CN113728970A - 基于多参数联合控制的循环水养殖变速流智能调控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多参数联合控制的循环水养殖变速流智能调控系统及方法，该系统包括养殖池、微滤机、生物滤池、水泵、变频器、水位传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、PLC控制器等；该系统首先通过定时采集养殖池内鱼群摄食后的氨氮、溶解氧以及浊度变化数据，从而确定鱼群摄食后的氨氮变化模型，并将其划分为摄食、消化、排氨、恢复四个阶段，并分别对不同阶段设定养殖池入水口流速，同时依照养殖池的溶解氧与浊度数据调控对应阶段的流速值，并考虑流速对微滤机、生物滤池以及养殖池的水位的影响，同时将水位高度作为流速调控的参数。本发明的系统及方法使用方便、节能高效稳定可靠，在保证水体质量的同时，极大降低系统能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种循环水养殖变速流智能调控设备，尤其是涉及一种基于多参数联合控制的循环水养殖变速流智能调控系统。
背景技术
鱼产品富含人体所需的营养素，但随着人口数量的日益增长以及环境的污染退化等问题，仅仅依靠捕捞无法满足人类对于渔业资源的需求，工厂化循环水养殖通过综合利用生物学、环境学、建筑科学、信息科学、机电工程等先进科学技术手段，达到控制养殖生物的生存环境的目的，被认为是未来水产养殖业发展的主导方向之一。循环水养殖中的流速对鱼的生长和水质都有很大影响，合适的流速也是实现鱼类福利化养殖的必要条件。在循环水养殖系统中，流速的调控往往通过水泵进行调节，全天候运行的水泵是增加生产成本和资源消耗的重要原因。鱼群摄食后养殖水体的水质处于不断变化的状态，在养殖水体水质状况较差的情况下调整流速，既可以快速改善水体状况，保证养殖水体水质处于安全范围，促进鱼群的生长，也能够减小水泵造成的能源消耗，达到了节能减排，降低成本的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用方便、节能环保、稳定可靠的循环水养殖变速流智能调控系统及方法。本发明的基于多参数联合控制的循环水养殖变速流智能调控系统，首先通过定时采集养殖池内鱼群摄食后的氨氮、溶解氧以及浊度变化数据，从而确定鱼群摄食后的氨氮变化模型，并将其划分为摄食、消化、排氨、恢复四个阶段，对于不同的阶段设定不同的养殖池入水口流速，同时依照养殖池的溶解氧与浊度数据，并考虑流速对微滤机、生物滤池以及养殖池的水位的影响，调控对应阶段的变频器频率，从而控制水泵的出水流速值。在保证水体质量的同时，极大降低系统能耗，节省循环水养殖成本。
为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：
一种基于多参数联合控制的循环水养殖变速流智能调控系统，包括养殖池、微滤机、生物滤池、水泵、变频器、水位传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、PLC控制器、增氧装置、紫外杀菌装置；
所述养殖池、微滤机、生物滤池、水泵、增氧装置、紫外杀菌装置构成循环水养殖系统，所述增氧装置通过液氧的方式对养殖池内的养殖水体进行溶解氧补充；所述养殖池中的养殖水体经由双排水管流至微滤机中初次过滤，所述微滤机一般为履带式微滤机，初次过滤后，水泵将养殖水体抽至所述生物滤池进行二次过滤，所述水泵通过变频器调控，最终养殖水体被紫外消毒以及增氧处理后流回所述养殖池中，从而构成整个循环水养殖系统；所述养殖池、生物滤池、水泵、微滤机之间均通过水管连接；
所述水位传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、PLC控制器、变频器、水泵构成基于多参数联合控制的循环水养殖系统的变速流智能调控系统；所述溶解氧传感器、浊度传感器用于实时测量养殖水体的溶解氧和浊度水平，所述水位传感器共有三个，分别置于生物滤池、养殖池以及微滤机中，所述各种传感器的测量数据均传送到所述PLC控制器中，所述PLC控制器根据养殖水体的溶解氧、浊度水平以及各池的水位高度参数综合调控变频器的设定频率，进而控制水泵的出水流速。
该系统的控制方法，包括如下步骤：
系统运行前，需切断系统中的生物滤池和微滤机，并对鱼群两次投喂间隔中的养殖水体的氨氮、溶解氧和浊度含量进行监测，依据养殖水体的氨氮变化规律，将所述投喂间隔划分为摄食、消化、排氨、恢复四个阶段，并对每个阶段分别设定变频器的初始频率，同时根据实时监测的养殖水体中的溶解氧、浊度含量以及水位高度对各个阶段的变频器频率进行多参数联合的二次调控。
