物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在規(guī)?；i場(chǎng)清糞系統(tǒng)中的應(yīng)用

王明利，張艷吉

(河南南商農(nóng)牧科技股份有限公司，河南南陽(yáng) 473400）

1 豬場(chǎng)清糞除污現(xiàn)狀

1.1 養(yǎng)豬業(yè)環(huán)境現(xiàn)狀

我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，養(yǎng)豬歷史十分悠久，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民的生活水平得到了很大提高。 日常生活中，豬肉在肉類消費(fèi)中占據(jù)了越來(lái)越高的地位，養(yǎng)豬業(yè)的發(fā)展與人民的生活越來(lái)越密切。

養(yǎng)豬業(yè)存在環(huán)境污染問(wèn)題也是眾所周知的。養(yǎng)豬產(chǎn)生的廢物比如藥物、溫室氣體、糞尿等大多都會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，在環(huán)境要求日益提高的今天，環(huán)境污染越來(lái)越受到重視，這些對(duì)環(huán)境有害的廢物是值得嚴(yán)格管控處理的。近年我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)正向著規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化、集約化方向發(fā)展，豬場(chǎng)的管理也逐漸趨于智能化，借助智能設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)豬場(chǎng)的智能化、高效化、便捷化的全方位監(jiān)測(cè)和管理。

現(xiàn)如今人們對(duì)食品安全和環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越重視，如何在保證豬肉食品安全的同時(shí)做到保護(hù)環(huán)境就成了未來(lái)的研究和發(fā)展方向。 養(yǎng)豬規(guī)?；?、集約化、生態(tài)化將是未來(lái)養(yǎng)豬的發(fā)展趨勢(shì)。生態(tài)化養(yǎng)豬具有種養(yǎng)結(jié)合、健康養(yǎng)殖、資源循環(huán)的特點(diǎn)。 只有規(guī)摸養(yǎng)豬、合理規(guī)劃，才能最大限度地減少環(huán)境污染，做到低碳環(huán)保，智能養(yǎng)豬，為構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)出一份力。

1.2 國(guó)內(nèi)養(yǎng)豬糞污處理發(fā)展趨勢(shì)

隨著社會(huì)的發(fā)展， 我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)正向著規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化、集約化方向發(fā)展。 規(guī)?；B(yǎng)殖勢(shì)必會(huì)因存養(yǎng)量大，造成糞尿排泄物過(guò)多，如何清潔化處理成為難題。2016 年12 月25 日，十二屆全國(guó)人大常委會(huì)第二十五次會(huì)議表決通過(guò)《環(huán)境保護(hù)稅法》，2018 年1 月1 日開(kāi)始，500 頭以上豬場(chǎng)需要繳納環(huán)保稅，對(duì)養(yǎng)豬業(yè)產(chǎn)生了環(huán)保壓力。 比如山東省，要求到2017 年底，養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞便處理利用率達(dá)到78%以上， 污水處理利用率達(dá)到50%以上，到2020 年，養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞便和污水處理利用率分別到90%和60%以上， 實(shí)現(xiàn)種養(yǎng)相對(duì)平衡、農(nóng)牧共生互動(dòng)、生態(tài)良好循環(huán)的生態(tài)畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)體系基本形成，在全國(guó)率先建成現(xiàn)代生態(tài)畜牧業(yè)強(qiáng)省。 各養(yǎng)豬場(chǎng)在環(huán)保嚴(yán)峻形勢(shì)的倒逼下， 不斷加大養(yǎng)殖廢棄物的綜合利用力度，同時(shí)大力發(fā)展糞污處理技術(shù)。

目前各地糞污處理利用模式大體可分為兩種：一種是水泡糞形式，但水泡糞工藝形成的污水各污染物濃度與其他方式相比最高、處理難度最大。 該廢水成分較為復(fù)雜、碳氮營(yíng)養(yǎng)比例失調(diào)（氮源過(guò)剩），廢水帶有較重的顏色和強(qiáng)烈的刺激性氣味（NH3、H2S 等），懸浮物含量高，生化處理易產(chǎn)生泡沫，這類廢水處理難度比較大。 第二種是清糞機(jī)清刮形式， 這種清糞形式相對(duì)水泡糞，除投建成本較高其余各方面大體相差無(wú)幾，而清糞機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約勞動(dòng)力降低生產(chǎn)成本，提高工作效率等。

