CN116860049A - 一种养殖水循环调控系统以及调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种养殖水循环调控系统以及调控方法，其中，养殖水循环调控系统包括：水质监测模块设于养殖舱内；水质监测模块用于获取养殖舱内水体的水质数据；水循环执行模块包括循环水泵；循环水泵与养殖舱连接；控制模块与水质监测模块和循环水泵电性连接；控制模块用于接收水质监测模块所采集的水质数据，并根据水质数据计算氨氮含量中分子氨的比例值；控制模块用于根据分子氨的比例值控制所述循环水泵的转速。本发明的技术方案利用水质监测模块获取养殖舱内水体的水质数据；根据水质数据计算氨氮含量中分子氨的比例值，利用氨氮含量中分子氨的比例值以及分子氨的上限值确定氨氮的上限值，再利用上限值得到循环水流量，可降低能源消耗。
Description
技术领域
本发明涉及水产养殖技术领域，特别涉及一种养殖水循环调控系统以及调控方法。
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。
工厂化循环水养殖系统都配备有养殖水处理单元，养殖水处理单元一般包括固液分离、生物过滤、消毒曝气增氧、pH调节等模块。通过对养殖水进行高效处理来实现养殖水重复利用和降低能耗的目的。而封闭全流水式深远海养殖工船是一种全新的养殖平台，其养殖舱为封闭式，通过循环水泵向养殖舱内注水，然后通过重力作用排出舱外，能够对循环水入舱位置、角度、速度和流量进行控制，使得养殖舱内具有适宜养殖的流场和水体环境，通过构建特性流场将残饵鱼粪等排出舱外。循环水养殖系统中需要监控的环境指标包括温度、溶氧、pH值、盐度、氨氮以及浊度等。其中，对循环水流量起决定性作用的指标是氨氮含量。因此现有技术一般通过机器视觉和深度学习对鱼群行为和排氨规律进行实时分析和评估来进行循环水变流量控制，但没有直观的检测数据体现养殖水的水质质量，容易出现偏差，难以对深远海养殖工船循环水的进水量进行准确控制，极易造成循环水流量过大或过小，循环水流量过大会导致能源消耗大，流量过小会导致养殖水的水质较差。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种养殖水循环调控系统以及提调控方法，旨在解决目前调控系统存在对循环水流量的控制不准确的问题。
为实现上述目的，本发明提出的养殖水循环调控系统，包括：
养殖舱；
水质监测模块，设于所述养殖舱内；所述水质监测模块用于获取养殖舱内水体的水质数据；所述水质数据包括氨氮含量；
水循环执行模块，包括循环水泵；所述循环水泵与所述养殖舱连接；
控制模块，与所述水质监测模块和所述循环水泵电性连接；所述控制模块用于接收所述水质监测模块所采集的水质数据，并根据水质数据计算氨氮含量中分子氨的比例值；控制模块用于根据分子氨的比例值控制所述循环水泵的转速。
可选地，所述水循环执行模块还包括流量计，所述流量计与所述循环水泵、所述控制模块连接，所述流量计用于采集所述循环水泵泵入所述养殖舱的循环水的流量数据。
可选地，所述养殖水循环调控系统还包括变频器，所述变频器与所述控制器和所述循环水泵电性连接；和/或，
所述养殖水循环调控系统还包括终端模块，所述终端模块与所述控制模块通讯连接。
可选地，所述养殖水循环调控系统还包括通信模块，所述通信模块包括第一无线通讯单元和第二无线通讯单元；所述终端模块包括有线终端和无线终端，所述有线终端与所述控制模块电性连接；所述无线终端与所述第二无线通讯单元和所述控制模块通讯连接。
本发明还提出一种养殖水循环调控方法，所述调控方法包括以下步骤：
获取养殖舱内水体的水质数据；
利用水质数据计算氨氮含量中分子氨的比例值；再利用氨氮含量中分子氨的比例值以及分子氨的上限值确定氨氮的上限值；
