CN107621841A - 大型水域养殖水质在线监测控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于在大型水域养殖的水质在线监测系统，该系统包括采样池，采样泵，过滤器，清洗泵，清洗剂容器，传感器和自动控制系统，实现对大型水域养殖的水质进行在线自动检测和控制，并对检测的传感器进行自动清洗，既能实时在线监测水质的pH值，溶解氧，氨氮，盐度等参数，又能对检测的传感器进行定时清洗，保证了检测信号的准确性，同时，当有参数超过设定值范围时，自动启用改善水质的相关装置，使水质各项参数稳定在设定值范围内，系统可通过数据远程采集、实现远程手机报警和手机远程控制现场设备，为用户发现问题时能及时采取相应措施进行处理，防止养殖对象水体环境的恶化，从而让养殖对象少生病或不生病。

Description

大型水域养殖水质在线监测控制系统

技术领域

本发明涉及水产养殖和自动控制技术领域，尤其是一种用于大型水域养殖水质在线监测控制系统。

背景技术

水产养殖业作为一种传统产业，在近代得到了快速的发展，并在社会、经济和人们生活中显现出其重要的地位。特别是水产养殖业最近30年里，在全球动物性食品生产中增长最快，而中国对水产养殖产品的生产贡献率最大，中国水产品养殖产量约占世界水产品养殖产量的2/3，养殖产品的质量和安全卫生水平有了较大的提高，但和先进国家相比还有很大差距。水产养殖业尤其是工厂化养殖过程所用的设施条件还不够完善，机械化、自动化程度不够高，水处理设备落后，基本为流水式开放系统。近年来，鱼类赖以生存的江河湖泊和浅海等水体环境受到越来越严重的污染，致使渔业资源日趋衰退，从自然界中捕获到的名、特、优水产品的数量日益减少，另一方面，水产养殖生产经营者多以追求产量和近期经济效益为目标，养殖密度过高，加上保护养殖环境意识淡薄，养殖病害呈逐年加重之势，随之而来的是药物滥用现象较为普遍，以至于水域环境遭到不同程度的破坏，水产品质量安全得不到有效保障，同时传统养殖业中大量养殖污水的排放，又加剧了环境污染，使得发展传统养殖业与保护环境的矛盾日益突出。因此，用具有占地面积小、用水量少、无污染、不收地域、环境、气候等影响的密集化工厂化集约模式代替传统的粗放型模式势在必行，实现工厂化水产养殖的关键是水产养殖远程监控。影响水产养殖环境的关键参数就是水温、氨氮、溶氧，ph值等，水质的好坏关系到养殖效益、养殖效果、养殖风险等各方面的因素。目前国内的水产养殖业其水质监测仍处于人工取样、化学分析的人工监测阶段，其耗时费力、精确度不高，并且需要有专业人员进行操作，同时鉴于养殖池群规模大，范围广、来回不方便等特点，传统的靠取水样测水样的控制方式已经明显不能满足实时性的需要，即使目前市面上的一些在线监测系统也由于采样通道单一，在面对大型水域时做不到全方位的在线监测，并且传感器不具备自动清洗功能，时间一长，检测信号便会受到很大的影响。我们平时如能做到不间断的监控水质的变化情况，发现问题、及时采用相应措施进行处理，就能防止养殖对象水体环境的恶化，从而让养殖对象少生病或不生病。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于大型水域养殖水质在线监测控制系统，实现对大型水域养殖的水质进行在线自动检测和控制，并对检测的传感器进行自动清洗，既能实时在线监测水质的pH值，溶解氧，氨氮，盐度等参数，又能对检测的传感器进行定时清洗，保证了检测信号的准确性；同时，当有参数超过设定值范围时，自动启用改善水质的相关装置，使水质各项参数稳定在设定值范围内；系统可通过数据远程采集、实现远程手机报警和手机远程控制现场设备，为用户发现问题时能及时采取相应措施进行处理，防止养殖对象水体环境的恶化，从而让养殖对象少生病或不生病，提高水产养殖的成功率。

