基于無(wú)線遠(yuǎn)程控制的自動(dòng)化水產(chǎn)養(yǎng)殖投食設(shè)備設(shè)計(jì)

時(shí)正亞 趙俊 黃春香 夏利玲

摘 要：在當(dāng)前高密度養(yǎng)殖的情況下，投食機(jī)周圍由于魚群大量聚集，排泄物急劇增多，導(dǎo)致區(qū)域水域的溶解氧量驟然下降，水質(zhì)的pH、氨氮、亞硝酸鹽指標(biāo)發(fā)生異常，誘發(fā)魚兒的生理性缺氧，極易患病，甚至存在翻塘等風(fēng)險(xiǎn)。為了解決這些問(wèn)題，本文開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出一種具有自行游走功能的水產(chǎn)養(yǎng)殖投食設(shè)備，實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖投料操作的自動(dòng)化和精細(xì)化，提高水產(chǎn)品的養(yǎng)殖效率，降低養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程控制;自行游走;水產(chǎn)養(yǎng)殖;投食設(shè)備

中圖分類號(hào)：S969.31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）22-0013-03

Abstract： In the current situation of high-density aquaculture， due to a large number of fish swarms around the feeding machine， the excreta increases sharply， leading to the sudden decline of dissolved oxygen in regional waters， abnormal indicators of pH， ammonia nitrogen and nitrite of water quality， which induce physiological hypoxia of fish， and are prone to disease， and even have the risk of turning over the pond. In order to solve these problems， this paper developed and designed a kind of aquaculture feeding equipment with self-propelled function， realized the automation and refinement of aquaculture feeding operation， improved the aquaculture efficiency and reduced the aquaculture risk.

Keywords： remote control;self walking; aquaculture;feeding equipment

水產(chǎn)養(yǎng)殖是人為控制下繁殖、培育和收獲水生動(dòng)植物的生產(chǎn)活動(dòng)[1]。目前，高密度的養(yǎng)殖情況下，投食機(jī)周圍由于魚群大量聚集，排泄物急劇增多，導(dǎo)致區(qū)域水域的溶解氧量驟然下降，水質(zhì)的pH、氨氮、亞硝酸鹽指標(biāo)也發(fā)生異常，誘發(fā)魚兒的生理性缺氧，經(jīng)常浮頭，不但使得魚生長(zhǎng)受阻，極易患病，更有甚者會(huì)導(dǎo)致魚群死亡。

現(xiàn)有的魚塘投食機(jī)通常只能固定在湖面某一位置，投放面積有限，且由于位置固定不能自行游走，導(dǎo)致投食機(jī)周邊聚滿了魚群，魚兒發(fā)生擁擠、堆垛，尤其在悶熱的夏天，極易發(fā)生“翻塘”的風(fēng)險(xiǎn)[2]。因此，設(shè)計(jì)一種具有自行游走功能的水產(chǎn)養(yǎng)殖投食設(shè)備，實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖投料操作的自動(dòng)化和精細(xì)化尤為必要[3]。

1 自動(dòng)化水產(chǎn)養(yǎng)殖投食設(shè)備構(gòu)成與作業(yè)原理

無(wú)線遠(yuǎn)程控制的自動(dòng)化水產(chǎn)養(yǎng)殖投食設(shè)備由岸上儲(chǔ)料送料裝置和移動(dòng)投料浮臺(tái)兩部分構(gòu)成，并在儲(chǔ)料送料裝置部分配置了自動(dòng)稱重功能，提供特定數(shù)量的餌料，以實(shí)現(xiàn)精細(xì)喂養(yǎng)。其中，移動(dòng)投料浮臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從圖1可知，移動(dòng)投料浮臺(tái)由浮力氣囊、投食筒、出氣風(fēng)機(jī)、電源、氣源、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、噴射管、加氧管、氧濃度傳感器導(dǎo)管、噴氣頭、氧濃度傳感器、支架、換向閥、緊固件、錐形分料器、連接管、轉(zhuǎn)向電機(jī)等組成。在投食筒的筒壁上設(shè)有進(jìn)料口，頂部設(shè)有出氣口，底部設(shè)有投料管，內(nèi)部設(shè)有出氣管。其中，進(jìn)料口沿投食筒壁的切線方向設(shè)置，使空氣和餌料在投食筒內(nèi)沿螺旋線向下流動(dòng)。當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行使投食筒內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓時(shí)，餌料連同空氣一起由進(jìn)料口吸入投食筒內(nèi)，并在投食筒內(nèi)沿螺旋線下降，餌料受到重力作用而落下，并通過(guò)投食管投放到水中，空氣則在出氣管的底部轉(zhuǎn)向而向上流動(dòng)由出氣口排出。為了實(shí)現(xiàn)投食移動(dòng)浮臺(tái)在水面的移動(dòng)和轉(zhuǎn)向，噴射管底部伸入水中并向一側(cè)延伸，氣源輸出的氣體能沿噴射管底部向外噴出，從而產(chǎn)生推進(jìn)力驅(qū)動(dòng)移動(dòng)投料浮臺(tái)在水面移動(dòng)。轉(zhuǎn)向電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)安裝于移動(dòng)浮臺(tái)中央的噴射管，使其繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，改變噴射管底部延伸部分的方向，以控制移動(dòng)投料浮臺(tái)的轉(zhuǎn)向。

