工廠化水產養(yǎng)殖水體參數(shù)在線自動監(jiān)控系統(tǒng)研究.pdf

1、本課題來源于科技部社會公益研究專項基金。 工廠化水產養(yǎng)殖是一種集現(xiàn)代工程技術、水處理技術和生物技術為一體的高技術養(yǎng)殖方式，其主要特點是養(yǎng)殖密度高、排放污染少、節(jié)約資源，代表了未來水產養(yǎng)殖的發(fā)展方向。實現(xiàn)工廠化養(yǎng)殖關鍵是建立水體循環(huán)處理系統(tǒng)，包括去除水體中的固體物、懸浮物、有害溶解物和氣體，水體的消毒滅菌，以及控制水質參數(shù)，達到水體循環(huán)使用的目的。工廠化水產養(yǎng)殖水體參數(shù)在線自動監(jiān)控系統(tǒng)的重要作用就是有效控制溫度、pH、氨氮、COD

2、、CBD、DO等水質參數(shù)，使水體環(huán)境滿足高密度水產養(yǎng)殖的要求。因此開展工廠化水產養(yǎng)殖水體參數(shù)在線自動監(jiān)控系統(tǒng)研究具有重要的現(xiàn)實意義。 pH值和溶解氧(DO)都是養(yǎng)殖水體的重要參數(shù)。養(yǎng)殖水體中的pH值受到多方因素的制約：淡水魚類養(yǎng)殖要求pH值的范圍應該控制在6.8～8.5之間；微生物轉化水體中的氨氮要求pH≥7；較低的pH值可有效地降低水體中有毒非離子氨的含量。因為養(yǎng)殖魚類的呼吸消化和微生物處理氨氮都是產酸耗堿的過程，使得pH值在

3、養(yǎng)殖過程中處于不斷下降的狀態(tài)，所以在封閉循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)中，正確設計pH值監(jiān)測和控制方法，使pH值同時滿足上述三個方面的要求是非常重要的。DO是魚類賴以生存的重要物質，由于工廠化水產養(yǎng)殖密度高，需要對養(yǎng)殖水體進行增氧才能保證魚類生理活動和微生物呼吸需要，工廠化水產養(yǎng)殖要求水體DO保持在水體飽和溶解氧60％以上或是5mg/L以上。因此，對水體的DO進行監(jiān)測和控制是也非常必要的。 國內在工廠化水產養(yǎng)殖水體參數(shù)自動監(jiān)控系統(tǒng)的研究中，對pH

4、值控制問題重視不夠，尚無pH自動監(jiān)控系統(tǒng)；在對水體增氧的設計中，還沒有增加溶解氧的系統(tǒng)設計方法，難于實現(xiàn)溶解氧的有效控制。本課題的研究目的是開發(fā)一種水產養(yǎng)殖水質參數(shù)在線自動監(jiān)控系統(tǒng)，對溫度、DO、pH進行在線監(jiān)測，并對pH、DO進行自動控制，使水體的pH值在7～7.5范圍內，DO保持在5mg/L以上，并將水體參數(shù)和控制參數(shù)在上位機中實時顯示出來。 本課題最主要的創(chuàng)新性在于工廠化水產養(yǎng)殖中pH值自動控制的研究。通過對典型的中和過程

5、中pH變化規(guī)律和工廠化水產養(yǎng)殖中pH變化過程的分析，在參考工業(yè)和環(huán)保領域pH自動控制工程實踐的基礎上，提出在工廠化水產養(yǎng)殖中pH變化過程可以看成是線性，從而確定了自動控制解決方案：PLC以占空比控制方式電磁閥，采用常規(guī)PID控制算法計算電磁閥開關時間，從而控制向養(yǎng)殖水體中添加NaOH和NaHCO<,3>的量，達到控制pH的目的。同時探討了NaOH和NaHCO<,3>的濃度對本系統(tǒng)的影響。在水體增氧和溶解氧控制方面，通過對工廠化水產養(yǎng)殖過

6、程的溶解氧消耗因素的分析，確定了魚類消化呼吸和魚類排泄物的生物轉化為主要耗氧因子，并根據魚類耗氧公式和氨氮轉化反應方程，提出增氧系統(tǒng)的計算方法，在此基礎上設計了溶解氧控制系統(tǒng)，達到了提高效率，降低成本的目的。 在自動監(jiān)控工程設計方面，以西門子公司的S7-200系列PLC為核心組建適合工廠化水產養(yǎng)殖的自動監(jiān)控系統(tǒng)。下位機使用西門子PLC自帶的軟件進行編程，上位機中用北京亞控公司組態(tài)王6.5軟件設計一個監(jiān)控工程，用圖表等方式顯示下位

7、機送來的數(shù)據，并具有設置下位機的控制參數(shù)，記錄、打印數(shù)據等功能。 實驗研究的結果表明，課題建立的自動監(jiān)控系統(tǒng)，將現(xiàn)場設備情況、控制參數(shù)、水體參數(shù)整合在一起，實時顯示出來，有利于工作人員對養(yǎng)殖過程的了解和管理；對pH值進行的自動控制設計，方法簡單，控制可靠，具有一定的創(chuàng)新性；提出的溶解氧補給設計方法和建立的自動控制系統(tǒng)，對溶解氧實現(xiàn)了有效補給和控制，減少了增氧機運行時間，降低了能源消耗。本系統(tǒng)運行穩(wěn)定，成本低廉，完全適合工廠化水產