水產(chǎn)養(yǎng)殖集中式智能化投飼增氧系統(tǒng)應(yīng)用淺析

趙建寶 沈巧云

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國(guó)對(duì)于水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)所應(yīng)用的水質(zhì)傳感技術(shù)、納米技術(shù)和生物處理技術(shù)等高端技術(shù)研發(fā)取得了較大的突破，水產(chǎn)養(yǎng)殖正向著自動(dòng)化、精準(zhǔn)化、智能化方向發(fā)展。目前，我國(guó)自動(dòng)化水產(chǎn)品養(yǎng)殖方式主要有工程化池塘精準(zhǔn)養(yǎng)殖、陸基工廠循環(huán)水精準(zhǔn)養(yǎng)殖和網(wǎng)箱精準(zhǔn)養(yǎng)殖三大類。工程化池塘精準(zhǔn)養(yǎng)殖在傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖的基礎(chǔ)上應(yīng)用水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、產(chǎn)品監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)及大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，對(duì)于養(yǎng)殖環(huán)境的要求較低，對(duì)原養(yǎng)殖場(chǎng)所的改動(dòng)較少，不會(huì)改變用戶的養(yǎng)殖方式和養(yǎng)殖習(xí)慣，且一次性投入后可長(zhǎng)久受益，是我國(guó)池塘養(yǎng)殖的主要發(fā)展方向。而傳統(tǒng)的池塘養(yǎng)殖用自動(dòng)投飼機(jī)及增氧技術(shù)已不能滿足工程化池塘精準(zhǔn)養(yǎng)殖要求，開展水產(chǎn)養(yǎng)殖集中式智能化投飼增氧系統(tǒng)方面的研究己成為當(dāng)務(wù)之急。

1 研發(fā)背景

投飼裝備技術(shù)水平直接影響?zhàn)B殖水體的水質(zhì)條件，影響?zhàn)B殖魚類的攝食率、健康程度和生長(zhǎng)速度。規(guī)模化水產(chǎn)養(yǎng)殖所需的投飼量巨大，要求投飼距離遠(yuǎn)、范圍大，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)投喂。采用人工作業(yè)方式給投飼機(jī)上料耗時(shí)耗力，投飼精度和飼料利用率低，存在殘余飼料污染水環(huán)境等問題。針對(duì)投飼機(jī)械化、精準(zhǔn)化、智能化發(fā)展需求，開展集中式智能投飼增氧一體化系統(tǒng)技術(shù)和設(shè)備方面的研究勢(shì)在必行。

2 集中式智能投飼增氧一體化系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 總體結(jié)構(gòu)

集中式智能投飼增氧一體化系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、投飼系統(tǒng)和增氧系統(tǒng)等組成（見圖1）。該系統(tǒng)以智能投料、智能增氧為突破口，以手機(jī)控制為核心，主要實(shí)現(xiàn)以下幾點(diǎn)目標(biāo)：

圖1 集中式智能化投飼增氧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1）投飼系統(tǒng)與增氧系統(tǒng)共用一個(gè)供氣系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)控制供氣系統(tǒng)向投飼系統(tǒng)、增氧系統(tǒng)同時(shí)或單獨(dú)供氣。

2）采用氣力輸送這一工程技術(shù)滿足池塘養(yǎng)殖生產(chǎn)中智能化集中投飼需求，解決集中供料、飼料預(yù)處理、多點(diǎn)位(多水槽)同步供料投飼以及遠(yuǎn)程管理控制等問題，實(shí)現(xiàn)物料定量控制。

3）通過溶解氧傳感器反饋的信息控制各增氧點(diǎn)的增氧工作。

2.2 控制系統(tǒng)

集中式智能化投飼增氧系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)相連可遠(yuǎn)程控制智能化控制盒，通過手機(jī)App軟件實(shí)現(xiàn)投喂和增氧遠(yuǎn)程控制、物料余量和溶解氧的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及故障的實(shí)時(shí)報(bào)警反饋。

2.3 供氣系統(tǒng)

該系統(tǒng)由氣泵、管道、分配器等組成，通過分配器分配物料遠(yuǎn)程輸送及增氧所需的氣源。氣泵采用羅茨風(fēng)機(jī)。應(yīng)準(zhǔn)備2臺(tái)以上氣泵，一臺(tái)正常工作，其余備用。

2.4 投飼系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用集中儲(chǔ)料分散供料的方式，由一點(diǎn)向多點(diǎn)供料。采用低壓壓送式氣力輸送技術(shù)將飼料輸送至各投飼點(diǎn)供投飼機(jī)投料，通過控制器設(shè)定投料時(shí)間、投料間隔等相關(guān)參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)全天候全自動(dòng)高效精確投餌。需要進(jìn)行輸送管道直徑及氣量大小優(yōu)化設(shè)計(jì)[1]，確定氣力輸送方式及參數(shù)[2]。

