吴强泽　袁永明

摘要：投饲机是水产养殖业必备的渔业机械设备，自动投饲机的发展推动了渔业现代化的进程。介绍了渔用投饲机的类型结构及行业发展现状，分析国内外自动投饲系统的发展与应用情况。总结出目前国内的传统投饲机存在着投饲不精确、控制模式单一、智能化程度低等问题，对今后投饲机发展提出了建议。

关键词：水产养殖；投饲机；自动投饲系统；智能化

中图分类号： S969.31 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2015）10-0458-03

改革开放以来，我国水产养殖行业获得了迅猛发展。1978年，我国水产养殖产量仅为121.2万t，约占当年水产品总量的26%；1988年，我国水产养殖产量首次超过捕捞产量，从此开启了 “以养为主”的产业发展战略[1]。2013年，我国水产养殖产量达4 542万t。随着我国养鱼业的迅速发展，养鱼机械成为淡水鱼类养殖不可或缺的设备[2]。人工投饲在小面积池塘效果很好，但在大面积鱼塘投喂时，受人体力、环境、天气影响很大[3]。人工投料并不能保证投喂的均匀性，费时、费工、劳动强度大、效率低，甚至浪费鱼饲料，同时污染池塘水质，影响鱼类的生长发育，增加了养殖成本[4]。渔用投饲机集定点、定时、定量于一体，具有投饲面积广、投饲均匀、减少饲料浪费、降低水质污染等优点。既减轻了渔民劳动强度，又增加了鱼产量。投饲机是继增氧机后又一量大面广、有显著效益的水产养殖机械。本研究介绍了渔用投饲机的类型结构及行业发展现状，分析国内外自动投饲系统的发展与应用情况，旨在为我国投饲机研发提供参考。

1 渔用投饲机的种类及结构

1.1 投饲机的类型

1.1.1 从应用范围分 池塘投饲机是所有的投饲机中应用最广的一种。由于池塘养殖饲料主要为颗粒饲料，其抛撒机构一般使用电机带动转盘，靠离心力把饲料抛撒出去。网箱投饲机分水面网箱投饲机、深水网箱投饲机2种。深水网箱投饲机需要把饲料直接输送到距离水面几米以下网箱的中央。室内工厂化投饲机通常用于工厂化养鱼、温室养鱼，要求投饲机每次下料量少且精确，抛撒面积一般在1 m2左右[5]。

1.1.2 从投料形式分 离心式投饲机由料箱、供料机构、投料机构及控制器等组成，投料形式为机械离心抛投的投饲机。风送式投饲机由料箱、供料机构、投料机构（空气压缩机或风机、输送管、输送分配装置等）及控制器等组成，投料形式为风力抛投，一般用于虾塘养殖[6]。下落式投饲机由料箱、供料机构及控制器等组成，投料形式为自由下落的投饲机，用于投饲量小的工厂化试验养殖。

1.1.3 从应用动力分 从70 W到180 W的功率对应不同大小的料箱以及不同面积的养殖水面。70 W用于007～0.33 hm2的鱼塘，120 W用于面积超过0.67 hm2的水面。太阳能适于架线不方便的地区，如网箱养殖、海洋牧场[7]。柴（汽）油机适用于移动投饲，尤以移动投饲船居多[8]。

1.2 投饲机的结构

投饲机由4个部分组成，分别是料箱、下料装置、抛料装置、控制盒[9]（图1）。

一般的渔用投饲机料箱盖通常都是简单的翻起式，主要是为了防晒、防雨。现在也出现一些新型滑动式的箱盖。料箱的作用是放饲料。料箱通常采用立方形或圆筒形，材料一般用白铁皮或黑铁皮。最近几年塑料壳料箱投饲机发展也很快。白铁皮材料料箱工艺简单，价格较低，但铁皮较薄、强度较低。黑铁皮较厚，加工需要专门设备，经过折边、焊接、喷漆等工艺，产品外观漂亮、牢固结实，但价格稍高。塑料结构防腐蚀，防漏电，但不太坚固，要做到防摔、防鼠咬。渔用投饲机都设有下料装置，对每次下料量、下料持续时间、下料间隔时间等进行控制。目前下料装置有振动式下料、绞笼式下料、翻板式下料、漏斗式下料。目前最常用的是振动式下料，由振动电机、偏心连杆以及下料仓组成。工作时利用振动电机带动偏心连杆形成往复运动，带动送料盒产生振动，将饲料均匀地送到甩料盘，甩料盘将饲料扇形抛撒到渔塘进行投喂。这种振动下料装置解决了下料、分料过程中早期投饲机产品容易出现堵料、卡转、下料不均匀等问题，降低了投饲机故障发生率[10]。抛料装置的功能是把饲料输送到投饲区并撒开一定面积，根据不同的应用分为自由下落式、风力输送式、水力输送式、离心抛投式。离心抛投式是目前最常用的方式，抛撒装置由离心电机、甩料盘组成。当饲料从下料装置的下料口落到旋转的圆盘上时，靠离心力作用把饲料抛撒出去。控制器一般装在料箱背后的控制盒里，主要有2个功能：一是定时功能，开启投饲机前设定好投喂时间，一定时间后自动停止投喂；另一个是间隔投喂功能，投料期间每隔一定时间打开下料仓进行投喂，然后关闭，不停重复，到了定时时间停止投喂。控制器通常分为机械定时、电子定时以及最新的单片机为核心的控制器3种。

