鮑魚保活運輸車的研制與環境性能試驗研究

摘要 為滿足鮑魚高效可控的保活流通需求，采用實時動態監控的冷海水噴淋保活模式，研制了鮑魚保活運輸車。對冷海水噴淋保活運輸車的環境控制技術進行研究，探索合適的噴淋循環水水質凈化方式，對噴淋海水紫外殺菌技術進行研究，分析了不同輻照強度、輻照時間對滅菌效果的影響；對氣提式砂濾器中進氣量、砂層厚度、砂層粒徑對固體顆粒物等去除率的影響進行研究，同時對噴淋海水溫度BPNN-PID控制與傳統PID控制效果進行對比研究。結果表明，研制的鮑魚保活流通運輸車具有良好的環境調節性能，可滿足鮑魚保活運輸需求。

關鍵詞 鮑魚；保活運輸車；研制

中圖分類號 S981.3 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）21-0189-04

Abstract In order to meet the demand for efficient and controllable keepalive of abalone， we adopted a realtime dynamic monitoring mode of cold seawater spray and preservation， developed an abalone keepalive transport vehicle， and implemented an environmental control technology for cold seawater spray keepalive transport vehicles. Besides， we researched and explored suitable spray circulating water purification methods， conducted research on ultraviolet disinfection technology of spray seawater， analyzed the influence of different irradiation intensity and irradiation time on the sterilization effect， and carried out air intake in the air stripping sand filter. The effects of air inflow， sand thickness， sand particle size on the removal of solid particles were researched. The comparative research on the effects between spray seawater temperature BPNNPID control and traditional PID control was carried out. The results indicated that the abalone keepalive flow vehicle developed in this research had good environmental regulation performance and could meet the needs of the abalones keepalive transportation.

Key words Abalone；Keepalive transport vehicle；Development

我國在水產品運輸[1-3]方面具有較久的歷史，但整體運輸手段和保活流通水平較為落后。鮑魚在保活運輸過程中必須通過一系列的調節措施，使得保活環境維持或者接近其賴以生存的自然環境 [4-5]，或者通過一系列的措施降低其新陳代謝活動，從而實現保活運輸。國內在鮑魚保活流通運輸方面也開展了一些研究：徐文其等[6]分析了鮑魚保活運輸的機理，并概述了各方法的優缺點；倪錦等[7]針對高值貝類保活有學者提出了冷海水噴淋保活方法，利用冷海水噴淋保活技術與生態冰溫技術相結合，可實現高值貝類的保活運輸[8-9]。在鮑魚保活運輸裝備方面的研究較少，考慮水產品運輸的相對通用性，可借鑒相關的研究：申淑琦等[10]等分析了貝類保活技術及工藝，展望了現代可行的貝類保活途徑；宗慎強等[11]研制了鮮活水產品運輸車環境控制系統，并進行了優化仿真，得到了較優方案；張飲江等[12]研制了水產品保活流通設備，可實現自動控溫、高效增氧等環境調節功能；朱健康等[13]研制了活魚運輸裝置，可以滿足水溫、溶氧和水質等關鍵影響因子的調控。綜合而言，鮑魚現有的運輸模式落后，存在運輸距離近、死亡率高、運輸效率低、運輸過程缺乏實時狀態監測和可控調節措施等問題，迫切需要進行技術革新，開發一種全新的保活運輸技術，構建可控的、高效的保活運輸車[8，14]。

針對上述問題，筆者研制了鮑魚保活運輸車，構建了智能控制系統、冷熱調節子系統、霧化噴淋與增氧子系統、凈化殺菌子系統、環境監測子系統、電力供應設備和鮑魚轉運架等主要模塊，進一步針對保活運輸車環境調控性能進行評估，分析噴淋溫度控制、噴淋海水溶氧控制以及噴淋海水流率控制等環境調節能力，驗證鮑魚保活運輸車的環境調控能力。

