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工厂化水产养殖是一种集现代工程技术、水处理技术和生物技术为一体的高技术养殖方式,其主要特点是养殖密度高、排放污染少、节约资源,是未来水产养殖的发展方向。实现工厂化养殖关键是建立水体循环处理系统,包括去除水体中的固体物、悬浮物、有害溶解物和气体,水体的消毒灭菌,以及控制水质参数,达到水体循环使用的目的。工厂化水产养殖水体参数自动监控系统的重要作用就是有效控制温度、pH、氨氮、COD、BOD、DO等水质参数,使水体环境满足高密度水产养殖的要求。养殖水体温度会影响鱼类的进食等基本生命活动,并会影响水体溶解氧的浓度;水体溶解氧不仅是鱼类正常生长的基本需求,同样也是水体中其他微生物赖以生存的基本条件。因此实现工厂化水产养殖水体参数在线自动监控系统,具有一定的应用价值。
针对工厂化养殖工艺,论文以工厂化养殖系统为研究对象,以工厂化养殖水体温度与溶解氧为控制参数,建立了水体循环处理系统和工厂化养殖监控系统,首先设计了自动循环水系统,并在循环过程中通过沉淀、过滤、曝气等工艺完成了对养殖水体的自动调节,重点设计了温度自动控制系统与自动增氧系统。
通过对水体温度的建模,根据水体温度变化的滞后性特点,采用了前馈PID控制作为温度自动控制的算法,PLC控制阀门开关时间以及阀门开度,从而控制向养殖水体中添加冷热水的量以及速率,达到控制温度的目的;通过对工厂化水产养殖过程的溶解氧消耗因素的分析,确定了鱼类消化呼吸和鱼类排泄物的生物转化为主要耗氧因子,并根据鱼类耗氧公式和氨氮转化反应方程,提出增氧系统的计算方法,初步研究了增氧机的变频调速控制,达到了提高效率,降低成本的目的。通过PLC控制阀门以及变频器,完成对水体温度的调节以及溶解氧的调节。
本论文采用触摸屏与WINCC软件设计了多参数监控画面,可以实时监控系统各设备的运行状况以及水体参数,并可将数据记录,用图表显示,提供数据历史查询,而且与PLC完成了通讯,可通过监控画面直接控制系统设备运行:采用汉字显示屏作为实时显示装置,实时显示系统各个设备的运行状况以及养殖水体的各参数,并完成了PLC与汉字显示屏之间的通讯。
实验研究的结果表明,课题建立的自动监控系统,将现场设备情况、控制参数、水体参数整合在一起,实时显示出来,有利于工作人员对养殖过程的了解和管理;对温度进行的自动控制设计,方法简单,控制可靠;提出的溶解氧补给设计方法和建立的自动控制系统,对溶解氧实现了有效补给和控制,减少了增氧机运行时间,降低了能源消耗。本系统运行稳定,成本低廉,完全适合工厂化水产养殖,有较高的实用价值。