作坊式豆芽生产自动化改造系统设计

陈勇亮+徐妍清

摘 要：本文介绍了豆芽生产自动化改造系统，包括给水系统设计与控制系统设计的改造，实现了作坊式豆芽生产的自动化。通过系统改造大大节约了人力成本，降低了劳动强度，并且提高了工作的效率。最后通过成本与效益分析得出，该系统投资小、效益高，适合于在三四线城市推广。

关键词：农业工程；自动化系统；PLC；豆芽

中图分类号：S24 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170733070

引言

豆芽白嫩清爽、清香营养，是男女老少皆宜的四季鲜蔬。据估计，全国豆芽市场每天的需求量达2.5万t，占所有蔬菜产品市场的2.5%～3%，已成为年产值达150 亿元人民币的大产业[1]。

我国一直延续着豆芽作坊式生产，近年来，市场上出现了工业化生产。以包头市区为例，有工业化豆芽孵化生产线1条，作坊式生产20余家。此外，在西安、沈阳等地查处多起作坊式毒豆芽事件，毒豆芽事件屡禁不止，根本原因是这些生产者大多文化程度较低，多年来一直从事豆芽生产，作坊式生产豆芽成了维持生计的基本保障，导致这些生产者冒着违法的风险继续生产。如何以较低的成本实现自动化改造是提高芽农收入，降低劳动强度的有效途径。

1 自动化生产线与作坊式生产对比

1.1 豆芽自动化生产的特点

1.2豆芽作坊式生产的特点

图2 豆芽作坊式生产的特点

通过对作坊式豆芽的自动化改造可实现自动化生产与作坊式生产的良性互补，达到规模化、自动化，大大降低劳动强度，并且满足投资成本低的豆芽生产者的要求。

2 给水系统的改造

豆芽长势的好坏取决于给水系统给水量的大小，水量过大，豆芽会出现烂根现象；水量过小，会抑制豆芽的生长。所以给水系统的设计是豆芽生产自动化改造的重要环节。给水系统的设计包括给水管线的设计、水泵选型、喷头尺寸的设计。

2.1 给水管线的设计

以日产1000kg豆芽为例，每个容器豆芽100kg，需10个容器。按豆芽生长周期7d计算，每天需喷淋的70个豆芽容器。改造后，每次喷淋时间控制在45min以内，分两轮喷淋。

管线设计需考虑厂房面积，为节约占地空间，设计5个容器为1个喷淋组，每组1.5min/轮，则可设计1个主管线、14个一级支管线和70个2级支管线。

2.2 水泵选型[2]

根据经验，日产豆芽1000kg，每次用水量约为40t。由于实际扬程小于10m，选用出水量40t、扬程16m、功率5.5kW的潜水泵满足设计要求。

2.3 喷头尺寸的设计

豆芽容器开口为700mm×750mm的矩形，如果将喷头设计为同尺寸大小，将会导致在制作注塑模具时尺寸较大，费用很高。设计采用4个喷头喷淋1个豆芽容器的方式，喷头尺寸350mm×375mm。

二级支管采用直径25mm的塑料软管，为保证喷淋豆芽均匀，设计喷头出水孔间距25mm×20mm，每个喷头设置（350/20）×（375/25）=255个孔。为保证出水流畅，需4个喷头出水孔总面积S≥π/4×（25×25）mm2。

则，每个孔直径D≥0.78mm，孔直径过小会导致喷出的水雾化，通过实验，设计取D=1mm。

3 系统的自动化控制

豆芽自动化控制系统，主要采用PLC来控制每个一级支管电磁阀的开启，并在控制柜上用指示灯显示支管开闭状态。系统采用定时器自动控制水泵的开启时间，由于水压对豆芽的生长液有一定的影响，可采用变频器控制和调节水压。若整个系统在运行过程中出现问题，设置了报警系统。该报警系统与操作员宿舍相连，防止在夜间无人看管时，出现系统报警操作员不知道。通过自动化控制设计，实现了全自动喷淋豆芽。

4 自动化改造的成本与效益分析

通过生产自动化改造，大大降低了劳动者的劳动强度，实现了劳动者由原来的重体力劳动转变为自动化操作，降低了人力成本。工作效率大大提高，原来每天9h的工作，现在只需不到2h，降低了时间成本。然而，以日生产能力1000kg计算，自动化改造成本约3万元，其中包括喷头、管线、电线、PLC、电磁阀、水泵、喷頭固定支架、空气开关、定时器等、控制柜等。

所以，豆芽的自动化生产改造具有较大的意义和广阔的前景，适合在引进全自动豆芽生产线不经济的北方三四线城市推广。

参考文献

[1]康玉凡，陶礼明，毛振宾，等.工厂化豆芽成为现代加工食品新宠[J].长江蔬菜（学术版），2008（14）：73-76.

[2]杨世超，黄明健，江文博.基于单片机技术设计的自动豆芽机[J].电子世界，2013（20）：30.

作者简介：陈勇亮（1984-），男，山西文水人，硕士，江西工业工程职业技术学院讲师，研究方向：机电设备。