水产养殖集中式智能化投饲增氧系统应用浅析

赵建宝 沈巧云

0 引言

进入21世纪以来，我国对于水产养殖行业所应用的水质传感技术、纳米技术和生物处理技术等高端技术研发取得了较大的突破，水产养殖正向着自动化、精准化、智能化方向发展。目前，我国自动化水产品养殖方式主要有工程化池塘精准养殖、陆基工厂循环水精准养殖和网箱精准养殖三大类。工程化池塘精准养殖在传统池塘养殖的基础上应用水质监测系统、产品监测系统、自动控制系统及大数据管理系统，对于养殖环境的要求较低，对原养殖场所的改动较少，不会改变用户的养殖方式和养殖习惯，且一次性投入后可长久受益，是我国池塘养殖的主要发展方向。而传统的池塘养殖用自动投饲机及增氧技术已不能满足工程化池塘精准养殖要求，开展水产养殖集中式智能化投饲增氧系统方面的研究己成为当务之急。

1 研发背景

投饲装备技术水平直接影响养殖水体的水质条件，影响养殖鱼类的摄食率、健康程度和生长速度。规模化水产养殖所需的投饲量巨大，要求投饲距离远、范围大，实现多点同时投喂。采用人工作业方式给投饲机上料耗时耗力，投饲精度和饲料利用率低，存在残余饲料污染水环境等问题。针对投饲机械化、精准化、智能化发展需求，开展集中式智能投饲增氧一体化系统技术和设备方面的研究势在必行。

2 集中式智能投饲增氧一体化系统构成

2.1 总体结构

集中式智能投饲增氧一体化系统由控制系统、供气系统、投饲系统和增氧系统等组成（见图1）。该系统以智能投料、智能增氧为突破口，以手机控制为核心，主要实现以下几点目标：

图1 集中式智能化投饲增氧系统结构示意图

1）投饲系统与增氧系统共用一个供气系统，由控制系统控制供气系统向投饲系统、增氧系统同时或单独供气。

2）采用气力输送这一工程技术满足池塘养殖生产中智能化集中投饲需求，解决集中供料、饲料预处理、多点位(多水槽)同步供料投饲以及远程管理控制等问题，实现物料定量控制。

3）通过溶解氧传感器反馈的信息控制各增氧点的增氧工作。

2.2 控制系统

集中式智能化投饲增氧系统与物联网相连可远程控制智能化控制盒，通过手机App软件实现投喂和增氧远程控制、物料余量和溶解氧的远程监测及故障的实时报警反馈。

2.3 供气系统

该系统由气泵、管道、分配器等组成，通过分配器分配物料远程输送及增氧所需的气源。气泵采用罗茨风机。应准备2台以上气泵，一台正常工作，其余备用。

2.4 投饲系统

该系统采用集中储料分散供料的方式，由一点向多点供料。采用低压压送式气力输送技术将饲料输送至各投饲点供投饲机投料，通过控制器设定投料时间、投料间隔等相关参数，以实现全天候全自动高效精确投饵。需要进行输送管道直径及气量大小优化设计[1]，确定气力输送方式及参数[2]。

2.5 增氧系统

根据工业化池塘养殖特点，参考相关研究成果，优选曝气增氧[3]。设计增氧曝气单元与气送投喂单元有机对接，优化水下增氧曝气装置；综合考量投料量和增氧要求，研究最优参数。安装养殖管理水体溶解氧预警预报在线系统，当溶解氧低于5.0 mg/L时，电磁阀自行启动，实现在线控制水体溶氧量[4]。开发气－水混合定向流推水高效增氧设备、高溶解氧垂直分流控制工艺，控制水槽前、中、后垂直剖面的养殖水体溶解氧、流速均衡。

2.6 主要技术参数

参考目前成熟的市场化产品，通过优化计算，选择以下参数：输入功率≥5.5 kW；多点位输送饲料（点位数≥3）；饲料输送管道内径40～50 mm；饲料输送最远距离＞100 m；微孔曝气管内径10～14 mm；增氧支管道内径63 mm；增氧能力＞2.0 kg/h。

3 安装使用方法

如图1所示，集中式智能化投饲增氧系统由控制系统、供气系统、投饲系统和增氧系统等组成。使用时，支架固定在养殖塘口内，固定在支架上的抛料盘露出水面，送料支管道的下料口伸至抛料盘的正上方，下料口对应投饲点，每个投饲点对应一个送料支管道、一个送料控制开关和一个下料装置。当投饲点1需要抛料时，通过手机端或电脑端控制与其对应的下料装置，将料仓内的物料送至送料支管道，然后打开对应的送料控制开关，供气系统向主供气管道供气，将送料支管道内的物料推送至投饲点1。当需要多个投饲点抛料时，与投饲点对应的下料装置下料、送料控制开关打开，主供气管道供气，将物料推送至对应的投饲点，实现多个投饲点的同时或分时抛料。料仓带有称重传感器，称重传感器传递信号至手机端或电脑端，管理人员根据该信号判断是否需要加料。

增氧支管道的增氧方式和投饲点的抛料方式类似。匹配溶解氧传感器检测是否需要增氧，实现智能化控制。

应设置多个气源，一个气源异常时可及时更换另一个气源，保证供气的连续进行。

4 应用前景

基于物联网技术的集中式智能化投饲增氧系统应用开发，满足了目前池塘工业化养殖生产中智能化集中投饲增氧需求，实现了集中气源供气、集中多点供料、远距离送料投料、智能增氧、手机端远程控制和物料定量控制，拓展了养殖范围和空间。研发推广符合中国国情、操作相对简便、经济性较高的自动投饲增氧结合系统技术和设备，可大大提高水产养殖行业的设施装备水平和劳动生产率，降低劳动力成本，减少饲料浪费，降低残饵污染导致水质恶化的可能性，节约环保。该技术的开发应用可促进水产养殖向着自动化、精准化、智能化方向转变，促进渔机产业结构调整及产品升级换代。