食用菌工厂化全自动生产线设备

（1）项目来源

黑龙江科技大学电气自动化研究所、黑龙江贵龙食用菌设备有限公司。

（2）项目依托单位（公司）实力概述

项目依托单位：黑龙江科技大学电气自动化研究所。

黑龙江科技大学电气自动化研究所是由黑龙江科技大学电控学院的教师、研究生组建的，其中有教授2人，付教授5人，讲师3人，硕士研究生7人，所有的教师均具有硕士及博士学位，多名研究所的教师来自于哈尔滨电工仪表研究所、哈尔滨电表仪器厂和哈尔滨电机厂等著名的企事业单位，参加过多项国家、省市科研科研攻关项目，具备丰富的科研与生产实践经验。

黑龙江科技大学电气自动化研究所近年多次获得黑龙江省、哈尔滨市市、省教育厅等科研奖励，其中有：2008年哈尔滨市科学进步三等奖，2012年黑龙江省科学进步二等奖及中国煤炭协会科学二等奖，黑龙江省教育厅2012年、2011年科学进步一等奖。

黑龙江贵龙食用菌设备有限公司是一家专业生产食用菌机械设备的专业厂家。公司现占地10.000余平方米，厂房、库房5000多平方米。员工68人，其中；高、中级技术职称10人。技工50余人，大、中、小设备60余台。公司已通过ISO9001；2000国际标准质量体系认证，为中国食用菌协会理事，黑龙江省食用菌协会常务理事单位，黑龙江省最大的专业厂家。

（3）基础条件及创新发展能力

食用菌工厂化生产是模拟生态环境、智能化控制、自动化机械作业于一体的生产方式。食用菌工厂化栽培，实际上就是封闭式、设施化、机械化、标准化、周年栽培，需要设计的封闭式厂房中，在不同地域不同气候条件下利用温控、湿控、风控、光控设备设备创造人工环境。

1）产品开发基础

自2007年以来，黑龙江科技大学电气自动化研究所与黑龙江贵龙食用菌设备有限公司相续合作研制开发出食用菌生产工艺的部分个体设备及部分生产工艺自动化设备，其中有：粉碎、筛选、拌料、装袋、装瓶、封口、灭菌、接菌、割口、烘干、压块及工厂化生产“自动拌料装袋生产线” “接种半自动化生产线”等十几个品种，几十种规格的产品。产品图纸及生产工艺齐全，已能进行小规模化生产，产品已远销远销全国。尤其是在周边地区占有相当的份额。部分产品还远销日本、韩国及俄罗斯远东等地，2012年及2013年的年产值均超过1500多万元RMB。可以说，部分个体设备及部分生产工艺自动化设备的生产技术已进入产品成熟阶段。

自2013年，与黑龙江贵龙食用菌设备有限公司签订的研制及技术转让产品合同《食用菌包自动化生产设备研制与开发》起，在原产品生产工艺基础上，并结合各种用户的使用意见反馈及可接受的售价，对食用菌生产设备整体进行了产品的技术升级，用电控系统代替了原有的机械传动部件，使同类生产规模的产品小型化，减少了生产占地面积，提高了生产效率，提高了产品的可靠性，并降低了单台产品的生产成本，降低了进入食用菌生产的投资门槛，增加了产品的销售量。

现黑龙江科技大学电气自动化研究所正研制的食用菌各部分生产工艺设备均配备了工业现场总线硬件接口，规范了各生产工艺设备间的通信规约，可进一步组建食用菌工厂化全自动生产线，进一步提高生产效率。

