朱 建 徐 祥 章亞蓓 談嵩山 孫 鋒

（江蘇省如皋市蠶桑技術(shù)指導(dǎo)站 江蘇南通 226500）

蠶桑產(chǎn)業(yè)是如皋市傳統(tǒng)的高效農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，是農(nóng)民收入的重要來源。蠶種催青又是蠶桑生產(chǎn)第一重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，是指將蠶種保護(hù)在最適宜的環(huán)境中，使蠶卵中的胚胎能夠順利發(fā)育，從而達(dá)到孵化齊一，蟻蠶體質(zhì)強(qiáng)健，可見其質(zhì)量直接關(guān)系到蠶種孵化的整齊度，高質(zhì)量的蠶種催青可促進(jìn)蠶桑生產(chǎn)的豐產(chǎn)以及蠶桑產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)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(tǒng)的加溫、降溫、通勻風(fēng)等系統(tǒng)易造成室內(nèi)溫度開差較大，增加了上下左右調(diào)蠶種的難度及工作量，也容易造成蠶種發(fā)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(shù)指導(dǎo)站與南京南大明學(xué)科技有限公司聯(lián)合攻關(guān)，為提升現(xiàn)代化催青室的自動化控制水平，開發(fā)了蠶種催青計(jì)算機(jī)測量控制系統(tǒng)[1]；為了減少催青室室內(nèi)空間溫度開差，經(jīng)多年的改造試驗(yàn)，完善催青室內(nèi)通勻風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局，建成了現(xiàn)代化智能控制蠶種催青室，投入使用后達(dá)到了預(yù)期效果，提高了蠶種催青質(zhì)量及現(xiàn)代化智能控制水平。

1 蠶種催青計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工作原理

現(xiàn)代化蠶種催青室的建設(shè)有利于催青室環(huán)境自動控制，并能達(dá)到理想控制效果，更有利于蠶種胚胎發(fā)育整齊，增強(qiáng)蠶體質(zhì)，提高蠶繭產(chǎn)量。催青計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)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(zhì)量、節(jié)省能源、降低勞動強(qiáng)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(shè)備的控制

依據(jù)催青胚胎發(fā)育對環(huán)境的要求，用戶預(yù)先在計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)定好目的加熱溫度，當(dāng)計(jì)算機(jī)采集到的實(shí)時環(huán)境溫度低于設(shè)定的目的加熱溫度時，加熱設(shè)備工作，當(dāng)實(shí)時環(huán)境溫度達(dá)到目的加熱溫度時，加熱設(shè)備自動停止工作。

1.2 催青室溫度變化與制冷設(shè)備的控制

依據(jù)催青胚胎發(fā)育對環(huán)境的要求，用戶預(yù)先在計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)定好目的制冷溫度，當(dāng)計(jì)算機(jī)采集到的實(shí)時環(huán)境溫度高于設(shè)定的目的制冷溫度時，制冷設(shè)備工作，當(dāng)實(shí)時環(huán)境溫度達(dá)到目的制冷溫度時，制冷設(shè)備自動停止工作。

1.3 催青室干濕差變化與增濕設(shè)備控制

計(jì)算機(jī)自動采集催青室內(nèi)的干球溫度及濕球溫度，計(jì)算其干濕差，并將此干濕差與用戶預(yù)先在計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)置的目的干濕差進(jìn)行比較，高于系統(tǒng)設(shè)定的干濕差時增濕機(jī)自動開啟，達(dá)到目的干濕度時自動關(guān)閉增濕機(jī)。

1.4 催青室內(nèi)光照、通風(fēng)設(shè)備的控制

依據(jù)催青胚胎發(fā)育對環(huán)境的要求，提前設(shè)定好光照的開關(guān)時間、通風(fēng)換氣時長和頻率，計(jì)算機(jī)按照設(shè)定自動控制催青室內(nèi)各設(shè)備的開啟及關(guān)閉。

2 催青室內(nèi)通勻風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局完善

蠶桑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，年飼養(yǎng)蠶種數(shù)量的增加，對蠶種催青提出了嚴(yán)格的要求。為了做到全市一期蠶種同時發(fā)種、一日孵化率高，也為了減少催青室室內(nèi)空間溫度開差，提高胚胎發(fā)育整齊度，多年來，如皋市蠶桑技術(shù)指導(dǎo)站大膽進(jìn)行創(chuàng)新，在催青室內(nèi)部結(jié)構(gòu)上打破原來的傳統(tǒng)建設(shè)格局，對催青室內(nèi)通勻風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行改造試驗(yàn)，建成了現(xiàn)在的催青室內(nèi)通勻風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局，經(jīng)過多次、多點(diǎn)同時測試，蠶種催青室內(nèi)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(qū)法”