本发明通过下述技术方案实现：

大型水域养殖水质在线监测控制系统，该系统包括采样池、采样泵、过滤器、清洗剂清洗泵、清水清洗泵、清洗剂容器、清水容器、清洗喷嘴、传感器、固定盖板、控制器和改善水质装置；

在养殖水域上安装多点采样管道，在采样管道上安装过滤器、若干控制阀和采样泵；过滤器通过采样泵与采样池连接；清洗剂容器通过清洗剂清洗泵与采样池连接；清水容器通过清水清洗泵与采样池连接；清洗喷嘴通过清洗管道在内部与采样池连接；传感器通过固定盖板与采样池连接；采样池上部开有回流口，与回流管道连接；

在过滤器和采样泵之间的采样管道上分别安装控制阀01AV、02AV，在清水清洗泵和采样池之间的清洗剂清洗管管道上安装控制阀03AV，在清洗剂清洗泵和采样池之间的清水清洗管道上安装控制阀04AV，在采样池排污管道上安装控制阀05AV；

传感器包括pH传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器、盐度传感器和温度传感器；

上述的所有传感器、清洗泵、采样泵、控制阀和改善水质装置通过控制电缆与控制器连接。

所述控制器为PLC控制器，并设置有GPRS远程无线通讯功能。

系统的所有传感器、采样泵、清洗泵、控制阀和GPRS远程通信模块都通过控制电缆与控制器连接。

所述改善水质装置包括增氧机、pH值调节装置和盐度调节装置。

该系统的控制方式为：

①系统运行后，控制器自动打开采样管道上的01AV控制阀并启动采样泵进行采样，水经过采样泵进入采样池，采样池上安装传感器将采集到水质pH值、溶解氧、氨氮、盐度和温度的参数信号送到控制器进行转换计算，当检测到的参数超过报警值时，系统便会发出信号控制改善水质装置投入使用，如当溶解氧偏低时，系统启动增氧机进行补氧，当pH值超标时，启动pH值调节装置，当盐度超标时，启动盐度调节装置，同时，系统通过控制器的GPRS无线网络将报警信息发到用户的手机上；系统设置有采样点检测时间参数，当设置的检测时间完成后，关闭01AV控制阀，打开采样管的02AV控制阀，这时，系统便会对第二个采样点进行数据监控；采样检测点的数量可根据现场水域大小的来设置；

②系统设置了清洗剂清洗系统和水清洗系统，当设置的水清洗时间到时，关闭采样泵，打开排污阀，待采样池的水排干净后，打开水清洗阀，启动水清洗泵对传感器进行自动清洗，清洗时对检测数据进行锁定，避免清洗时对数据的干扰，清洗完毕关闭水清洗阀、排污阀和清洗泵后，重新启动采样泵对水质进行检测；当设置的清洗剂清洗时间到时，系统关闭采样泵，打开排污阀，待采样池的水排干净后，打开清洗剂清洗阀，启动清洗剂清洗泵对传感器进行自动清洗，清洗时对检测数据进行锁定，避免清洗时对数据的干扰，清洗完毕关闭清洗剂清洗阀和清洗泵，打开水清洗阀和水清洗泵，对传感器进行水洗，将传感器上残留的清洗剂清洗干净，避免污染养殖水体，清洗完毕关闭水清洗阀、排污阀和水清洗泵，重新启动采样泵对水质进行采样检测，如此反复循环，保证传感器的测量准确性。

本控制器可以通过通讯方式与其它的自动化系统连接，实现水产养殖全流程自动化信息化。

本发明的优点是：

1、实现对水体分散和水域面积大的水产养殖水质各参数pH值、溶解氧、氨氮、盐度、温度的在线自动检测，为水产成功养殖提供了重要的科学依据，并对传感器进行自动清洗，保证检测数据的准确性和实时性；通过该系统，即使在远离观测现场的异地，也能方便地对水质各种环境数据的采集读取，真正实现了远程监测和数据共享的功能。除数据远程采集、实时监控外，系统还可实现远程手机报警，并通过用户手机远程控制现场设备；

2、系统可充分地利用计算机及工业控制原理将水产养殖业纳入系统的信息化管理当中，及时地监控、调节水产养殖的各种环境参数，极大地减少养殖人员精力的投入，并能通过对历史数据的分析，实时预测各种病情的发生，实现以较少的投入，获得较大的效益；

