CN111657217B - 一种用于自动化集成循环水养殖的水流控制模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于自动化集成循环水养殖的水流控制模块，包括箱体，所述箱体包括位于箱体顶部的箱体盖板，所述箱体盖板上开设有物理过滤模块安装槽、一级生物模块安装槽、二级生物模块安装槽、气体交换模块安装槽、消毒模块安装槽、控制模块安装槽，所述二级生物模块安装槽的深度大于所述一级生物模块安装槽的深度，所述箱体盖板上设有提供电源的电力设备安放区，所述电力设备安放区放置有曝气风机，本发明提供了一种用于自动化循环水养殖系统的水流控制模块，可与模块化的循环水养殖设备无缝连接，使之及时对水流变化进行响应，从而实现循环水养殖系统的自动化控制。

Description

一种用于自动化集成循环水养殖的水流控制模块

技术领域

本发明涉及循环水养殖领域，尤其涉及一种用于自动化集成循环水养殖的水流控制模块。

背景技术

循环水养殖逐渐成为我国水产养殖的趋势。循环水养殖可及时收集养殖池中产生的养殖污水，经过物理处理、生物处理、消毒等一系列工艺，将养殖过程中产生的固体污染物(如悬浮颗粒物等)、溶解性污染物(如氨氮、亚硝酸盐、溶解性有机碳等)、溶解性气体(如二氧化碳)、有害微生物等逐步去除，将养殖废水净化成为洁净水体，再重新汇入养殖池供鱼类生长。

整个循环水养殖过程中，保持水流平衡是维持系统正常运行的必要前提。日常生产中，由于连续性养殖的需要，经常要对既定水流进行调节。在目前我国的循环水养殖系统的运行生产中，水流平衡的控制主要依靠技术工人凭借经验依次调节系统各连接处的阀门或者拔管来进行，不仅操作繁琐工作量大，而且控制精度差，反应慢，容易造成系统失衡。为此，使用自动化技术来控制循环水系统的运行非常必要。

但传统的循环水养殖系统对自动化技术的匹配程度较低，可以供PLC调节的节点通常只有水泵，同时，各系统设备与变频水泵的连接与配合是系统设计中的难点，如水泵流量变小，此时，传统管道连接方式无法将水流汇入生物移动床内，导致系统停转。因此，提供一种通用型的水流控制设计，是实现循环水养殖系统自动化控制的关键。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种用于自动化集成循环水养殖的水流控制模块，能及时对水流变化进行响应，以实现循环水养殖系统水流平衡自动化控制。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种用于自动化集成循环水养殖的水流控制模块，包括箱体，所述箱体包括位于箱体顶部的箱体盖板，所述箱体盖板上开设有物理过滤模块安装槽、一级生物模块安装槽、二级生物模块安装槽、气体交换模块安装槽、消毒模块安装槽、控制模块安装槽，所述二级生物模块安装槽的深度大于所述一级生物模块安装槽的深度，所述箱体盖板上设有提供电源的电力设备安放区，所述电力设备安放区放置有曝气风机，

所述物理过滤模块安装槽设有向箱体内输送过滤水的水管接口，所述箱体内部设有向一级生物模块的进水管送水的变频水泵，所述一级生物模块安装槽、二级生物模块安装槽、气体交换模块安装槽和消毒模块安装槽沿水流流向依次设置，所述一级生物模块安装槽与所述二级生物模块安装槽间通过溢流管连通，所述二级生物模块安装槽与所述气体交换模块安装槽间通过溢流孔连通，所述气体交换模块安装槽通过水管与所述消毒模块安装槽连通，所述消毒模块安装槽内设有将水送回养殖池的提水设备，

所述一级生物模块安装槽的底部、二级生物模块安装槽的底部以及气体交换模块安装槽的底部均设有排污管接口，三所述排污管接口均设有电磁阀且均连通箱体内的排污总管，所述一级生物模块安装槽、二级生物模块安装槽以及气体交换模块安装槽均设有一个供气接口，三所述供气接口均通过供气管道与所述曝气风机相连，

