工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖水體參數(shù)在線自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)研究.pdf

1、本課題來(lái)源于科技部社會(huì)公益研究專項(xiàng)基金。 工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖是一種集現(xiàn)代工程技術(shù)、水處理技術(shù)和生物技術(shù)為一體的高技術(shù)養(yǎng)殖方式，其主要特點(diǎn)是養(yǎng)殖密度高、排放污染少、節(jié)約資源，代表了未來(lái)水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展方向。實(shí)現(xiàn)工廠化養(yǎng)殖關(guān)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(zhì)參數(shù)，達(dá)到水體循環(huán)使用的目的。工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖水體參數(shù)在線自動(dòng)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(zhì)參數(shù)，使水體環(huán)境滿足高密度水產(chǎn)養(yǎng)殖的要求。因此開(kāi)展工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖水體參數(shù)在線自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)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(yīng)該控制在6.8～8.5之間；微生物轉(zhuǎn)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?yàn)轲B(yǎng)殖魚類的呼吸消化和微生物處理氨氮都是產(chǎn)酸耗堿的過(guò)程，使得pH值在

3、養(yǎng)殖過(guò)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(shè)計(jì)pH值監(jiān)測(cè)和控制方法，使pH值同時(shí)滿足上述三個(gè)方面的要求是非常重要的。DO是魚類賴以生存的重要物質(zhì)，由于工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖密度高，需要對(duì)養(yǎng)殖水體進(jìn)行增氧才能保證魚類生理活動(dòng)和微生物呼吸需要，工廠化水產(chǎn)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(duì)水體的DO進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制是也非常必要的。 國(guó)內(nèi)在工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖水體參數(shù)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的研究中，對(duì)pH

4、值控制問(wèn)題重視不夠，尚無(wú)pH自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)；在對(duì)水體增氧的設(shè)計(jì)中，還沒(méi)有增加溶解氧的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，難于實(shí)現(xiàn)溶解氧的有效控制。本課題的研究目的是開(kāi)發(fā)一種水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)參數(shù)在線自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)溫度、DO、pH進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，并對(duì)pH、DO進(jìn)行自動(dòng)控制，使水體的pH值在7～7.5范圍內(nèi)，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(jī)中實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。 本課題最主要的創(chuàng)新性在于工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖中pH值自動(dòng)控制的研究。通過(guò)對(duì)典型的中和過(guò)程

5、中pH變化規(guī)律和工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖中pH變化過(guò)程的分析，在參考工業(yè)和環(huán)保領(lǐng)域pH自動(dòng)控制工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提出在工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖中pH變化過(guò)程可以看成是線性，從而確定了自動(dòng)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(jì)算電磁閥開(kāi)關(guān)時(shí)間，從而控制向養(yǎng)殖水體中添加NaOH和NaHCO<,3>的量，達(dá)到控制pH的目的。同時(shí)探討了NaOH和NaHCO<,3>的濃度對(duì)本系統(tǒng)的影響。在水體增氧和溶解氧控制方面，通過(guò)對(duì)工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)

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(zhuǎn)化為主要耗氧因子，并根據(jù)魚類耗氧公式和氨氮轉(zhuǎn)化反應(yīng)方程，提出增氧系統(tǒng)的計(jì)算方法，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了溶解氧控制系統(tǒng)，達(dá)到了提高效率，降低成本的目的。 在自動(dòng)監(jiān)控工程設(shè)計(jì)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(chǎn)養(yǎng)殖的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。下位機(jī)使用西門子PLC自帶的軟件進(jìn)行編程，上位機(jī)中用北京亞控公司組態(tài)王6.5軟件設(shè)計(jì)一個(gè)監(jiān)控工程，用圖表等方式顯示下位

7、機(jī)送來(lái)的數(shù)據(jù)，并具有設(shè)置下位機(jī)的控制參數(shù)，記錄、打印數(shù)據(jù)等功能。 實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果表明，課題建立的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況、控制參數(shù)、水體參數(shù)整合在一起，實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，有利于工作人員對(duì)養(yǎng)殖過(guò)程的了解和管理；對(duì)pH值進(jìn)行的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)，方法簡(jiǎn)單，控制可靠，具有一定的創(chuàng)新性；提出的溶解氧補(bǔ)給設(shè)計(jì)方法和建立的自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)溶解氧實(shí)現(xiàn)了有效補(bǔ)給和控制，減少了增氧機(jī)運(yùn)行時(shí)間，降低了能源消耗。本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，成本低廉，完全適合工廠化水產(chǎn)