2.5 增氧系統(tǒng)

根據(jù)工業(yè)化池塘養(yǎng)殖特點(diǎn)，參考相關(guān)研究成果，優(yōu)選曝氣增氧[3]。設(shè)計(jì)增氧曝氣單元與氣送投喂單元有機(jī)對(duì)接，優(yōu)化水下增氧曝氣裝置；綜合考量投料量和增氧要求，研究最優(yōu)參數(shù)。安裝養(yǎng)殖管理水體溶解氧預(yù)警預(yù)報(bào)在線系統(tǒng)，當(dāng)溶解氧低于5.0 mg/L時(shí)，電磁閥自行啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在線控制水體溶氧量[4]。開發(fā)氣－水混合定向流推水高效增氧設(shè)備、高溶解氧垂直分流控制工藝，控制水槽前、中、后垂直剖面的養(yǎng)殖水體溶解氧、流速均衡。

2.6 主要技術(shù)參數(shù)

參考目前成熟的市場(chǎng)化產(chǎn)品，通過優(yōu)化計(jì)算，選擇以下參數(shù)：輸入功率≥5.5 kW；多點(diǎn)位輸送飼料（點(diǎn)位數(shù)≥3）；飼料輸送管道內(nèi)徑40～50 mm；飼料輸送最遠(yuǎn)距離＞100 m；微孔曝氣管內(nèi)徑10～14 mm；增氧支管道內(nèi)徑63 mm；增氧能力＞2.0 kg/h。

3 安裝使用方法

如圖1所示，集中式智能化投飼增氧系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、投飼系統(tǒng)和增氧系統(tǒng)等組成。使用時(shí)，支架固定在養(yǎng)殖塘口內(nèi)，固定在支架上的拋料盤露出水面，送料支管道的下料口伸至拋料盤的正上方，下料口對(duì)應(yīng)投飼點(diǎn)，每個(gè)投飼點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)送料支管道、一個(gè)送料控制開關(guān)和一個(gè)下料裝置。當(dāng)投飼點(diǎn)1需要拋料時(shí)，通過手機(jī)端或電腦端控制與其對(duì)應(yīng)的下料裝置，將料倉(cāng)內(nèi)的物料送至送料支管道，然后打開對(duì)應(yīng)的送料控制開關(guān)，供氣系統(tǒng)向主供氣管道供氣，將送料支管道內(nèi)的物料推送至投飼點(diǎn)1。當(dāng)需要多個(gè)投飼點(diǎn)拋料時(shí)，與投飼點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下料裝置下料、送料控制開關(guān)打開，主供氣管道供氣，將物料推送至對(duì)應(yīng)的投飼點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)投飼點(diǎn)的同時(shí)或分時(shí)拋料。料倉(cāng)帶有稱重傳感器，稱重傳感器傳遞信號(hào)至手機(jī)端或電腦端，管理人員根據(jù)該信號(hào)判斷是否需要加料。

增氧支管道的增氧方式和投飼點(diǎn)的拋料方式類似。匹配溶解氧傳感器檢測(cè)是否需要增氧，實(shí)現(xiàn)智能化控制。

應(yīng)設(shè)置多個(gè)氣源，一個(gè)氣源異常時(shí)可及時(shí)更換另一個(gè)氣源，保證供氣的連續(xù)進(jìn)行。

4 應(yīng)用前景

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的集中式智能化投飼增氧系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)，滿足了目前池塘工業(yè)化養(yǎng)殖生產(chǎn)中智能化集中投飼增氧需求，實(shí)現(xiàn)了集中氣源供氣、集中多點(diǎn)供料、遠(yuǎn)距離送料投料、智能增氧、手機(jī)端遠(yuǎn)程控制和物料定量控制，拓展了養(yǎng)殖范圍和空間。研發(fā)推廣符合中國(guó)國(guó)情、操作相對(duì)簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)性較高的自動(dòng)投飼增氧結(jié)合系統(tǒng)技術(shù)和設(shè)備，可大大提高水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)的設(shè)施裝備水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)力成本，減少飼料浪費(fèi)，降低殘餌污染導(dǎo)致水質(zhì)惡化的可能性，節(jié)約環(huán)保。該技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用可促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖向著自動(dòng)化、精準(zhǔn)化、智能化方向轉(zhuǎn)變，促進(jìn)漁機(jī)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及產(chǎn)品升級(jí)換代。