探析水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中的自動化控制技術(shù)

趙正方

摘要：水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)是集機、電、化、儀、生物工程和水處理技術(shù)為一體，建立起一個水體循環(huán)的封閉養(yǎng)殖工廠，在人工控制條件下進行高密度、工業(yè)化養(yǎng)殖生產(chǎn)。該養(yǎng)殖方式特點是養(yǎng)殖密度高，有利于節(jié)約用地；養(yǎng)殖水體循環(huán)使用，降低了水資源的損耗，擺脫了自然環(huán)境和資源的制約，減少了污染；所以，水產(chǎn)養(yǎng)殖符合“資源節(jié)約、環(huán)境友好型”的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，具有廣闊的發(fā)展前景。本文從水產(chǎn)養(yǎng)殖自動化控制系統(tǒng)的組成、自動控制方法、自動化控制技術(shù)在水質(zhì)參數(shù)檢測與調(diào)控中的應(yīng)用等方面，論述了有關(guān)研究的技術(shù)成果和未來發(fā)展趨勢。根據(jù)水產(chǎn)養(yǎng)殖工業(yè)化和自動化發(fā)展，以及自動化控制技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的廣闊應(yīng)用前景，指出了發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖自動化檢測和調(diào)控精準(zhǔn)技術(shù)的必要性，提出發(fā)展規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的水產(chǎn)養(yǎng)殖自動化技術(shù)，以推動水產(chǎn)養(yǎng)殖工業(yè)化的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：水產(chǎn)養(yǎng)殖；自動控制

自動化控制技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域的應(yīng)用，極大地促進了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的工業(yè)化發(fā)展。建立設(shè)備配套性能完好、技術(shù)先進、自動化程度高、系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行的自動化控制系統(tǒng)，能夠確保養(yǎng)殖系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確性、安全性和適應(yīng)性，為養(yǎng)殖生產(chǎn)提供可靠的水質(zhì)和生態(tài)條件。

一、分析設(shè)計水產(chǎn)養(yǎng)殖自動化控制系統(tǒng)的基本原則

（一）自動控制的準(zhǔn)確性原則

自動化控制系統(tǒng)要實現(xiàn)準(zhǔn)確控制的功能，要確定控制的方法和精度范圍。首先根據(jù)特性曲線、數(shù)學(xué)模型、有關(guān)規(guī)定測定值等對各處理單元的工藝控制過程和參數(shù)進行系統(tǒng)分析和準(zhǔn)確表達；其次是根據(jù)主要干擾的頻率和振幅確定相應(yīng)工藝過程控制任務(wù)，協(xié)調(diào)工藝各單元之間的關(guān)系，確立整體工藝控制過程，實現(xiàn)準(zhǔn)確控制目標(biāo)。

（二）控制系統(tǒng)的安全性原則

安全可靠的實現(xiàn)控制目標(biāo)是設(shè)計自動控制系的根本要求。在自動化控制系統(tǒng)中，由于需要控制的設(shè)備和元件很多，邏輯關(guān)系復(fù)雜，各種設(shè)備和單元都有可能發(fā)生故障或出現(xiàn)錯誤動作，這都會造成一定的損失。水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的設(shè)計出于安全生產(chǎn)的考慮，一般采用三級控制層：就地手動、現(xiàn)場監(jiān)控和遠程監(jiān)控。就地手動是指通過設(shè)備旁的轉(zhuǎn)換開關(guān)，手動控制設(shè)備的開啟和關(guān)閉；現(xiàn)場監(jiān)控是指由現(xiàn)場PLC執(zhí)行控制設(shè)備的任務(wù)；遠程監(jiān)控是指由養(yǎng)殖場控制中心通過控制網(wǎng)絡(luò)對遠端的設(shè)備進行監(jiān)控。通過設(shè)計三級控制保障措施，對各種故障進行及時、準(zhǔn)確的檢測、顯示和報警，避免生產(chǎn)損失，是設(shè)計控制系統(tǒng)時必須解決好的關(guān)鍵問題。

