刘 睿, 李嘉琦, 刘博文, 杨鑫爱, 牛国玲

(佳木斯大学机械工程学院,黑龙江 佳木斯 154000)

0 引 言

现代化技术水平的不断提高,以及社会经济的不断发展,推动了生猪养殖业的现代化进程,但是现实当中,生猪养殖场内生猪的养殖密度依然很大,为了实现生猪养殖业的高质量健康发展,对养殖过程当中的技术条件也提出了更高的要求。将东北地区生猪养殖场猪舍作为研究对象,基于环境检测与清洁功能,系统实现对猪舍内温度、湿度、氨气浓度的监测与调节,以及通过床下清洁车实现垫料的自动铺设以及粪便的自动清理。为了解决东北地区冬季的猪舍常处于低温高湿的环境,对低温地区可堆肥高床猪舍进行结构分析,并为了使其在东北地区进行推广使用,推动智能化方向发展,将以可编程逻辑控制器(PLC)为控制核心,设计猪舍内环境智控系统,使其适合在东北地区进行推广使用,同时也将解决生猪养殖时密闭环境所带来的空气环境影响问题,以及应用粪污智能清洁车进行智能控制清洁床下堆肥,从而使得东北地区生猪在养殖时可以达到一个相对理想的生长发育环境,推动东北地区生猪养殖业向规模化、集约化、智能化发展。

1 东北地区可堆肥高床猪舍结构

1.1 高床猪舍的可堆肥发酵思路

按照高床发酵型生态养猪模型设计思路[1],堆粪区作提升能源的利用率、减小环境污染、资源浪费的集中处理和目标区,将针对猪所产生粪便采用发酵菌发酵技术以生产有机肥料,利用PLC技术控制清洁车铺设稻壳、木屑等有机材料作为垫料与发酵菌混合,然后执行微生物好氧发酵原理,并吸收养殖过程中产生的粪便和尿液,后利用自动控制清洁车对垫料与粪便进行混合翻堆,最终成为有机肥料。猪出栏时与有机肥料一同清出,此时再次利用清洁车启动清洁功能,对床下进行高压喷水清洗及喷洒消毒水的消毒措施。

1.2 高床发酵型生态养猪结构

根据图1进行该高床猪舍结构主要分析,说明如下:

(1)该高床猪舍为了满足低温地区冬季生猪养殖环境管理要求,将猪舍整体结构分为圈养区、管理区、漏粪区、堆肥区、置物区;(2)该高床猪舍为了更好地进行冬季温度控制,在猪舍上床进行了加温管的布局,以确保圈养区温度适宜,同时也为了防止低温时下床猪粪会上冻并向上吸收上床温度的情况出现以及易于冬季对下床猪粪的清理工作,在漏粪区的倾斜下床和堆肥区也进行了加温管的布局;(3)生猪产生的粪、尿由上床漏粪板掉到倾斜下床上,而掉在倾斜下床的粪、尿会沿着倾斜下床表面下滑,并在重力的作用下推开堆肥区下悬门掉入到堆肥区;(4)该高床猪舍为了清洁倾斜下床上残留的粪、尿,在其倾斜下床上安装了刮粪板装置,而刮粪板会在步进电机带动螺纹的驱动下进行上下移动,并同时也可以通过控制水泵启停使水压增大并通过下床喷水管进行喷水冲洗倾斜下床,以达到清洁倾斜下床的目的;

图1 高床发酵型生态养猪模型

1.3 可堆肥高床猪舍内环境控制系统设计

以YFL-2N24MR-6AD2A-2U型国产PLC为核心控制器,远程监控(如图2所示)系统结构当中的温度湿度传感器采用的是RS485显示温湿度传感器,该传感器的优势是其能发出两路信号,分别是湿度信号和温度信号。氨气浓度的监测则是采用MMD1002氨气气体浓度传感器,检测范围是0到75毫克每立方米;风机采用交流负压风机,交流负压风机的应用,既能保障猪舍在夏天的时候可以实现防暑降温,又能保障猪舍通风除湿,降低注射类的氨气浓度。高压水枪装置清洗猪舍,并在一定程度上实现降温加湿。