通过养殖投喂信息数据获取水体中氨氮的产生速率和代谢速率；
根据氨氮的产生速率、代谢速率、上限值调控循环水泵的转速，实现调控水循环流量的目的。
可选地，所述根据氨氮的产生速率、代谢速率、上限值调控循环水泵的转速，实现调控水循环流量的目的的步骤，还包括以下步骤：
通过监测循环水泵的出水量获得实时水循环流量，再通过实时水循环流量调整水泵的转速，实现精准调控水循环流量的目的。
可选地，所述采集养殖舱内水体的水质数据；利用水质数据计算氨氮含量中分子氨的比例值；再利用氨氮含量中分子氨的比例值以及分子氨的上限值确定氨氮的上限值的步骤，还包括以下步骤：
采集水体的温度值、pH值、溶氧度、盐度；获取所述循环水泵泵出的循环水流量数据；
根据渔业水质标准中分子氨含量的规定，确定在当前温度、pH、盐度环境下分子氨含量的上限值，再根据分子氨含量的上限值计算当前温度、pH、盐度环境下氨氮的上限值。
可选地，所述通过养殖投喂信息数据获取水体中氨氮的产生速率和代谢速率的步骤，还包括以下步骤：
所述养殖投喂信息数据包括饲料投喂量、蛋白质含量、蛋白质利用系数、生物代谢时间，通过养殖投喂信息数据计算氨氮的产生速率；
再利用氨氮的产生速率和氨氮代谢修正系数，计算实时的代谢氨氮浓度。
可选地，所述再利用氨氮的产生速率和氨氮代谢修正系数，计算实时的代谢氨氮浓度的步骤，还包括以下步骤：
输入安全系数，结合氨氮的上限值以及实时的代谢氨氮浓度，确定循环所需的水流量。
可选地，所述输入安全系数，结合氨氮的上限值以及实时的代谢氨氮浓度，确定循环所需的水流量的步骤，还包括以下步骤：
根据计算所需的循环的水流量和实时水循环流量，利用变频器改变循环水泵的转速，实现控制循环水流量目的。
本发明的技术方案通过在养殖舱内设置水质监测模块，水质监测模块用于获取养殖舱内水体的水质数据；控制模块用于接收水质监测模块所采集的水质数据，并根据水质数据控制所述循环水泵的转速；其中，水质监测模块将水质数据传输至控制模块，控制模块根据水质数据计算氨氮含量中分子氨的比例值，利用氨氮含量中分子氨的比例值以及分子氨的上限值确定氨氮的上限值；控制模块通过养殖投喂信息数据获取水体中氨氮的产生速率和代谢速率；控制模块根据氨氮的产生速率、代谢速率、上限值调控循环水泵的转速，实现调控养殖舱的水循环流量的目的，避免造成循环水流量过大或过小，降低能源消耗，提高养殖水的水质质量。
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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明养殖水循环调控系统一实施例的结构示意图。
图2为本发明养殖水循环调控系统另一实施例的结构示意图。
图3为本发明养殖水循环调控系统一实施例的原理示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种养殖水循环调控系统。
参照图1至图3，在本发明一实施例中，该养殖水循环调控系统，包括：养殖舱、水质监测模块、水循环执行模块和控制模块；水质监测模块设于养殖舱内；水质监测模块用于获取养殖舱内水体的水质数据；水质数据包括氨氮含量；水循环执行模块包括循环水泵；循环水泵与养殖舱连接；控制模块与所述水质监测模块和所述循环水泵电性连接；所述控制模块用于接收所述水质监测模块所采集的水质数据，并根据水质数据计算氨氮含量中分子氨的比例值；控制模块用于根据分子氨的比例值控制所述循环水泵的转速。
养殖水循环系统中的氨氮本质上来源于饲料，养殖水体中氨氮有两种存在形式，分别是无毒的离子铵(NH4+)和具有致命毒害的分子氨(NH3)。养殖水体中真正需要加以控制的是具有致命毒害的分子氨，而不是氨氮整体。而分子氨与离子氨之间可以相互转化，转化过程与温度和pH值密切相关，即氨氮中分子氨的比例与温度、pH密切相关。工厂化养殖水循环一般通过控制养殖水的温度和pH，使分子氨的比例维持在一个固定的范围。