所述箱体内设有水位传感器，所述水位传感器位于所述控制模块安装槽下方，所述水位传感器、变频水泵、物理过滤模块安装槽、消毒模块安装槽、电力设备安放区和各所述排污管接口的电磁阀均通过电缆与所述控制模块安装槽的控制电缆接口相连，

所述电气设备区安放区设有与外部电源连接的电源接口，所述物理过滤模块安装槽、控制模块安装槽和消毒模块安装槽均通过电线与所述电气设备区安放区相连。

作为优选，所述一级生物模块安装槽、二级生物模块安装槽、气体交换模块安装槽和消毒模块安装槽沿所述箱体盖板的长度方向并排设置且位于所述箱体盖板的一侧，所述物理过滤模块安装槽、控制模块安装槽、电力设备安放区沿所述箱体盖板的长度方向并排设置且位于所述箱体盖板的另一侧，控制模块安装槽位于物理过滤模块安装槽和电力设备安放区之间。

作为优选，所述箱体上还设有方便观察水流控制模块运行情况的观察台阶，所述观察台阶设于所述消毒模块安装槽远离所述气体交换模块安装槽的一侧。

作为优选，所述箱体内设有排污区，所述排污区沿所述箱体盖板的长度方向延伸，所述排污区位于所述一级生物模块安装槽远离所述电力设备安放区的一侧，所述排污总管设于所述排污区内。

作为优选，所述供气管道、电线、电缆均敷设于所述箱体盖板的内侧壁上。

作为优选，所述箱体内设有支撑箱体盖板的硬质支撑体，所述硬质支撑体位于所述箱体内的中部且沿所述箱体盖板的长度方向延伸。

作为优选，所述物理过滤模块安装槽的深度为箱体高度的一半。

作为优选，所述物理过滤模块安装槽处设有向物理过滤模块内输送养殖池池水的系统主管道，所述控制模块安装槽的深度、一级生物模块安装槽的深度、气体交换模块安装槽的深度均为1.5倍的系统主管道管径，所述二级生物模块安装槽的深度为2.5倍系统主管道管径。

作为优选，所述消毒模块安装槽的深度为5cm。

作为优选，所述提水设备为低扬程潜水泵。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供了一种用于自动化循环水养殖系统的水流控制模块，可与模块化的循环水养殖设备无缝连接，使之及时对水流变化进行响应，从而实现循环水养殖系统的自动化控制。

2、本发明采用集成化设计，将全部功能模块集中在一张箱体盖板上，并将集水池箱体盖板设计为设备模块载体，模块安装槽提前设置好最佳的摆放位置和高程，各功能模块通过集成的方式缩短了各功能模块间的距离，减少了管道数量，减少了各功能模块间的响应时间，保证自动化控制时水流的最佳响应。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的用于自动化集成循环水养殖的水流控制模块的示意图；

图2为本发明实施例提供的用于自动化集成循环水养殖的水流控制模块的俯视图；

图3为本发明实施例提供的用于自动化集成循环水养殖的水流控制模块的内部结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图3，本发明实施例提供一种用于自动化集成循环水养殖的水流控制模块，包括箱体13，所述箱体13包括位于箱体顶部的箱体盖板1，所述箱体盖板1上开设有物理过滤模块安装槽2、一级生物模块安装槽5、二级生物模块安装槽6、气体交换模块安装槽7、消毒模块安装槽8、控制模块安装槽3，所述二级生物模块安装槽6的深度大于所述一级生物模块安装槽5的深度，增大水位差形成较好的溢流效果，所述箱体盖板1上设有提供电源的电力设备安放区4，所述电力设备安放区4放置有曝气风机，

在本实施例中，物理过滤模块安装槽2内安设物理过滤模块，物理过滤模块底部设有排污管，排污管上安设有电磁阀，物理过滤模块的过滤网内设有水位传感器，所述水位传感器与物理过滤模块底部排污管上的电磁阀电连接，

