yè)的深度融入，規(guī)模化豬場通過智能環(huán)境控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)環(huán)境控制，即通過對豬舍內(nèi)相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（除濕機(jī)、加熱機(jī)、開窗機(jī)、紅外燈、風(fēng)機(jī)、水簾等）的智能控制，傳感器采集豬場養(yǎng)殖單元內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，傳輸至中央處理器，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理分析后實(shí)現(xiàn)對豬舍內(nèi)環(huán)境（包括溫度、濕度、光照、有害氣體等）集中、遠(yuǎn)程、聯(lián)動控制，從而為豬只提供適宜的環(huán)境條件，提高生產(chǎn)效能。在高標(biāo)準(zhǔn)智能化豬場建設(shè)中，迫切需要建立基于生物安全相關(guān)的一系列規(guī)范，保障豬場的生物安全，實(shí)現(xiàn)豬場健康可持續(xù)發(fā)展。

1 智能豬場環(huán)境控制軟硬件要求

1.1 智能豬場豬舍建筑要求

豬舍應(yīng)設(shè)置在向陽、地勢高燥處，每棟豬舍間距不小于12 m，相鄰兩棟豬舍間應(yīng)采取風(fēng)機(jī)——風(fēng)機(jī)相對或濕簾——濕簾相對的布局。豬舍內(nèi)走道、墻壁、吊頂?shù)葢?yīng)平整、光滑、耐腐蝕；風(fēng)機(jī)百葉窗、舍內(nèi)糞道應(yīng)能可靠密封。舍內(nèi)凈高度不小于2.3 m。每棟豬舍和每個單元的門應(yīng)該向外開啟。

1.2 智能豬場環(huán)控設(shè)施設(shè)備要求

具備環(huán)境檢測傳感器、自動控制設(shè)備及客戶端（APP、PC、演示大屏），能通過網(wǎng)絡(luò)傳輸終端進(jìn)行信息收集與管理控制，實(shí)現(xiàn)豬場環(huán)境的自動化管理。能夠通過傳感器等自動信息采集設(shè)備自動進(jìn)行豬舍包括溫濕度、光照探測、有害氣體（氨氣、硫化氫、甲烷）及粉塵等的信息采集。根據(jù)豬舍飼養(yǎng)階段的不同以及夏季最大通風(fēng)量和冬季最小通風(fēng)量配置有相應(yīng)數(shù)量的軸流風(fēng)機(jī)、水簾、循環(huán)風(fēng)機(jī)、濕簾冷風(fēng)機(jī)、側(cè)墻通風(fēng)窗和吊頂通風(fēng)窗等，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)啟動、水簾控制等設(shè)備控制智能化。每棟豬舍設(shè)置一個獨(dú)立的電源裝置為各設(shè)備供電，多棟豬舍的智能控制器通過路由器接入同一個管理平臺。每棟豬舍配備自動清糞機(jī)，或采用尿泡糞工藝，定時清除舍內(nèi)糞便。豬舍各類傳感器設(shè)備參數(shù)見表1。

表1 豬舍傳感器設(shè)備參數(shù)

1.3 智能豬場系統(tǒng)構(gòu)成要求

智能豬場環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要由采集層、傳輸層、控制層、應(yīng)用層組成。采集層一般有空氣溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器、氨氣傳感器、硫化氫傳感器，實(shí)時采集豬舍內(nèi)的環(huán)境值。傳輸層主要有無線傳輸終端，將采集層的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)平臺。控制層主要包括溫度控制，濕度控制，通風(fēng)控制，光照控制以及定時喂食，喂水，掏糞等；應(yīng)用層為用戶監(jiān)控平臺，遠(yuǎn)程監(jiān)控各舍內(nèi)的環(huán)境情況。

環(huán)境控制系統(tǒng)由智能控制系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行調(diào)控開關(guān)，智能控制器綜合溫濕度和有害氣體的控制策略進(jìn)行調(diào)控，可以采用本地終端或者遠(yuǎn)程終端對豬舍內(nèi)環(huán)境進(jìn)行集中管理，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制、遠(yuǎn)程手動控制、自動控制三種方式。能根據(jù)豬場面積、豬只密度等大數(shù)據(jù)智能判斷豬場環(huán)境是否適宜，并根據(jù)具體情況，采取相應(yīng)措施。通過設(shè)置環(huán)境參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值或值域范圍，當(dāng)超出正常范圍時自動報警系統(tǒng)能自行進(jìn)入預(yù)設(shè)模式，啟動智能化控制系統(tǒng)設(shè)定值能調(diào)整改變，系統(tǒng)依據(jù)設(shè)定參數(shù)可自動調(diào)控相應(yīng)設(shè)備。同時，各調(diào)控設(shè)備具有手動控制功能，緊急狀態(tài)下可啟動手動控制。系統(tǒng)一旦監(jiān)控到儀器發(fā)生故障、調(diào)控設(shè)備異常時，應(yīng)發(fā)出報警訊號，并對異常事件進(jìn)行記錄和復(fù)位。系統(tǒng)應(yīng)與其他節(jié)點(diǎn)保持相互獨(dú)立，其他節(jié)點(diǎn)失效后，仍可獨(dú)立運(yùn)作。