（三）控制系統(tǒng)的經(jīng)濟性原則

水產(chǎn)養(yǎng)殖的自動控制要求系統(tǒng)有較高的智能度和容錯能力，降低建立自動化控制系統(tǒng)的成本。在控制過程中對參數(shù)變化范圍控制的越窄，建立系統(tǒng)所需要的設(shè)備、元件的對應(yīng)參數(shù)精度要求就越高，購買的成本越大。所以，對于生產(chǎn)過程的參數(shù)，要合理確定控制參數(shù)的精度，在滿足生產(chǎn)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(chǎn)成本。

二、分析水產(chǎn)養(yǎng)殖自動化控制系統(tǒng)的監(jiān)控

（一）監(jiān)控工程的作用

養(yǎng)殖中有許多水體參數(shù)，如溫度、溶解氧（DO）. CO，pH.濁度、氨氮等十幾個參數(shù)，每個參數(shù)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(shù)據(jù)，不能對數(shù)據(jù)進行保存、查詢，這樣不利于了解參數(shù)的變化規(guī)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(shù)的監(jiān)測都使用帶有數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)之外，養(yǎng)殖工廠還有其他一些設(shè)備的情況需要隨時掌握，比如閥17，增氧機，水泵等。

監(jiān)控工程的作用就是將所有需要監(jiān)測的參數(shù)，設(shè)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(shù)數(shù)值、設(shè)備狀態(tài)，并且還將所需數(shù)據(jù)保存起來，工作人員可隨時調(diào)用任何時刻的數(shù)據(jù)，了解參數(shù)變化的規(guī)律。工作人員還可以使用監(jiān)控工程方便地修改下位機中的控制參數(shù)，以達到控制現(xiàn)場情況的目的。

功能齊全的監(jiān)控工程可以幫助工作人員全面、準(zhǔn)確、及時掌握和控制整個養(yǎng)殖現(xiàn)場的情況，提高工作效率，規(guī)范養(yǎng)殖過程，提升養(yǎng)殖和管理水平，充分體現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的先進性。

（二）監(jiān)控工程的功能

1.通訊功能通訊功能從下位機中接收數(shù)據(jù)，向上位機寫人數(shù)據(jù)稱為通訊，這是監(jiān)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(shù)據(jù)，也不能向下位機中寫入數(shù)據(jù)，只有通過監(jiān)控工程的通訊功能才能獲取下位機的數(shù)據(jù)并改變下位機的數(shù)據(jù)。

2.監(jiān)測功能監(jiān)測功能即把收集到的數(shù)據(jù)顯示出來，并保存人歷史數(shù)據(jù)庫，以供隨時查詢和統(tǒng)計使用。參數(shù)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(shè)備的狀態(tài)如閥門的打開、關(guān)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(shù)，如PID算法中的比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)，上下限數(shù)值等。下位機是按照編好的程序運行，改動幾個關(guān)鍵的參數(shù)就能調(diào)整控制狀況，但從下位機中修改參數(shù)比較麻煩，需要特定的編程軟件，有時可能還需要停機。監(jiān)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(shù)，十分便于控制現(xiàn)場的情況。

以上介紹的是監(jiān)控工程最基本，最重要，最常用的三項功能，監(jiān)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(jù)需要自己添加。

三、結(jié)束語

我國水產(chǎn)養(yǎng)殖正處于發(fā)展階段，沿海地區(qū)的海水養(yǎng)殖已成為防治外來海水對養(yǎng)殖生物污染的有效手段，淡水名貴魚類的養(yǎng)殖也為提高養(yǎng)殖產(chǎn)品的質(zhì)量和效益開辟了新途徑。但是，養(yǎng)殖的整體水平不高，產(chǎn)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(shè)備與設(shè)施不配套，設(shè)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(chǎn)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、技術(shù)簡單易行、價格適中，適用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的自動化組態(tài)軟件有廣泛的前景，也是建設(shè)我國水產(chǎn)養(yǎng)殖自動化系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。

參考文獻：

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