一级生物模块安装槽5安设一级生物模块，二级生物模块安装槽6安设二级生物模块，一级生物模块的底部和二级生物模块的底部均填充有生物填料，一级生物模块和二级生物模块均为生物移动床，一级生物模块和二级生物模块间采用溢流管连通，溢流管的进水端设置于一级生物模块的溢流口，溢流管的出水端位于二级生物模块的底部，二级生物模块溢流后的水进入气体交换模块，

气体交换模块安装槽7内安设气体交换模块，气体交换模块分为上下两层，上层为曝气层，用来吹脱CO₂，下层为溶氧层，增加水中含氧量，曝气风机通过供气管道向曝气层送气，

消毒模块安装槽8内安设消毒模块，消毒模块可采用光催化消毒或紫外消毒方式，当采用紫外消毒时，控制模块控制紫外灯的亮灭，

控制模块安装槽3内安设控制模块，控制模块采用本领域常用的PLC设备，

所述物理过滤模块安装槽2设有向箱体13内输送过滤水的水管接口，所述箱体13内部设有向一级生物模块的进水管123送水的变频水泵124，所述一级生物模块安装槽5、二级生物模块安装槽6、气体交换模块安装槽7和消毒模块安装槽8沿水流流向依次设置，所述一级生物模块安装槽5与所述二级生物模块安装槽7间通过溢流管连通，所述二级生物模块安装槽7与所述气体交换模块安装槽7间通过溢流孔连通，所述气体交换模块安装槽7通过水管与所述消毒模块安装槽8连通，所述消毒模块安装槽8内设有将水送回养殖池的提水设备，所述提水设备为低扬程潜水泵，

所述一级生物模块安装槽5的底部、二级生物模块安装槽6的底部以及气体交换模块安装槽7的底部均设有排污管接口，三所述排污管接口均设有电磁阀且均连通箱体内的排污总管12，排污管接口兼具排污排空和水量调节的功能，所述一级生物模块安装槽5、二级生物模块安装槽6以及气体交换模块安装槽7均设有一个供气接口，三所述供气接口均通过供气管道与所述曝气风机相连，

所述箱体13内设有水位传感器30，所述水位传感器30位于所述控制模块安装槽3下方，所述水位传感器30、变频水泵124、物理过滤模块安装槽2、消毒模块安装槽8、电力设备安放区4和各所述排污管接口的电磁阀均通过电缆与所述控制模块安装槽3的控制电缆接口相连，

所述电气设备区安放区设有与外部电源连接的电源接口，所述物理过滤模块安装槽2、控制模块安装槽3和消毒模块安装槽8均通过电线与所述电气设备区安放区相连。

本发明提供了一种用于自动化循环水养殖系统的水流控制模块，可与模块化的循环水养殖设备无缝连接，使之及时对水流变化进行响应，从而实现循环水养殖系统的自动化控制。

系统安装时，各槽口按要求接入功能模块即可。系统启动时，物理过滤模块将水注入箱体13，当箱体13达到既定水位，控制模块开启变频水泵124，将水提升至生物处理模块，通过自流，依次启动各模块，然后从消毒模块流出，进入养殖池中。当系统负载出现变化，进入本水流控制模块的水量发生变化时，箱体13的平衡水位立即发生变化，水位传感器30进而将信号传递至控制模块，控制模块通过调节变频水泵124、各排污管接口处的电磁阀将水位调节至新的平衡。

本发明采用集成化设计，将全部功能模块集中在一张箱体盖板1上，并将集水池箱体盖板1设计为设备模块载体。

模块安装槽提前设置好最佳的摆放位置和高程，各功能模块通过集成的方式缩短了各功能模块间的距离，减少了管道数量，减少了各功能模块间的响应时间，保证自动化控制时水流的最佳响应。

