光電開關在智能育秧流水線上的應用研究

方 超，劉煜東，王曉靈

（龍游縣農業農村局，324400，浙江龍游）

1 研究背景及意義

1.1 研究背景

隨著水稻生產機械化程度的提高，工廠化育秧流水線得到了推廣應用。一般的育秧流水線作業主要有送秧盤、播底土、淋水、播稻種、播蓋土、出秧盤這幾道工序組成。典型的流水線如圖1 所示。

圖1 育秧流水線作業工序

其中供盤、上土、上稻種、取盤等環節均由人工完成，勞動強度大，所以流水線速度不能太快，目前在用的80%流水線的生產率為500～800 盤/h，而且輔助人工較多，需8～10 人。有部分流水線配套了上土機，但也不是自動的，對于節省人工效果有限。而自動化、智能化程度較高的高速育秧流水線（生產率1 200～2 000盤/h）價格高昂，動輒幾十萬甚至上百萬元，不適合大面積推廣。在務農人員老齡化、甚至后繼無人的當下，如何提高水稻育秧生產率、減少人工使用、降低育秧成本，已成為當務之急。

1.2 研究意義

通過對現有育秧流水線進行低成本的自動化、智能化改造，在供盤、上土、取盤等環節實現自動化，只需花費數千元到數萬元，流水線的生產率可達1 200-1 500 盤/h，而且用工量可減少到3～4 人，這無疑是最佳的解決方案。而光電開關是實現育秧流水線智能化的利器。

光電開關是光電接近開關的簡稱，又稱光電傳感器，是傳感器的一種。它利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路接通電路，從而檢測物體的有無。除了金屬，所有能反射光線（或者對光線有遮擋作用）的物體比如秧盤、基質營養土均可以被檢測。它具有非接觸、體積小、功能多、壽命長、響應速度快以及抗光、電、磁干擾能力強等優點。

一般較為常用的光電開關是紅外線光電開關，通過發出紅外線光束到達或透過物體或鏡面對紅外線光束進行反射，然后接收或到達或透過或反射回來的光束，根據光束的強弱判斷物體的存在。紅外線光電開關種類有很多，我們主要采用漫反射型、對射型兩種。下面根據育秧流水線各道工序的智能化改造分別說明光電開關的應用。

2 光電開關在育秧流水線中的應用

2.1 自動供盤

在流水線的前端添置一臺供盤機（見圖2），秧盤可以一次疊放二三十只，工作時秧盤一個一個自動落下向前連貫輸送，這樣可大大提高供盤效率，一個人工足以勝任2 000 盤/h 的送盤任務。供盤機采用對射型光電開關（見圖3），由發射器和接收器組成，結構上是相互分離的，在光束被中斷的情況下會產生一個開關信號變化，我們將發射端與接收端分別安裝于輸送軌道的兩側，用于控制秧盤棘輪電機的開合。當秧盤借助重力落于輸送軌道上時，遮擋了紅外光束，光電開關斷開，棘輪電機停轉，疊放的秧盤不再落下；當輸送軌道上的秧盤向前輸送完成后，光電開關重新接合，電機接合帶動棘輪轉動又讓下一個秧盤落下，如此循環不已。

圖2 供盤機

圖3 供盤機上的光電開關發射端與接收端

2.2 自動送土

送土是育秧流水線上勞動強度最大的一個環節，為解決人工用工多的問題，需要配置智能化送土系統用于鋪撒底土與蓋土。一般的解決方案是：用鏟車將營養土或基質裝入一個大料斗中，然后通過大料斗的下料輸送帶落入上土機料斗，再通過上土機輸送到流水線的料斗中用于鋪撒底土與蓋土。如果要減少設備投資，也可以只配置2 臺自動上土機，用人工往上土機料斗中添料（需配備2 人）。

這里的關鍵是，送土過程是自動化的，當流水線料斗中的營養土或基質少于一定量的時候，大料斗輸送帶與上土機啟動供土；當流水線料斗中的營養土或基質快滿溢的時候，大料斗輸送帶與上土機自動停止供土。這樣送土環節只需要0.5 個人工（工人除了鏟土以外還有空閑進行其他作業）。

實現智能化上土，只需在上土機的出料端安裝一個漫反射型光電開關（見圖4）即可。此開關尾端有一個調節旋鈕，可根據安裝位置來調節感應的距離。紅外線光束探測料斗中的營養土或基質，當營養土與開關的距離高于設定值時，光電開關接通，上土機電機運轉，向流水線料斗中補充營養土；當營養土與開關的距離低于設定值時，光電開關斷開，上土機電機停轉以防料斗中的營養土滿溢。為避免上土機電機頻繁開關，一般在電路中要串接一個時間繼電器，在光電開關接通后，延時接通上土機電機。

圖4 上土機上所用的漫反射型光電開關

2.3 自動疊盤

秧盤播種后，要進入下一道疊盤暗化催芽的環節。目前多數是通過人工一個一個地取盤、疊盤，效率較低?？梢耘渲靡粋€自動疊盤機（如圖5 所示），將流水線的秧盤壘疊為3～5 個一疊，然后用人工捧至托盤上，或者再進一步，另外加配一個碼垛機器人，由機器人代替人工疊放秧盤。這樣可大大提高效率，降低勞動強度，節省2～3 個人工。

圖5 疊盤機

自動疊盤機有多種類型，采用光電開關是比較簡便有效的一種方式?？梢栽诹魉€上方裝置一個漫反射型光電開關，同時配置一個計數器（可以設置疊盤的數量），當秧盤通過紅外線探測范圍時，光電開關接合，計數并驅動疊盤電機將秧盤往上托起，疊至設定的數量時，再往前送出，用人工或機器人取下疊放于托盤上。

2.4 缺料報警

自動供土機如果配置了大料斗，用鏟車供土，因為高度較高，看不見里面的營養土是否足夠。為防止缺料，可以在大料斗上邊緣安裝一個常開型漫反射光電開關，與報警器連接，當大料斗中的營養土低于某個位置時接通光電開關，此時報警器工作，發出警報聲，提醒鏟車司機及時補料。

3 結語

隨著務農人工的日益短缺，工廠化育秧流水線實現自動化、智能化，以達到降本提效、減少人工使用的目標，這是必然趨勢。使用光電開關，可以對現有育秧流水線進行低成本的智能化改造，實現自動供盤、自動供土、自動疊盤，是值得大力推廣的一項實用技術。