2 我国投饲机产业现状

我国投饲机械研究开发始于20世纪80年代。90年代中期，养殖户开始逐渐认识到使用鱼塘投饲机可以提高饲料利用率，投饲机产销量开始大幅度提高。2008年，国内各种类型投饲机的年产量达16万台，产量仅次于增氧机。目前，投饲机投饲方式主要有离心式、下落式、风送式。据不完全统计，目前全国投饲机生产企业有上百家，主要分布在江苏省、湖北省、广东省、浙江省、福建省、天津市、北京市等地。由于产品适应市场需求，目前江苏省金湖县、湖北省仙桃县、广东省珠江三角洲等地区已形成了投饲机产品的集中生产地[11]。金湖县是全国著名的渔业机械之乡，渔业机械加工企业包括金湖小青青机电设备有限公司、金湖县渔业机械有限公司、金湖县渔业养殖设备厂、金湖县荣盛渔网厂等，主要生产增氧机、投饲机、渔网等，年总产值超亿元。金湖小青青机电设备有限公司总经理张晓青拥有多项国家专利技术发明，是振动式渔塘投饲机专利发明人以及投饲机行业标准主要起草人之一。近几年，为适应大水面、远程投饲的需要，气动式投饲机被投向市场，这种投饲机节省人工，饲料输送量大，输送距离远，抛撒面积大。金湖县华能机电有限公司发明了太阳能充电式投饲机，该机器不但节约能源、减少生产成本，而且提高了安全性。江苏欧益机械有限公司设计了旋转滑动式箱盖，该机器不但安全可靠、方便用户使用、不伤人，而且能有效防止雨水渗漏，确保饲料不结块。江苏恒深洋机械有限公司设计了计重式投饲机，实现了投饲机计重投料功能。江苏省、湖北省等地的投饲机一般采用白铁皮或者黑铁皮材料制作料箱，白铁皮成本低但不够坚固，黑铁皮坚固但易生锈，成本高。广州市中浪机械科技有限公司生产的渔意牌鱼塘投饲机采用全新改性工程塑料，更安全耐用且稳定可靠，料箱整体设计采用卡式快递拼装结构，方便仓储，节约运输成本。广州和仕渔业机械的投饲机采用防鼠线材，有时间控制以及支持红外线的无料停机版，支持更多的操作方式，适应广大渔民需求。endprint

3 国内外自动投饲现状

3.1 国外自动投饲装备的应用概况

在挪威、德国、美国等国，自动投饲装备普遍适用于室内工厂化养殖，从饲料运输、储存以及投放等各个过程都有着极其精确的数量控制[12]。加拿大Feeding Systems公司成功研制了适用于陆基养殖工厂、大网箱、鱼苗孵化场的自动投饲系统，为一些养殖对象开发出不同的投饲控制软件[13]。美国ETI公司研制出专为深水网箱设计的具有高精确性、高可靠性、大容量的Feedmaster投饲系统，是目前世界上深水网箱的自动投饲系统中使用最多的模式之一。芬兰Arvo-Tec公司为陆基养殖开发出机器人投饲系统，这套系统由小型漏斗形投饲单元组成，这些投饲单元沿着养殖池上方的轨道移动在各个养殖池之间。系统通过中心计算机控制系统实现无人操作，池与池之间设置不同的投饲程序[14]。日本Nitto Seiko公司的自动投饲系统也施行小料仓投喂模式，小料仓安装悬挂在各个深水网箱上方，通过操作计算机以及控制面板来对小料仓进行投料控制，也可以对多个料仓进行集中控制，还可以通过手机来实现远程控制[15]。

3.2 国内自动投饲的研究进展

国内大部分池塘养殖使用简易的小型自动投饲机，除了投饲量较小外，一般只能控制3个功能：定时时间、间隔时间、抛撒时间，远不能满足集约化养鱼技术不断发展的需求，因此很多专家或企业尝试开发适用于大水面养殖、深水网箱养殖以及室内工厂化养殖的自动投饲系统。胡昱等研发出深水网箱自动投饲系统，该自动投饲系统以流行的PLC为核心，通过继电接触器来控制各个设备的启动停止，动态定时、定点以及定量的投饲，实现精确投饲[16]。田应平等设计了1套适用于室内工厂化养殖的自动投饲系统，这个系统以计算机及可编逻辑控制器为核心，运用自动控制技术、通信网络技术，监控软件收集并存储投饲系统运行数据，具有监测、报警、自动投饲等功能，实现了饲料的全天候实时自动投放以及远程监控[17]。吴子岳等开发了需求式的自动投饲装置，网箱的鱼群经过短时间驯化，有进食需求时自发触动水下感应装置，通过传感设备启动下料装置，该装置通过PLC实现投饲控制，优点是能根据养殖鱼类需求实时投饲，水体污染减少，饲料利用率高，满足了当前深水网箱自动化发展的需求[18]。农业部渔业装备与工程技术重点实验室研发了新型对虾养殖投饲装置，该设备选择蓄电池作为电源、电动减速机作为动力输出源，采用轮式的移动方案，经过设计改进，实现了移动过程中进行投喂的功能，而且投饲效率高，工作可靠稳定，投饲符合对虾的摄食特性，克服了当前对虾养殖过程中人工投饲的缺陷[19]。王志勇等研制的集中式自动投饲系统仍然以PLC为控制核心，结合传感器技术进行投饲控制，并基于气力输送原理对投饲装置的关键结构以及管路输送结构进行合理设计，通过集中供料、多路配送，实现了同时向多个养殖目标进行长距离、大容量的投饲，该系统同时可以方便操作人员只在控制室内就可以进行投饲操作以及远程的监控[20]。