各模块安装槽处固定有管道及电气连接点。

在本实施例中，所述物理过滤模块安装槽2的深度为箱体13高度的一半。所述物理过滤模块安装槽处设有向物理过滤模块内输送养殖池池水的系统主管道，所述控制模块安装槽3的深度、一级生物模块安装槽5的深度、气体交换模块安装槽7的深度均为1.5倍的系统主管道管径，所述二级生物模块安装槽6的深度为2.5倍系统主管道管径。所述消毒模块安装槽的深度为5cm。

相较于现有技术，本发明由于预先设定了设备高程，各功能模块更加集中化，最大限度减少设备间管道的数量，减少了弯头和三通等的使用，便于系统响应水泵变化，传统方式中水泵流量变小，此时，传统管道连接方式无法将水流汇入生物移动床内，导致系统停转，在本发明中，由于各功能模块间足够集中，即使在水泵流量变小的情况下，也不会影响水流汇入生物移动床内，本发明实现了循环水养殖系统自动化控制无须人为调节阀门。

与现有技术相比，本发明采用模块化设计，便于拆卸和安装，大大减少空间占用，保证安装精确，呈管状或桶状的各功能模块可以方便的嵌入各各功能模块的安装槽内，拆卸时也十分方便。

所有电、气管道均固定于箱体盖板1内部，既便于安装，又显得美观。

所述一级生物模块安装槽5、二级生物模块安装槽6、气体交换模块安装槽7和消毒模块安装槽8沿所述箱体盖板1的长度方向并排设置且位于所述箱体盖板1的一侧，所述物理过滤模块安装槽2、控制模块安装槽3、电力设备安放区4沿所述箱体盖板的长度方向并排设置且位于所述箱体盖板的另一侧。所述箱体13上还设有方便观察水流控制模块运行情况的观察台阶10，所述观察台阶10设于所述消毒模块安装槽8远离所述气体交换模块安装槽7的一侧，控制模块安装槽3位于物理过滤模块安装槽2和电力设备安放区4之间。

所述箱体内设有排污区9，所述排污区9沿所述箱体盖板1的长度方向延伸，所述排污区9位于所述一级生物模块安装槽5远离所述电力设备安放区4的一侧，所述排污总管12设于所述排污区9内。

上述的供气管道、电线、电缆均敷设于所述箱体盖板1的内侧壁上。

所述箱体13内设有支撑箱体盖板1的硬质支撑体100，所述硬质支撑体100位于所述箱体13内的中部且沿所述箱体盖板1的长度方向延伸。硬质支撑体100用以支撑箱体盖板上的功能模块重量。

本发明提供的水流控制模块实现了循环水养殖系统水流平衡自动化控制，该水流控制模块由箱体和一个集成化模块接口组成，集成化接口既是箱体盖板，也是其他功能模块的接口，该模板盖集成了至少1个物理过滤模块接口、2个生物处理模块接口、1个气体交换模块接口、1个消毒模块接口和1个控制模块接口，此外，在盖板上布置一个电气设备安放区，用于接入电源、放置曝气风机以及其他电气设备。

依照高程位置，物理处理模块接口在盖板下沉箱体高度的1/2处，一级生物处理模块接口在盖板下沉1.5倍系统主管管径处，二级生物处理模块接口在盖板下沉2.5倍系统主管管径处，其他模块可布置在箱体盖板1表面下沉5cm处。下沉的设计方便安装各功能模块。

物理过滤模块接口包含1个侧向的水管接口、1个电源接口和1个控制电缆接口；生物处理模块接口均包括1个底部的水管接口、1个供气接口和1个排水管接口；气体交换模块包含1个排水管接口；消毒模块包含1个电源接口和1个控制电缆接口；控制模块包含1个电源接口和1个控制电缆接口。

给排水管道方面：物理过滤模块接口处横向连接一截较短的水管，直接将物理过滤后的水流入箱体13；在一级生物处理模块接口下方，固定一台变频水泵，水泵出水口与一级生物处理模块的水管接口连接；此外，生物处理模块、气体交换模块的排污管接口均向同侧接入箱体13内的排污区9，经排污总管12通向箱体13外。以上排污管接口均安装电磁阀。

