CN105994065A - 智能化控制平衡升降的深海养殖网箱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能化控制平衡升降的深海养殖网箱，其属于深海智能化养殖装备领域。它主要包括网箱本体和智能化平衡升降系统，所述网箱本体包括高强度网衣、平式框架、固定横杆、立式平衡管、底部固定结构、阻水排气安全阀、阻气排水安全阀、底锚、系泊缆绳固定装置、安全栏杆和饵料自动投喂口，所述智能化平衡升降系统包括网箱姿态传感器、压力传感器，水位传感器、外分支气管、内分支气管、水下密封气体分配装置、海水电缆、水上浮式无线控制器、太阳能供电装置、总气管和安装管理软件的上位机。本发明的有益效果是：网箱的升、降完全智能化，平衡可控，降低人工成本的投入，减少人员安全隐患，效率高，增强了网箱及其养殖物的深远海生存能力。

Description

智能化控制平衡升降的深海养殖网箱
技术领域
本发明涉及一种智能化控制平衡升降的深海养殖网箱，其属于深海智能化养殖装备领域。
背景技术
“十二五”规划将海洋经济提到了国家战略高度,标志着经济发展开始由内陆向海洋延伸,蓝色海洋经济将成为中国发展的希望。海洋经济的发展离不开海洋养殖业的发展，海洋养殖业的发展离不开海洋养殖装备的发展。深海智能化养殖装备则是海洋养殖装备发展的前沿方向。
目前，海洋养殖网箱主要分为两种，强浮式网箱(挪威和爱尔兰网箱)和自然排气升降网箱，强浮式网箱常年浮于海平面，台风时可部分注水下沉，但下潜深度有限，不能下潜到更为安全的海底，并且整体抗流能力不强，约1.5节，海风、浪、流对其作用力大，破坏严重，特别是强台风时，虽然部分网箱可能完好，但网箱内养殖物(如鱼类)等由于网衣变形无处躲避造成大量死伤养殖物(如鱼类)的情况；对于采用自然排气方式控制的升降式网箱，在升降过程中容易受环境因素风、浪、流影响产生浮筒间压力不平衡，造成浮筒间的排气快慢差异，使网箱整体偏转倾斜、倾覆，处于海洋环境中的升降式网箱，受到上述因素的作用和自身结构特点的影响，它在自然排气升降过程中，产生不平衡倾斜是不可避免的，特别是大直径，更高的网箱不平衡更加明显，危害更大，由于进气和排气过程中无法准确感知网箱姿态，也无法根据姿态进行单根浮力管进气、排气控制及转换，一旦出现倾斜无法控制恢复平衡，必定导致倾覆造成巨大损失。而且两种网箱均需采用人工操作方式进行升降，对网箱姿态控制全靠人工把握，无法实现单根浮力管智能控制的简单、精确、快速操作，也无法进行进气、排气的控制快速转换，一旦出现倾斜难以恢复平衡，无法实现岸基远程智能化控制平衡升降，在突发天气变化时或其他原因人员无法出海操作，有造成巨大损失的风险，而在天气多变时会浪费大量人力物力用于升降网箱。市场急需一种能够实现在恶劣天气下足不出户通过岸基完成可靠、智能化升降的深海养殖网箱。
发明内容
本发明针对上述不足，提供一种全程无需人工干预、可按照天气情况或其他需要随时进行智能化平衡升降操作的智能化控制平衡升降的深海养殖网箱。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种智能化控制平衡升降的深海养殖网箱，包括网箱本体和智能化平衡升降系统；所述网箱本体包括按照位置关系安装的高强度网衣、饵料自动投喂口、固定横杆、平式框架、立式平衡管和底部固定结构，所述立式平衡管通过系泊缆绳固定装置与平式框架紧固连接，在立式平衡管的顶部设有安全栏杆、底部设有底锚；所述智能化平衡升降系统包括安装在网箱本体上方的水下密封气体分配装置、安装在系泊缆绳固定装置上的网箱姿态传感器、安装在立式平衡管底部的压力传感器、安装在立式平衡管内的水位传感器和安装有管理软件的上位机，所述水下密封气体分配装置通过海水电缆与太阳能供电装置和设有无线传输天线的水上浮式无线控制器相连、通过总气管与外部气源相连、通过外分支气管与立式平衡管相连。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述立式平衡管的顶部和底部分别设有通气孔和通水孔、内部的上方和下方分别设有阻水排气安全阀和阻气排水安全阀，所述水位传感器设在阻水排气安全阀的下方。
