朱 建 徐 祥 章亞蓓 談嵩山 孫 鋒

（江蘇省如皋市蠶桑技術指導站 江蘇南通 226500）

蠶桑產業是如皋市傳統的高效農業產業，是農民收入的重要來源。蠶種催青又是蠶桑生產第一重要的生產環節，是指將蠶種保護在最適宜的環境中，使蠶卵中的胚胎能夠順利發育，從而達到孵化齊一，蟻蠶體質強健，可見其質量直接關系到蠶種孵化的整齊度，高質量的蠶種催青可促進蠶桑生產的豐產以及蠶桑產業的穩定發展。而催青一期蠶種幾萬張、十幾萬張，一間蠶種催青室需要容納1.5萬張左右蠶種，傳統的加溫、降溫、通勻風等系統易造成室內溫度開差較大，增加了上下左右調蠶種的難度及工作量，也容易造成蠶種發育不齊，從而影響蠶種孵化的整齊度、孵化率。因此，如皋市蠶桑技術指導站與南京南大明學科技有限公司聯合攻關，為提升現代化催青室的自動化控制水平，開發了蠶種催青計算機測量控制系統[1]；為了減少催青室室內空間溫度開差，經多年的改造試驗，完善催青室內通勻風系統結構布局，建成了現代化智能控制蠶種催青室，投入使用后達到了預期效果，提高了蠶種催青質量及現代化智能控制水平。

1 蠶種催青計算機控制系統工作原理

現代化蠶種催青室的建設有利于催青室環境自動控制，并能達到理想控制效果，更有利于蠶種胚胎發育整齊，增強蠶體質，提高蠶繭產量。催青計算機控制系統的應用解決了蠶種催青過程中溫濕度測量精度及智能控制的問題，對于提高蠶種催青質量、節省能源、降低勞動強度、提高工作效率等具有重要意義。

1.1 催青室溫度變化與加熱設備的控制

依據催青胚胎發育對環境的要求，用戶預先在計算機內設定好目的加熱溫度，當計算機采集到的實時環境溫度低于設定的目的加熱溫度時，加熱設備工作，當實時環境溫度達到目的加熱溫度時，加熱設備自動停止工作。

1.2 催青室溫度變化與制冷設備的控制

依據催青胚胎發育對環境的要求，用戶預先在計算機內設定好目的制冷溫度，當計算機采集到的實時環境溫度高于設定的目的制冷溫度時，制冷設備工作，當實時環境溫度達到目的制冷溫度時，制冷設備自動停止工作。

1.3 催青室干濕差變化與增濕設備控制

計算機自動采集催青室內的干球溫度及濕球溫度，計算其干濕差，并將此干濕差與用戶預先在計算機內設置的目的干濕差進行比較，高于系統設定的干濕差時增濕機自動開啟，達到目的干濕度時自動關閉增濕機。

1.4 催青室內光照、通風設備的控制

依據催青胚胎發育對環境的要求，提前設定好光照的開關時間、通風換氣時長和頻率，計算機按照設定自動控制催青室內各設備的開啟及關閉。

2 催青室內通勻風系統結構布局完善

蠶桑產業的發展，年飼養蠶種數量的增加，對蠶種催青提出了嚴格的要求。為了做到全市一期蠶種同時發種、一日孵化率高，也為了減少催青室室內空間溫度開差，提高胚胎發育整齊度，多年來，如皋市蠶桑技術指導站大膽進行創新，在催青室內部結構上打破原來的傳統建設格局，對催青室內通勻風系統結構布局進行改造試驗，建成了現在的催青室內通勻風系統結構布局，經過多次、多點同時測試，蠶種催青室內溫度開差控制在0.35 ℃以下。

2.1 利用熱空氣上升原理，采用“下降縮小加熱區法”

