CN105005261B - 一种循环水养殖中溶解氧自动监控系统的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种循环水养殖中溶解氧自动监控系统及方法，系统包括养殖池内的溶氧探头及温度探头、基础供氧单元和应急供氧单元，溶氧探头及温度探头与数据读取单元连接，数据读取单元与PLC连接，通过Modbus协议将采集数据传递给PLC，PLC与上位机服务器连接，将接收到的采集数据上传到上位机服务器，同时，PLC与电磁阀连接，电磁阀与应急供氧单元连接。方法包括：(1)启动上述自动监控系统；(2)对PLC进行设置，(3)PLC采集值与设置值之间的实时比较及控制；(4)PLC数据上传。本发明系统和方法经济适用，保证溶解氧在设定的范围内波动，若有异常，发出报警，提高系统运行的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于水产养殖自动化控制技术领域，特别是一种循环水养殖中溶解氧自动监控系统及方法。
背景技术
我国是世界第一水产养殖大国，水产养殖业是我国渔业的重要组成部分，并已成为改善我国居民食物结构和保障食物安全的有效途径。陆基工业化循环水养殖被公认为未来水产养殖业的重要发展方向，而溶解氧是水产养殖的生命线，是水生生物赖以生存和微生物消化过程所必需的物质，是水体循环处理的必要条件，为提高水产养殖的自动化控制和管理水平，溶解氧实时自动监控系统在自动化工业化循环水养殖系统中的应用已是大势所趋。我国在水质实时自动监测方面的研究起步较晚，技术相对薄弱，目前在水产养殖中应用较少，仅停留在人工检测和监测的初级阶段，没有上升到实时自动监控的层面；即便采用自动化监控系统，也多为国外进口设备，价格昂贵，且不适合中国的养殖条件，因此急需研究开发适合我国国情的水质实时自动监控系统，而工业化循环水养殖池下的溶解氧实时自动监控系统的研发可作为水质在线监控系统开发与应用的良好开端。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种循环水养殖中溶解氧自动监控系统及方法。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种循环水养殖中溶解氧自动监控系统，包括安装在循环水养殖系统中每个养殖池内的溶氧探头及温度探头、为每个养殖池提供溶氧的基础供氧单元和为每个养殖池提供紧急供氧的应急供氧单元，溶氧探头及温度探头与数据读取单元连接，数据读取单元与PLC连接，通过Modbus协议将采集数据传递给PLC，PLC与上位机服务器连接，将接收到的采集数据上传到上位机服务器，由上位机服务器进行存储并提供给与上位机服务器连接的访问终端，同时，PLC与电磁阀连接，控制电磁阀的开/关，电磁阀与应急供氧单元连接，启动或关闭应急供氧单元，PLC与报警装置连接，控制报警装置的工作状态。
而且，所述溶氧探头采用HDPE覆膜形式的DO6400型传感器。
而且，所述数据读取单元采用泓格7017和7005分别对溶氧探头及温度探头输出的电压信号和热敏电阻信号进行采集。
而且，所述基础供养单元采用氧气锥或氧流混合器为养殖池供氧，供氧压力为0.2bar。
而且，所述PLC采用的型号为S7-300PLC，溶氧探头及温度探头输出的信号通过数据读取单元后分别与PLC的数据端口IW0和IW1连接，同时，在PLC的Q0.0-Q0.4脚上分别连接有运行指示灯、停止指示灯、正常指示灯、危险指示灯及报警指示灯，用以显示养殖池的溶氧及温度状态，同时，PLC配备有备用电源，备用电源在停电时为PLC及应急供氧单元供电。
而且，所述应急供氧单元包括布设在每个养殖池中的3-4个纳米气室，纳米气室的供氧机由电磁阀的开/关状态控制。
一种循环水养殖中溶解氧自动监控系统的方法，包括步骤如下：
(1)启动上述循环水养殖中溶解氧自动监控系统，由基础供氧单元为养殖池供氧；
(2)对PLC进行设置，包括：
①养殖池溶氧上限值H1和下限值L1；
②养殖池温度上限值H2和下限值L2；
(3)PLC采集值与设置值之间的实时比较，
①PLC采集的养殖池溶氧值实时与养殖池溶氧上限值H1和下限值L1进行比较，当养殖池溶氧值大于养殖池溶氧上限值H1时产生报警，操作人员接到报警后人工调节基础供氧单元的功率，减少供氧，节省能源；当养殖池溶氧值小于养殖池溶氧下限值L1时产生报警，同时，PLC自动触发电磁阀闭合，启动应急供氧单元工作；
