雙孢蘑菇上料裝備從自動化到智能化的發展升級

顏衛兵 李偉偉 張曉召

（浙江宏業裝備科技有限公司，浙江 溫嶺 317502）

自1980—1985年我國從歐美引進5 套雙孢蘑菇工廠化設備線進行工廠化生產[1]，我國雙孢蘑菇種植開始進入以自動化設備為主導的工廠化種植路線。近40年來，工廠化種植企業不斷增加，國內也涌現出一批進入該領域的裝備制造企業。在一定程度上，國內裝備制造企業的加入限制了國外裝備企業對國內市場的占領，其中一些企業，在多年的發展中不斷完善產品線，提高產品的自動化程度，已經在國內市場占有大量份額，甚至開始拓展海外市場。盡管如此，我們的設備與國外相比尚有差距。

目前我國食用菌種植企業已普遍采用自動化裝備用于生產。自動化裝備主要替代技術含量低且重復性高的常規勞作，解放了人力，提高了生產力。然而，裝備使用中出現的非常規故障往往千奇百怪，解決這些故障對一般操作人員來說并非易事。因此，要求新一代裝備需配備智能系統，以幫助使用者快速解決出現的故障問題。

1 “智能制造”是食用菌裝備發展的必然路徑

1.1 新一代智能裝備的提出

《中國制造2025》（國家行動綱領）是國務院于2015年5月印發的部署全面推進實施制造強國的戰略文件，是中國實施制造強國戰略第一個十年的行動綱領。其對農業裝備制造提出新要求：提高農機裝備信息收集、智能決策和精準作業能力，推進形成面向農業生產的信息化整體解決方案[2]。“智能制造”的提出是技術創新累積到一定程度的必然結果[3]，是制造業進一步發展的必經路線。而信息技術、檢測技術、無線通信技術、人工智能技術在物聯網智能家居行業的大力應用，表明傳統行業結合新一代信息技術應用，將煥發新的生機。

1.2 當前自動化設備使用中存在的問題

國內農業裝備產品，目前大多采用傳統的電氣控制，少數擁有自動化技術，可以完成一些工藝的過程控制。以國內雙孢蘑菇工廠化生產線為例，雖說采用了自動化生產線，但大多自動化程度較低，為“孤島式”、單一、分散的自動化產品，整體缺少內部信息數據的共享；無法給使用者反饋有用信息，如設備參數的最優調整、故障信息的有效解決思路等，也無法自動調取歷史最優參數。

多數自動化設備，通過觸摸屏和PLC 的通信進行設備運行數據的更改，但觸摸屏一旦發生故障，設備就會停止運作，只有更換新的觸摸屏、更新程序，才能重新使用。這需要專業的技術人員操作，并無形中浪費了時間成本。如何在觸摸屏故障時，設備依舊能夠運作，是當前需要解決的一個問題。

下面以菇房上料設備從自動化走向智能化為例，說明如何解決以上問題。

2 菇房自動化上料系統的組成及運行情況

2.1 系統的組成框圖

菇房自動化上料設備作為雙孢蘑菇工廠化種植中重要的一環，其性能的好壞，直接影響生產能否順暢高效進行，間接影響雙孢蘑菇的產品質量。目前菇房自動化上料設備主要由6 部分組成（圖1），其中05 基料上料機模塊是整個系統的核心。

2.2 系統的運行機理分析

如圖1所示，01～04 四大部分協調運作，是把三次基料經上料機輸送到菇床，并一次性完成覆土的生產工藝過程。

圖1 菇房自動化上料系統的組成框圖

01 基料運輸車模塊和03 基料輸送帶模塊，完成基料供應和輸送；通過05 上料機模塊的檢測給出信號啟停01 和03 模塊，保證上料機內擁有適宜的料量。02 覆土運輸車模塊和04 覆土輸送帶模塊，完成覆土的供應和輸送；通過05 上料機模塊的檢測給出信號啟停02 和04 模塊，保證上料機內擁有適宜的覆土量。

當上料機內部基料量和覆土量足夠時，上料機運行并傳出控制信號啟停06 拖網機模塊，此時上料機往前輸送處理后的基料；當基料傳遞到菇床網布上面時，啟動拖網機往前拖動網布，直到網布和網布上的基料覆蓋整個菇床，在拖網機側按下停止按鈕，系統停機，上料完畢。

2.3 系統存在的缺陷

以上所述為自動化上料系統單層上料的運行過程，而整個菇房的上料則是重復這一過程。該系統已實現自動化，為使用者帶來便利，也為企業節省了大量人力。但從精細化方面看，其仍顯“粗放”，具體表現為：

（1）當發生故障時，機器無法與人“對話”，就如何解決故障進行有效“交流”。

（2）現有國內外上料設備均依靠人眼進行設備和料床之間的銜接對齊操作，而菇房內每層料床的間距為定值，完全可以通過上料機智能化的信息存儲處理，讓上料機自動升降到適宜高度，從而實現智能化對接每層菇床。

（3）上料過程中依靠啟停01 和03 模塊、02 和04 模塊來保證上料機內部具備合適的基料量和覆土量；依靠啟停05 上料機和06 拖網機，以等待上料機內部的基料達到合適的量。這一操作過程勢必造成基料供應線的斷裂，以及設備的多次重復啟停，影響上料效率。