2）食用菌工厂化全自动生产线的创新能力

机械设备标准化：规范了食用菌生产工艺的个体生产机械设备设计，已形成了二十多个规格的设备生产标准 。根据食用菌生产工艺形成了模块化机械生产设备。

电气设备标准化：规范了电气设备的生产标准，已研制了专门的食用菌生产设备的嵌入式通用控制器。

设备间数据通信标准化：对生产线上设备间的生产工艺各类数据信息进行了分类定义，形成了标准的通讯规约，并编制了标准通信软件，形成了标准通信接口。

控制系统采用了集散控制模式：对自动化生产线的个体设备采用了DCS控制模式，可根据不同的用户要求，组建自动化生产线控制软件。

开放性的控制主计算机软件 ：采用组态控制软件编制生产工艺控制程通用控制软件，建立了开放的数据库软件，根据不同的生产规模组建自动化生产线。

3）自动化生产线的创新能力

根据不同的食用菌生产规模用户，不同的生产工艺，不同的个体生产设备组建自动化生产线。利用机械设备自动化操作，高效率生产；通过现代企业管理模式，组织员工有序生产；在单位空间内，立体化、规模化、周年化栽培达到产品的安全绿色（有机）标准的优质食用菌，并通过包装、加工，品牌销售到国内外市场。其目的是提高周年复种指数，提高设施和设备的使用效率，提高资金周转使用率，在短时间内获得可观经济效益的一种新型的、集现代农业企业化管理的栽培方法。

（4）技术水平

整套食用菌工厂化全自动生产线设备结构框图如图1所示，由喂料子系统、装袋子系统、灭菌子系统、注种子系统、菌包剥离子系统、菌包碳化与分解子系统和DCS集散控制系统构成。

喂料子系统由粉碎机、辅料自动给料机、搅拌机等设备组成，粉碎机将树枝、豆杆等原料粉碎成屑状；辅料自动给料机将预先装在各个料斗内的食用菌辅料（麦麸、石膏、白灰、豆粉和玉米粉等）自动按照一定的比例配好，混合输送到原料搅拌机中；搅拌机由螺旋钢带旋转拌料，将木屑原料及辅料搅拌均匀，料斗翻转卸料送入装袋子系统。目前已成型的单机及半自动化设备如图2所示。

装袋子系统由筛料机、装袋机、窝口机组成。筛料机进行原料筛选，将细料装入装袋机料斗；装袋机采用抱筒搅龙结构，组合式设计，是传统装袋机和冲压式自动装袋机的结合物，采用电动控制技术，装袋长度50-580mm可自由调整，松紧度可自由调整，具有操作简便于工作自动打中心孔和自动打开抱筒等功能，装袋效果好，适合菌袋的长短袋作业，实现原料称重传递、自动取菌袋、原料装袋功能，保证菌袋质量均匀性；窝口机完成菌袋的递送、打孔、菌袋窝口、振动理棒、插棒、装框等工序。目前已成型的单机及半自动化设备如图3所示。

灭菌子系统由常压灭菌锅炉和钢制菌包灭菌仓组成。在锅炉内加适量的水，将需要灭菌的菌包放入灭菌仓，加热使锅炉内产生蒸气，使灭菌仓蒸气压力维持所需压力一定时间，然后将灭菌器断电或断火，让其自然冷后再慢慢打开排气阀以排除余气，然后取出菌包。目前已成型的灭菌设备如图4所示。

注种子系统由固体接种机完成拔棒、接固体菌种、堵棉、装框等工序，控制系统采用单气缸、接近开关定位控制。目前已成型的单机设备如图5所示。

菌包剥离子系采用分离机将食用菌出菇后废菌棒的破碎分离，直接将袋子与原料分离开来，可以用于多种规格袋子的剥离，减少环境污染。目前已成型的单机菌包剥离设备如图6所示。  

菌包碳化与分解子系统完成菌包剥离后的废弃物处理，将废弃菌包挤压成高密度杆状，可用做燃料，实现废弃物到能源的有机转变，形成了良性循环经济产业链条。

DCS集散控制系统为食用菌生产各子系统设备均配备工业现场总线硬件接口，采用触摸式PLC程序化控制，组建食用菌工厂化全自动生产线。预留internet网络接口，可通过internet网络进行远程终端或智能手机远程控制。菌种生产单位可根据生产规模及生产菌种的不同，组合各子系统设备形成自动化生产线。

研究方法：结合菌农生产的实际情况，分析食用菌培养的技术要求、生产工艺、操作流程的基础上，以食用菌包自动加工为目标，研究原料搅拌机、自动螺旋式装袋机、自动窝口机、高温灭菌仓、固体接种机、废弃菌包处理等设备的工作方法与机械原理，设计实现各工序的机械结构；以机械设备为基础，对下位机系统中PLC控制器与各种电气控制设备的选型，分析PLC输入输出构成并设计PLC系统的硬件连接图；设计下位机与上位机系统的通讯方案，利用PLC的通信方式，通过计算机串口实现上下位及系统的数据传输；利用工控组态软件MCGS编制具有良好人机交互性的自动化生产监控系统，完成组态程序控制界面设计、内存变量定义、报警系统、数据维护和脚本程序开发等工作，实现上位计算机对PLC所连接设备工作状态的实时监控。预留internet网络接口，可通过internet网络进行远程终端或智能手机远程控制，从而实现食用菌包生产的自动化作业。

