探析水产养殖系统中的自动化控制技术

赵正方

摘要：水产养殖系统是集机、电、化、仪、生物工程和水处理技术为一体，建立起一个水体循环的封闭养殖工厂，在人工控制条件下进行高密度、工业化养殖生产。该养殖方式特点是养殖密度高，有利于节约用地；养殖水体循环使用，降低了水资源的损耗，摆脱了自然环境和资源的制约，减少了污染；所以，水产养殖符合“资源节约、环境友好型”的可持续发展战略，具有广阔的发展前景。本文从水产养殖自动化控制系统的组成、自动控制方法、自动化控制技术在水质参数检测与调控中的应用等方面，论述了有关研究的技术成果和未来发展趋势。根据水产养殖工业化和自动化发展，以及自动化控制技术在水产养殖中的广阔应用前景，指出了发展水产养殖自动化检测和调控精准技术的必要性，提出发展规范化、标准化的水产养殖自动化技术，以推动水产养殖工业化的发展。

关键词：水产养殖；自动控制

自动化控制技术在水产养殖领域的应用，极大地促进了水产养殖业的工业化发展。建立设备配套性能完好、技术先进、自动化程度高、系统连续稳定运行的自动化控制系统，能够确保养殖系统控制的准确性、安全性和适应性，为养殖生产提供可靠的水质和生态条件。

一、分析设计水产养殖自动化控制系统的基本原则

（一）自动控制的准确性原则

自动化控制系统要实现准确控制的功能，要确定控制的方法和精度范围。首先根据特性曲线、数学模型、有关规定测定值等对各处理单元的工艺控制过程和参数进行系统分析和准确表达；其次是根据主要干扰的频率和振幅确定相应工艺过程控制任务，协调工艺各单元之间的关系，确立整体工艺控制过程，实现准确控制目标。

（二）控制系统的安全性原则

安全可靠的实现控制目标是设计自动控制系的根本要求。在自动化控制系统中，由于需要控制的设备和元件很多，逻辑关系复杂，各种设备和单元都有可能发生故障或出现错误动作，这都会造成一定的损失。水产养殖系统的设计出于安全生产的考虑，一般采用三级控制层：就地手动、现场监控和远程监控。就地手动是指通过设备旁的转换开关，手动控制设备的开启和关闭；现场监控是指由现场PLC执行控制设备的任务；远程监控是指由养殖场控制中心通过控制网络对远端的设备进行监控。通过设计三级控制保障措施，对各种故障进行及时、准确的检测、显示和报警，避免生产损失，是设计控制系统时必须解决好的关键问题。

（三）控制系统的经济性原则

水产养殖的自动控制要求系统有较高的智能度和容错能力，降低建立自动化控制系统的成本。在控制过程中对参数变化范围控制的越窄，建立系统所需要的设备、元件的对应参数精度要求就越高，購买的成本越大。所以，对于生产过程的参数，要合理确定控制参数的精度，在满足生产过程要求的前提下，尽量放宽控制精度等级，在达到控制目的的同时，降低生产成本。

二、分析水产养殖自动化控制系统的监控

（一）监控工程的作用

养殖中有许多水体参数，如温度、溶解氧（DO）. CO，pH.浊度、氨氮等十几个参数，每个参数均由各自的传感器及其配套的变送器来检测，一般的变送器只能显示数据，不能对数据进行保存、查询，这样不利于了解参数的变化规律和运行情况；拥有保存查询功能的变送器价格高出普通变送器很多，如果每个参数的监测都使用带有数据保存查询功能的变送器成本会增加许多。而且显示不同参数情况的变送器无论是集中放在一起还是分散放置，都不利于工作人员观察记录。除了水体参数之外，养殖工厂还有其他一些设备的情况需要随时掌握，比如阀17，增氧机，水泵等。

监控工程的作用就是将所有需要监测的参数，设备的工作情况收集起来，在上位机中用曲线、表格、图形等各种可视化的手段集中显示出来，这样工作人员可以一目了然地看到想要了解的参数数值、设备状态，并且还将所需数据保存起来，工作人员可随时调用任何时刻的数据，了解参数变化的规律。工作人员还可以使用监控工程方便地修改下位机中的控制参数，以达到控制现场情况的目的。

功能齐全的监控工程可以帮助工作人员全面、准确、及时掌握和控制整个养殖现场的情况，提高工作效率，规范养殖过程，提升养殖和管理水平，充分体现水产养殖的先进性。

（二）监控工程的功能

1.通讯功能通讯功能从下位机中接收数据，向上位机写人数据称为通讯，这是监控工程最基本的功能。上位机和下位机连接之后，上位机本身并不能获取下位机的数据，也不能向下位机中写入数据，只有通过监控工程的通讯功能才能获取下位机的数据并改变下位机的数据。

2.监测功能监测功能即把收集到的数据显示出来，并保存人历史数据库，以供随时查询和统计使用。参数值有多种显示方式，可以直接显示，也可以制作曲线、报表等方式显示。设备的状态如阀门的打开、关闭，电动机的运行、停止等，可以通过制作的动画直观的反映出来。

3.控制功能控制功能改变下位机中的控制参数，如PID算法中的比例系数、积分系数、微分系数，上下限数值等。下位机是按照编好的程序运行，改动几个关键的参数就能调整控制状况，但从下位机中修改参数比较麻烦，需要特定的编程软件，有时可能还需要停机。监控工程的控制功能可以抛开特定的软件，不用停机，直接修改参数，十分便于控制现场的情况。

以上介绍的是监控工程最基本，最重要，最常用的三项功能，监控工程还能有许多其他功能，如报警功能，智能决策等，用户可以根据需要自己添加。

三、结束语

我国水产养殖正处于发展阶段，沿海地区的海水养殖已成为防治外来海水对养殖生物污染的有效手段，淡水名贵鱼类的养殖也为提高养殖产品的质量和效益开辟了新途径。但是，养殖的整体水平不高，产量最高约20公斤/立方米，与国外的100公斤/立方米差距很大。究其原因，除了设备与设施不配套，设备性能差外，最主要的原因之一是运行管理和自动化水平低。所以，组织生产规范化、标准化、技术简单易行、价格适中，适用于水产养殖的自动化组态软件有广泛的前景，也是建设我国水产养殖自动化系统的重要环节。

参考文献：

[1]吴凡，刘晃，宿墨.循环水养殖[J].科学养鱼，2008，9：72-74.

[2]马文林.圭寸闭式循环流水养鱼系统水质循环过滤单元概述[J].渔业现代化，2004，4：26-28.