（4）基料和覆土的比例配合依靠人眼識別、手動調整，設備本身不能反饋數據。

（5）觸摸屏是目前相關設備進行數據存儲和簡易報警顯示的主要窗口，其在設備應用過程中居于重要地位，其一旦出現故障，整個設備將無從下手。因此淡化觸摸屏在設備中的重要性或者提供一種備選，顯得十分重要。

綜上，結合國家對行業的整體規劃和人民對智能化設備日益增長的需求，我們的食用菌上料裝備雖已實現自動化運行，但在智能化、人性化方向上仍有較大的提升空間。

3 智能化改造與實施

3.1 智能化上料系統方案設計

對原有設備的智能化升級和改進，是采用新技術在原裝備的基礎上豐富、完善其功能。新的設備框圖見圖2。

圖2 智能化上料系統設備框圖

3.2 新增系統框架說明

新一代系統在原系統的基礎上新增了智能傳感器、智能移動終端、智能算法、專家系統及無線網絡模塊。其中，智能移動終端可采用智能手機；無線網絡模塊即WIFI 接入點和服務點，用于互聯網數據更新和智能移動終端通信；智能傳感器可以提供精準的物料信息和設備狀況；智能算法模塊和專家系統模塊，為控制系統需要增加的部分，通過軟件實現。

3.3 新一代智能系統的硬件基礎

智能傳感器。引入智能傳感器可以對物料生產過程進行精準的分析和控制，是實現裝備智能化的重要基礎。如高度傳感器可以采集物料的高度，得出物料的實際傳送量，從而調整各物料的輸送速度，自動調節各物料的混合比例，滿足一定的工藝需求。

智能手機。豐富和方便了我們的日常生活，其轉變為智能設備移動終端早已屢見不鮮。從空調電視遙控器的應用，到電磁爐、洗澡水的實時控制、監視，再到智能家居的萬物互聯，如今智能手機早已超出了通訊的范疇，成為我們日益依賴的重要利器。這一切得益于信息技術、網絡技術、傳感器技術的快速發展和大力應用。在裝備制造業，把智能手機作為人與設備信息交互的一個接口，既解決目前裝備高度依賴觸摸屏的問題，又提升了設備的智能化水平。尤其在觸摸屏故障時，智能手機可以無縫切入使用，解決燃眉之急。

裝備的網絡化功能。通過互聯網，廠家可以遠程進入裝備的系統，實現系統升級、故障查看、代碼優化等功能。既節約技術人員的出差調試費用，又能以最快的速度根據現場問題點給予客戶中肯的指導意見。

3.4 新一代智能系統的軟件算法

軟件是硬件的大腦，軟件系統指揮硬件的動作，一個好的軟件算法可以讓現有的機械設備運用起來更加的人性化、智能化。自動化設備往往依靠精巧的機械結構，或者采用接近開關、行程開關、檢測動作的工步，切換到下一個動作，完成自動化的閉環運行。應用PLC（可編程邏輯控制器），也可實現采用繼電器控制的電氣系統的自動化設備的運行，但這一過程受制于傳感器的狀態，有時會發生誤動作，如在測量模擬量時，干擾信號的輸入可能會造成誤動作。而智能化算法的引入，可以很方便地對輸入信號進行二次處理，如不同濾波算法的選用可以濾除不同形式的干擾，提高系統的穩定性，減少因誤差造成的誤動作。

在雙孢蘑菇上料設備對物料的檢測中，引入濾波算法可以有效消除基料亂飛、大塊料堆積所引起的干擾，從而優化供料過程的邏輯啟停關系。在上料設備應用中，各模塊的速度運轉機構含有一定的運算關系，因此可通過智能化的程序算法設計，使得各部分速度按照一定函數約束關系運行，滿足不同工況、不同設備間的速度匹配，從而讓設備連續地工作。如新引進的設備，要與現有設備構成一個整體，協調運作，這時只需知道新引入設備的運行速度，再在原有系統參數上略作修改，即可投入良好的運行，從而讓各設備整體協作運行，而非以往的“孤島式”運行方式。

3.5 專家系統的應用

專家控制是把專家系統的理論和技術同控制理論、方法與技術相結合，在未知環境下，仿效專家的智能，實現對系統的控制[4]。通過計算機存儲專家的經驗，在設備計算機內部通過程序語言進行邏輯判斷，讓專家的經驗指導系統的運行結果。該系統在故障診斷方面運用效果良好。故障以選擇的形式進行，對目前設備可能故障狀況進行列表，供客戶逐級往下選擇，系統最終根據客戶選擇的結果進行組合判斷，給出故障可能點和維修方案。

每次的故障處理判斷都能給系統一個學習機會，最終給出方案的數據結果會存儲到數據庫，并給出正確率的權值，以方便優化下次故障處理時正確調用解決方案。在互聯的機制下，這些故障信息及解決方案，可以很方便地匯總搜集。所有的設備都構成一張網絡，構成一個數據庫，最終設備制造商可根據這些信息優化故障庫，統一向客戶推送、更新故障診斷信息。

綜上所述，智能算法的引入，增強了原有控制系統對數據的處理能力和系統的健壯性；智能系統的引入能夠給使用者提供建議，為人機交互提供了一個新的方法和平臺。

4 結 語

食用菌設備從自動化走向智能化，是新技術在原有設備基礎上綻放生命力的體現，也是發展的必然趨勢。雙孢蘑菇料床上料設備同樣可實現從自動化到智能化的改進，而智能化的食用菌裝備的研發，必將給原有食用菌裝備行業帶來一次革新，也將給廣大的食用菌種植企業帶來使用上的便利和人性化的體驗。