1 鮑魚保活運輸車的基本原理

鮑魚保活運輸車主要包含智能控制系統、冷熱調節子系統、霧化噴淋與增氧子系統、凈化殺菌子系統、環境監測子系統、電力供應設備和鮑魚轉運架（圖1）。智能控制系統的主體為基于PLC的智能控制核心，其連接著智能數據采集傳輸模塊、GPS定位模塊、數顯終端和操控觸摸屏等，實現保活運輸車的智能監控；冷熱調節子系統可以保證冷量或熱量的供給，智能切換，保證不同季節的溫度控制需求；霧化噴淋與增氧子系統用于保活流通過程中的水量、溶氧等基本需求，維持鮑魚保活所需的環境；凈化殺菌子系統包括紫外殺菌裝置、氣提式砂濾系統等；環境監測子系統主要由車廂內的氣壓傳感器和溫度傳感器、濕度傳感器和水槽內溫度傳感器組成，可實時監測車內環境；電力供應設備主要包含發電機及應急蓄電池系統，保證車輛正常運行的電力需求；鮑魚轉運架主要功能是實現鮑魚的車上裝載，以及快速靈活的轉運需求。

2 鮑魚保活運輸車的主要組成

2.1 保活運輸車本體

保活運輸車為一部解放牌改裝廂式保溫貨車，其車廂內部可利用尺寸為長7.5 m、寬2.3 m、高2.4 m，車廂主體為角鋼框架結構，內外表面包覆0.6 mm的鋁合金板，并在內表面涂上0.2 mm的玻璃鋼涂層，內外表面之間的隔熱層厚度為50 mm，中間填充保溫材料，以隔絕內外熱量的傳遞。除去設備區，實際利用長度為6.0 m。

2.2 智能控制系統

智能控制系統的核心采用Siemens S7/CPU-226PLC，人機界面采用Simatic 10.4inch 彩色觸摸顯示屏，GPS采用驛唐科技的定位模塊，采用網口通型號傳輸模塊，實現車輛本地控制與遠程動態監控。智能控制系統可實現數據動態采集，實時存儲和智能預判報警等功能。

2.3 冷熱調節子系統

冷熱調節設備主要作用是通過控制循環水的溫度來調節車廂內保活環境的溫度，在降溫過程中采用梯度降溫模式，防止溫差變化過大影響存活率，按照熱負荷平衡計算，運輸車廂表面積、運載的水體、轉運架以及鮑魚的總量約為13 450 W選用1臺渦旋式制冷壓縮機，以R410A為工質，在冷凝溫度50 ℃、蒸發溫度7 ℃時，制冷量為15 125 W，可滿足冷量調節需求，標準制熱泵運行制熱量為25 135 W。

2.4 霧化噴淋與增氧子系統

根據工藝試驗測算，選用南方泵業型號為ZS80-65-125/5.5離心式循環水泵，額定流量為100 m3/h，揚程為13 m，功率為5.5 kW，選用2臺噴淋泵，成并聯安裝，一臺作為工作循環泵，另一臺作為備用循環泵。選用一臺回水泵，型號為ZS80-65-125/5.5離心式循環水泵，額定流量為100 m3/h，揚程為13 m，功率為5.5 kW。采用霧化噴頭，實現均勻霧化噴淋。在保活運輸過程中，鮑魚需要消耗氧氣，利用制氧機向循環水體曝氣，按照試驗測算，1 t高值鮑魚需要消耗的氧氣為250 g/h左右，選用BS52-FY10制氧機2臺，單臺功率為900 W，單臺供氧量為600 L/h，可以滿足3.6 t鮑魚保活運輸過程中對氧氣的需求。

2.5 凈化殺菌子系統

在保活流通運輸過程中，為了有效減少細菌對保活流通效果的影響，在水箱內部側壁采用浸沒式紫外殺菌燈，安裝多個UV550W STRRILIZER紫外殺菌燈，紫外輻射強度為30 000 μW/cm2，并在噴淋管路內安裝多個254 nm 紫外線燈，功率分別為25和40 W功率，以滿足更好的殺菌需求。借鑒淡水魚保活流通過程中水體過濾模式，采用不銹鋼孔板進行粗濾，石英砂進行細濾，將過濾裝置與水循環系統集成，能夠基本滿足過濾需求。在噴淋水循環管路中設置了氣提式過濾器，進一步提高循環水的過濾效果。