改進(jìn)后的新型“下降縮小加熱區(qū)法”是利用熱空氣的上升原理，降低墻壁風(fēng)箱的水平位置以及縮小墻壁風(fēng)箱上的電熱絲面積，利用室內(nèi)下部熱空氣的自升來提高上部的溫度。傳統(tǒng)的加熱法是將加熱體均勻分布于室內(nèi)兩側(cè)整個風(fēng)箱表面，由于熱空氣密度低，具有自升特性，使室內(nèi)溫度自下而上越來越高，最大上下開差為3 ℃以上，嚴(yán)重影響了蠶種的發(fā)育整齊度，不得不耗費(fèi)大量人力來調(diào)整蠶種的上下位置。改進(jìn)后的新型“下降縮小加熱區(qū)法”，降低了墻壁風(fēng)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(fēng)箱上電熱絲由過去的全風(fēng)箱表面分布改為僅分布于風(fēng)箱表面下部高1.2 m 范圍內(nèi)，分為上下兩區(qū)，上區(qū)高40 cm，下區(qū)高80 cm，上下區(qū)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(fēng)箱上部不安裝加熱體，靠下部熱空氣的自升來提高室內(nèi)上部的溫度。

2.2 利用空氣流動原理，采用“多點(diǎn)氣流循環(huán)法”

改進(jìn)后的新型“多點(diǎn)氣流循環(huán)法”增加了通風(fēng)風(fēng)機(jī)數(shù)量、將風(fēng)機(jī)送風(fēng)管道延長至墻壁風(fēng)箱內(nèi)50 cm 的長度，通過增加空氣流動循環(huán)、攪拌，使溫度均勻。在催青室風(fēng)箱頂部和底部分別安裝4 臺、5 臺風(fēng)機(jī)，室內(nèi)兩側(cè)共18 個氣流吸入口，通過風(fēng)機(jī)、送風(fēng)管道將上層和底層空氣送入兩側(cè)墻壁風(fēng)箱，進(jìn)行攪拌，使溫度均勻，風(fēng)箱內(nèi)形成壓力，氣流從風(fēng)箱表面￠4.2 間距62 mm×62 mm 的孔中吹出，距風(fēng)箱1.1 m 處的風(fēng)速達(dá)到0.3 m/s，這樣的風(fēng)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?？紤]到蠶種催青時風(fēng)機(jī)需長時間運(yùn)轉(zhuǎn)，對風(fēng)機(jī)的質(zhì)量要求高，我們大膽嘗試，對市面上多款風(fēng)機(jī)的風(fēng)速、風(fēng)量進(jìn)行試驗(yàn)，最終選用了“松下”迷你型風(fēng)機(jī)送風(fēng)，該風(fēng)機(jī)有功率小、體積小、吸程遠(yuǎn)、風(fēng)壓大、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、無噪音等特點(diǎn)，能長時間連續(xù)運(yùn)行，運(yùn)行溫度低，對氣流循環(huán)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(jìn)后的新型“冷空氣集中均勻沉降法”增加了空調(diào)、冷空氣風(fēng)箱，改善了降溫過程冷空氣走向，室內(nèi)冷空氣自上而下均勻沉降。傳統(tǒng)制冷設(shè)備制出的冷空氣直接吹在室內(nèi)，離空調(diào)出風(fēng)口近的位置溫度低、遠(yuǎn)的位置溫度高，開差也大，易造成室內(nèi)各個點(diǎn)位蠶種感溫不一，積溫開差過大，胚胎發(fā)育不齊的情況。新方法將制冷設(shè)備安裝在天花頂部中間740 cm×80 cm×40 cm 的風(fēng)道兩端，并在風(fēng)道內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的導(dǎo)風(fēng)板及擋風(fēng)板，調(diào)節(jié)風(fēng)道內(nèi)氣流方向及流量，使冷空氣在風(fēng)道內(nèi)基本均勻分布。在風(fēng)道底板開有￠12、￠14、￠16 三組出風(fēng)孔，孔距是100 mm×100 mm，冷氣通過不同規(guī)格的孔排出，縱深方向冷氣量基本一致，在室內(nèi)再參與到氣流循環(huán)系統(tǒng)中。制冷設(shè)備是從一線生產(chǎn)廠家訂制的單冷機(jī)，滿足通電自動啟動要求，該機(jī)型有利于實(shí)行催青設(shè)備的計(jì)算機(jī)自動化控制，掃風(fēng)距離達(dá)到4.5 m。

3 蠶種催青計(jì)算機(jī)測量控制系統(tǒng)開發(fā)

為了提升現(xiàn)代化催青室的自動化控制水平，如皋市蠶桑技術(shù)指導(dǎo)站與南京大學(xué)明學(xué)科技有限公司聯(lián)合攻關(guān)，針對催青室開發(fā)了蠶種催青計(jì)算機(jī)測量控制系統(tǒng)[2]，該系統(tǒng)是利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子集成技術(shù)、測試技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立的一個軟硬件相結(jié)合的自動化智能平臺，可以實(shí)現(xiàn)不同層級間的數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)行實(shí)時的多方面監(jiān)控，是具有全自動地進(jìn)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(tǒng)。