供气管道方面：生物处理模块、气体交换模块的供气管道接口连接供气管道，沿着箱体盖板1内侧布置，从电气设备区伸出，并与曝气风机连接。

从控制模块接口的控制电缆接口布置电缆，连接布置于箱体13内的水位传感器30、变频水泵124、安装物理过滤模块接口、消毒模块接口、电气设备安放区4和排污管电磁阀。电气设备区安放区4的电源接口与外部电源连接，同时连接物理过滤模块、控制模块和消毒模块。以上电缆电线均沿箱体盖板1内侧布置。

本发明提供了一种用于实现循环水养殖系统水流平衡自动化控制的水流控制模块，用于一套自动化集成循环水养殖系统中，与物理处理模块、生物处理模块、气体交换模块、紫外线消毒器连接。

在本实施例中，水流控制模块由箱体13和硬质材料制成的箱体盖板1组成。

箱体盖板1由轻质硬型塑料制成，上面布置了物理过滤模块安装槽2、控制模块安装槽3、一级生物模块安装槽5、二级生物模块安装槽6、气体交换模块安装槽7和消毒模块安装槽8等用来安放系统功能模块的安装槽。其中物理过滤模块安装槽2最低，为箱体高度的1/2，控制模块安装槽3、一级生物模块安装槽5、气体交换模块安装槽7均为平面以下1.5倍系统主管道管径大小的位置，二级生物模块安装槽6为平面以下2.5倍系统主管道管径大小的位置。

除以上特制的模块安装槽外，另布置电力设备安放区4、排污区9和观察台阶10。各安装槽已预先制作了固定装置、水管接口和电气接口。固定装置可将各功能模块固定于箱体盖板1上，水管接口与箱体13直接连接。各功能模块接口的电气接口通过箱体盖板1内侧的布线与电力设备安放区4的电源相连。一级生物模块安装槽5、二级生物模块安装槽6所需要的供气也通过箱体盖板1内侧的气管布置与电力设备安放区4的曝气风机相连。

排污区9为箱体13内部用隔板90所隔出来的长条形空间，用于排空和系统各模块的排污。排污主管道12从出口往内依次与一级生物模块排污管122、二级生物模块排污管121、气体交换模块排污管120相连通，各排污管均采用电磁阀控制，兼具排污排空和水量调节的功能。一级生物模块排污管122、二级生物模块排污管121、气体交换模块排污管120均穿过排污区隔板90伸入水箱箱体13，排污管末端安装排空电磁阀。

箱体13内部在长轴下方，布设硬质支撑体100，以帮助箱体盖板1受力。箱体13内部在一级生物模块安装槽5下方安装变频水泵124，变频水泵124另一端与一级生物模块进水管123连接。箱体13内部在控制模块安装槽3下方放置水位水质传感器，水位水质传感器可将水位水质信号传至控制模块安装槽3的电气接口。

系统运转时，物理过滤后的水通过物理过滤模块安装槽2，直接流入箱体13，然后经变频水泵124将水提升至一级生物模块进水管123，流入一级生物模块。当系统参数发生改变，流入物理过滤模块的水量变化，水流进入箱体导致箱体13内的水位发生变化，水位传感器30将信号输入控制模块，控制模块调节变频水泵124和各模块排污管的开启。由于生物处理模块、气体交换模块等模块就位于箱体上方，集成度高，各功能模块间所设的管道少且所设的管道长度短，可迅速对流量变化作出响应，达到新的平衡。当系统需要排空时，控制模块打开排空电磁阀，即可实现排空。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (8)

1.一种用于自动化集成循环水养殖的水流控制模块，其特征在于：包括箱体，所述箱体包括位于箱体顶部的箱体盖板，所述箱体盖板上开设有物理过滤模块安装槽、一级生物模块安装槽、二级生物模块安装槽、气体交换模块安装槽、消毒模块安装槽、控制模块安装槽，所述二级生物模块安装槽的深度大于所述一级生物模块安装槽的深度，所述箱体盖板上设有提供电源的电力设备安放区，所述电力设备安放区放置有曝气风机，