改進后的新型“下降縮小加熱區法”是利用熱空氣的上升原理，降低墻壁風箱的水平位置以及縮小墻壁風箱上的電熱絲面積，利用室內下部熱空氣的自升來提高上部的溫度。傳統的加熱法是將加熱體均勻分布于室內兩側整個風箱表面，由于熱空氣密度低，具有自升特性，使室內溫度自下而上越來越高，最大上下開差為3 ℃以上，嚴重影響了蠶種的發育整齊度，不得不耗費大量人力來調整蠶種的上下位置。改進后的新型“下降縮小加熱區法”，降低了墻壁風箱距離地面的高度，由原來的離地45 cm，改為35 cm，比最底層蠶種低10 cm；墻壁風箱上電熱絲由過去的全風箱表面分布改為僅分布于風箱表面下部高1.2 m 范圍內，分為上下兩區，上區高40 cm，下區高80 cm，上下區電熱絲密度分布為1∶2，即上稀下密，最大限度降低加熱面的水平位置。風箱上部不安裝加熱體，靠下部熱空氣的自升來提高室內上部的溫度。

2.2 利用空氣流動原理，采用“多點氣流循環法”

改進后的新型“多點氣流循環法”增加了通風風機數量、將風機送風管道延長至墻壁風箱內50 cm 的長度，通過增加空氣流動循環、攪拌，使溫度均勻。在催青室風箱頂部和底部分別安裝4 臺、5 臺風機，室內兩側共18 個氣流吸入口，通過風機、送風管道將上層和底層空氣送入兩側墻壁風箱，進行攪拌，使溫度均勻，風箱內形成壓力，氣流從風箱表面￠4.2 間距62 mm×62 mm 的孔中吹出，距風箱1.1 m 處的風速達到0.3 m/s，這樣的風速能使蠶種架上的所有蠶種均感受到同樣的溫度，又不至于吹走蠶種表面的水分。考慮到蠶種催青時風機需長時間運轉，對風機的質量要求高，我們大膽嘗試，對市面上多款風機的風速、風量進行試驗，最終選用了“松下”迷你型風機送風，該風機有功率小、體積小、吸程遠、風壓大、轉速穩定、無噪音等特點，能長時間連續運行，運行溫度低，對氣流循環效果有決定性作用。

2.3 利用冷空氣向下沉降原理，采用“冷空氣集中均勻沉降法”

改進后的新型“冷空氣集中均勻沉降法”增加了空調、冷空氣風箱，改善了降溫過程冷空氣走向，室內冷空氣自上而下均勻沉降。傳統制冷設備制出的冷空氣直接吹在室內，離空調出風口近的位置溫度低、遠的位置溫度高，開差也大，易造成室內各個點位蠶種感溫不一，積溫開差過大，胚胎發育不齊的情況。新方法將制冷設備安裝在天花頂部中間740 cm×80 cm×40 cm 的風道兩端，并在風道內設置相應的導風板及擋風板，調節風道內氣流方向及流量，使冷空氣在風道內基本均勻分布。在風道底板開有￠12、￠14、￠16 三組出風孔，孔距是100 mm×100 mm，冷氣通過不同規格的孔排出，縱深方向冷氣量基本一致，在室內再參與到氣流循環系統中。制冷設備是從一線生產廠家訂制的單冷機，滿足通電自動啟動要求，該機型有利于實行催青設備的計算機自動化控制，掃風距離達到4.5 m。

3 蠶種催青計算機測量控制系統開發

為了提升現代化催青室的自動化控制水平，如皋市蠶桑技術指導站與南京大學明學科技有限公司聯合攻關，針對催青室開發了蠶種催青計算機測量控制系統[2]，該系統是利用現代計算機技術、現代電子集成技術、測試技術、數據庫技術及通信網絡技術建立的一個軟硬件相結合的自動化智能平臺，可以實現不同層級間的數據傳輸，進行實時的多方面監控，是具有全自動地進行信息測量、信息采集、信息傳遞、信息處理、信息積累特征的自動化系統。

