作坊式豆芽生產自動化改造系統設計

陳勇亮+徐妍清

摘 要：本文介紹了豆芽生產自動化改造系統，包括給水系統設計與控制系統設計的改造，實現了作坊式豆芽生產的自動化。通過系統改造大大節約了人力成本，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，該系統投資小、效益高，適合于在三四線城市推廣。

關鍵詞：農業工程；自動化系統；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，是男女老少皆宜的四季鮮蔬。據估計，全國豆芽市場每天的需求量達2.5萬t，占所有蔬菜產品市場的2.5%～3%，已成為年產值達150 億元人民幣的大產業[1]。

我國一直延續著豆芽作坊式生產，近年來，市場上出現了工業化生產。以包頭市區為例，有工業化豆芽孵化生產線1條，作坊式生產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者大多文化程度較低，多年來一直從事豆芽生產，作坊式生產豆芽成了維持生計的基本保障，導致這些生產者冒著違法的風險繼續生產。如何以較低的成本實現自動化改造是提高芽農收入，降低勞動強度的有效途徑。

1 自動化生產線與作坊式生產對比

1.1 豆芽自動化生產的特點

1.2豆芽作坊式生產的特點

圖2 豆芽作坊式生產的特點

通過對作坊式豆芽的自動化改造可實現自動化生產與作坊式生產的良性互補，達到規模化、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者的要求。

2 給水系統的改造

豆芽長勢的好壞取決于給水系統給水量的大小，水量過大，豆芽會出現爛根現象；水量過小，會抑制豆芽的生長。所以給水系統的設計是豆芽生產自動化改造的重要環節。給水系統的設計包括給水管線的設計、水泵選型、噴頭尺寸的設計。

2.1 給水管線的設計

以日產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，分兩輪噴淋。

管線設計需考慮廠房面積，為節約占地空間，設計5個容器為1個噴淋組，每組1.5min/輪，則可設計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]

根據經驗，日產豆芽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的潛水泵滿足設計要求。

2.3 噴頭尺寸的設計

豆芽容器開口為700mm×750mm的矩形，如果將噴頭設計為同尺寸大小，將會導致在制作注塑模具時尺寸較大，費用很高。設計采用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，設計噴頭出水孔間距25mm×20mm，每個噴頭設置（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，孔直徑過小會導致噴出的水霧化，通過實驗，設計取D=1mm。

3 系統的自動化控制

豆芽自動化控制系統，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。系統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節水壓。若整個系統在運行過程中出現問題，設置了報警系統。該報警系統與操作員宿舍相連，防止在夜間無人看管時，出現系統報警操作員不知道。通過自動化控制設計，實現了全自動噴淋豆芽。

4 自動化改造的成本與效益分析

通過生產自動化改造，大大降低了勞動者的勞動強度，實現了勞動者由原來的重體力勞動轉變為自動化操作，降低了人力成本。工作效率大大提高，原來每天9h的工作，現在只需不到2h，降低了時間成本。然而，以日生產能力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、定時器等、控制柜等。

所以，豆芽的自動化生產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線不經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.工廠化豆芽成為現代加工食品新寵[J].長江蔬菜（學術版），2008（14）：73-76.

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

作者簡介：陳勇亮（1984-），男，山西文水人，碩士，江西工業工程職業技術學院講師，研究方向：機電設備。