所述物理过滤模块安装槽设有向箱体内输送过滤水的水管接口，所述箱体内部设有向一级生物模块的进水管送水的变频水泵，所述一级生物模块安装槽、二级生物模块安装槽、气体交换模块安装槽和消毒模块安装槽沿水流流向依次设置，所述一级生物模块安装槽与所述二级生物模块安装槽间通过溢流管连通，所述二级生物模块安装槽与所述气体交换模块安装槽间通过溢流孔连通，所述气体交换模块安装槽通过水管与所述消毒模块安装槽连通，所述消毒模块安装槽内设有将水送回养殖池的提水设备，

所述一级生物模块安装槽的底部、二级生物模块安装槽的底部以及气体交换模块安装槽的底部均设有排污管接口，三所述排污管接口均设有电磁阀且均连通箱体内的排污总管，所述一级生物模块安装槽、二级生物模块安装槽以及气体交换模块安装槽均设有一个供气接口，三所述供气接口均通过供气管道与所述曝气风机相连，

所述箱体内设有水位传感器，所述水位传感器位于所述控制模块安装槽下方，所述水位传感器、变频水泵、物理过滤模块安装槽、消毒模块安装槽、电力设备安放区和各所述排污管接口的电磁阀均通过电缆与所述控制模块安装槽的控制电缆接口相连，

所述电力设备安放区设有与外部电源连接的电源接口，所述物理过滤模块安装槽、控制模块安装槽和消毒模块安装槽均通过电线与所述电力设备安放区相连；

所述一级生物模块安装槽、二级生物模块安装槽、气体交换模块安装槽和消毒模块安装槽沿所述箱体盖板的长度方向并排设置且位于所述箱体盖板的一侧，所述物理过滤模块安装槽、控制模块安装槽、电力设备安放区沿所述箱体盖板的长度方向并排设置且位于所述箱体盖板的另一侧，控制模块安装槽位于物理过滤模块安装槽和电力设备安放区之间；

所述物理过滤模块安装槽处设有向物理过滤模块内输送养殖池池水的系统主管道，所述控制模块安装槽的深度、一级生物模块安装槽的深度、气体交换模块安装槽的深度均为1.5倍的系统主管道管径，所述二级生物模块安装槽的深度为2.5倍系统主管道管径；

气体交换模块安装槽内安设气体交换模块，气体交换模块分为上下两层，上层为曝气层，用来吹脱CO₂，下层为溶氧层，增加水中含氧量，曝气风机通过供气管道向曝气层送气。

2.如权利要求1所述的水流控制模块，其特征在于：所述箱体上还设有方便观察水流控制模块运行情况的观察台阶，所述观察台阶设于所述消毒模块安装槽远离所述气体交换模块安装槽的一侧。

3.如权利要求1所述的水流控制模块，其特征在于：所述箱体内设有排污区，所述排污区沿所述箱体盖板的长度方向延伸，所述排污区位于所述一级生物模块安装槽远离所述电力设备安放区的一侧，所述排污总管设于所述排污区内。

4.如权利要求1所述的水流控制模块，其特征在于：所述供气管道、电线、电缆均敷设于所述箱体盖板的内侧壁上。

5.如权利要求1所述的水流控制模块，其特征在于：所述箱体内设有支撑箱体盖板的硬质支撑体，所述硬质支撑体位于所述箱体内的中部且沿所述箱体盖板的长度方向延伸。

6.如权利要求1所述的水流控制模块，其特征在于：所述物理过滤模块安装槽的深度为箱体高度的一半。

7.如权利要求1所述的水流控制模块，其特征在于：所述消毒模块安装槽的深度为5cm。

8.如权利要求1所述的水流控制模块，其特征在于：所述提水设备为低扬程潜水泵。