還應(yīng)建立不同養(yǎng)殖階段、養(yǎng)殖目標(biāo)、品種的指標(biāo)體系和生長環(huán)境表達(dá)模型與報警機(jī)制，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖環(huán)境快速獲取、環(huán)境異常自動預(yù)警，設(shè)備自動控制，保證適宜養(yǎng)殖環(huán)境，保障豬只的正常發(fā)育和生產(chǎn)。

2 智能豬場環(huán)境變量及監(jiān)控要求

2.1 智能豬舍溫濕度監(jiān)控

2.1.1 豬舍溫濕度要求

豬對環(huán)境溫度的高低非常敏感，調(diào)節(jié)體溫的能力差。當(dāng)豬舍內(nèi)高溫、高濕時，豬群會感到炎熱，從而采食量下降、生長緩慢、繁殖性能下降。不同生產(chǎn)階段的豬只溫度、相對濕度符合表2 中的要求。

表2 不同豬只溫濕度參數(shù)要求

2.1.2 溫濕度監(jiān)控

豬舍內(nèi)新風(fēng)應(yīng)從濕簾——百葉進(jìn)風(fēng)窗（夏，秋季）或側(cè)墻通風(fēng)窗（冬、春季）端進(jìn)入舍內(nèi)，均勻流向風(fēng)機(jī)端。豬舍內(nèi)恒速風(fēng)機(jī)、變頻風(fēng)機(jī)、水簾、側(cè)墻通風(fēng)窗、吊頂通風(fēng)窗等設(shè)備通過各個傳感器探頭采集的環(huán)境參數(shù)經(jīng)智能化環(huán)境控制系統(tǒng)分析處理后控制設(shè)備開合、啟停。豬舍內(nèi)糞便由自動清糞機(jī)定時清理，每日不少于2 次；尿泡糞工藝的養(yǎng)殖單元在豬群轉(zhuǎn)出時出糞，或在集糞池達(dá)到設(shè)定容量上限時出糞。養(yǎng)殖單元在豬群轉(zhuǎn)出后沖洗消毒，并空置5 ～7 d。豬舍內(nèi)哺乳仔豬、保育豬應(yīng)設(shè)立保溫、加溫設(shè)施。

2.2 豬舍空氣衛(wèi)生與通風(fēng)控制

2.2.1 豬舍空氣衛(wèi)生指標(biāo)要求

豬舍空氣衛(wèi)生是豬場生物安全的重要內(nèi)容之一，維護(hù)豬舍空氣衛(wèi)生對于保持豬只健康和提高生產(chǎn)效益具有重要意義。豬舍空氣中各項(xiàng)衛(wèi)生指標(biāo)不宜超過表3 中的數(shù)據(jù)。

表3 豬舍空氣衛(wèi)生指標(biāo)

2.2.2 豬舍通風(fēng)量和風(fēng)速

豬舍內(nèi)的通風(fēng)量和風(fēng)速對豬的生長發(fā)育有重要影響。通風(fēng)量通常指每kg 活豬每h 需要的空氣量，風(fēng)速是指豬所在位置的夏季適宜值和冬季最大值，要求養(yǎng)殖單元的進(jìn)風(fēng)口應(yīng)符合定向氣流組織原則，進(jìn)風(fēng)口不得與另一養(yǎng)殖單元的出風(fēng)口接近導(dǎo)致污染物傳播。不同生產(chǎn)階段豬舍內(nèi)各季節(jié)的通風(fēng)量和風(fēng)速符合表4 中的要求。

表4 豬舍通風(fēng)量與風(fēng)速參數(shù)