由于在投放餌料的過(guò)程中會(huì)不可避免地出現(xiàn)魚群聚集的情況，因此會(huì)造成水體局部氧氣濃度降低。為了避免情況惡化而造成魚群缺氧，沿移動(dòng)浮臺(tái)周向均勻設(shè)置4個(gè)垂入水中的氧濃度傳感器，當(dāng)某個(gè)氧濃度傳感器檢測(cè)到此處的氧濃度過(guò)低時(shí)，由換向閥實(shí)現(xiàn)氣路切換，空氣由加氧管進(jìn)入水中實(shí)現(xiàn)氧氣補(bǔ)充。加氧管底部的噴氣頭有大量孔眼，大大降低了出氣流速，避免了流速對(duì)魚群造成的傷害。

2 自動(dòng)化水產(chǎn)養(yǎng)殖投食設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動(dòng)化水產(chǎn)養(yǎng)殖投食設(shè)備控制系統(tǒng)如圖2所示。從圖2可知，自動(dòng)化水產(chǎn)養(yǎng)殖投食設(shè)備控制系統(tǒng)的主站由PLC、無(wú)線通信模塊、PC機(jī)、TP700Comfort觸摸屏（選配）、動(dòng)載稱重模塊（儲(chǔ)料送料裝置處配置）等部分組成。無(wú)線通信模塊采用內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議的工業(yè)級(jí)GPRS-DTU，型號(hào)為WG-8010[4]。為降低設(shè)計(jì)成本，PLC選用S7-200系列中的CPU224XP，PC機(jī)裝載組態(tài)王軟件。投食移動(dòng)浮臺(tái)從站由CPU224XP、無(wú)線通信模塊GPRS-DTU、Y502-A濃氧度和溫度傳感器、浮臺(tái)轉(zhuǎn)向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、氣源泵變頻驅(qū)動(dòng)模塊等組成。

無(wú)線通信模塊WG-8010通過(guò)RS232/485數(shù)據(jù)接口連接PLC，按設(shè)定模式自動(dòng)執(zhí)行預(yù)設(shè)AT指令，完成主站與投食移動(dòng)浮臺(tái)從站之間的通信，將主站的轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)角度數(shù)據(jù)、濃氧度設(shè)置值和預(yù)警值、溫度設(shè)置值和預(yù)警值、浮臺(tái)移動(dòng)啟停指令等數(shù)據(jù)分發(fā)給各浮臺(tái)，并接收各浮臺(tái)的濃氧度與溫度測(cè)量值，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的全透明傳輸。采用MM420變頻器來(lái)控制氣源泵的轉(zhuǎn)速。當(dāng)浮臺(tái)處于移動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，氣源泵處于高頻運(yùn)行狀態(tài)，以便噴射管獲得較高氣壓，保證浮臺(tái)的移動(dòng)效果;浮臺(tái)處于投食狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)濃氧度實(shí)際測(cè)量值，采用PID算法調(diào)整變頻器輸出頻率，使加氧管里的加氧量及時(shí)可調(diào)。移動(dòng)浮臺(tái)步進(jìn)轉(zhuǎn)向電機(jī)型號(hào)為3S57Q-04079，3M458驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)噴射管繞浮臺(tái)軸心0°～360°可調(diào)，理論細(xì)分可達(dá)3600/4 000，實(shí)際聯(lián)調(diào)達(dá)3600/2 000，滿足浮臺(tái)的轉(zhuǎn)向需要。

投食移動(dòng)浮臺(tái)從站由主程序、定時(shí)通信中斷子程序、濃氧度PID自動(dòng)調(diào)節(jié)子程序、移動(dòng)驅(qū)動(dòng)子程序等組成。其中，主程序流程如圖3所示;中斷通信子程序完成從主站讀取預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)（預(yù)設(shè)移動(dòng)量、預(yù)設(shè)濃氧度、濃氧度極限值、轉(zhuǎn)角設(shè)置值）。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)常規(guī)水產(chǎn)養(yǎng)殖投食設(shè)備進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并引入無(wú)線傳感技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控投食水域的濃氧度，利用浮臺(tái)步進(jìn)轉(zhuǎn)向電機(jī)和氣源電磁閥組的控制實(shí)現(xiàn)投食浮臺(tái)的自行移動(dòng)，解決了高密度養(yǎng)殖情況下投食機(jī)周圍由于魚群的大量聚集，排泄物急劇增多，溶解氧量驟然下降，魚兒缺氧“浮頭”等問(wèn)題，降低了農(nóng)戶的養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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