3、本系统成本低，收效高，仅需要投入一套传感器，就可以实现大面积水域的多点循环检测，检测不留死角，保证养殖水质各参数的代表性、准确性和实时性，一二十万元的投入就可以为养殖每年创造百万元以上的经济效益，若在我国的水产养殖行业推广使用，将会给整个行业带来巨额的经济效益。

附图说明

图1是本发明适用于大型水域养殖水质在线监测控制系统结构示意图；

其中，图中标号及名称为：采样池1、采样泵2、过滤器3、清洗剂清洗泵4、清水清洗泵5、清洗剂容器6、清水容器7、清洗喷嘴8、传感器9、固定盖板10、控制器11、改善水质装置12。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

该系统包括采样池1、采样泵2、过滤器3、清洗剂清洗泵4、清水清洗泵5、清洗剂容器6、清水容器7、清洗喷嘴8、传感器9、固定盖板10、控制器11和改善水质装置12；在采样管道上分别安装控制阀01AV、02AV、在清洗剂清洗管管道上安装控制阀03AV、在清水清洗管道上安装控制阀04AV、在采样池1排污管道上安装控制阀05AV；过滤器3通过采样泵2与采样池1连接；清洗剂容器6通过清洗剂清洗泵4与采样池1连接；清水容器7通过清水清洗泵5与采样池1连接；清洗喷嘴8通过清洗管道在内部与采样池1连接；传感器9通过固定盖板10与采样池1连接；采样池上部开有回流口，与回流管道连接。

系统的所有传感器、采样泵、清洗泵、控制阀和GPRS远程通信模块都通过控制电缆与控制器11连接。

所述改善水质装置12包括增氧机、pH值调节装置和盐度调节装置。

该系统的控制方式为：

①系统投入自动后，打开采样管道上的01AV控制阀并启动采样泵进行采样，水通过采样泵进入采样池，采样池上安装的pH、溶解氧、氨氮、盐度、温度传感器将采集到的水质各参数信号送到PLC控制器进行转换计算，当检测到的参数超过报警值时，系统便会发出信号控制改善水质装置投入使用，如当溶解氧偏低时，系统启动增氧机进行补氧，当pH值超标时，启动pH值调节装置，当盐度超标时，启动盐度调节装置，同时通过GPRS无线网络将报警信息发到用户的手机上；系统设置有采样点检测时间参数，当设置的检测时间完成后，关闭01AV控制阀，打开采样管的02AV控制阀，这时，系统便会对第二个采样点进行数据监控；采样检测点的数量可根据现场水域大小的来设置。

②系统设置了清洗剂清洗系统和水清洗系统，当设置的清水清洗时间到时，关闭采样泵，打开05AV控制阀，待采样池的水排干净后，打开04AV清水控制阀，启动清水清洗泵对传感器进行自动清洗，清洗时对检测数据进行锁定，避免清洗时对数据的干扰，清洗完毕关闭04AV清水控制阀、05AV控制阀和清洗泵后，重新启动采样泵对水质进行检测；当设置的清洗剂清洗时间到时，系统关闭采样泵，打开05AV控制阀，待采样池的水排干净后，打开03AV清洗剂控制阀，启动清洗剂清洗泵对传感器进行自动清洗，清洗时对检测数据进行锁定，避免清洗时对数据的干扰，清洗完毕关闭03AV清洗剂控制阀和清洗泵，打开04AV清水控制阀和清水清洗泵，对传感器进行水洗，将传感器上残留的清洗剂清洗干净，避免污染养殖水体，清洗完毕关闭04AV清水控制阀、05AV控制阀和清水清洗泵，重新启动采样泵对水质进行采样检测，如此反复循环，保证传感器的测量准确性和实时性。

本控制器可以通过无线通讯方式与其它的自动化系统连接，并可通过GPRS无线网络进行远程监控和病害预报警，实现水产养殖自动化和信息化。

Claims (6)