智能清糞系統(tǒng)， 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)的一款適用于廣大豬場(chǎng)的智能設(shè)備系統(tǒng)。按時(shí)、高效、智能地對(duì)豬場(chǎng)糞污進(jìn)行清潔處理，幫助養(yǎng)殖戶解決生豬優(yōu)良的生長(zhǎng)環(huán)境問(wèn)題，保障生豬健康安全的成長(zhǎng)。 目前清糞機(jī)已投產(chǎn)豬場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地使用，但智能化清糞系統(tǒng)并未形成并運(yùn)用到豬場(chǎng)當(dāng)中。

1.3 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求分析

隨著養(yǎng)豬業(yè)的發(fā)展，規(guī)?；?、集約化、生態(tài)化養(yǎng)殖是發(fā)展趨勢(shì)，豬場(chǎng)管理也將越來(lái)越趨于自動(dòng)化、智能化，豬場(chǎng)以現(xiàn)有的糞污處理模式終將會(huì)被智能化養(yǎng)殖發(fā)展潮流所淹沒(méi)，行業(yè)對(duì)智能除污系統(tǒng)的需求顯得尤為突出。

2 系統(tǒng)實(shí)施與應(yīng)用方案

2.1 系統(tǒng)主要組成與作用

2.1.1 基礎(chǔ)清糞設(shè)備：刮糞板、立式/臥式轉(zhuǎn)角輪、動(dòng)力箱、托輥等；

2.1.2 關(guān)健檢測(cè)部件：拉力傳感器、動(dòng)力箱行程開(kāi)關(guān)、刮糞板位置行程開(kāi)關(guān)、運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)開(kāi)關(guān)、旋轉(zhuǎn)探測(cè)儀、限位開(kāi)關(guān)等，用于檢測(cè)清糞系統(tǒng)運(yùn)行、異常與故障狀態(tài)；

2.1.3 自動(dòng)控制設(shè)備：PLC 控制系統(tǒng)，作用是自動(dòng)控制一級(jí)清糞系統(tǒng)、二級(jí)清糞系統(tǒng)的運(yùn)行和采集系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)傳輸終端；

2.1.4 數(shù)據(jù)采食傳輸設(shè)備： 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集終端， 作用是把PLC 控制系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控平臺(tái)服務(wù)器；

2.1.5 設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控平臺(tái)：物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備監(jiān)控管理平臺(tái)，作用是通過(guò)監(jiān)控中心實(shí)時(shí)顯示整場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況以及通過(guò)短信、 微信等方式給管理者發(fā)送提醒消息。

2.2 系統(tǒng)關(guān)健運(yùn)行流程

清糞系統(tǒng)主要有一級(jí)清糞系統(tǒng)與二級(jí)清糞系統(tǒng)組成，其中一級(jí)清糞系統(tǒng)負(fù)責(zé)把豬舍內(nèi)糞污由一級(jí)糞道清理到二級(jí)糞道， 二級(jí)清糞系統(tǒng)負(fù)責(zé)把二級(jí)糞道內(nèi)的糞污清理到糞污池。

一級(jí)清糞系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖1 所示。 圖1 中關(guān)健檢測(cè)與監(jiān)控點(diǎn)包括：一級(jí)刮糞系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、一級(jí)糞道阻力、系統(tǒng)卡死狀態(tài)、設(shè)備故障狀態(tài)、刮糞板位置等。

圖1 一級(jí)清糞系統(tǒng)運(yùn)行流程

二級(jí)清糞系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖2 所示。 圖2 中關(guān)健檢測(cè)與監(jiān)控點(diǎn)包括：二級(jí)刮糞系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、二級(jí)糞道阻力、系統(tǒng)卡死狀態(tài)、設(shè)備故障狀態(tài)、刮糞板位置等。