进一步，所述水下密封气体分配装置包括壳体，在壳体内设有总电缆线、电气控制装置和总线式气体分配阀；所述总电缆线通过设在壳体上的电缆密封接入口与海水电缆相连；所述电气控制装置将总电缆线转换成与总线式气体分配阀相连的阀门控制总线和通过传感器密封出线口与各种传感器相连的传感器控制总线；所述总线式气体分配阀通过设在壳体上的气管密封接入口与总气管相连，所述总线式气体分配阀外接有内分支气管、并通过设在壳体四周的气管密封接口与外分支气管相连。
进一步，所述水上浮式无线控制器与水下密封气体分配装置之间设有加强缆绳。
进一步，所述平式框架、固定横杆、立式平衡管和底部固定结构均采用HDPE材质。
进一步，所述网箱姿态传感器采用数字陀螺仪。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：将智能化电气电子技术、传感技术、无线传输技术和机械设计、海洋密封防腐、生物防附着技术相结合，通过远程无线智能控制系统实现智能化控制深海养殖网箱的平衡升降。在上升和下降过程中可准确智能感知网箱姿态，根据姿态进行单根浮力管进气、排气控制及转换，实现单根浮力管的精确平衡控制。网箱可常浮于水面，可沉于海底，与其他辅助机械浮力、重力装置，压力传感配合可悬浮于海洋的任意水层，避免海风、海浪等对网箱及其养殖物的破坏，适合养殖不同海水深度层的物种。网箱的升、降完全智能化，平衡可控，降低人工成本的投入，减少人员安全隐患，效率高，增强了网箱及其养殖物的深远海生存能力，是全智能化管理深海养殖必备的基础装备。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的立式平衡管的结构示意图；
图3为本发明的水下密封气体分配装置的结构示意图。
在图中，1、高强度网衣；2、底锚；3、固定横杆；4、立式平衡管；4-1、阻水排气安全阀；4-2、水位传感器；4-3、阻气排水安全阀；4-4、通气孔；4-5、通水孔；5、平式框架；6、安全栏杆；7、总气管；8、海水电缆；9、加强缆绳；10、饵料自动投喂口；11、外分支气管；12、水上浮式无线控制器；13、无线传输天线；14、太阳能供电装置；15、网箱姿态传感器；16、底部固定结构；17、系泊缆绳固定装置；18、压力传感器；19、水下密封气体分配装置；19-1、电缆密封接入口；19-2、总电缆线；19-3、电气控制装置；19-4、阀门控制总线；19-5、传感器控制总线；19-6、传感器密封出线口；19-7、气管密封接口；19-8、内分支气管；19-9、总线式气体分配阀；19-10、气管密封接入口；19-11、壳体。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种智能化控制平衡升降的深海养殖网箱，包括网箱本体和智能化平衡升降系统；所述网箱本体包括按照位置关系安装的高强度网衣1、饵料自动投喂口10、固定横杆3、平式框架5、立式平衡管4和底部固定结构16，所述立式平衡管4通过系泊缆绳固定装置17与平式框架5紧固连接，在立式平衡管4的顶部设有安全栏杆6、底部设有底锚2；所述智能化平衡升降系统包括安装在网箱本体上方的水下密封气体分配装置19、安装在系泊缆绳固定装置17上的网箱姿态传感器15、安装在立式平衡管4底部的压力传感器18、安装在立式平衡管4内的水位传感器4-2和安装有管理软件的上位机，所述水下密封气体分配装置19通过海水电缆8与太阳能供电装置14和设有无线传输天线13的水上浮式无线控制器12相连、通过总气管7与外部气源相连、通过外分支气管11与立式平衡管4相连。
