现代化智能控制蚕种催青室建设

朱 建 徐 祥 章亚蓓 谈嵩山 孙 锋

（江苏省如皋市蚕桑技术指导站 江苏南通 226500）

蚕桑产业是如皋市传统的高效农业产业，是农民收入的重要来源。蚕种催青又是蚕桑生产第一重要的生产环节，是指将蚕种保护在最适宜的环境中，使蚕卵中的胚胎能够顺利发育，从而达到孵化齐一，蚁蚕体质强健，可见其质量直接关系到蚕种孵化的整齐度，高质量的蚕种催青可促进蚕桑生产的丰产以及蚕桑产业的稳定发展。而催青一期蚕种几万张、十几万张，一间蚕种催青室需要容纳1.5万张左右蚕种，传统的加温、降温、通匀风等系统易造成室内温度开差较大，增加了上下左右调蚕种的难度及工作量，也容易造成蚕种发育不齐，从而影响蚕种孵化的整齐度、孵化率。因此，如皋市蚕桑技术指导站与南京南大明学科技有限公司联合攻关，为提升现代化催青室的自动化控制水平，开发了蚕种催青计算机测量控制系统[1]；为了减少催青室室内空间温度开差，经多年的改造试验，完善催青室内通匀风系统结构布局，建成了现代化智能控制蚕种催青室，投入使用后达到了预期效果，提高了蚕种催青质量及现代化智能控制水平。

1 蚕种催青计算机控制系统工作原理

现代化蚕种催青室的建设有利于催青室环境自动控制，并能达到理想控制效果，更有利于蚕种胚胎发育整齐，增强蚕体质，提高蚕茧产量。催青计算机控制系统的应用解决了蚕种催青过程中温湿度测量精度及智能控制的问题，对于提高蚕种催青质量、节省能源、降低劳动强度、提高工作效率等具有重要意义。

1.1 催青室温度变化与加热设备的控制

依据催青胚胎发育对环境的要求，用户预先在计算机内设定好目的加热温度，当计算机采集到的实时环境温度低于设定的目的加热温度时，加热设备工作，当实时环境温度达到目的加热温度时，加热设备自动停止工作。

1.2 催青室温度变化与制冷设备的控制

依据催青胚胎发育对环境的要求，用户预先在计算机内设定好目的制冷温度，当计算机采集到的实时环境温度高于设定的目的制冷温度时，制冷设备工作，当实时环境温度达到目的制冷温度时，制冷设备自动停止工作。

1.3 催青室干湿差变化与增湿设备控制

计算机自动采集催青室内的干球温度及湿球温度，计算其干湿差，并将此干湿差与用户预先在计算机内设置的目的干湿差进行比较，高于系统设定的干湿差时增湿机自动开启，达到目的干湿度时自动关闭增湿机。

1.4 催青室内光照、通风设备的控制

依据催青胚胎发育对环境的要求，提前设定好光照的开关时间、通风换气时长和频率，计算机按照设定自动控制催青室内各设备的开启及关闭。

2 催青室内通匀风系统结构布局完善

蚕桑产业的发展，年饲养蚕种数量的增加，对蚕种催青提出了严格的要求。为了做到全市一期蚕种同时发种、一日孵化率高，也为了减少催青室室内空间温度开差，提高胚胎发育整齐度，多年来，如皋市蚕桑技术指导站大胆进行创新，在催青室内部结构上打破原来的传统建设格局，对催青室内通匀风系统结构布局进行改造试验，建成了现在的催青室内通匀风系统结构布局，经过多次、多点同时测试，蚕种催青室内温度开差控制在0.35 ℃以下。

2.1 利用热空气上升原理，采用“下降缩小加热区法”

改进后的新型“下降缩小加热区法”是利用热空气的上升原理，降低墙壁风箱的水平位置以及缩小墙壁风箱上的电热丝面积，利用室内下部热空气的自升来提高上部的温度。传统的加热法是将加热体均匀分布于室内两侧整个风箱表面，由于热空气密度低，具有自升特性，使室内温度自下而上越来越高，最大上下开差为3 ℃以上，严重影响了蚕种的发育整齐度，不得不耗费大量人力来调整蚕种的上下位置。改进后的新型“下降缩小加热区法”，降低了墙壁风箱距离地面的高度，由原来的离地45 cm，改为35 cm，比最底层蚕种低10 cm；墙壁风箱上电热丝由过去的全风箱表面分布改为仅分布于风箱表面下部高1.2 m 范围内，分为上下两区，上区高40 cm，下区高80 cm，上下区电热丝密度分布为1∶2，即上稀下密，最大限度降低加热面的水平位置。风箱上部不安装加热体，靠下部热空气的自升来提高室内上部的温度。

2.2 利用空气流动原理，采用“多点气流循环法”

改进后的新型“多点气流循环法”增加了通风风机数量、将风机送风管道延长至墙壁风箱内50 cm 的长度，通过增加空气流动循环、搅拌，使温度均匀。在催青室风箱顶部和底部分别安装4 台、5 台风机，室内两侧共18 个气流吸入口，通过风机、送风管道将上层和底层空气送入两侧墙壁风箱，进行搅拌，使温度均匀，风箱内形成压力，气流从风箱表面￠4.2 间距62 mm×62 mm 的孔中吹出，距风箱1.1 m 处的风速达到0.3 m/s，这样的风速能使蚕种架上的所有蚕种均感受到同样的温度，又不至于吹走蚕种表面的水分。考虑到蚕种催青时风机需长时间运转，对风机的质量要求高，我们大胆尝试，对市面上多款风机的风速、风量进行试验，最终选用了“松下”迷你型风机送风，该风机有功率小、体积小、吸程远、风压大、转速稳定、无噪音等特点，能长时间连续运行，运行温度低，对气流循环效果有决定性作用。

