光电开关在智能育秧流水线上的应用研究

方 超，刘煜东，王晓灵

（龙游县农业农村局，324400，浙江龙游）

1 研究背景及意义

1.1 研究背景

随着水稻生产机械化程度的提高，工厂化育秧流水线得到了推广应用。一般的育秧流水线作业主要有送秧盘、播底土、淋水、播稻种、播盖土、出秧盘这几道工序组成。典型的流水线如图1 所示。

图1 育秧流水线作业工序

其中供盘、上土、上稻种、取盘等环节均由人工完成，劳动强度大，所以流水线速度不能太快，目前在用的80%流水线的生产率为500～800 盘/h，而且辅助人工较多，需8～10 人。有部分流水线配套了上土机，但也不是自动的，对于节省人工效果有限。而自动化、智能化程度较高的高速育秧流水线（生产率1 200～2 000盘/h）价格高昂，动辄几十万甚至上百万元，不适合大面积推广。在务农人员老龄化、甚至后继无人的当下，如何提高水稻育秧生产率、减少人工使用、降低育秧成本，已成为当务之急。

1.2 研究意义

通过对现有育秧流水线进行低成本的自动化、智能化改造，在供盘、上土、取盘等环节实现自动化，只需花费数千元到数万元，流水线的生产率可达1 200-1 500 盘/h，而且用工量可减少到3～4 人，这无疑是最佳的解决方案。而光电开关是实现育秧流水线智能化的利器。

光电开关是光电接近开关的简称，又称光电传感器，是传感器的一种。它利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路接通电路，从而检测物体的有无。除了金属，所有能反射光线（或者对光线有遮挡作用）的物体比如秧盘、基质营养土均可以被检测。它具有非接触、体积小、功能多、寿命长、响应速度快以及抗光、电、磁干扰能力强等优点。

一般较为常用的光电开关是红外线光电开关，通过发出红外线光束到达或透过物体或镜面对红外线光束进行反射，然后接收或到达或透过或反射回来的光束，根据光束的强弱判断物体的存在。红外线光电开关种类有很多，我们主要采用漫反射型、对射型两种。下面根据育秧流水线各道工序的智能化改造分别说明光电开关的应用。

2 光电开关在育秧流水线中的应用

2.1 自动供盘

在流水线的前端添置一台供盘机（见图2），秧盘可以一次叠放二三十只，工作时秧盘一个一个自动落下向前连贯输送，这样可大大提高供盘效率，一个人工足以胜任2 000 盘/h 的送盘任务。供盘机采用对射型光电开关（见图3），由发射器和接收器组成，结构上是相互分离的，在光束被中断的情况下会产生一个开关信号变化，我们将发射端与接收端分别安装于输送轨道的两侧，用于控制秧盘棘轮电机的开合。当秧盘借助重力落于输送轨道上时，遮挡了红外光束，光电开关断开，棘轮电机停转，叠放的秧盘不再落下；当输送轨道上的秧盘向前输送完成后，光电开关重新接合，电机接合带动棘轮转动又让下一个秧盘落下，如此循环不已。

图2 供盘机

图3 供盘机上的光电开关发射端与接收端

2.2 自动送土

送土是育秧流水线上劳动强度最大的一个环节，为解决人工用工多的问题，需要配置智能化送土系统用于铺撒底土与盖土。一般的解决方案是：用铲车将营养土或基质装入一个大料斗中，然后通过大料斗的下料输送带落入上土机料斗，再通过上土机输送到流水线的料斗中用于铺撒底土与盖土。如果要减少设备投资，也可以只配置2 台自动上土机，用人工往上土机料斗中添料（需配备2 人）。

这里的关键是，送土过程是自动化的，当流水线料斗中的营养土或基质少于一定量的时候，大料斗输送带与上土机启动供土；当流水线料斗中的营养土或基质快满溢的时候，大料斗输送带与上土机自动停止供土。这样送土环节只需要0.5 个人工（工人除了铲土以外还有空闲进行其他作业）。

实现智能化上土，只需在上土机的出料端安装一个漫反射型光电开关（见图4）即可。此开关尾端有一个调节旋钮，可根据安装位置来调节感应的距离。红外线光束探测料斗中的营养土或基质，当营养土与开关的距离高于设定值时，光电开关接通，上土机电机运转，向流水线料斗中补充营养土；当营养土与开关的距离低于设定值时，光电开关断开，上土机电机停转以防料斗中的营养土满溢。为避免上土机电机频繁开关，一般在电路中要串接一个时间继电器，在光电开关接通后，延时接通上土机电机。

图4 上土机上所用的漫反射型光电开关

2.3 自动叠盘

秧盘播种后，要进入下一道叠盘暗化催芽的环节。目前多数是通过人工一个一个地取盘、叠盘，效率较低。可以配置一个自动叠盘机（如图5 所示），将流水线的秧盘垒叠为3～5 个一叠，然后用人工捧至托盘上，或者再进一步，另外加配一个码垛机器人，由机器人代替人工叠放秧盘。这样可大大提高效率，降低劳动强度，节省2～3 个人工。

图5 叠盘机

自动叠盘机有多种类型，采用光电开关是比较简便有效的一种方式。可以在流水线上方装置一个漫反射型光电开关，同时配置一个计数器（可以设置叠盘的数量），当秧盘通过红外线探测范围时，光电开关接合，计数并驱动叠盘电机将秧盘往上托起，叠至设定的数量时，再往前送出，用人工或机器人取下叠放于托盘上。

2.4 缺料报警

自动供土机如果配置了大料斗，用铲车供土，因为高度较高，看不见里面的营养土是否足够。为防止缺料，可以在大料斗上边缘安装一个常开型漫反射光电开关，与报警器连接，当大料斗中的营养土低于某个位置时接通光电开关，此时报警器工作，发出警报声，提醒铲车司机及时补料。

3 结语

随着务农人工的日益短缺，工厂化育秧流水线实现自动化、智能化，以达到降本提效、减少人工使用的目标，这是必然趋势。使用光电开关，可以对现有育秧流水线进行低成本的智能化改造，实现自动供盘、自动供土、自动叠盘，是值得大力推广的一项实用技术。