3.1 系統(tǒng)功能

現(xiàn)代化智能控制蠶種催青室由溫濕度數(shù)據(jù)采集處理器、加熱絲、空調(diào)、增濕器、通風(fēng)等設(shè)備控制，催青室溫濕度變化（圖形方式）動態(tài)顯示，數(shù)據(jù)可儲存與檢索，具有超限報警、超值控制功能，催青室環(huán)境可根據(jù)要求設(shè)置，電腦人機(jī)畫面具有美感，催青室的溫度、濕度、通風(fēng)、光照設(shè)備工作狀態(tài)可顯示，催青室內(nèi)溫度、濕度由軟件校正，可保證其測量的準(zhǔn)確度等。

3.2 系統(tǒng)測量控制要素

依據(jù)蠶種催青對環(huán)境的要求，溫度、濕度及干濕差設(shè)為蠶種催青計(jì)算機(jī)測量控制系統(tǒng)的測量要素，根據(jù)系統(tǒng)的測量要素的設(shè)定對加熱設(shè)備（空氣加溫線6 kW）、制冷設(shè)備（上電自啟動功能空調(diào)1.5 匹2 臺）、增濕設(shè)備（全自動負(fù)離子加濕器2 套）、勻風(fēng)風(fēng)扇（18 臺）以及進(jìn)風(fēng)、出風(fēng)風(fēng)扇（各1 臺）、角燈（6 組）等進(jìn)行控制。主要技術(shù)參數(shù)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(fēng)速不大于0.5 m/s[2]。

3.3 系統(tǒng)室內(nèi)設(shè)備配置

每間催青室設(shè)置傳感器5 組，分布在室內(nèi)1.5 m 高度同一水平面上；加溫設(shè)備6 套，每套1 kW，用于催青室加溫；制冷設(shè)備2 套，每套1.5 匹空調(diào)，用于催青室制冷降溫；加濕設(shè)備2 套，自動上水負(fù)離子加濕器用于催青室加濕；進(jìn)風(fēng)出風(fēng)風(fēng)機(jī)各1 套，用于催青室內(nèi)外空氣交換；每間催青室置循環(huán)風(fēng)機(jī)18 組，用于催青室內(nèi)空氣循環(huán)；光照設(shè)備6 套，用于催青室內(nèi)光照；12 W 頂燈4 套，用于催青室內(nèi)照明；紅燈各2 套，用于催青室內(nèi)黑暗狀態(tài)時室內(nèi)電器設(shè)備運(yùn)行檢查以及扎蠶種時的短時間照明。

3.4 完善計(jì)算機(jī)測量控制系統(tǒng)

為了有效保證蠶種催青安全，提升現(xiàn)代化蠶種催青自動化水平，開發(fā)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(jì)算機(jī)每10 s 采集一次溫濕度數(shù)據(jù)，并生成報表，平均后與蠶種階段環(huán)境技術(shù)指標(biāo)要求進(jìn)行對比分析，再對加溫、制冷、補(bǔ)濕、光照、氣流循環(huán)等設(shè)備發(fā)出通斷指令，實(shí)現(xiàn)自動化智能控制。二是催青設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控分析模塊，按照各室33 個電器單元的運(yùn)行狀態(tài)，比照計(jì)算機(jī)給各電器單元的運(yùn)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(shè)備，從而可減少催青安全事故的發(fā)生。三是超溫智能保護(hù)控制分析模塊。為了確保催青生產(chǎn)安全，對催青室智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了二級保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)室內(nèi)溫度超過目的溫度±3℃時，系統(tǒng)發(fā)出警報信號，并切斷該室總電源，避免智能控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時無法對室內(nèi)設(shè)備發(fā)出關(guān)或開的運(yùn)行指令，使設(shè)備保持在了故障前的運(yùn)行狀態(tài)，可能出現(xiàn)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(diào)進(jìn)幾萬張蠶種，即使調(diào)到蠶種，品種得不到保證，還要再催青，也會錯過最佳的養(yǎng)蠶期，而且造成的社會負(fù)面影響難以彌補(bǔ)。四是胚胎發(fā)育認(rèn)定分析模塊。邀請?zhí)K州大學(xué)專家對蠶種胚胎發(fā)育不同階段進(jìn)行數(shù)值認(rèn)定，并在胚胎發(fā)育認(rèn)定分析模塊中設(shè)定，在催青時將當(dāng)天胚子解剖認(rèn)定數(shù)值輸入計(jì)算機(jī)，模塊進(jìn)行自動比對分析，確定當(dāng)天溫濕度調(diào)節(jié)數(shù)值，并發(fā)出操作指令，各電器設(shè)備根據(jù)操作指令自動運(yùn)行。

現(xiàn)代化智能控制蠶種催青室建成后，經(jīng)多年來的投入使用，保證了胚胎發(fā)育各階段所需的適宜環(huán)境條件，測控系統(tǒng)運(yùn)行正常，室內(nèi)空間溫度開差小，從而各點(diǎn)位蠶種感溫一致，使蠶種胚胎發(fā)育齊一，提高了蠶種一日孵化率，達(dá)到了預(yù)期效果，提高了蠶種催青質(zhì)量及現(xiàn)代化智能控制水平。