②应急供氧单元启动后，当PLC采集的养殖池溶氧值连续大于下限值L1，延迟20分钟-40分钟后，PLC自动控制电磁阀断开，停止应急供氧单元工作；
③养殖池溶氧上限值H1和下限值L1的补偿修正，
I，由于溶氧探头使用不同扩散系数k值的膜而产生的补偿修正，具体修正方法为:修正溶氧上限值H1’＝k×H1，修正溶氧下限值L1’＝k×L1，其中，k值由溶氧探头HDPE覆膜的型号与厚度确定，为生产厂家所提供；
II，由于养殖池温度变化而产生的修正，具体修正方法为；养殖池温度在上限值H2和下限值L2之间时，保持溶氧上限值H1和下限值L1不变；当养殖池温度T大于上限值H2时，修正溶氧上限值H1’＝H1+H1×(T-H2)/H2；当养殖池温度T小于下限值L2时，修正溶氧 下限值L1’＝L1+L1×(T-L2)/L2；
(4)PLC数据上传，PLC通过以太网以tcp/ip协议方式将实时采集的数据上传到上位机服务器，上位机服务器实时获取PLC数据，数据同时存入数据库，作为历史记录，供后期随时调用、查看。
而且，所述步骤(3)中②步延迟20分钟-40分钟的具体延迟时间由养殖池内具体的养殖品种确定。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明系统和方法经济适用，溶解氧探头造价低，多套养殖系统可共用一套PLC监控系统，有利于节约成本；
2、本发明可在PLC上设定溶氧变化范围，并保证溶解氧在设定的范围内波动，若有异常，可发出报警，同时确保水中溶氧持续供应，提高系统运行的可靠性；
3、本发明对每个养殖池单独监控，实时监测并准确记录养殖水体中溶解氧变化情况，可提高系统运行效率和工作效率，便于管理；
4、本发明操作简单，便于维护；
5、本发明系统和方法主要应用于自动化程度较高的工业化循环水养殖系统；
6、本发明监控室上位机监测单元通过以太网连接PLC，上位机工作软件通过tcp/ip协议实时获取PLC数据，数据同时存入数据库(Mysql)，作为历史记录，供后期随时调用、查看。
附图说明
图1是本发明的原理结构示意图；
图2是本发明系统中PLC的连接结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种循环水养殖中溶解氧自动监控系统，如图1所示，包括安装在循环水养殖系统中每个养殖池内的溶氧探头及温度探头、为每个养殖池提供溶氧的基础供氧单元和为每个养殖池提供紧急供氧的应急供氧单元，溶氧探头及温度探头与数据读取单元连接，数据读取单元与可编程逻辑控制器(PLC)连接，通过Modbus协议将采集数据传递给PLC，PLC与上位机服务器连接，将接收到的采集数据上传到上位机服务器，由上位机服务器进行存储并提供给与上 位机服务器连接的访问终端，同时，PLC与电磁阀连接，控制电磁阀的开/关，电磁阀与应急供氧单元连接，启动或关闭应急供氧单元，PLC与报警装置连接，控制报警装置的工作状态。
在本发明的具体实施中，所述溶氧探头采用HDPE覆膜形式的DO6400型传感器，该传感器利用银电极法测定溶氧，正常情况下，氧气浓度和膜的渗透速率成正比，从而在探头的两个不同活跃程度的金属电极上产生电势差，此电势差作为输出信号被数据读取单元读取。
在本发明的具体实施中，所述数据读取单元采用泓格7017和7005分别对溶氧探头及温度探头输出的电压信号和热敏电阻信号进行采集，7017和7005两个模块均有a/d转换功能，转换后的数据信号通过Modbus协议由PLC直接读取，并通过PLC传至上位机服务器，在PLC显示屏和上位机电脑上均能实时显示监测数据。
在本发明的具体实施中，所述基础供养单元采用氧气锥或氧流混合器为养殖池供氧，供氧压力为0.2bar，采用供氧直接注入到养殖池进水管路上的氧水混和装置。
在本发明的具体实施中，如图2所示，所述PLC采用的型号为S7-300PLC，溶氧探头及温度探头输出的型号通过数据读取单元后分别与PLC的数据端口IW0和IW1连接，在PLC的Q0.0-Q0.4脚上分别连接有运行指示灯、停止指示灯、正常指示灯、危险指示灯及报警指示灯，用以显示养殖池的溶氧及温度状态，同时，PLC配备有备用电源，备用电源在停电时为PLC及应急供氧单元供电。
在本发明的具体实施中，所述应急供氧单元包括布设在每个养殖池中的3-4个纳米气室，纳米气室的供氧机由电磁阀的开/状态控制。
在本发明的具体实施中，所述上位机服务器通过以太网连接PLC，上位机服务器通过tcp/ip协议实时获取PLC数据，数据同时存入数据库(Mysql)，作为历史记录，供后期随时调用、查看。
