与传统养殖方式相比，工厂化循环水养殖具有养殖密度高，节约资源，不污染环境等特点,符合可持续发展要求，近年来得到了大规模的推广应用。而水质调控是工厂化循环水养殖成功的关键之一，在水体循环的养殖系统中需要监测或控制的水质参数包括温度、DO、CO₂、pH值、氨氮等，其中pH值会影响许多其他的水质参数和生物化学反应过程的速度，是一个很重要的参数，因此在工厂化循环水养殖系统中对pH值进行有效的调控具有十分重要的意义。在工厂化循环水养殖系统中，由于硝化反应和鱼类呼吸产生的CO₂气体积累以及硝化反应碱度的消耗造成养殖水体中的pH值随着养殖时间的增长而逐渐下降。与国外相比，目前国内工厂化循环水养殖企业对于pH值的调控相对落后，主要采用在线监测和人工投碱的方式，且对于CO₂去除技术的研究还不深入和完善，仍处于起步阶段，很多高密度循环水养殖系统并没有设置CO₂去除环节。本论文的研究目是开发一种CO₂去除和加碱调节相结合的双重调控pH值的方式，利用自动控制技术，设计一个具有良好控制效果和自动化程度较高的循环水养殖水体pH值实时监控系统。本文对CO₂去除技术进行了研究，以对由于养殖水体中CO₂浓度积累造成的pH值下降进行调节。根据气体交换原理，设计了养殖水体的CO₂去除装置，采用试验设计（DOE）的方法，对CO₂去除效果进行研究。三因子二水平的正交试验结果表明：G/L对CO₂去除率的影响最显著，水力负荷HLR，进水CO₂浓度，以及因子间的交互作用对CO₂去除率影响不显著。因此，在CO₂去除装置的实际运行过程中，应通过调节G/L来提高CO₂去除率。G/L变化对CO₂去除率影响的试验结果表明：当G/L=15时，随着G/L的增加，CO₂去除率增加较快；当G/L＞8时，随着G/L的增加，去除率增加平缓。综合考虑系统节能和CO₂的去除效果，认为本装置在G/L=58时运行最佳，去除率为80%92%。因此，CO₂去除技术的应用能够有效的去除养殖水体中高浓度的CO₂积累，此时养殖水体pH值的下降仅与碱度消耗有关。本文对加碱调节pH的规律进行了研究，以对由于碱度消耗造成的pH值下降进行调节。首先对典型pH值中和曲线和数学模型进行了分析，研究结果表明pH中和过程具有明显的非线性和滞后性；接着对循环水养殖系统中pH值的变化规律进行了理论研究和实验研究，研究结果表明硝化反应是一个产酸消碱过程，碱度变化和pH值变化呈对数关系，且循环水养殖系统中pH值变化比较缓慢，在实际生产中能够有充裕的时间进行调控；然后，通过对比分析几种碱性试剂特性，确定了本文所用的碱性缓冲剂，并根据投饲量和投碱量的关系，确定了每天的投碱量以补充因碱度消耗造成的pH值下降；最后，研究了加碱调控pH值的非线性和滞后性，研究结果表明，养殖水体的pH值日变化量在滴定曲线的线性范围内变化，其控制范围也在线性范围内，因此本文设计的循环水养殖水体pH值实时监控系统可认为是一个线性系统，且循环率在1次/时以上的系统，混合比较均匀，对滞后性的影响较小。根据上述实验研究结果和循环水养殖对pH值的要求，提出了循环水养殖水体pH值实时监控系统的控制指标和控制要求，并对经典pH值控制算法进行了比较，选择了适合本系统的增量式PID控制算法，确定了以CO₂去除和加碱调节相结合的双重调控pH值的方式，构建了系统的总体控制方案。以总体方案为指导，进行了pH值实时监控系统的硬件设计和软件设计。本文使用mcgsTPC嵌入式一体化触摸屏、西门子S7-200PLC、模拟量输入模块、模拟量输出模块、MA8-3短信报警模块、pH传感器和计量泵搭建硬件平台，采用MCGS监控组态软件设计了循环水养殖水体pH值实时监控系统，具有监控工程显示，通讯连接，参数设置，实时曲线显示，历史曲线显示，历史数据保存、查询和导出，数据采集与处理， pH值超限手机短信报警等功能。该监控系统人机界面良好，扩展性好，操作简单，灵活，实用性强，自动化程度高，具有一定的创新性。该监控系统在农业部渔业装备与工程重点开放实验室淡水高密度循环水养殖系统进行了为期四个月的试运行，运行结果表明该监控系统运行稳定可靠，控制效果显著，有效的实现了pH值的恒定控制，满足了循环水养殖对pH值的要求，具有较高的推广价值和实用价值。