然而深远海养殖工船通过循环水泵使外部海域与养殖舱形成水循环的特点，决定了其养殖循环水的pH值和温度难以进行控制，而且，随着养殖的进行，养殖舱内环境也会使舱内水体的pH值发生变化，即舱内养殖水的pH不等于外部海域的海水的pH。
通过监测氨氮输入对循环水进行控制，根据养殖水环境对分子氨的比例以及氨氮阈值进行实时计算，从而控制循环水流量，提高了循环水的控制效率。
因此，在养殖舱内设置水质监测模块，水质监测模块用于采集养殖舱内水体的水质数据；控制模块用于接收水质监测模块所采集的水质数据，并根据水质数据控制循环水泵的转速；其中，水质监测模块将水质数据传输至控制模块，控制模块根据水质数据计算氨氮含量中分子氨的比例值，利用氨氮含量中分子氨的比例值以及分子氨的上限值确定氨氮的上限值；控制模块通过养殖投喂信息数据获取水体中氨氮的产生速率和代谢速率；控制模块根据氨氮的产生速率、代谢速率、上限值调控循环水泵的转速，实现调控养殖舱的水循环流量的目的，避免造成循环水流量过大或过小，降低能源消耗，提高养殖水的水质质量。
可选地，水循环执行模块还包括流量计，流量计与循环水泵、控制模块连接，流量计用于采集循环水泵泵入养殖舱的循环水的流量数据。上述结构中，流量计用于监测循环水泵输出至养殖舱的水流量，流量计的数据传输至控制模块。其中，控制模块包括可编程控制器。
可选地，养殖水循环调控系统还包括变频器，变频器与控制器和循环水泵电性连接。上述结构中，变频器(Variable-frequency Drive，VFD)是应用变频技术与微电子技术，通过改变循环水泵的工作电源频率方式来控制循环水泵的电力控制设备；其中，循环水泵包括变频水泵，通过变频器可以对水泵转速进行调节，从而实现对水循环流量的控制。为避免变频器频繁动作调节循环水泵转速，可在预设水流量调整的时间间隔，实现提高使用循环水泵寿命的目的。
可选地，养殖水循环调控系统还包括终端模块，终端模块与控制模块通讯连接。上述结构中，终端模块用于显示水质监测模块所采集的数据、流量计的数据以及控制模块处理数据的过程进行实时显示。
可选地，养殖水循环调控系统还包括通信模块，通信模块包括第一无线通讯单元和第二无线通讯单元；终端模块包括有线终端和无线终端，有线终端与控制模块电性连接；无线终端与第二无线通讯单元和控制模块通讯连接。
上述结构中，有线终端是通过网线与控制模块相连的计算机，无线终端是通过无线网络与控制模块进行数据传输的移动监控终端，无线终端可采用手机等。有线终端和无线终端具有方便对养殖水质参数和循环水流量进行在线监控的作用。其中，第一无线通信单元、第二无线通信单元均可采用型号为TC35的无线通信模块。
可选地，水质监测模块包括集成的pH、温度、盐度、溶氧多参数传感器或者分别独立的pH传感器、温度传感器、盐度传感器和溶氧度传感器。
本发明还提出一种养殖水循环调控方法，养殖水循环调控方法包括以下步骤：
获取养殖舱内水体的水质数据；
利用水质数据计算氨氮含量中分子氨的比例值；再利用氨氮含量中分子氨的比例值以及分子氨的上限值确定氨氮的上限值；
通过养殖投喂信息数据获取水体中氨氮的产生速率和代谢速率；
根据氨氮的产生速率、代谢速率、上限值调控循环水泵的转速，实现调控水循环流量的目的。
可选地，所述根据氨氮的产生速率、代谢速率、上限值调控循环水泵的转速，实现调控水循环流量的目的的步骤，还包括以下步骤：
通过监测循环水泵的出水量获得实时水循环流量，再通过实时水循环流量调整水泵的转速，实现精准调控水循环流量的目的。
可选地，所述采集养殖舱内水体的水质数据；利用水质数据计算氨氮含量中分子氨的比例值；再利用氨氮含量中分子氨的比例值以及分子氨的上限值确定氨氮的上限值的步骤，还包括以下步骤：