2.2.3 通風(fēng)控制

1）寒冷天氣通風(fēng)控制。寒冷天氣一般氣溫10℃以下，采用橫向通風(fēng)模式提供必需的通風(fēng)，通風(fēng)控制需要符合下列規(guī)則。通過設(shè)置最小通風(fēng)量控制通風(fēng)。不同生產(chǎn)階段豬只所需的最小通風(fēng)量參考表5。系統(tǒng)可通過控制通風(fēng)小窗開啟比例控制最小通風(fēng)量，通風(fēng)小窗開啟比例為棟舍最小通風(fēng)量占通風(fēng)小窗全面開啟且風(fēng)機(jī)風(fēng)速最大時排風(fēng)量的比例。系統(tǒng)也可通過控制風(fēng)機(jī)開啟的比例控制最小通風(fēng)量，風(fēng)機(jī)開啟比例為棟舍最小通風(fēng)量占所有風(fēng)機(jī)排風(fēng)量的比例。如豬舍內(nèi)有變速風(fēng)機(jī)，控制系統(tǒng)將控制變速風(fēng)機(jī)提供所需比例的通風(fēng)量，如豬舍內(nèi)沒有變速風(fēng)機(jī)時，系統(tǒng)將采用周期啟動風(fēng)機(jī)的方式提供所需比例的通風(fēng)量。

表5 橫向通風(fēng)模式下不同生產(chǎn)階段豬只需要的通風(fēng)量參數(shù)推薦值

2）常溫天氣通風(fēng)控制。常溫天氣一般氣溫在10℃～20℃，需要提供適量的通風(fēng)，維持舍內(nèi)需要的溫度，一般采用橫向通風(fēng)模式，通過設(shè)置目標(biāo)溫度和最小通風(fēng)量控制通風(fēng)。實(shí)際溫度低于目標(biāo)溫度時，采用最小通風(fēng)量控制通風(fēng)，設(shè)置參數(shù)見表5。實(shí)際溫度高于目標(biāo)溫度時，通風(fēng)量為實(shí)際溫度與目標(biāo)溫度之差占實(shí)際溫度的比例、溫差調(diào)節(jié)積分部分和微分部分之和。

3）炎熱天氣通風(fēng)量設(shè)置。炎熱天氣一般氣溫在20℃以上，需提供足夠的通風(fēng)，排出多余的熱量，同時維持室內(nèi)溫度接近環(huán)境溫度。需利用濕簾+風(fēng)機(jī)組合，采用縱向通風(fēng)模式，該模式下不同生產(chǎn)階段豬只需要的通風(fēng)量變量值設(shè)置見表6?？赏ㄟ^使用水簾降低空氣溫度，或者提高風(fēng)速使動物的體感溫度降低，不同溫濕度和風(fēng)速下豬只的體感溫度參見表7。通風(fēng)量計算時需考慮風(fēng)冷效應(yīng)和體感溫度，風(fēng)冷效應(yīng)為風(fēng)冷因子和風(fēng)速的乘積，體感溫度為室內(nèi)溫度和風(fēng)冷效應(yīng)之差。風(fēng)機(jī)風(fēng)速為風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量與豬舍的橫截面積的比值。

表6 縱向通風(fēng)模式下不同生產(chǎn)階段豬只需要的通風(fēng)量參數(shù)推薦值

表7 不同溫濕度和風(fēng)速下的體感溫度

1 臺風(fēng)機(jī)理論降低溫度為風(fēng)速和風(fēng)冷因子的乘積。豬舍進(jìn)行縱向通風(fēng)模式時，啟動縱向通風(fēng)時的風(fēng)速不能設(shè)置過低，需根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整避免造成豬舍前后端溫差過大。縱向通風(fēng)模式啟動溫度為目標(biāo)溫度與啟動風(fēng)速和風(fēng)冷效應(yīng)參數(shù)乘積之和，停止溫度為目標(biāo)溫度與停止風(fēng)速和風(fēng)冷效應(yīng)參數(shù)乘積之和。水簾啟動溫度為目標(biāo)溫度、開始溫度與啟動風(fēng)速和風(fēng)冷效應(yīng)參數(shù)乘積之和，停止溫度為目標(biāo)溫度、開始溫度與停止風(fēng)速和風(fēng)冷效應(yīng)參數(shù)乘積之和。

3 結(jié)語

隨著新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，豬舍環(huán)境監(jiān)控會變得越來越智能、精準(zhǔn)和高效，智能豬場環(huán)境監(jiān)控與生物安全相關(guān)性標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范也會越來越健全和完善，對促進(jìn)養(yǎng)豬業(yè)健康、可持續(xù)和高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。