溫室內懸吊桿式自動噴霧系統之開發與介紹

文、圖／ 龍國維、田雲生、盛中德、欒家敏

　 　近年來經濟快速發展，國人生活水準提升，農民從事農業生產逐漸朝省工時、易管理、低成本、高效率的方向邁進，使得設施栽培已在國內蔚為風潮。農友權衡資 金寬裕程度與作物栽培需求，搭建各類型溫網室設施，並應用機械化、自動化設備來輔助作業，其中專營蔬菜、花卉等種苗生產的自動化育苗場就是典型的例證。由 於溫室內環境較為封閉，且種苗綠化管理較為密集，與開放田間之作業條件大為不同。因此，設施栽培除了環境需予妥善控制外，施藥與灌溉是極耗費人工的作業項 目；特別是施藥作業在封閉空間內具有極大的安全顧慮，而溫室育苗則需要極多人力做頻繁灑水，此兩項作業性質雷同，皆可藉自動噴霧系統來達成，以期減少人力 需求、降低風險，進而提高效率、節省成本，並提升產業競爭力。鑑於此，本場與中興大學農機系合作，並針對設施栽培與育苗業者需要，先後完成四種型式、可於 溫室內往復運動之懸吊桿式自動噴霧系統，包括單棟溫室用雙鋼索承載式、單軌懸吊牽引式、單軌懸吊自走式，以及多連棟溫室用自動換棟型懸吊桿式噴霧系統等， 是為該類系統本土化研發之肇始，可推廣供農友參考應用。

　 　懸吊桿式自動噴霧系統須針對具有一定強度骨架結構之溫室，利用該骨架來架設懸吊軌道，以達成自動化作業。其作用原理是應用一組概略與溫室同寬的噴桿，將 此噴桿懸吊於溫室內做前後往復運動，同時由噴桿上之若干組噴頭灑出細密且重疊均勻的水霧後，即可達成了整個溫室面的噴霧作業。由於噴桿往復運動為機械性定 速移動，因此整體噴灑遠較人工為完全而均勻。當高壓幫浦送出水液時，此系統即做為噴灌灑水系統；若壓送藥液，則成為自動噴藥系統；也可使用雙噴桿型式，即 一根噴桿做高壓噴藥，另一根做低壓噴灌。

　 　各類型噴霧系統之基本架構皆類同，可概分為噴桿與噴頭、懸吊軌道與行走架、馬達與傳動機構、高壓幫浦與輸水管路、電氣控制等五大部份；一般所謂不同型式 者，主要是懸吊軌道與行走架、馬達與傳動機構之差異而言。其組裝方式係將噴桿與噴頭固結在懸吊軌道上之行走架，並藉由馬達及傳動機構連接行走架，以前後往 復運動；輸送管路則自高壓幫浦連接至噴桿與噴頭，並隨行走架於懸吊軌道上收摺或拉伸；電氣控制則總合連結並控制各部份運轉，並供操作者選擇各項動作之用。 作業時操作人員僅於控制箱前操作即可，甚或使用定時裝置自動啟動，不必進入噴霧區溫室內，不僅節省人力，亦提高了安全性。

 　　本場最先試驗開發的型式，是以國內方便取得之材料自行組裝而成，目前設置於彰化縣田中鎮大地農園，應用在玫瑰花苗栽培管理。該系統使用 3/8” 不銹鋼管為噴桿，固定 6 組噴頭座及噴頭；行走架採寬 5.3 m 之工字型錏管架構，具四只塑膠輪，跨行於鋼索軌道上；軌道是左右各一條、間距 5.3 m 之鋼索，分別靠近溫室兩側，並由邊側支柱上伸出支架來支持，使其不致下垂；動力為變頻器驅動的交流馬達，可做較大範圍的變速，並以鋼索牽引行走架前移行；噴頭為國產扇形噴頭，以 8.5 mm 高壓軟管送水；控制箱具多功能選擇，可切換為手動、單棟或多棟自動，也可以定時器設定時間進行噴霧作業。此系統最大優點是造價低廉、施工容易及噴灑效果佳。

 　　此型式使用方管為橫桿，並組合若干組可伸縮之垂直桿成為整組噴桿。行走架以兩個呈 45 °斜角之倒ㄇ型掛輪單點懸吊於 1” 方 形錏管軌道上，動力為直流減速馬達，以電子電路控制做廣範圍的變速；馬達固定於溫室之一側與軌道同高，另一側則於相同高度固定一組被動鋼索盤，傳動鋼索拉 緊於馬達之主動鋼索盤與被動鋼索盤間成一迴路，並於通過行走架時將一條鋼索固結於該架上，如此馬達運轉、傳動鋼索牽引時，行走架即做往前或後之行走動作。 噴頭採雙噴頭可切換方式，分別為國產扇形噴頭與美製 Delavan 噴頭，並以 8.5 mm 高 壓軟管送水。控制箱可切換手動或自動，並可擴充定時器做定時自動噴霧。大體上國產之不同廠家型式所採用之鋼索牽引式行走架構與此類似，但使用軌道材料、噴 架外觀與噴頭選用等會稍有不同。此系統主要優點是雙噴頭可選擇噴霧顆粒大小，且噴桿設計富彈性等。目前除本場試驗溫室裝設 2 套應用外，彰化縣員林鎮員林種苗場裝設 10 套，另芳苑鄉王功化育苗場亦組裝 3 套使用中。