创新点：1）每步工序动作分解，采用气缸单独控制，减少机械传动。2）形成自动化生产线，实现上位计算机对PLC控制器所连接设备工作状态实时监控。3）现场无人化远程网络控制。

（5）经济效益和市场前景分析

食用菌消费市场的要求：随着社会的发展，人们的生活水平不断的提高，消费者面对市场上的食用菌需求也是不断的变化。

食用菌工厂化生产设备是模拟生态环境、智能化控制、自动化机械作业于一体的生产方式。在按在不同地域不同气候条件下利用温控、湿控、风控、光控设备创造人工环境；利用机械设备自动化操作，高效率生产；通过现代企业管理模式，组织员工有序生产；在单位空间内，立体化、规模化、周年化栽培达到产品的安全绿色（有机）标准的优质食用菌，并通过包装、加工，品牌销售到国内外市场。　

是做大做强食用菌行业的前提 ：当前在我国食用菌产业主要是农民家庭式的小生产，科技含量低，规模小、利润少。农民种菇一般不将用工计入成本，他们种菇所谓“赚钱”，不过是自己给自己打工，收回自己应得的工钱而已。与荷兰、美国、日本等发达国家相比较，显然我国食用菌生产的工业化水平、单位面积产量、商品质量及经济效益要低几倍。

“我国食用菌生产量的迅速增加是靠扩大生产地区与栽培单位来实现的”，现在“我国食用菌生产必须尽快由数量型向质量效益型转换，核心是适度扩大一个经济独立核算单位的生产规模”。

食用菌工厂化全自动生产线的应用环境 ：经过20多年的发展，我国食用菌工厂化生产的条件渐次形成，主要体现在以下几个方面：

1）使用均消费市场有空间：食用菌产量大幅增加。以柳松菇、鸡腿菇、杏鲍菇、白灵菇等品种为代表的高档珍惜品种，近年逐渐进入寻常百姓家。据资料介绍，发达国家的食用菌市场。由于劳动力价格等同题，供需缺口急速拉大，甚至由出口国变为进口国。如俄罗斯大量进口我国的双孢菇，韩国大量进口我国的香菇或菌棒产品等。总之，大部分品种市场空间还较大；并且随着经济的发展和社会公众生活水平的提高，消费群体将逐渐向中、低端消费者扩展，市场将不断扩大。

2）食用菌园艺技术的日益成熟要求全自动化生产线 ：食用菌工厂化生产需具备制冷、机械、建筑、保温等工业技术。随着对食用菌生理生化研究的深入，在生产中广泛采用了各种行之有效的生化手段，不仅使产量提高了10%至100%以上，还有效地提高了菇的内外品质。

3）食用菌生产设施化生产要求生产设备硬件不断创新：食用菌工厂化生产是现代农业典型生产方式，一定要有先进的生产设备和技术做基础，而且要形成一条完整的生产线，保证周年不间断的生产。国内出现了一些食用菌专业村、专业乡甚至专业县，也出现了颇具规模和实力的食用菌工厂或公司，将成为成为我国食用菌工厂化自动生产线的销售市场。

4）食用菌工厂化生产必须具备与生产模式相配套硬件和软件：工厂化生产的硬件是指构成企业工厂化生产运作系统主体框架的物质基础。主要包括配料、拌料机械设备、装瓶（袋）设备、高效灭菌设备、接种设备、培养栽培环境调控设备、采收包装设备和采后清理设备等。高效、稳定的工厂化生产设备是食用菌工厂化生产正常运作和取得成功的物质关键，食用菌工艺装备的不断更新，是提高生产效益的关键之一。例如装瓶机从4000瓶/小时提高到12000瓶/小时，接种机也从4头接种发展到了16头接种。大大提高了生产效率。金针菇工厂化生产的栽培瓶从850～1000ml、口径58-65mm，发展到1100～1400ml、 口径75-82 mm，使金针菇单瓶产量从150-170g提高到250-300g，使栽培技术又上了一个台阶。因此，先进实用的工厂化生产全自动化生产线的开发应用，是食用菌工厂化生产发展的核心推动力。