所述立式平衡管4的顶部和底部分别设有通气孔4-4和通水孔4-5、内部的上方和下方分别设有阻水排气安全阀4-1和阻气排水安全阀4-3，所述水位传感器4-2设在阻水排气安全阀4-1的下方。
所述水下密封气体分配装置19包括壳体19-11，在壳体19-11内设有总电缆线19-2、电气控制装置19-3和总线式气体分配阀19-9；所述总电缆线19-2通过设在壳体19-11上的电缆密封接入口19-1与海水电缆8相连；所述电气控制装置19-3将总电缆线19-2转换成与总线式气体分配阀19-9相连的阀门控制总线19-4和通过传感器密封出线口19-6与各种传感器相连的传感器控制总线19-5；所述总线式气体分配阀19-9通过设在壳体19-11上的气管密封接入口19-10与总气管7相连，所述总线式气体分配阀19-9外接有内分支气管19-8、并通过设在壳体19-11四周的气管密封接口19-7与外分支气管11相连。
所述水上浮式无线控制器12与水下密封气体分配装置19之间最好设有加强缆绳9；所述固定横杆3、立式平衡管4、平式框架5和底部固定结构16最好均采用HDPE材质；所述网箱姿态传感器15最好采用数字陀螺仪。
通过长期的海洋实践及流体动力学仿真设计确立现有的深海养殖网箱本体框架结构，整体机械结构强度高，密封优良，防生物附着，可抗四节流、11级风，可与外部配套管理平台或工作船提供的视频系统，气象系统，自动投喂系统，气源系统结合实现全智能化养殖。强台风时整体下沉，耐压60米以上，网衣在框架支撑作用下不变形，给养殖物提供优质的生存躲避空间，避免海面风浪的巨大破坏作用。
智能化平衡升降系统上位机管理软件可根据用户指令下达控制升降命令，也可根据系统设定的工作条件，气象条件等自动进行上升、下降网箱控制，如根据气象预报数据自动下沉规避台风和上升水面正常养殖，也可与其他机械装置、压力传感器18等传感器配合悬停任一水层，以适应不同养殖物的分水层养殖要求。
其工作原理如下：
1、上升操作
安装有管理软件的上位机发送上升命令给水上浮式无线控制器12(如：2G\3G\微波\卫星)，水上浮式控制器12接收到命令通过连接的海水电缆8控制水下密封气体分配装置19打开内分支气管气路19-8，同时外部气源系统自动接入气源，气源提供的压力气体顺着总气管7进入总线式气体分配阀19-9，再进入打开的内分支气管19-8，经过阻水排气安全阀4-1进入立式平衡管4，将水通过气压排出，立式平衡管4浮力增大，带动整体网箱上升，过程中不断采集网箱姿态传感器15，立式平衡管4内水位传感器4-2数据，通过相同电气回路回传至上位机，经控制算法确定网箱状态是否处于不平衡姿态中，当不平衡时计算确定哪一根立式平衡管4需要开启供气及时间，哪一根立式平衡管4需要关闭供气及时间，给出立式平衡管4相连接的内分支气管19-8气路的控制命令，使网箱重新回到平衡状态。完成进气排水操作，通过压力传感器18确定上升到指定位置后水下密封气体分配装置19将所有气路关闭，实现长期浮在水面进行日常养殖。当完全排出立式平衡管4内水时，通过立式平衡管4下部阻气排水安全阀4-3密闭下部通水孔4-5，避免浮力损失。
2、下降操作
安装有管理软件的上位机无线发送下降命令给水上浮式无线控制器12(如：2G\3G\微波\卫星)，水上浮式控制器12接收到命令通过连接的海水电缆8控制水下密封气体分配装置19打开内分支气管19-8气路，同时外部气源系统自动切离气源，各立式平衡管4内封闭的压力气体经由阻水排气安全阀4-1，再经过内分支气管19-8进入打开各支管气路的总线式气体分配阀19-9，将气通过总气管7排出，立式平衡管4内压力减小，立式平衡管4下部阻气排水安全阀4-3密闭的下部通水孔4-5打开，水进入平衡管，浮力减小，带动整体网箱下降，过程中不断采集网箱姿态传感器15、立式平衡管4内水位传感器4-2数据，通过相同电气回路回传至上位机，经控制算法确定网箱状态是否处于不平衡姿态中，当不平衡时计算确定哪一根立式平衡管4需要开启排气及时长，哪一根立式平衡管4需要关闭排气及时长，给出立式平衡管4相连接的内分支气管19-8气路的控制命令，必要时可切入外部气源进行供气补压，使网箱重新回到平衡状态。