單軌懸吊自走式

 　 　採用與單軌懸吊牽引式相同之方形單軌懸於溫室正中，噴架與管路、電線均懸吊於此軌道上。不同的是，將鋼索牽引行走架的作業方式，改良為特製倒吊式自走頭 行走，而此自走頭具馬達及兩個對轉的錐型行走輪，卡在方管軌道的兩個斜面上，靠本身與噴架重量提供行走的摩擦力；此新型自走頭機構簡潔耐用，施工裝設較容 易，節省了部份成本。控制箱設計為多棟共用，並可調整行進速度，以配合不同噴霧時之需求。噴桿具有兩種設計選擇，一為平噴桿式，另一為針對直立作物需求設 計之垂直噴桿。平噴桿裝設若干個微霧噴頭，一字排開於噴桿上，全部向下噴出，使微粒水(藥)霧均勻分佈於整個溫室中，達成施藥目的；垂直噴桿則於行列作物 的每二行中間垂直向下一噴桿，噴頭則向兩側噴出，最下噴頭則向上噴出，可以達成葉面葉背均能噴到藥液。此套系統噴霧快速、節省時間，約為人工作業的 3 ~ 5 倍；更可利用該倒吊式自走頭方能達成多連棟溫室共用單一組噴桿噴霧的目的。目前南投縣埔里鎮台一種苗場試裝 1 套供灌溉灑水用；而本場花卉溫室亦組裝數套做為施藥與噴灌試驗用途。

 　 　前述三種型式與一般市面上所看到的懸吊桿式噴霧系統皆應用於單棟溫室中，惟其裝設成本仍嫌稍高，因此構想採用單一組噴桿，可換棟進入不同溫室之方式，以 期能降低造價。其方法是採用另一組於連棟溫室前端橫向裝設之軌道與自走頭，將主噴桿與自走頭〝揹負〞後橫移至第二、第三或其他棟溫室中進行噴霧動作，如此 除單一組噴桿外，其餘棟溫室中之行走馬達、噴桿、控制箱等均可省下，意即每區溫室連棟數愈多，則平均單棟裝設成本可愈低；經初步以六連棟溫室估算，可減少 四組自走頭與五組噴桿，並降低裝設成本約 45 ~ 50 %。此種全新概念之換棟方式已完成實驗室雛型及證實可行，並製作一組三連棟自動換棟型懸吊桿式噴霧系統模型， 88 年 12 月底配合於「全國農業建設成果展覽會」之動態展示，當時參觀農友、貴賓均給予正面肯定；另於彰化縣二林鎮連發育苗場實際裝設一組五連棟噴霧系統，目前正進行測試使用，成功後則予全面示範推廣。

未來研究方向與展望

　　溫室內懸吊桿式自動噴霧系統從本土化開發至今，每套單價由最初進口系統近 30 萬元，已降至目前的 10 萬 元以下，性能上也做了許多改良，可說進步甚多。未來在性能結構上當然仍會繼續嚐試改進；另外，也由於自動換棟型式的開發成功，出現了前所未有之進階功能的 可能性，此部份本場正積極與中興大學農機系合作研討規劃，並應用溫室模型進行初步試驗。這些進階功能乃是利用自動換棟型系統只有一組噴桿的特性，於此噴桿 上加裝影像掃瞄裝置，當噴桿每次噴霧作業且「進出」不同溫室時，同時掃瞄所有溫室內的情形，並轉換為數位影像送至電腦，利用電腦處理、分析或比較掃瞄得來 的影像後，就如同管理人員進入溫室巡查般獲得許多資訊，從而得到下述數項可能之功用：

1. 存入溫室內植床與作物之全景影像資料庫，做為長期建檔、管理應用，隨時可調閱查核。
2. 由影像判讀可即時決定噴霧系統是否應停止灑水、施藥(到達無作物之區段)；或者更進一步可以判斷苗齡，決定是否針對該區改變噴霧量、噴桿行進速度等。
3. 即時偵測判讀植床上作物是否有黃化或萎凋等異狀，並警告之。
4. 透過與前數天或前一、二週該區域圖檔比較，了解作物生長狀況。
5. 結合溫室內溫濕度、光照等感應裝置所得到的資料記錄，可了解微氣候條件之變化，以及與作物生長狀況之關係等。
6. 植床上作物排列使用情形，甚至穴盤內種苗缺株情形之判斷等。

　 　透過此種影像掃瞄及數位圖檔建立，加上各種圖檔比較判斷系統軟體之建立，就像把噴霧系統變成了「溫室內之衛星」或者「自動巡查溫室狀況之機器人」般，管 理人員可以不必時常進入溫室內巡視，而減輕了人力負擔，並由電腦與系統進行自動化管理監測，提升管理效率，達成先進之自動化溫室的目標。

　 　溫室內懸吊桿式自動施霧系統在歐美日等先進國家已行之數年，且逐漸普遍應用，但國內則仍處於起步階段。相信在本場、興大農機系等相關單位，以及從事自動 噴霧系統製造廠商共同努力之下，配合其噴灑較為均勻的優勢，並可兼做噴藥、灑水、施液肥，甚至吊掛搬運、加裝影像掃瞄裝置與電腦連線分析管理等進階功能擴 充的特點，未來必將漸為設施栽培農友所接受而廣泛使用。