一种循环水养殖中溶解氧自动监控系统的方法，包括步骤如下：
(1)启动上述循环水养殖中溶解氧自动监控系统，由基础供氧单元为养殖池供氧；
(2)对PLC进行设置，包括：
①养殖池溶氧上限值H1和下限值L1；
②养殖池温度上限值H2和下限值L2；
(3)plc采集值与设置值之间的实时比较，
①PLC采集的养殖池溶氧值实时与养殖池溶氧上限值H1和下限值L1进行比较，当养殖 池溶氧值大于养殖池溶氧上限值H1时产生报警，操作人员接到报警后人工调节基础供氧单元的功率，减少供氧，节省能源；当养殖池溶氧值小于养殖池溶氧下限值L1时产生报警，同时，PLC自动触发电磁阀闭合，启动应急供氧单元工作；
②应急供氧单元启动后，当PLC采集的养殖池溶氧值连续大于下限值L1，延迟20分钟-40分钟后，PLC自动控制电磁阀断开，停止应急供氧单元工作；其中，延迟时间的具体数值由养殖池内具体的养殖品种确定；
③养殖池溶氧上限值H1和下限值L1的补偿修正，
I，由于溶氧探头使用不同扩散系数k值的膜而产生的补偿修正，具体修正方法为:修正溶氧上限值H1’＝k×H1，修正溶氧下限值L1’＝k×L1，其中，k值由溶氧探头HDPE覆膜的型号与厚度确定，为生产厂家所提供；
II，由于养殖池温度变化而产生的修正，具体修正方法为；养殖池温度在上限值H2和下限值L2之间时，保持溶氧上限值H1和下限值L1不变；当养殖池温度T大于上限值H2时，修正溶氧上限值H1’＝H1+H1×(T-H2)/H2；当养殖池温度T小于下限值L2时，修正溶氧下限值L1’＝L1+L1×(T-L2)/L2；
(4)PLC数据上传，PLC通过以太网以tcp/ip协议方式将实时采集的数据上传到上位机服务器，上位机服务器实时获取PLC数据，数据同时存入数据库(Mysql)，作为历史记录，供后期随时调用、查看。
Claims (2)
1.一种循环水养殖中溶解氧自动监控系统的方法，该方法所使用的硬件系统包括安装在循环水养殖系统中每个养殖池内的溶氧探头及温度探头、为每个养殖池提供溶氧的基础供氧单元和为每个养殖池提供紧急供氧的应急供氧单元，溶氧探头及温度探头与数据读取单元连接，数据读取单元与PLC连接，通过Modbus协议将采集数据传递给PLC，PLC与上位机服务器连接，将接收到的采集数据上传到上位机服务器，由上位机服务器进行存储并提供给与上位机服务器连接的访问终端，同时，PLC与电磁阀连接，控制电磁阀的开/关，电磁阀与应急供氧单元连接，启动或关闭应急供氧单元，PLC与报警装置连接，控制报警装置的工作状态；其特征在于该方法包括步骤如下：
(1)启动上述循环水养殖中溶解氧自动监控系统，由基础供氧单元为养殖池供氧；
(2)对PLC进行设置，包括：
①养殖池溶氧上限值H1和下限值L1；
②养殖池温度上限值H2和下限值L2；
(3)PLC采集值与设置值之间的实时比较，
①PLC采集的养殖池溶氧值实时与养殖池溶氧上限值H1和下限值L1进行比较，当养殖池溶氧值大于养殖池溶氧上限值H1时产生报警，操作人员接到报警后人工调节基础供氧单元的功率，减少供氧，节省能源；当养殖池溶氧值小于养殖池溶氧下限值L1时产生报警，同时，PLC自动触发电磁阀闭合，启动应急供氧单元工作；
②应急供氧单元启动后，当PLC采集的养殖池溶氧值连续大于下限值L1，延迟20分钟-40分钟后，PLC自动控制电磁阀断开，停止应急供氧单元工作；
③养殖池溶氧上限值H1和下限值L1的补偿修正，
I，由于溶氧探头使用不同扩散系数k值的膜而产生的补偿修正，具体修正方法为:修正溶氧上限值H1’＝k×H1，修正溶氧下限值L1’＝k×L1，其中，k值由溶氧探头HDPE覆膜的型号与厚度确定，为生产厂家所提供；
II，由于养殖池温度变化而产生的修正，具体修正方法为；养殖池温度在上限值H2和下限值L2之间时，保持溶氧上限值H1和下限值L1不变；当养殖池温度T大于上限值H2时，修正溶氧上限值H1’＝H1+H1×(T-H2)/H2；当养殖池温度T小于下限值L2时，修正溶氧下限值L1’＝L1+L1×(T-L2)/L2；
(4)PLC数据上传，PLC通过以太网以tcp/ip协议方式将实时采集的数据上传到上位机服务器，上位机服务器实时获取PLC数据，数据同时存入数据库，作为历史记录，供后期随时调用、查看。
2.根据权利要求1所述的循环水养殖中溶解氧自动监控系统的方法，其特征在于：所述步骤(3)中②步延迟20分钟-40分钟的具体延迟时间由养殖池内具体的养殖品种确定。
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