2.3 利用冷空气向下沉降原理，采用“冷空气集中均匀沉降法”

改进后的新型“冷空气集中均匀沉降法”增加了空调、冷空气风箱，改善了降温过程冷空气走向，室内冷空气自上而下均匀沉降。传统制冷设备制出的冷空气直接吹在室内，离空调出风口近的位置温度低、远的位置温度高，开差也大，易造成室内各个点位蚕种感温不一，积温开差过大，胚胎发育不齐的情况。新方法将制冷设备安装在天花顶部中间740 cm×80 cm×40 cm 的风道两端，并在风道内设置相应的导风板及挡风板，调节风道内气流方向及流量，使冷空气在风道内基本均匀分布。在风道底板开有￠12、￠14、￠16 三组出风孔，孔距是100 mm×100 mm，冷气通过不同规格的孔排出，纵深方向冷气量基本一致，在室内再参与到气流循环系统中。制冷设备是从一线生产厂家订制的单冷机，满足通电自动启动要求，该机型有利于实行催青设备的计算机自动化控制，扫风距离达到4.5 m。

3 蚕种催青计算机测量控制系统开发

为了提升现代化催青室的自动化控制水平，如皋市蚕桑技术指导站与南京大学明学科技有限公司联合攻关，针对催青室开发了蚕种催青计算机测量控制系统[2]，该系统是利用现代计算机技术、现代电子集成技术、测试技术、数据库技术及通信网络技术建立的一个软硬件相结合的自动化智能平台，可以实现不同层级间的数据传输，进行实时的多方面监控，是具有全自动地进行信息测量、信息采集、信息传递、信息处理、信息积累特征的自动化系统。

3.1 系统功能

现代化智能控制蚕种催青室由温湿度数据采集处理器、加热丝、空调、增湿器、通风等设备控制，催青室温湿度变化（图形方式）动态显示，数据可储存与检索，具有超限报警、超值控制功能，催青室环境可根据要求设置，电脑人机画面具有美感，催青室的温度、湿度、通风、光照设备工作状态可显示，催青室内温度、湿度由软件校正，可保证其测量的准确度等。

3.2 系统测量控制要素

依据蚕种催青对环境的要求，温度、湿度及干湿差设为蚕种催青计算机测量控制系统的测量要素，根据系统的测量要素的设定对加热设备（空气加温线6 kW）、制冷设备（上电自启动功能空调1.5 匹2 台）、增湿设备（全自动负离子加湿器2 套）、匀风风扇（18 台）以及进风、出风风扇（各1 台）、角灯（6 组）等进行控制。主要技术参数为测温范围0 ~ 50 ℃、温度分辨率0.1℃、湿度测量采用干湿差法、控制精度±0.2℃、匀风速不大于0.5 m/s[2]。

3.3 系统室内设备配置

每间催青室设置传感器5 组，分布在室内1.5 m 高度同一水平面上；加温设备6 套，每套1 kW，用于催青室加温；制冷设备2 套，每套1.5 匹空调，用于催青室制冷降温；加湿设备2 套，自动上水负离子加湿器用于催青室加湿；进风出风风机各1 套，用于催青室内外空气交换；每间催青室置循环风机18 组，用于催青室内空气循环；光照设备6 套，用于催青室内光照；12 W 顶灯4 套，用于催青室内照明；红灯各2 套，用于催青室内黑暗状态时室内电器设备运行检查以及扎蚕种时的短时间照明。

3.4 完善计算机测量控制系统

为了有效保证蚕种催青安全，提升现代化蚕种催青自动化水平，开发了四大智能分析模块。一是催青温湿度采集与智能控制分析模块，计算机每10 s 采集一次温湿度数据，并生成报表，平均后与蚕种阶段环境技术指标要求进行对比分析，再对加温、制冷、补湿、光照、气流循环等设备发出通断指令，实现自动化智能控制。二是催青设备运行状态监控分析模块，按照各室33 个电器单元的运行状态，比照计算机给各电器单元的运行指令来判断各电器单元故障与否，大大减少了人工逐室检查各电器单元的工作量，避免因人为疏忽而漏查故障设备，从而可减少催青安全事故的发生。三是超温智能保护控制分析模块。为了确保催青生产安全，对催青室智能控制系统设计了二级保护系统，当室内温度超过目的温度±3℃时，系统发出警报信号，并切断该室总电源，避免智能控制系统出现故障时无法对室内设备发出关或开的运行指令，使设备保持在了故障前的运行状态，可能出现不断加温或降温，将会造成不可估量的损失，不仅难以及时调进几万张蚕种，即使调到蚕种，品种得不到保证，还要再催青，也会错过最佳的养蚕期，而且造成的社会负面影响难以弥补。四是胚胎发育认定分析模块。邀请苏州大学专家对蚕种胚胎发育不同阶段进行数值认定，并在胚胎发育认定分析模块中设定，在催青时将当天胚子解剖认定数值输入计算机，模块进行自动比对分析，确定当天温湿度调节数值，并发出操作指令，各电器设备根据操作指令自动运行。

现代化智能控制蚕种催青室建成后，经多年来的投入使用，保证了胚胎发育各阶段所需的适宜环境条件，测控系统运行正常，室内空间温度开差小，从而各点位蚕种感温一致，使蚕种胚胎发育齐一，提高了蚕种一日孵化率，达到了预期效果，提高了蚕种催青质量及现代化智能控制水平。