图2 控制系统结构图

2 猪舍下床环境清洁车设计

2.1 下床清洁车的整体设计

基于PLC来控制清洁车中有害气体传感器,实时监测猪舍内有害气体的浓度。如果危险气体浓度高于正常值,控制系统会自动打开猪舍中的变速通风装置,及时排放有害气体。当PLC监测到猪舍内的温度、湿度、氨气值情况异常,会根据当前情况自动开启或者关闭交流负压风机,自动启动清洁车对粪便进行清理,集中堆放,自动启动高压水枪对猪舍进行清洗,完成全部动作后,清洁车自动对垫料进行铺设。

粪污智能清扫小车第一层放置YFL-2N24MR-6AD2A-2U型国产PLC、八路物联网智能控制器、6-DZF-12型电动车专用蓄电池、中间继电器、EV360-T1224型12V转24V升压器等各种贵重电气元件。第二层放置DP-521型水泵和水箱。第三层放置相应的喷头。设计思想如图3。

图3 设计思想

2.2 下床清洁车的硬件设计

选用YFL-2N24MR-6AD2A-2U型国产PLC 为主控制器。该控制器提供RS-232 和RS-485串口供程序下载和远程通讯。15路输入、11路继电器输出。支持4 路模拟电流量转数字量供气体传感器接口和2路数字量转模拟电压量控制电机、水泵运行。

PLC、红外光电传感器、八路物联网智能控制器、中间继电器取用蓄电池利用EV360-T1224型12V转24V升压器从12V升压至24V电压来做为能源,四驱轮胎电机和DP-521型水泵直接取用蓄电池12V电压。

四驱轮胎电机和DP-521型水泵也是通过中间继电器与PLC输出口连接,使PLC通过控制中间继电器的关合来控制四驱轮胎电机和DP-521型水泵的工作。电气元件表如表1所示,PLC具体连接图如图4。

表1 电气元件表

图4 PLC接线图

2.3 下床清洁车的软件设计

根据控制过程及对象分析,清洁车I/O地址分配如表2所示,部分梯形图如图5所示。

图5 梯形图

表2 清洁车I/O地址分配表

粪污智能清洁车硬件部分搭建完成后,需要使用PLC电控程序以及合适的通讯协议才能使各硬件部分智能、可靠运行。通过遥控器或手机操作页面控制清洁车进行行进、高压喷水清洁、消毒、堆肥等操作。操作流程图如图6、遥控器如图7。

图6 操作流程图

图7 遥控器

3 结 论

结合我国东北地区生猪养殖业向规模化、集约化、智能化发展的需要,以控制低温地区可堆肥的高床猪舍内部环境为目的,利用PLC技术、组态技术、监测传感技术等结合设计出一种高床猪舍环境智能监测与控制系统。主要进行工作如下:

1)养殖区根据东北地区气候条件,优化高床猪舍床下温度控制方案,设计出适合东北低温条件下猪生活的保温系统。基于高床猪舍床下的生态化环境为出发点考虑,设计出床下垫料与发酵菌相结合,使粪便转变为有机肥,实现废物资源化利用。在保温系统之上设计出通风散气系统。利用PLC设计适用于东北低温地区的高床猪舍床下环境保护控制系统。

2)床下基于清洁卫生、消毒、铺设垫料、使粪便转化成有机肥、排除有害气体的思想,设计出集铺盖垫料层与发酵菌、翻堆推积垫料与粪便、监测有害气体功能的高床猪舍床下环境清洁车。对清洁车的组成部分进行研究,设计出合理结构。对高床猪舍床下环境维护控制系统总体设计与研究。

参考文献:;

[1] 黑立新,周水功,唐传鹏.畜禽粪污在好氧堆肥发酵中的问题及对策[J].中国动物保健,2022,24(08):89-90.

[2] 冯晓艳. 方正县发酵床生态养猪猪舍设计与试验研究[D]. 哈尔滨:东北农业大学, 2010.

[3] 丛希,胡晓丽,袁洪印.国内外畜禽舍环境监控系统研究现状[J].农业与技术,2012,(06):106-107.

[4] GB/T 17824.3-2008,规模猪场环境参数及环境管理[S].

[5] 王斌, 刘雪梅, 张国强,等. 猪舍生态环境监测和清洁控制系统的设计[J]. 农业工程学报, 2020, 36(3):55-62.