进一步地，设定养殖水体中的溶解氧阈值为6mg/L，浊度阈值为4NTU，记溶解氧传感器读取的溶解氧数值为y，浊度传感器读取的浊度数值为z，记变频器实时频率为f，变频器每阶段的初始设定频率为f1，当养殖水体中的溶解氧浓度低于设定值时，提高相应阶段的变频器频率；反之，降低相应阶段的变频器频率；当养殖水体中的浊度含量高于设定值时,提高相应阶段的变频器频率；反之，变频器频率不变。
进一步地，设定养殖池水位高度为h1，微滤机水位高度为h2，生物滤池水位高度为h3，当养殖池水位、微滤机水位以及生物滤池水位高于警戒最高水位时，降低相应阶段的变频器频率；反之，提高相应阶段的变频器频率；所述养殖池、生物滤池警戒最高水位为距养殖池池面3cm处，所述微滤机警戒最高水位为微滤机高度的80％；所述养殖池警戒最低水位为距养殖池出水口管口高度，所述生物滤池警戒最低高度为生物滤池高度的60％，所述微滤机警戒最低水位为微滤机高度的15％。
再进一步地，PLC控制器对变频器实时频率f的调控方式如下：
本发明的有益效果是：
本发明通过分析养殖池内鱼群摄食后的养殖水体的氨氮变化规律，确定不同阶段的初始变频器频率，并实时监测养殖池的溶解氧、浊度含量、微滤机水位、养殖池水位及生物滤池水位，直接调控设定变频器频率。基于多参数联合控制循环水养殖过程中的水流速度，在保证水体质量的同时，极大降低系统能耗，本发明系统节省循环水养殖成本，系统稳定实用，成本低廉，可使水泵造成的能源消耗降低30％，同时养殖水体的水质处于良好状态，鱼群生长不受影响。
附图说明
图1是本发明的系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
根据图1所示，本实施例所述的一种基于多参数联合控制的循环水养殖变速流智能调控系统，系统包括养殖池、微滤机、生物滤池、水泵、变频器、水位传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、PLC控制器、增氧装置、紫外杀菌装置构成循环水养殖系统，所述增氧装置通过液氧的方式对养殖池内的养殖水体进行溶解氧补充；所述养殖池中的养殖水体经由双排水管流至微滤机中初次过滤，所述微滤机一般为履带式微滤机，初次过滤后，水泵将养殖水体抽至所述生物滤池进行二次过滤，所述水泵通过PLC控制器及变频器调控，最终养殖水体被紫外消毒以及增氧处理后流回所述养殖池中，从而构成整个循环水养殖系统。
所述养殖池为八边形水泥养殖池，池深3.5m，养殖水体体积为100m3，养殖密度约为30kg/m3。养殖池池壁固定有一根水管，水管上开有若干入水孔，池中设有水位传感器、溶解氧传感器以及浊度传感器，所述水位传感器置于养殖池池底靠近池壁处，所述溶解氧传感器置于养殖池的1/3水深靠近池壁处，所述浊度传感器置于养殖池的1/3水深靠近池壁处，池中央设有圆柱形的带孔PVC管，所述带孔PVC管底部为所述养殖池的出水口；
所述生物滤池中包含若干圆柱型的生物填料，所述生物填料的总体体积占所述生物滤池的50％。所述生物滤池中设有水位传感器，所述水位传感器置于生物滤池池底靠近池壁处；所述微滤机一般为履带式微滤机，内侧设有水位传感器；所述水泵固定于所述微滤机与所述生物滤池之间，所述水泵出水口的水体通过水管排入所述生物滤池中，水泵入水口用于将所述微滤机中的水体抽出，养殖水体经由所述生物滤池回流至养殖池的过程中，首先经过所述紫外杀菌装置，接着经过所述增氧装置，最终流至所述养殖池。所述紫外杀菌装置主要用于将生物滤池处理后的养殖水体进行二次消毒，所述增氧装置采用液氧混合的方式，将高浓度的液氧补充至养殖水体中，以提高养殖水体的溶解氧浓度。
所述水位传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、PLC控制器、变频器、水泵构成基于多参数联合控制的循环水养殖系统的变速流智能调控系统；所述溶解氧传感器、浊度传感器用于实时测量养殖水体的溶解氧和浊度水平，所述水位传感器共有三个，分别置于生物滤池、养殖池以及微滤机中，各种传感器的测量数据均传送到所述PLC控制器中，所述PLC控制器根据养殖水体的溶解氧、浊度水平以及各池的水位高度参数综合调控变频器的设定频率，进而控制水泵的出水流速。
应用上述装置进行循环水养殖变速流智能调控时，具体步骤如下：
系统运行前，需切断系统中的生物滤池和微滤机，并对鱼群两次投喂间隔中的养殖水体的氨氮、溶解氧和浊度含量进行监测，依据养殖水体的氨氮变化规律，将所述投喂间隔划分为摄食、消化、排氨、恢复四个阶段，并对每个阶段分别设定15Hz、25Hz、35Hz、15Hz的变频器的初始频率，同时根据实时监测的养殖水体中的溶解氧、浊度含量以及水位高度对各个阶段的变频器频率进行多参数联合的二次调控。
