工厂化水产养殖中的自动控制技术黑龙江水产研究所.docVIP

工厂化水产养殖中的自动控制技术 工厂化水产养殖是集机、电、化、仪、生物工程和水处理技术为一体，建立起一个水体循环的封闭养殖工厂，在人工控制条件下进行高密度、工业化养殖生产。其生产过程通过一系列生物、物理和化学手段，对养殖水体和生态条件进行处理、监测和控制，创造出最适宜养殖生物生长的水体环境，达到最快的生产速度，从而使单位体积水体产量获得极大的提高。该养殖方式特点是养殖密度高，有利于节约用地；养殖水体循环使用，降低了水资源的损耗，减少了污染；因此，工厂化水产养殖符合“资源节约、环境友好型”的可持续发展战略，具有广阔的发展前景。 自动控制技术是工厂化水产养殖技术的重要方面。应用自动控制技术，可以对养殖水体和微生态环境的一些重要参数进行最佳调节和控制，最大限度的发挥工厂化养殖的效能，达到精准控制养殖生产过程的目的。养殖过程的影响因子很多，并且有些参数相互影响，变量较多，多因子全过程控制比较困难，影响较大的主要参数包括溶解O、pH值、温度、浊度、氨氮、盐度、碱度、传导率等。自动控制技术主要是研究这些参数的调节与控制方法，为工厂化养殖的自动化和精准化提供技术支持。 自动控制技术在水产养殖领域的应用，极大地促进了水产养殖行业的工业化发展。建立设备配套性能完好、技术先进、自动化程度高、系统连续稳定运行的自动控制系统,能够确保养殖系统控制的准确性、安全性和适应性，为养殖生产提供可靠的水质和生态条件。 工厂化水产养殖自动控制系统组成 自动控制系统的结构 工厂化水产养殖生产过程的影响因子很多，各种参数相互之间的影响比较大，控制规律和系统组成复杂。把多种复杂的多因子控制系统，分解为单因子的调节与控制，就变成了简化的控制系统，如图1所示。 图1 单因子自动控制系统组成 Fig.1 Automatic control system for one factor 单因子控制系统主要由上位机、可编程逻辑控制器PLC、模数转换模块（A/D）、传感器和执行原件组成。其中传感器把控制参数的现场变化转换成电信号，上传到模数转换模块，模数转换模块把电信号进行模数转换，并输入到可编程逻辑控制器PLC上，PLC根据传感器测得数据，由控制逻辑方法计算出需要控制的参量，控制执行元件的动作，达到参数控制的目的。上位机一般指台式计算机，PLC将传感器的数据以及一些控制参数送至上位机中，由上位机中运行的监控工程显示出来，同时对参数进行历史记录，制作报表、曲线，便于观察和查询。此外，监控工程还根据需要修改控制参数，将修改好的参数送至下位机。 自动控制系统的核心部分是可编程控制器(PLC)， 因其高可靠性和较高的性价比在工业控制中得到广泛的应用。PLC具有输入参数和输出参量多、单一PLC可有多大十几个甚至几十个输入、输出数值量，可把解O、pH值、温度、浊度、氨氮、盐度、碱度、传导率等多个传感器同时探测的数值传入单一PLC，实现多参数同时控制，简化了控制结构、减少过程变量。工厂化水产养殖的设备及检测仪表相对集中,参数控制相对独立，PLC特别适用于这样的系统特性,能够完成养殖生产过程中的工业控制与状态监测。所以,工厂化水产养殖循环水系统的自动控制结构一般都采用以计算机和PLC为基础的二级监控集散模式。 自动控制系统的类型 应用于水产养殖的自动控制系统主要包括中心控制类和现场控制类。中心监控类主要实现集中监测的运行管理功能,中控室计算机所具有的友好人机界面(控制系统的显示监视系统) 通过对PLC 的管理，实现对全养殖场整个生产过程中所有设备的监测和控制。界面具有开放性、灵活性、高可靠性和易于操作性:模块和接口界面设计都采用国际标准,应用软件由标准和专用的软件模块和功能模块组成。 现场监控是指各养殖车间设有多个PLC 控制子站,根据每个车间养殖品种的不同要求，设定自身的优化程序,实现本车间内的设备调节和优化控制功能。中心控制室PLC 可通过现场PLC 站直接控制车间有关设备。如果中心控制室PLC发生故障,不会影响养殖场场内车间PLC 站的控制功能,如果PLC 网络中某个PLC 站发生故障,值班操作员可通过就地控制开关对设备进行控制。 工厂化水产养殖自动控制系统设计的基本原则 在设计工厂化水产养殖自动控制系统过程中，要认真考虑控制参数的可控性和实现控制的可能性，有些受多因子影响的参数，就要从控制方法的角度考虑控制技术的创新性。自动控制设计的基本思想是:准确性与经济性相结合；生产过程控制功能和危险分散在PLC控制子站，控制安全的监督和管理集中到控制中心。 自动控制的准确性原则 自动控制系统要完成准确控制的功能，要确定控制的方法和控制的精度范围。首先根据特性曲线、数学模型、有关规定、测定值等对各处理单元的工艺控