探析水產養殖系統中的自動化控制技術

趙正方

摘要：水產養殖系統是集機、電、化、儀、生物工程和水處理技術為一體，建立起一個水體循環的封閉養殖工廠，在人工控制條件下進行高密度、工業化養殖生產。該養殖方式特點是養殖密度高，有利于節約用地；養殖水體循環使用，降低了水資源的損耗，擺脫了自然環境和資源的制約，減少了污染；所以，水產養殖符合“資源節約、環境友好型”的可持續發展戰略，具有廣闊的發展前景。本文從水產養殖自動化控制系統的組成、自動控制方法、自動化控制技術在水質參數檢測與調控中的應用等方面，論述了有關研究的技術成果和未來發展趨勢。根據水產養殖工業化和自動化發展，以及自動化控制技術在水產養殖中的廣闊應用前景，指出了發展水產養殖自動化檢測和調控精準技術的必要性，提出發展規范化、標準化的水產養殖自動化技術，以推動水產養殖工業化的發展。

關鍵詞：水產養殖；自動控制

自動化控制技術在水產養殖領域的應用，極大地促進了水產養殖業的工業化發展。建立設備配套性能完好、技術先進、自動化程度高、系統連續穩定運行的自動化控制系統，能夠確保養殖系統控制的準確性、安全性和適應性，為養殖生產提供可靠的水質和生態條件。

一、分析設計水產養殖自動化控制系統的基本原則

（一）自動控制的準確性原則

自動化控制系統要實現準確控制的功能，要確定控制的方法和精度范圍。首先根據特性曲線、數學模型、有關規定測定值等對各處理單元的工藝控制過程和參數進行系統分析和準確表達；其次是根據主要干擾的頻率和振幅確定相應工藝過程控制任務，協調工藝各單元之間的關系，確立整體工藝控制過程，實現準確控制目標。

（二）控制系統的安全性原則

安全可靠的實現控制目標是設計自動控制系的根本要求。在自動化控制系統中，由于需要控制的設備和元件很多，邏輯關系復雜，各種設備和單元都有可能發生故障或出現錯誤動作，這都會造成一定的損失。水產養殖系統的設計出于安全生產的考慮，一般采用三級控制層：就地手動、現場監控和遠程監控。就地手動是指通過設備旁的轉換開關，手動控制設備的開啟和關閉；現場監控是指由現場PLC執行控制設備的任務；遠程監控是指由養殖場控制中心通過控制網絡對遠端的設備進行監控。通過設計三級控制保障措施，對各種故障進行及時、準確的檢測、顯示和報警，避免生產損失，是設計控制系統時必須解決好的關鍵問題。

（三）控制系統的經濟性原則

水產養殖的自動控制要求系統有較高的智能度和容錯能力，降低建立自動化控制系統的成本。在控制過程中對參數變化范圍控制的越窄，建立系統所需要的設備、元件的對應參數精度要求就越高，購買的成本越大。所以，對于生產過程的參數，要合理確定控制參數的精度，在滿足生產過程要求的前提下，盡量放寬控制精度等級，在達到控制目的的同時，降低生產成本。

二、分析水產養殖自動化控制系統的監控

（一）監控工程的作用

養殖中有許多水體參數，如溫度、溶解氧（DO）. CO，pH.濁度、氨氮等十幾個參數，每個參數均由各自的傳感器及其配套的變送器來檢測，一般的變送器只能顯示數據，不能對數據進行保存、查詢，這樣不利于了解參數的變化規律和運行情況；擁有保存查詢功能的變送器價格高出普通變送器很多，如果每個參數的監測都使用帶有數據保存查詢功能的變送器成本會增加許多。而且顯示不同參數情況的變送器無論是集中放在一起還是分散放置，都不利于工作人員觀察記錄。除了水體參數之外，養殖工廠還有其他一些設備的情況需要隨時掌握，比如閥17，增氧機，水泵等。

監控工程的作用就是將所有需要監測的參數，設備的工作情況收集起來，在上位機中用曲線、表格、圖形等各種可視化的手段集中顯示出來，這樣工作人員可以一目了然地看到想要了解的參數數值、設備狀態，并且還將所需數據保存起來，工作人員可隨時調用任何時刻的數據，了解參數變化的規律。工作人員還可以使用監控工程方便地修改下位機中的控制參數，以達到控制現場情況的目的。

功能齊全的監控工程可以幫助工作人員全面、準確、及時掌握和控制整個養殖現場的情況，提高工作效率，規范養殖過程，提升養殖和管理水平，充分體現水產養殖的先進性。

（二）監控工程的功能

1.通訊功能通訊功能從下位機中接收數據，向上位機寫人數據稱為通訊，這是監控工程最基本的功能。上位機和下位機連接之后，上位機本身并不能獲取下位機的數據，也不能向下位機中寫入數據，只有通過監控工程的通訊功能才能獲取下位機的數據并改變下位機的數據。

2.監測功能監測功能即把收集到的數據顯示出來，并保存人歷史數據庫，以供隨時查詢和統計使用。參數值有多種顯示方式，可以直接顯示，也可以制作曲線、報表等方式顯示。設備的狀態如閥門的打開、關閉，電動機的運行、停止等，可以通過制作的動畫直觀的反映出來。

3.控制功能控制功能改變下位機中的控制參數，如PID算法中的比例系數、積分系數、微分系數，上下限數值等。下位機是按照編好的程序運行，改動幾個關鍵的參數就能調整控制狀況，但從下位機中修改參數比較麻煩，需要特定的編程軟件，有時可能還需要停機。監控工程的控制功能可以拋開特定的軟件，不用停機，直接修改參數，十分便于控制現場的情況。

以上介紹的是監控工程最基本，最重要，最常用的三項功能，監控工程還能有許多其他功能，如報警功能，智能決策等，用戶可以根據需要自己添加。

三、結束語

我國水產養殖正處于發展階段，沿海地區的海水養殖已成為防治外來海水對養殖生物污染的有效手段，淡水名貴魚類的養殖也為提高養殖產品的質量和效益開辟了新途徑。但是，養殖的整體水平不高，產量最高約20公斤/立方米，與國外的100公斤/立方米差距很大。究其原因，除了設備與設施不配套，設備性能差外，最主要的原因之一是運行管理和自動化水平低。所以，組織生產規范化、標準化、技術簡單易行、價格適中，適用于水產養殖的自動化組態軟件有廣泛的前景，也是建設我國水產養殖自動化系統的重要環節。

參考文獻：

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