2.6 環境監測子系統

環境監測系統主要功能是滿足環境參數，系統運行狀態的監控，環境參數監測傳感器主要包括氣壓傳感器和溫度傳感器、濕度傳感器和水槽內溫度傳感器，系統運行狀態監測傳感器主要包括電壓傳感器、水流傳感器等。

2.7 電力供應設備

選用一套柴油發電機組及應急蓄電池系統，其發電機型號DN184J，主用功率32 kW，頻率50 Hz，轉速1 500 r/min，功率因素0.8，三相四線制，該發電機組可以滿足各設備用電需求。滿負荷運行耗油為8.67 L/h。應急蓄電池系統的容量為3 kW·h，以滿足應急電力需求。

2.8 鮑魚轉運架

鮑魚轉運架是鮑魚轉運必備硬件，根據車廂內部提供的空間位置設計，噴淋轉運架做成2排，每排為3個，底部設置軌道輪，并在車廂底部設置軌道。噴淋轉運架上部設置循環水管道接口，裝筐后的鮑魚放置在噴淋轉運架上，每個噴淋轉運架分為4層，每層的頂部有噴淋孔。

3 保活運輸車環境控制技術研究

為測試冷海水噴淋保活運輸車的環境控制性能、探索最佳的噴淋循環水水質凈化方式，開展噴淋海水紫外殺菌技術研究，分析不同輻照強度、輻照時間對滅菌效果的影響；開展氣提式砂濾器中進氣量、砂層厚度、砂層粒徑對固體顆粒物等去除率影響的研究，開展BPNN-PID與傳統PID控制對噴淋海水溫度控制影響的研究。

3.1 紫外參數對保活水體滅菌效果的影響

在冷海水噴淋保活噴淋系統的管路上，安裝不同功率的紫外殺菌裝置，分別開展不同功率紫外殺菌燈，不同流量下紫外殺菌對保活水體滅菌效果影響試驗。細菌總數按GB 5750中平皿計數法測定。紫外殺菌采用254 nm 紫外線燈，設定不同的循環水水流量，采用可調功率的紫外設備對管道內的水體進行紫外殺菌，分析不同組的殺菌效果，開展不同參數的紫外殺菌試驗，結果見表1。

從表1可知，在海水噴淋保活循環系統中，紫外線輸入功率和循環水流速是影響紫外線殺菌效果的重要因素。單位水體的紫外線輸入功率越大，殺菌效果越好；水體通過紫外燈殺菌器的流速越大，總殺菌效果加大。保活運輸車在實際運行中，可以采用大功率紫外燈輻照以及小流量循環方式。

3.2 砂濾參數對保活水體中固體顆粒物去除效果的影響

保活運輸車上的砂濾器采用氣提式砂濾器，注入定流量的氣提，使得砂層底部的砂粒被提起，由于砂子與海水之間力的相互作用，產生了大量氣泡，固體顆粒物被氣泡裹附，石英砂因重力作用落到砂層頂部，氣泡和固體顆粒物從排污口排出。該測試中單個砂濾器處理水量為5 m3/h。開展不同的對比試驗，研究最合適的砂濾參數，使得去除保活水體中固體顆粒物的效果最佳。顆粒懸浮物（SS）采用稱質量法測定。試驗時計算顆粒懸浮物采用稱重量法，且僅研究水體單次流經氣提式砂濾器的過濾試驗，對氣提式砂濾器的凈化效果進行研究，采用不同的砂層厚度、砂層粒徑比較對水質優化的效果，試驗結果見表2。

根據試驗結果可知，在砂層厚度800 mm、粒徑1～2 mm、通氣量為0.5 m3/h時，砂濾器對顆粒懸浮物的去除效果比較好，單次循環水體中的過濾顆粒去除率為58.12%。在保活運輸車中設置多個砂濾器，通過多次過濾可以顯著降低保活水體的顆粒懸浮物，實現水質凈化。

3.3 噴淋海水溫度BPNN-PID控制與傳統PID控制效果對比

為了分析保活運輸車噴淋海水溫度控制的效果，開展了噴淋海水溫度的BPNN-PID控制效果試驗，并與傳統的PID控制器的控制效果進行了比較，結合相應控制指標對試驗結果進行了評價。BPNN-PID采用參數自整定，PID控制參數采用穩定邊界法進行整定。PID控制與BPNN-PID控制的結果如圖2～3所示。

