設施內自動噴藥裝置之開發和應用
設施內自動噴藥裝置之開發和應用
台中區農業改良場／陳令錫、龍國維、何榮祥、田雲生
緣起
台灣農業由於經濟結構急遽轉變，作物生產成本不斷上漲，導致產業 發展面臨挑戰。藉機械化及自動化以提高經營效率，乃是有效的因應之道 ，可以增加我國農業在國際市場上的競爭力。目前政策之具體措施已將與 民生息息相關之蔬菜、花卉、種苗等列為重點產業，加強輔導，並積極推 行溫網室設施栽培及自動化作業，可減少颱風天氣影響，提高農產品品質 ，並促成農業現代化、企業化經營的目標。近年來，台灣設施栽培面積急 速增加，尤其是栽培高經濟價值作物的溫網室之栽培環境封閉與密集，相 對地亦面臨比較嚴重的病蟲害防治問題；也由於環境密閉，噴藥工作對人 員的安全威脅很大，因此愈來愈難僱到噴藥工人，亟需要自動化的噴藥設 備以達成安全用藥與適時防治的目的。台中區農業改良場有鑑於此，構想 利用設施骨架結構做為現成的輕負荷支撐架構，開發輕便且往復自走於設 施內之懸吊式噴藥架，進行省工施藥，應是可行的方法，遂自七十九年開 始投入設施內自動噴藥裝置之開發工作。數年來經由農委會、農林廳補助 經費研究開發，以及國立中興大學農機系合作輔導下，從省工低成本鋼索 軌道式架構，自前已研發成功並裝設於示範農友設施中應用，正積極準備 商品化推廣中，謹將其構造與應用情形做一簡介，供農友們參考。
設施內自走式自動噴藥裝置介紹
本自動施藥設備概分為噴藥組件和控制部份二大類，而每一大類又包 含了許多組成元件，僅就其架構功能及操作方式等略述如下：
一、噴藥組件：
此部份的元件包括有軌道、噴藥行走架、噴頭與噴管組件、行走驅動 組件、裝設在設施外供給藥液的高壓邦浦、藥桶及一些感應信號組件、週 邊之動作馬達及警示器輸出組件等數十種，均為噴藥組件的一部份，且每 一部份均扮演重要角色，相互匹配構成整體機能。架構與元作簡介如下：
- 軌道： 開 發測試後使用之承載軌道共有雙鋼索、唇型槽鋼單軌與錏管單軌等三種方式，且均利用設施原有之結構，將軌道或鋼索固結於設施架構上，做為承載噴藥行走架及懸 吊軟管之用。其中雙鋼索方式為最早期使用，構造施工成本最低，但卻有噴藥架會因歪斜而掉落之??F而唇型槽鋼與錏管承載軌道就極為穩定，但施工成本會較高。
- 噴藥行走架與傳動機構： 噴 藥行走架為鐵或鋁製品，寬度較設施內部稍窄，做為掛上噴頭或噴桿的支撐，並於架上視作物或植床情形裝裝設若干組噴頭，此架以左右各二輪行走於雙鋼索上，或 以掛輪方式單點懸吊於唇型槽鋼或錏管軌道上。行走之傳動均以馬達帶動絞盤，再拉動連接於行走架上之2.5mm往復索，即可驅動行走架做前後之運動。
- 藥液傳送： 包括置於設施外側之藥液桶、高壓邦浦、10mm高壓軟管及控制管路開關之電磁閥等。藥液由藥桶經邦浦壓入軟管，並送達噴藥架末端之噴頭噴出。
- 其他： 包括偵測噴藥架位置的極限開關、藥液管路壓力開關、液位感知器、攪拌器、蜂鳴器與警示橙等週邊相關之組件。
二、控制軟硬體：
在控制方面，以順序控制的程序，規劃透過控制箱將噴藥裝置的自動 自走施藥功能發揮出來，而順序控制的自動化程度則可依使用者需要，採 人工半自動操作或全自動定時作業。當在同一田區有多連棟溫室。當在同 一田區有多連棟溫室，每棟架設一組自走式自動噴藥裝置時，控制規劃可 為各棟獨立操作使用，亦可為多連棟連線自動控制，其間最大差異是投資 成本不同，操作使用便利性亦隨之不同。
- 控制箱： 為 控制之中樞，內部可採用傳統順序控制之電氣元件組成，或可採用可程式控制器(PLC)做為主元件；若有連線自動控制需要時，就一定得使用PLC。而控制箱 之面板上則有許多不同按鈕或開關供選擇並操作；最基本者要有啟動、停止按鈕、緊急停止開關，以及可切換手動或自動之選擇開關等。