完成排气进水操作，通过压力传感器18确定到达指定位置后水下密封气体分配装置19将所有气路关闭，实现短期沉入水下躲避台风。当水填满立式平衡管4时，通过立式平衡管4上部阻水排气安全阀4-1密闭上部通气孔4-4，避免水进入气体回路。
为保证恶劣海况下整体系统的稳定可靠，减少大量养殖人工成本，安全应对各种突发环境变化情况，本网箱在抗风浪深海养殖网箱本体、智能化平衡升降系统等各功能组件上都进行了创新的设计，以适应深海恶劣自然环境。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种智能化控制平衡升降的深海养殖网箱，其特征在于：包括网箱本体和智能化平衡升降系统；所述网箱本体包括按照位置关系安装的高强度网衣(1)、饵料自动投喂口(10)、固定横杆(3)、平式框架(5)、立式平衡管(4)和底部固定结构(16)，所述立式平衡管(4)通过系泊缆绳固定装置(17)与平式框架(5)紧固连接，在立式平衡管(4)的顶部设有安全栏杆(6)、底部设有底锚(2)；所述智能化平衡升降系统包括安装在网箱本体上方的水下密封气体分配装置(19)、安装在系泊缆绳固定装置(17)上的网箱姿态传感器(15)、安装在立式平衡管(4)底部的压力传感器(18)、安装在立式平衡管(4)内的水位传感器(4-2)和安装有管理软件的上位机，所述水下密封气体分配装置(19)通过海水电缆(8)与太阳能供电装置(14)和设有无线传输天线(13)的水上浮式无线控制器(12)相连、通过总气管(7)与外部气源相连、通过外分支气管(11)与立式平衡管(4)相连。
2.根据权利要求1所述的智能化控制平衡升降的深海养殖网箱，其特征在于：所述立式平衡管(4)的顶部和底部分别设有通气孔(4-4)和通水孔(4-5)、内部的上方和下方分别设有阻水排气安全阀(4-1)和阻气排水安全阀(4-3)，所述水位传感器(4-2)设在阻水排气安全阀(4-1)的下方。
3.根据权利要求1或2所述的智能化控制平衡升降的深海养殖网箱，其特征在于：所述水下密封气体分配装置(19)包括壳体(19-11)，在壳体(19-11)内设有总电缆线(19-2)、电气控制装置(19-3)和总线式气体分配阀(19-9)；所述总电缆线(19-2)通过设在壳体(19-11)上的电缆密封接入口(19-1)与海水电缆(8)相连；所述电气控制装置(19-3)将总电缆线(19-2)转换成与总线式气体分配阀(19-9)相连的阀门控制总线(19-4)和通过传感器密封出线口(19-6)与各种传感器相连的传感器控制总线(19-5)；所述总线式气体分配阀(19-9)通过设在壳体(19-11)上的气管密封接入口(19-10)与总气管(7)相连，所述总线式气体分配阀(19-9)外接有内分支气管(19-8)、并通过设在壳体(19-11)四周的气管密封接口(19-7)与外分支气管(11)相连。
4.根据权利要求3所述的智能化控制平衡升降的深海养殖网箱，其特征在于：所述水上浮式无线控制器(12)与水下密封气体分配装置(19)之间设有加强缆绳(9)。
5.根据权利要求3所述的智能化控制平衡升降的深海养殖网箱，其特征在于：所述固定横杆(3)、立式平衡管(4)、平式框架(5)和底部固定结构(16)均采用HDPE材质。
6.根据权利要求3所述的智能化控制平衡升降的深海养殖网箱，其特征在于：所述网箱姿态传感器(15)采用数字陀螺仪。
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