设定养殖水体中的溶解氧阈值为6mg/L，浊度阈值为4NTU，记溶解氧传感器读取的溶解氧数值为y，浊度传感器读取的浊度数值为z，记变频器实时频率为f，变频器每阶段的初始设定频率为f1，当养殖水体中的溶解氧浓度低于设定值时，提高相应阶段的变频器频率；反之，降低相应阶段的变频器频率；当养殖水体中的浊度含量高于设定值时,提高相应阶段的变频器频率；反之，变频器频率不变。
设定养殖池水位高度为h1，微滤机水位高度为h2，生物滤池水位高度为h3，当养殖池水位、微滤机水位以及生物滤池水位高于警戒最高水位时，降低相应阶段的变频器频率；反之，提高相应阶段的变频器频率；所述养殖池、生物滤池警戒最高水位为距养殖池池面3cm处，所述微滤机警戒最高水位为微滤机高度的80％；所述养殖池警戒最低水位为距养殖池出水口管口高度，所述生物滤池警戒最低高度为生物滤池高度的60％，所述微滤机警戒最低水位为微滤机高度的15％。
再进一步地，PLC控制器对变频器实时频率f的调控方式如下：
以上公开的仅为本发明的具体实施例，但本发明并非局限于此，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，做出的变形应视为属于本发明保护范围。
Claims (5)
1.一种基于多参数联合控制的循环水养殖变速流智能调控系统，其特征在于，包括养殖池、微滤机、生物滤池、水泵、变频器、水位传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、PLC控制器、增氧装置、紫外杀菌装置；
所述养殖池、微滤机、生物滤池、水泵、增氧装置、紫外杀菌装置构成循环水养殖系统，所述增氧装置通过液氧的方式对养殖池内的养殖水体进行溶解氧补充；所述养殖池中的养殖水体经由双排水管流至微滤机中初次过滤，初次过滤后，水泵将养殖水体抽至所述生物滤池进行二次过滤，所述水泵通过变频器调控，最终养殖水体被紫外消毒以及增氧处理后流回所述养殖池中，从而构成整个循环水养殖系统；
所述水位传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、PLC控制器、变频器、水泵构成基于多参数联合控制的循环水养殖系统的变速流智能调控系统；所述溶解氧传感器、浊度传感器用于实时测量养殖水体的溶解氧和浊度水平，所述水位传感器共有三个，分别置于生物滤池、养殖池以及微滤机中，所述各种传感器的测量数据均传送到所述PLC控制器中，所述PLC控制器根据养殖水体的溶解氧、浊度水平以及各池的水位高度参数综合调控变频器的设定频率，进而控制水泵的出水流速。
2.根据权利要求1所述的基于多参数联合控制的循环水养殖变速流智能调控系统，其特征在于，所述微滤机采用履带式微滤机。
3.一种基于多参数联合控制的循环水养殖变速流智能调控方法，其特征在于，基于如权利要求1或2所述的系统实现，所述调控方法如下：
切断系统中的生物滤池和微滤机，并对鱼群两次投喂间隔中的养殖水体的氨氮、溶解氧和浊度含量进行监测，依据养殖水体的氨氮变化规律，将所述投喂间隔划分为摄食、消化、排氨、恢复四个阶段，并对每个阶段分别设定变频器的初始频率，同时根据实时监测的养殖水体中的溶解氧、浊度含量以及水位高度对各个阶段的变频器频率进行多参数联合的二次调控。
4.根据权利要求3所述的基于多参数联合控制的循环水养殖变速流智能调控方法，其特征在于，当养殖水体中的溶解氧浓度低于设定值时,提高相应阶段的变频器频率；反之，降低相应阶段的变频器频率；当养殖水体中的浊度值高于设定值时,提高相应阶段的变频器频率；反之，该阶段的变频器频率保持不变；当养殖池水位、微滤机水位以及生物滤池水位高于警戒最高水位时，降低相应阶段的变频器频率；反之，提高相应阶段的变频器频率；
所述养殖水体中的溶解氧设定值为6mg/L，浊度设定值为4NTU，所述养殖池、生物滤池警戒最高水位为距养殖池池面3cm处，所述微滤机警戒最高水位为微滤机高度的80％；所述养殖池警戒最低水位为距养殖池出水口管口高度，所述生物滤池警戒最低高度为生物滤池高度的60％，所述微滤机警戒最低水位为微滤机高度的15％。
5.如权利要求4所述的基于多参数联合控制的循环水养殖变速流智能调控方法，其特征在于，PLC控制器对变频器频率f的调控方式如下：
其中，养殖池水位高度为h1，微滤机水位高度为h2，生物滤池水位高度为h3，溶解氧传感器读取的溶解氧数值为y，浊度传感器读取的浊度数值为z，变频器每阶段的初始设定频率为f1。
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