（6）社会效益

1）食用菌全自动化生产线促进食用菌工厂化生产管理体系的形成 ：主要体现在产品标准化、工作标准化、管理标准化。一是产品标准化。建立产品的企业标准，包括从菌种、原材料一直到产品包装出厂、运输、上货架的整个生产过程的规范要求。与此同时，还要相应制定保证产品达到标准的管理制度，即生产工艺、操作规程及卫生防疫制度。企业标准要坚持高起点，不仅以国内行业标准为基础，而且尽量与国际先进标准接轨。二是工作标准化。使标准化生产工艺得到切实执行，用工作标准化来保证产品标准化。重点是抓培训，抓过程，抓反馈，整个生产环节始终处于符合标准要求的稳定可靠状态。三是管理标准化。建立ISO9001-2000质量管理体系和HACCP食品安全体系，强调满足顾客的需求，并争取以超越顾客期望作为管理原则，变传统的监督管理模式为自主管理模式，变产品的事后检验为对危害的源头控制。
 2）食用菌全自动化生产线促进食用菌专业化生产水平不断提高 ：食用菌工厂生产的配套行业逐步兴起。以欧美蘑菇工厂化生产发展的历程看，生产的分工是逐渐细化的。在菌种供应、培养料发酵、覆土加工等生产的各个环节，都形成了互相联系而又各自独立的企业。从趋势上看，今后一段时间内，我国食用菌工厂生产的发展速度要高于欧美和亚洲其它国家，工厂化生产的配套行业极有可能随之崛起。

3）食用菌全自动化生产线促进促进人员就业：2009年，凯龙公司投4750万元，建设现代农业生产项目——工厂化日产5万液态菌袋生产线两条，精品黑木耳养菌大棚50个，科普示范园1座，生产生活设施配套齐全。公司首次在全县实现了食用菌生产机械化和智能化，控制化系统应用于生产过程，实现了食用菌工厂化、机械化、标准化、无木化、周年化生产，有力地带动广灵菌业规模化、集约化的发展。公司正式投产后，可年产液态菌袋1500万袋，带动农户种植黑木耳1500亩，亩均收益7000元，年产黑木耳干品750吨，实现销售收入3450万元，直接和间接解决了1300多人的就业问题。

（7）产品产业化能力

近年来，国家提出了要大力加快机械加工产业整机化、系列化的步伐。整机化、系列化不仅是产品附加值的提高，更重要的还代表着企业的市场开拓力和企业的档次。

黑龙江科技大学电气自动化研究所与黑龙江贵龙食用菌设备有限公司合作研究开发的“全自动化菌包生产线”、“全自动菌包接菌机”“全自动窝口机”等新产品。“相信用不了多久，食用菌前期生产就可在中控室轻点鼠标完成了。在2008年，首条菌包生产线在东宁就取得了成功，该生产线不仅克服了南方成套设备水土不服的毛病，还获得了多项专利。产品迅速占领了黑龙江市场，并在辽宁、内蒙古等地出现了热销。2011年，国家开始大力扶持山西贫困县发展食用菌产业，对相关机械产品实现政策补贴，该生产线凭借先进的技术和合理的价位，成功挤进了山西省农机补贴目录，仅菌包生产线一个产品就在当地销售出了18套。

机械化不仅可以降低食用菌栽培的人工成本，更重要的是可以大力推进食用菌产业的标准化生产，要实现这点就必须提高成套设备的自动化水平。2012年研制成功了全省首台智能程控装袋机。该产品通过采用先进的工业自动化控制技术和新式传动结构，不仅减少了人工成本和劳动强度，还解决了传统机械装袋机故障率高，菌袋长短、松紧不好控制的问题。

公司已通过ISO9001；2000国际标准质量体系认证，先后获得牡丹江市政府颁发的“守合同重信用企业” “牡丹江市优秀龙头企业”等荣誉称号,并当选为中国食用菌协会理事，黑龙江省食用菌协会常务理事，公司产品的销售网络遍布全国。