從圖2和表3可以看出，基于BP神經網絡（BPNN-PID）控制的超調量為15%，常規PID控制的超調量為76%，BPNN-PID控制優于常規PID控制，不會引起系統大波動。另外BPNN-PID控制的過渡時間和延遲時間也遠低于常規PID控制，BPNN-PID 控制能很快達到穩定狀態。衰減率比常規PID小很多，控制比較平穩。從圖3可以看出，保活運輸車采用的基于BP 神經網絡的PID 控制明顯比常規PID 控制穩定，波動很小，達到穩定的時間也明顯比常規PID控制要短，具有更好的控制效果。保活運輸車采用的基于BP神經網絡的PID控制具有自學習、自適應性的優點，可以實現控制參數在線調節，保證最優的控制效果。

4 結論

該研究采用實時動態監控的冷海水噴淋保活模式，研制了鮑魚保活運輸車，構建了智能控制系統、冷熱調節子系統、霧化噴淋與增氧子系統、凈化殺菌子系統、環境監測子系統、電力供應設備和鮑魚轉運架等主要模塊，可滿足鮑魚的保活運輸需求，進一步針對保活運輸車環境調控性能進行了評估，主要結論如下：

（1）紫外線輸入功率和循環水流速是影響紫外線殺菌效果的重要因素，保活運輸車在實際運行中，可以采用大功率紫外燈輻照以及小流量循環方式，保證最佳的殺菌效果。

（2）在砂層厚度800 mm、粒徑1～2 mm、通氣量為0.5 m3/h時，砂濾器對顆粒懸浮物的去除效果比較好，單次循環水體中的過濾顆粒去除率為58.12%。在保活運輸車中設置多個砂濾器，通過多次過濾可以顯著降低保活水體的顆粒懸浮物，實現水質凈化。

（3）保活運輸車采用的基于BP 神經網絡的PID 控制明顯比常規PID 控制穩定，波動很小，達到穩定的時間也明顯比常規PID控制要短，具有更好的控制效果。

參考文獻

[1] 楊州.水產動物活體運輸方法[J].水產養殖，2002（1）：38-39.

[2] 殷邦忠，梁萌青，劉淇，等.海水魚類保活運輸原理及其發展趨勢[J].現代漁業信息，1994（6）：8-9.

[3] 汪之和，張飲江，李勇軍.水產品保活運輸技術[J].漁業現代化，2001（2）：31-34.

[4] 任潔.MS-222在活魚運輸中的應用研究[J].淡水漁業，1993，23（6）：29-32.

[5] 任潔.無水低溫保活運輸技術[J].中國農村科技，2000（7）：37.

[6] 徐文其，沈建.鮑魚保活運輸技術研究進展[J].食品與機械，2014（4）：146-150.

[7] 倪錦，沈建.冷海水噴淋對皺紋盤鮑生態冰溫保活的影響[J].現代食品科技，2013，29（5）：953-956.

[8] WURTS W A.Live fish transport using compressed and liquid oxygen[J].World aquaculture，2006，37（3）：26-27.

[9] 鄭樂云，鄧毅芳.活魚空運技術[J].漁業現代化，1998，23（3）：43-48.

[10] 申淑琦，劉紅英，王頡.貝類保活技術的研究[J].河北農業科學，2010，14（9）：102-103.

[11] 宗慎強，沈輝，王志軍.鮮活水產品運輸車環境控制裝置研究[J].機械工程與自動化，2011（6）：141-143.

[12] 張飲江，張曉東，陸仁廣，等.水產品活體流通保活設備的實驗研究[J].漁業現代化，2007，34（3）：36-39.

[13] 朱健康，盧俊杰，游遠新，等.海水活魚運輸裝置及應用效果試驗[J].農業工程學報，2005，21（10）：187-189.

[14] KING H R.Fish transport in the aquaculture sector：An overview of the road transport of Atlantic salmon in Tasmania [J].Journal of veterinary behavior，2009，4（4）：163-168.