采集水体的温度值、pH值、溶氧度、盐度；所述循环水泵泵入所述养殖舱的循环水的流量数据；
根据渔业水质标准中分子氨含量的规定，确定在当前pH、温度、盐度环境下分子氨含量的上限值，再根据分子氨含量的上限值计算当前温度和pH环境下氨氮的上限值。
当水体的pH值、温度、盐度发生变化时，总氨氮的允许值也会发生变化。其中，GB11607-89渔业水质标准中对养殖水中的分子氨含量具有明确规定。而当水体的温度、pH值、盐度发生变化时，总氨氮的允许值也会发生变化。因此，通过获取养殖水浊度等间接指标作为判断标准，或将养殖水的氨氮含量作为一个整体指标来处理，忽略了真正有害的分子氨的比例，难以对深远海养殖工船循环水进行准确控制，极易造成循环水流量过大或过小。
因此，利用水质监测模块实时监测水体的pH值、温度、盐度；并根据pH、温度和盐度计算水体中氨氮含量中分子氨的比例值，再利用氨氮含量中分子氨的比例值以及分子氨的上限值确定氨氮的上限值，再根据氨氮的上限值调控水泵，实现提高循环水流量控制准确性的目的。
可选地，所述通过养殖投喂信息数据获取水体中氨氮的产生速率和代谢速率的步骤，还包括以下步骤：
所述养殖投喂信息数据包括饲料投喂量、蛋白质含量、蛋白质利用系数、生物代谢时间，通过养殖投喂信息数据计算氨氮的产生速率；
再利用氨氮的产生速率和氨氮代谢修正系数，计算实时的代谢氨氮浓度。
其中，代谢修正系数需要根据不同生物的代谢活动确定。
可选地，所述再利用氨氮的产生速率和氨氮代谢修正系数，计算实时的代谢氨氮浓度的步骤，还包括以下步骤：
输入安全系数，结合氨氮的上限值以及实时的代谢氨氮浓度，确定循环所需的水流量。
安全系数是衡量一个系统是否安全可靠的指标；控制模块根据氨氮上限值以及实时的代谢氨氮浓度，确定循环的水流量，使养殖舱内的氨氮含量控制在上限值的范围内。
可选地，所述输入安全系数，结合氨氮的上限值以及实时的代谢氨氮浓度，确定循环所需的水流量的步骤，还包括以下步骤：
根据计算所需的循环的水流量和实时水循环流量，利用变频器改变循环水泵的转速，实现控制循环水流量目的。
控制模块能够对循环水流量进行精确计算，使养殖水氨氮达标，避免循环水流量浪费，节约运行成本。
养殖水氨氮阈值计算公式如下：
其中，CNH3为养殖水中分子氨的浓度；pH为养殖水的pH值；T为养殖水的热力学温度；S为养殖水的盐度；CTAN为养殖水中的氨氮阈值。
氨氮产生速率计算如公式如下：
PTAN＝f(λ,F,PC,t)；
其中，PTAN为氨氮产生速率；λ为鱼类对蛋白质的利用系数；F为饲料投喂量；PC为饲料中的蛋白质含量；t为鱼类代谢时间。
循环水流量计算方法如公式如下：
QTAN＝αPTAN/CTAN；
其中，α为安全系数。
本发明的技术方案通过在养殖舱内设置水质监测模块，水质监测模块用于采集养殖舱内水体的水质数据；控制模块用于接收水质监测模块所采集的水质数据，并根据水质数据控制循环水泵的转速；其中，水质监测模块将水质数据传输至控制模块，控制模块根据水质数据计算氨氮含量中分子氨的比例值，利用氨氮含量中分子氨的比例值以及分子氨的上限值确定氨氮的上限值；控制模块通过养殖投喂信息数据获取水体中氨氮的产生速率和代谢速率；控制模块根据氨氮的产生速率、代谢速率、上限值调控循环水泵的转速，实现调控养殖舱的水循环流量的目的，避免造成循环水流量过大或过小，降低能源消耗，提高养殖水的水质质量。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种养殖水循环调控系统，其特征在于，包括：
养殖舱；
水质监测模块，设于所述养殖舱内；所述水质监测模块用于获取养殖舱内水体的水质数据；所述水质数据包括氨氮含量；