圖2 二級(jí)清糞系統(tǒng)運(yùn)行流程

2.3 系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)

系統(tǒng)中限位開(kāi)關(guān)裝備檢測(cè)刮糞板位置，拉力傳感器檢測(cè)刮糞板糞道阻力與系統(tǒng)卡死故障狀態(tài)，動(dòng)力箱電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)判斷刮糞系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與停止故障狀態(tài)以及其他裝置狀態(tài)的檢測(cè)。 這些檢測(cè)數(shù)據(jù)將通過(guò)PLC 控制箱采集， 傳輸給數(shù)據(jù)采集終端， 由采集終端通過(guò)GPRS、WIFI 或有線網(wǎng)絡(luò)的方式把數(shù)據(jù)上傳到云服務(wù)與豬場(chǎng)監(jiān)控中心，從而達(dá)到豬場(chǎng)對(duì)整場(chǎng)清糞系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 流程如圖3 所示。

圖3 流程圖

3 對(duì)行業(yè)的推動(dòng)作用

智能清糞系統(tǒng)的應(yīng)用， 目的主要是幫助養(yǎng)殖戶解決生豬糞污的處理問(wèn)題， 為豬只提供一個(gè)更加舒適清潔的生長(zhǎng)環(huán)境， 提高豬場(chǎng)的智能化程度，降低人工作業(yè)費(fèi)用，提升經(jīng)營(yíng)者的生產(chǎn)效益， 使豬場(chǎng)管理人員從繁重體力勞動(dòng)和臟亂環(huán)境中解放出來(lái)。 從農(nóng)牧業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展來(lái)看，自動(dòng)化、智能化是養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，豬場(chǎng)借助智能設(shè)備對(duì)糞污進(jìn)行智能化、高效化、清潔化處理，將智能設(shè)備聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)時(shí)獲取設(shè)備工作狀態(tài)，為豬場(chǎng)管理提供便利化、高效化、精準(zhǔn)化。 因此物聯(lián)網(wǎng)智能清糞系統(tǒng)對(duì)于規(guī)?；?、集約化、生態(tài)化養(yǎng)殖的發(fā)展具有長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)目前在養(yǎng)豬行業(yè)內(nèi)應(yīng)用還非常薄弱，除了智能環(huán)控系統(tǒng)、精準(zhǔn)飼喂系統(tǒng)以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)之外， 其他豬場(chǎng)設(shè)備都少有物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。 物聯(lián)網(wǎng)智能清糞系統(tǒng)對(duì)進(jìn)一步推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在行業(yè)內(nèi)的運(yùn)用有一定意義。

4 結(jié)論

目前行業(yè)中的清糞機(jī)設(shè)備， 無(wú)論從設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性，還是糞道清理后的整潔度來(lái)看，現(xiàn)有清糞機(jī)設(shè)備相對(duì)比較成熟， 但糞污處理系統(tǒng)還處于起步階段，存在智能化程度低、控制靈活性差、故障報(bào)警不及時(shí)等問(wèn)題。 大多數(shù)豬場(chǎng)缺少整場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控中心， 使豬場(chǎng)管理者不能及時(shí)查看收到相關(guān)的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)， 因?yàn)樵O(shè)備的故障導(dǎo)致豬生長(zhǎng)情況不好、得病或死亡，都將為豬場(chǎng)帶來(lái)重大的經(jīng)濟(jì)損失。 而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在此系統(tǒng)中的應(yīng)用， 能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)清糞系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行、報(bào)警、故障等狀態(tài)，能夠讓管理者實(shí)時(shí)接收狀態(tài)信息并及時(shí)處理異常設(shè)備， 減少因?yàn)樵O(shè)備的異常給豬場(chǎng)帶來(lái)負(fù)面的影響， 從而提高豬場(chǎng)的生產(chǎn)效益。