王明利，张艳吉

(河南南商农牧科技股份有限公司，河南南阳 473400）

1 猪场清粪除污现状

1.1 养猪业环境现状

我国作为农业大国，养猪历史十分悠久，随着国家经济的不断发展，人民的生活水平得到了很大提高。 日常生活中，猪肉在肉类消费中占据了越来越高的地位，养猪业的发展与人民的生活越来越密切。

养猪业存在环境污染问题也是众所周知的。养猪产生的废物比如药物、温室气体、粪尿等大多都会对环境产生污染，在环境要求日益提高的今天，环境污染越来越受到重视，这些对环境有害的废物是值得严格管控处理的。近年我国养殖业正向着规模化、标准化、集约化方向发展，猪场的管理也逐渐趋于智能化，借助智能设备和物联网技术来实现对猪场的智能化、高效化、便捷化的全方位监测和管理。

现如今人们对食品安全和环境问题越来越重视，如何在保证猪肉食品安全的同时做到保护环境就成了未来的研究和发展方向。 养猪规模化、集约化、生态化将是未来养猪的发展趋势。生态化养猪具有种养结合、健康养殖、资源循环的特点。 只有规摸养猪、合理规划，才能最大限度地减少环境污染，做到低碳环保，智能养猪，为构建社会主义和谐社会出一份力。

1.2 国内养猪粪污处理发展趋势

随着社会的发展， 我国养殖业正向着规模化、标准化、集约化方向发展。 规模化养殖势必会因存养量大，造成粪尿排泄物过多，如何清洁化处理成为难题。2016 年12 月25 日，十二届全国人大常委会第二十五次会议表决通过《环境保护税法》，2018 年1 月1 日开始，500 头以上猪场需要缴纳环保税，对养猪业产生了环保压力。 比如山东省，要求到2017 年底，养殖场畜禽粪便处理利用率达到78%以上， 污水处理利用率达到50%以上，到2020 年，养殖场畜禽粪便和污水处理利用率分别到90%和60%以上， 实现种养相对平衡、农牧共生互动、生态良好循环的生态畜牧业产业体系基本形成，在全国率先建成现代生态畜牧业强省。 各养猪场在环保严峻形势的倒逼下， 不断加大养殖废弃物的综合利用力度，同时大力发展粪污处理技术。

目前各地粪污处理利用模式大体可分为两种：一种是水泡粪形式，但水泡粪工艺形成的污水各污染物浓度与其他方式相比最高、处理难度最大。 该废水成分较为复杂、碳氮营养比例失调（氮源过剩），废水带有较重的颜色和强烈的刺激性气味（NH3、H2S 等），悬浮物含量高，生化处理易产生泡沫，这类废水处理难度比较大。 第二种是清粪机清刮形式， 这种清粪形式相对水泡粪，除投建成本较高其余各方面大体相差无几，而清粪机的优点有减轻劳动强度，节约劳动力降低生产成本，提高工作效率等。

智能清粪系统， 基于物联网技术开发的一款适用于广大猪场的智能设备系统。按时、高效、智能地对猪场粪污进行清洁处理，帮助养殖户解决生猪优良的生长环境问题，保障生猪健康安全的成长。 目前清粪机已投产猪场进行实地使用，但智能化清粪系统并未形成并运用到猪场当中。

1.3 国内市场需求分析

随着养猪业的发展，规模化、集约化、生态化养殖是发展趋势，猪场管理也将越来越趋于自动化、智能化，猪场以现有的粪污处理模式终将会被智能化养殖发展潮流所淹没，行业对智能除污系统的需求显得尤为突出。

2 系统实施与应用方案

2.1 系统主要组成与作用

2.1.1 基础清粪设备：刮粪板、立式/卧式转角轮、动力箱、托辊等；

2.1.2 关健检测部件：拉力传感器、动力箱行程开关、刮粪板位置行程开关、运行状态检测开关、旋转探测仪、限位开关等，用于检测清粪系统运行、异常与故障状态；

2.1.3 自动控制设备：PLC 控制系统，作用是自动控制一级清粪系统、二级清粪系统的运行和采集系统运行数据传输给数据传输终端；

2.1.4 数据采食传输设备： 物联网数据采集终端， 作用是把PLC 控制系统采集的数据上传给监控平台服务器；

2.1.5 设备运行监控平台：物联网设备监控管理平台，作用是通过监控中心实时显示整场设备的运行情况以及通过短信、 微信等方式给管理者发送提醒消息。

2.2 系统关健运行流程

清粪系统主要有一级清粪系统与二级清粪系统组成，其中一级清粪系统负责把猪舍内粪污由一级粪道清理到二级粪道， 二级清粪系统负责把二级粪道内的粪污清理到粪污池。

一级清粪系统运行流程如图1 所示。 图1 中关健检测与监控点包括：一级刮粪系统的运行状态、一级粪道阻力、系统卡死状态、设备故障状态、刮粪板位置等。

图1 一级清粪系统运行流程

二级清粪系统运行流程如图2 所示。 图2 中关健检测与监控点包括：二级刮粪系统的运行状态、二级粪道阻力、系统卡死状态、设备故障状态、刮粪板位置等。

图2 二级清粪系统运行流程

2.3 系统实时检测

系统中限位开关装备检测刮粪板位置，拉力传感器检测刮粪板粪道阻力与系统卡死故障状态，动力箱电机的转动判断刮粪系统的运行状态与停止故障状态以及其他装置状态的检测。 这些检测数据将通过PLC 控制箱采集， 传输给数据采集终端， 由采集终端通过GPRS、WIFI 或有线网络的方式把数据上传到云服务与猪场监控中心，从而达到猪场对整场清粪系统的实时监控。 流程如图3 所示。

图3 流程图

3 对行业的推动作用

智能清粪系统的应用， 目的主要是帮助养殖户解决生猪粪污的处理问题， 为猪只提供一个更加舒适清洁的生长环境， 提高猪场的智能化程度，降低人工作业费用，提升经营者的生产效益， 使猪场管理人员从繁重体力劳动和脏乱环境中解放出来。 从农牧业长期发展来看，自动化、智能化是养殖业发展的必然趋势，猪场借助智能设备对粪污进行智能化、高效化、清洁化处理，将智能设备联网远程监控，实时获取设备工作状态，为猪场管理提供便利化、高效化、精准化。 因此物联网智能清粪系统对于规模化、集约化、生态化养殖的发展具有长远意义。

物联网技术目前在养猪行业内应用还非常薄弱，除了智能环控系统、精准饲喂系统以及视频监控系统之外， 其他猪场设备都少有物联网设备。 物联网智能清粪系统对进一步推动物联网技术在行业内的运用有一定意义。

4 结论

目前行业中的清粪机设备， 无论从设备结构设计合理性，还是粪道清理后的整洁度来看，现有清粪机设备相对比较成熟， 但粪污处理系统还处于起步阶段，存在智能化程度低、控制灵活性差、故障报警不及时等问题。 大多数猪场缺少整场设备的监控中心， 使猪场管理者不能及时查看收到相关的设备运行数据， 因为设备的故障导致猪生长情况不好、得病或死亡，都将为猪场带来重大的经济损失。 而物联网技术在此系统中的应用， 能够实时监测清粪系统设备的运行、报警、故障等状态，能够让管理者实时接收状态信息并及时处理异常设备， 减少因为设备的异常给猪场带来负面的影响， 从而提高猪场的生产效益。