3.1 系統功能

現代化智能控制蠶種催青室由溫濕度數據采集處理器、加熱絲、空調、增濕器、通風等設備控制，催青室溫濕度變化（圖形方式）動態顯示，數據可儲存與檢索，具有超限報警、超值控制功能，催青室環境可根據要求設置，電腦人機畫面具有美感，催青室的溫度、濕度、通風、光照設備工作狀態可顯示，催青室內溫度、濕度由軟件校正，可保證其測量的準確度等。

3.2 系統測量控制要素

依據蠶種催青對環境的要求，溫度、濕度及干濕差設為蠶種催青計算機測量控制系統的測量要素，根據系統的測量要素的設定對加熱設備（空氣加溫線6 kW）、制冷設備（上電自啟動功能空調1.5 匹2 臺）、增濕設備（全自動負離子加濕器2 套）、勻風風扇（18 臺）以及進風、出風風扇（各1 臺）、角燈（6 組）等進行控制。主要技術參數為測溫范圍0 ~ 50 ℃、溫度分辨率0.1℃、濕度測量采用干濕差法、控制精度±0.2℃、勻風速不大于0.5 m/s[2]。

3.3 系統室內設備配置

每間催青室設置傳感器5 組，分布在室內1.5 m 高度同一水平面上；加溫設備6 套，每套1 kW，用于催青室加溫；制冷設備2 套，每套1.5 匹空調，用于催青室制冷降溫；加濕設備2 套，自動上水負離子加濕器用于催青室加濕；進風出風風機各1 套，用于催青室內外空氣交換；每間催青室置循環風機18 組，用于催青室內空氣循環；光照設備6 套，用于催青室內光照；12 W 頂燈4 套，用于催青室內照明；紅燈各2 套，用于催青室內黑暗狀態時室內電器設備運行檢查以及扎蠶種時的短時間照明。

3.4 完善計算機測量控制系統

為了有效保證蠶種催青安全，提升現代化蠶種催青自動化水平，開發了四大智能分析模塊。一是催青溫濕度采集與智能控制分析模塊，計算機每10 s 采集一次溫濕度數據，并生成報表，平均后與蠶種階段環境技術指標要求進行對比分析，再對加溫、制冷、補濕、光照、氣流循環等設備發出通斷指令，實現自動化智能控制。二是催青設備運行狀態監控分析模塊，按照各室33 個電器單元的運行狀態，比照計算機給各電器單元的運行指令來判斷各電器單元故障與否，大大減少了人工逐室檢查各電器單元的工作量，避免因人為疏忽而漏查故障設備，從而可減少催青安全事故的發生。三是超溫智能保護控制分析模塊。為了確保催青生產安全，對催青室智能控制系統設計了二級保護系統，當室內溫度超過目的溫度±3℃時，系統發出警報信號，并切斷該室總電源，避免智能控制系統出現故障時無法對室內設備發出關或開的運行指令，使設備保持在了故障前的運行狀態，可能出現不斷加溫或降溫，將會造成不可估量的損失，不僅難以及時調進幾萬張蠶種，即使調到蠶種，品種得不到保證，還要再催青，也會錯過最佳的養蠶期，而且造成的社會負面影響難以彌補。四是胚胎發育認定分析模塊。邀請蘇州大學專家對蠶種胚胎發育不同階段進行數值認定，并在胚胎發育認定分析模塊中設定，在催青時將當天胚子解剖認定數值輸入計算機，模塊進行自動比對分析，確定當天溫濕度調節數值，并發出操作指令，各電器設備根據操作指令自動運行。

現代化智能控制蠶種催青室建成后，經多年來的投入使用，保證了胚胎發育各階段所需的適宜環境條件，測控系統運行正常，室內空間溫度開差小，從而各點位蠶種感溫一致，使蠶種胚胎發育齊一，提高了蠶種一日孵化率，達到了預期效果，提高了蠶種催青質量及現代化智能控制水平。