1.大型水域养殖的水质在线监测系统，其特征在于，该系统包括采样池（1）、采样泵（2）、过滤器（3）、清洗剂清洗泵（4）、清水清洗泵（5）、清洗剂容器（6）、清水容器（7）、清洗喷嘴（8）、传感器（9）、固定盖板（10）、控制器（11）和改善水质装置（12）；

在养殖水域上安装多点采样管道，在采样管道上安装过滤器（3）、若干控制阀和采样泵（2）；过滤器（3）通过采样泵（2）与采样池（1）连接；清洗剂容器（6）通过清洗剂清洗泵（4）与采样池（1）连接；清水容器（7）通过清水清洗泵（5）与采样池（1）连接；清洗喷嘴（8）通过清洗管道在内部与采样池（1）连接；传感器（9）通过固定盖板（10）与采样池（1）连接；采样池上部开有回流口，与回流管道连接；

在过滤器（3）和采样泵（2）之间的采样管道上分别安装控制阀01AV、02AV，在清水清洗泵（5）和采样池（1）之间的清洗剂清洗管管道上安装控制阀03AV，在清洗剂清洗泵（4）和采样池（1）之间的清水清洗管道上安装控制阀04AV，在采样池（1）排污管道上安装控制阀05AV；

传感器（9）包括pH传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器、盐度传感器和温度传感器；

上述的所有传感器、清洗泵、采样泵、控制阀和改善水质装置（12）通过控制电缆与控制器（11）连接。

2.根据权利要求1所述大型水域养殖的水质在线监测系统，其特征在于，所述控制器（11）为PLC控制系统，并预置有GPRS无线远程通讯功能。

3.根据权利要求1所述大型水域养殖的水质在线监测系统，其特征在于，所述控制器（11）根据采样点检测时间参数自动切换采样点的采样水质，并根据清洗时间参数对所有传感器进行自动清洗。

4.根据权利要求1所述大型水域养殖的水质在线监测系统，其特征在于，所述改善水质装置（12）包括增氧机、pH值调节装置和盐度调节装置。

5.根据权利要求1所述大型水域养殖的水质在线监测系统，其特征在于，该控制系统通过无线通讯方式与外部的自动化系统连接，并通过GPRS无线网络进行远程监控和病害预报警，实现水产养殖自动化和信息化。

6.根据权利要求1或2所述大型水域养殖的水质在线监测系统，其特征在于，该系统的控制方式为：

①系统运行后，控制器（11）自动打开采样管道上的01AV控制阀并启动采样泵进行采样，水经过采样泵进入采样池，采样池上安装传感器（9）将采集到水质pH值、溶解氧、氨氮、盐度和温度的参数信号送到控制器（11）进行转换计算，当检测到的参数超过报警值时，系统便会发出信号控制改善水质装置（12）投入使用，同时通过控制器（11）的GPRS无线网络将报警信息发到用户的手机上；系统设置有采样点检测时间参数，当设置的检测时间完成后，关闭01AV控制阀，打开采样管的02AV控制阀，这时，系统便会对第二个采样点进行数据监控；采样检测点的数量可根据现场水域大小的来设置；

②系统设置了清洗剂清洗系统和水清洗系统，当设置的清水清洗时间到时，关闭采样泵，打开05AV控制阀，待采样池的水排干净后，打开04AV清水控制阀，启动清水清洗泵对传感器进行自动清洗，清洗时对检测数据进行锁定，避免清洗时对数据的干扰，清洗完毕关闭04AV清水控制阀、05AV控制阀和清洗泵后，重新启动采样泵对水质进行检测；当设置的清洗剂清洗时间到时，系统关闭采样泵，打开05AV控制阀，待采样池的水排干净后，打开03AV清洗剂控制阀，启动清洗剂清洗泵对传感器进行自动清洗，清洗时对检测数据进行锁定，避免清洗时对数据的干扰，清洗完毕关闭03AV清洗剂控制阀和清洗泵，打开04AV清水控制阀和清水清洗泵，对传感器进行水洗，将传感器上残留的清洗剂清洗干净，避免污染养殖水体，清洗完毕关闭04AV清水控制阀、05AV控制阀和清水清洗泵，重新启动采样泵对水质进行采样检测，如此反复循环，保证传感器的测量准确性和实时性。