标准化水稻集中浸种催芽系统设计与开发

曹洪军，黄操军，石建飞

（黑龙江八一农垦大学信息技术学院，大庆 163319）

目前我国水稻催芽方式有很多种。如：人屯催芽、温室催芽、保湿催芽、煤灰催芽法、温水浸种电热毯催芽、蒸汽催芽、淘种催芽、土坑温床催芽、复合菌肥催芽等[1-2]。这些方法多数适合于农户自家使用或小批量供芽种。出芽率低，出芽不齐。不同农户之间的催芽时间，催芽方式、催芽经验都有较大差异。若是大批量集中催芽，这些方法均不适合，且费工费时[3]。

水稻集中式浸种催芽技术可以实现标准化、智能化水稻集中浸种催芽[4]，不仅能提高水稻出芽率，还能促进幼芽生命力旺盛，增产增收[4]。我国水稻集中式浸种催芽自动化研究还处于起步阶段，我国作为水稻生产大国，尤其是黑龙江垦区，每年的水稻贡献量是很重要的一部分，而水稻催芽率是垦区水稻生产最重要的一个环节，提高水稻出芽率是垦区现代化大农业亟待解决的重要问题。需要制定一个标准化的水稻集中式浸种催芽工艺，来满足水稻的产业化、智能化的水稻催芽系统。

1 自动化、智能化控制

使用计算机技术与PLC 控制器协同完成浸种、破胸和催芽生产的控制过程[5]，全面实现智能化和自动化。采用主、从控制技术，在同一生产线内的每个种箱都可以完成浸种、破胸和催芽功能。主控系统使用Windows 操作系统，上位机软件为具有自主知识产权的专用软件，下位机控制系统由可编程控制器PLC 或自主研发的专用单片机组成。能够实现以下功能：

（1）注水和补水时水位自动控制：水位到达高水位时，能够自动关闭种箱（水箱）的注水阀门。

（2）回水时水位自动控制：水位到达低水位或空水位时，能够自动关闭种箱（水箱）的回水阀门。

（3）二次回水时间自动控制：通过上位机设置，可以实现在破胸和催芽准备期的自动回水控制。

（4）水在箱内停留时间自动控制：通过上位机设置，可以实现种箱内浸种催芽时，水的停留时间。

（5）多点温度自动控制：通过对种箱（水箱）的多个温度采集点，可以实现对浸种催芽过程中箱内温度保持在设定值范围内自动调节。

（6）具备手动和自动切换功能。

（7）上下位机采用有线通信方式，能够实现实时性控制。

（8）能够实现多箱同时实时监控操作。

（9）浸种、破胸、催芽作业过程可以同时进行。

2 标准化浸种催芽系统配置

一个计算机终端可以控制对应N 条浸种催芽流水线（N≥1），每一条流水线有一个水箱模块和M 个种箱模块（M≥1）。流水线数量按实际规模来确定，种箱模块的数量按实际需要与水泵功率和箱体容量等因素来确定。计算机连接到每一个模块，可以直接对各个模块进行直接控制，也能够协调各个模块之间的供需水关系，协调不同种箱浸种催芽先后顺序等。

图1 标准化浸种催芽系统配置示意图Fig.1 Standardized system of soaking germination equipment

水稻集中式浸种催芽技术需要一个可以全程监控的智能化处理程序，能够通过软件系统监测各个水箱、种箱的各种阀、泵状态，以及水温、种温的温度变化。并能够根据水稻浸种工艺远程控制阀、泵开关来满足浸种催芽的环境要求。

3 标准种箱模块

种箱是浸种、催芽、破胸的场所，标准种箱模块能够循环水补氧，加热提高水温，注水，排水等功能。系统自动生产过程无需人为干涉，所有工作在计算机上设置，整个生产过程的工艺参数都在设定的范围之内，可以手动、自动两种控制。同时，可以通过下位机的触摸屏也可以现场进行手动、自动操作和参数设置。有故障报警装置，同时提示故障情况，便于及时处理，保证生产安全可靠。

参数设定主要包括作业期设定，工作温度上下限设定，报警温度上下限设定，手自动设定等上位机下位机一致的参数，可以通过上位机设定并更新下位机一个指定的控制箱，也可以由控制箱设定后，由上位机自动读取并更新到数据库保存。可以设定为智能状态，即无人值守的智能控制状态，根据设定的各种参数，由上位机电脑判断当前各个种箱、水箱的实时状态。并根据当前作业期及其工艺标准，自动启停加热器，自动给排水，自动启停循环泵，当前作业期结束，可以自动进入下一个作业期，并加载新作业期的工艺标准。根据今年6 个浸种催芽基地实际使用情况，以及记录的所有历史数据分析。设定好参数后，完全可以实现智能化无人值守的浸种催芽方式。

根据不同的作业期与标准浸种工艺，可以人工、自动或半自动进行浸种、破胸和催芽工作。

4 标准水箱模块

每一个标准水箱模块负责一组种箱用水。需要做好每一个种箱（一组种箱）的备水工作，能够保证不同种箱在不同工作期的用水差异，能够提前做好加水、加温以及循环水的工作。在上位机或下位机控制器都可以控制锅炉和泵的开关，设定工作状态。能够显示水温、水位、工作状态。上位机还可以在智能状态下自动根据工作期以及浸种催芽工艺自动协调整个系统的水箱、种箱状态。如果有故障发生，报警器自动报警，并将警报信息显示到右侧空白处。

图2 种箱控制模块上位机界面Fig.2 Control module of tank for seeds

图3 水箱控制模块上位机界面Fig.3 Control module of water tank

整个系统在智能工作状态下可以实现全程自动化浸种催芽作业。但是由于外界各种因素需要延长或延迟出芽时间，因此系统提供2 种解决方案。第一种是在智能状态下，修改智能控制的水温上下限与报警温度上下限的参数设置。第二种方案是非智能控制，即半自动控制。

系统于2012年在依兰、富锦等市县的浸种催芽基地建立14 条流水线。集中催芽8 000 多吨，催芽率高，出芽整齐，出芽时间可控。为我国寒地水稻的智能化集中式浸种催芽做出了一定的贡献。为水稻户提供优良的稻芽做出了保障。

［1］ 毛欣，衣淑娟，于立河，等.大型智能控温水稻集中浸种催芽设备的研制［J］.黑龙江八一农垦大学学报，2011，23（1）：28-30.

［2］ 王宝芹，郭艳玲，范长胜.水稻浸种催芽温室保温与加热系统的研究［J］.农机化研究，2008，29（9）：66-68.

［3］ 肖俭银，曾祥锌，杨炳炎，等.浅谈早稻种子温室催芽技术的应用与推广［J］.现代农业科学，2009，16（1）：59-60.

［4］ 李晓兵，邹德春.集中控温浸种催芽一体化日光温室［J］.现代化农业，2010，31（1）：39-40.

［5］ 吴建忠，徐洪生，沈金元，等.杂交粳稻浸种催芽中存在的问题及对策［J］.现代农业科技，2008，15（23）：235.