- 控制策略： 依 簡易型或連線自動型有不同控制方式；最基本者，由人工啟動邦浦，按壓前進/後退按鈕來控制噴藥行走架前進或後退，控制成本最低，功能最簡單；其次為單棟自 動控制模式，當按鈕啟動後，啟動高壓邦浦，若干秒後啟動行走架行走並同時噴藥，當偵測到行走架至盡頭後，關閉邦浦並逆轉驅動馬達，使噴藥架回走至原位，即 完成噴藥動作。而自動連線型則繼續偵測，並順序啟動後續若干組噴藥架，做自動多棟連續或選擇性地跳棟噴藥之動作。
三、操作使用：
- 簡易控制型： 控制箱較簡單、成本較低，為單棟操作方式。每次按鈕僅操作一組，操作人員準備好藥液後，啟動高壓邦浦，於控制箱上按啟動鈕，以後工作即交由控制箱操作噴藥架動作，並噴藥至完成，人員不必進入設施中。但操作另一棟時，則需再次重覆上述操作動作。
- 連線自動型： 控 制箱較複雜，控制功能多，成本較高。操作者可於控制室內依據需要，選擇好若干棟或全部需噴藥之溫室後，按鈕啟動，控制箱即順序啟動噴藥機構逐棟完成作業， 人員不必再按鈕且可於控制室內監控；中途若有緊急或突發狀況，系統會暫停噴藥並發出警訊，等待故障排除。全部各棟溫室的噴藥作業，均可全自動進行。
目前應用概況
一、雙鋼索軌道式：
雙鋼索軌道承載式為最早期之設計，但也使用最久，已歷經近三年時 間，目前裝設於彰化縣田中鎮大地農園。此裝置原本使用在花卉省工噴藥 防治作業，後來該農園經營方向逐漸轉型，便將此一自動噴灑裝置利用於 扦插育苗噴藥，並同時應用於灌溉作業，效果極為顯著。從八十一年組裝 完成使用迄今，已近一千個工作天，平均每天定時作業保守估計約6次，即 已執行六千次自動噴灌作業。若採人工噴灑，每棟面積0.03公頃需時15分 鐘，用水量約90公升；但採自走式自動噴灌作業則每次1.5分鐘，用水量僅 約18公升，不單節省工時達10倍之多，且噴灑均勻、節省用水量。
二、單軌懸吊唇型槽鋼軌道式：
裝設此種方式之台中縣后里鄉墩南農場玫瑰花班於A區裝設了17套，B區裝設13套，共計30套之自動噴藥系統，各區只需要一套控制裝置。根據 該花班使用之經驗，其A區17棟溫室共1.2公頃，以往若靠人工噴藥需耗費16個工時才能完成；採用該系統後，則只需單人操作1.5小時即可完成，節 省工時達10倍以上。更由於此設備之行程固定，且噴施均勻，故噴藥用水 量可從以往之每次2,800公升降至1,400公升，節省一半之用水量。對於降低 人工需求及耗材資源等生產成本上，著實獲致相當大的成果。同時因減少 人工噴藥時間，所以機動性更大，更容易視作物病蟲害發生狀況而適時防 治，對提高該班玫瑰生產品質助益良多。
三、單軌懸吊錏管軌道式：
此裝置目前正裝設10套於彰化縣員林鎮員林種苗場，擬應用於蔬菜、 花卉穴盤苗等噴藥兼灑水作業，其初步試用結果性能十分理想，將俟全部 組裝完成並實際運轉後，再另篇介紹予農民。
結語
此一簡易結構「自走式自動噴藥裝置」，從民國七十九年起開發雙鋼 索軌道式迄今做了多方修正改進，有不同的軌道懸吊方式，但基本原理均 相同，乃利用與設施同寬之噴藥架做前後往復式的自動噴藥。人員不須進 入設施，於外面操作、監控即可，因此不接觸藥霧，安全無虞。依據上述 示範農戶使用經驗：既可增加效率、減少用水與達到及時施藥，又有提高 產品品質之好處。此外，該系統並可適用於各種溫室及作物，現正積極示 範推廣中，以期能商品化並量產而降低設備成本，嘉惠農民。農友們若對 此溫室內自動噴藥系統有建議或疑問，歡迎逕赴墩南玫瑰花班或田中大地 農園參觀，也可洽本場農機研究室人員詢問相關資料。