水循环执行模块，包括循环水泵；所述循环水泵与所述养殖舱连接；
控制模块，与所述水质监测模块和所述循环水泵电性连接；所述控制模块用于接收所述水质监测模块所采集的水质数据，并根据水质数据计算氨氮含量中分子氨的比例值；控制模块用于根据分子氨的比例值控制所述循环水泵的转速。
2.如权利要求1所述的养殖水循环调控系统，其特征在于，所述水循环执行模块还包括流量计，所述流量计与所述循环水泵、所述控制模块连接，所述流量计用于采集所述循环水泵泵入所述养殖舱的循环水的流量数据。
3.如权利要求2所述的养殖水循环调控系统，其特征在于，还包括变频器，所述变频器与所述控制器和所述循环水泵电性连接；和/或，
还包括终端模块，所述终端模块与所述控制模块通讯连接。
4.如权利要求3所述的养殖水循环调控系统，其特征在于，还包括通信模块，所述通信模块包括第一无线通讯单元和第二无线通讯单元；所述终端模块包括有线终端和无线终端，所述有线终端与所述控制模块电性连接；所述无线终端与所述第二无线通讯单元和所述控制模块通讯连接。
5.一种养殖水循环调控方法，其特征在于，所述调控方法包括以下步骤：
获取养殖舱内水体的水质数据；
利用水质数据计算氨氮含量中分子氨的比例值；再利用氨氮含量中分子氨的比例值以及分子氨的上限值确定氨氮的上限值；
通过养殖投喂信息数据获取水体中氨氮的产生速率和代谢速率；
根据氨氮的产生速率、代谢速率、上限值调控循环水泵的转速，实现调控水循环流量的目的。
6.如权利要求5所述的养殖水循环调控方法，其特征在于，所述根据氨氮的产生速率、代谢速率、上限值调控循环水泵的转速，实现调控水循环流量的目的的步骤，还包括以下步骤：
通过监测循环水泵的出水量获得实时水循环流量，再通过实时水循环流量调整水泵的转速，实现精准调控水循环流量的目的。
7.如权利要求5所述的养殖水循环调控方法，其特征在于，所述采集养殖舱内水体的水质数据；利用水质数据计算氨氮含量中分子氨的比例值；再利用氨氮含量中分子氨的比例值以及分子氨的上限值确定氨氮的上限值的步骤，还包括以下步骤：
采集水体的温度值、pH值、溶氧度、盐度；获取所述循环水泵泵出的循环水流量数据；
根据渔业水质标准中分子氨含量的规定，确定在当前温度、pH、盐度的环境下分子氨含量的上限值，再根据分子氨含量的上限值计算当前温度、pH、盐度环境下氨氮的上限值。
8.如权利要求6所述的养殖水循环调控方法，其特征在于，所述通过养殖投喂信息数据获取水体中氨氮的产生速率和代谢速率的步骤，还包括以下步骤：
所述养殖投喂信息数据包括饲料投喂量、蛋白质含量、蛋白质利用系数、生物代谢时间，通过养殖投喂信息数据计算氨氮的产生速率；
再利用氨氮的产生速率和氨氮代谢修正系数，计算实时的代谢氨氮浓度。
9.如权利要求8所述的养殖水循环调控方法，其特征在于，所述再利用氨氮的产生速率和氨氮代谢修正系数，计算实时的代谢氨氮浓度的步骤，还包括以下步骤：
输入安全系数，结合氨氮的上限值以及实时的代谢氨氮浓度，确定循环所需的水流量。
10.如权利要求9所述的养殖水循环调控方法，其特征在于，所述输入安全系数，结合氨氮的上限值以及实时的代谢氨氮浓度，确定循环所需的水流量的步骤，还包括以下步骤：
根据计算所需的循环的水流量和实时水循环流量，利用变频器改变循环水泵的转速，实现控制循环水流量目的。
Priority Applications (1)
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| CN202310710078.1A CN116860049A (zh) | 2023-06-14 | 2023-06-14 | 一种养殖水循环调控系统以及调控方法 |
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