4 投饲机的控制模式

控制器是投饲机结构中最核心的部分，决定了投饲机的使用方法以及运行模式。市面上最普通的池塘投饲机大都采用机械旋钮方式，除此之外，以电子按键、单片机为核心的控制盒逐渐流行起来。

4.1 机械控制器

目前大部分的投饲机面向的客户是普通渔民，决定了投饲机成本不能太高，这类投饲机偏向简单的机械旋钮定时方式。图2是金湖小青青机电设备有限公司生产的STLZ型投饲机控制盒。

图2中，主机定时30 min指1次运行30 min，30 min后自动关机。微电机是抛料的离心电机，定时7 s表示每次抛料7 s。长短指落料间隔的长短，通常5 s左右。有些投饲机的生产商将间隔时间细化，但是原理大同小异。这是最简单的通过机械旋钮定时的方式，随着使用消耗，这类控制盒到最后大都定时不准，不能满足科学养鱼的需要。

4.2 电子控制器

除了机械定时，市面上也有很多电子定时控制盒，这种控制器摒除了不准确的机械旋钮方式，采用电子按键，并且支持LED显示。图3是广州市中浪机械科技有限公司生产的渔意牌投饲机控制器。

这类电子定时器为核心的控制盒，除了控制投料时间、投料间隔时间以及每次投喂时间长短外，大都支持定时开关机功能，拥有时钟设定的选项，可以在开机前就设定全天的工作资料。这种控制器的按键模式比机械旋钮使用寿命长，电子定时器的定时功能也比机械旋钮的机械线圈定时更准，属于半自动的投饲机。每天需要人去机器旁边设定，遇到紧急情况不能及时调整，所以这种电子控制器仍然不够智能。

4.3 单片机为核心的控制器

单片机属于微型控制系统，可以嵌入到投饲机控制盒里，并支持逻辑编程。相对于电子控制器来说，以单片机为核心的控制器更加方便灵活，支持很多拓展功能，属于全自动的控制模式。现在也有很多的科研单位或个人尝试以单片机为核心设计自动投饲控制系统。肖忠等研究的程控投饵机自动控制系统以MCS-51系列单片机89S51作为系统控制器，开机前只需设定定时开机、工作挡位、投饵机工作时长等3个参数，这种控制器提供记忆功能，用户通过按键选择参数，新设定的参数会自动保存在控制盒的外部存储器中，即使开机后不改变参数，控制器也能自动读取存储中的参数进行工作[21]。以单片机为核心的控制器大多因为设计缺陷存在工作不稳定、电机故障率高、维护艰难等问题，因此这种类型的控制器并没有大范围推广。

5 展望

随着科技的进步，目前投饲机已经解决了漏电、进水、投饲不均匀、堵料等问题，但仍具有投饲量不精确的问题。传统的渔用投饲机是根据定时时间长短来决定投饲量，定时时间往往是根据人们的经验，没有科学的计算和调整，无法准确得知投喂饲料质量，再加上投饲机的定时功能一般采用机械旋钮定时的方式，转动过程中容易接触不良，如果定时器停走，会造成一箱饲料一次性全部投完，造成极大浪费。如果投喂途中出现跳闸、定时器走时较快等情况，会造成饲料投喂不足的问题。现有的渔用投饲机并不能充分合理使用饲料，无法掌握投料量。科技是第一生产力，得益于互联网技术、通信技术的发展，人们可以远程实现对很多物品控制与使用。渔用投饲机普遍使用手动控制模式，虽然有定时功能，但需要人为选择定时时间以及手动开关机。遇到恶劣天气以及应急状况，渔民只能去鱼塘边才能解决问题。如果可以实现短信、无线、网络等方式的远程监测和控制，渔民不仅可以选择自动、半自动或者手动的方法开启使用投饲机，生产中也可以记录每次的投料量、运行时间进行反馈调整。养殖对象对饲料的需求量、生长速度及其饲料转化率都是随着环境的改变而改变的，也与饲料的品质、养殖对象的生理因素密切相关，这些因素使养殖对象的必需饲料量具有不确定性，不可能通过计算获得精确值。传统的渔用投饲机只能大致估计投喂量，不能根据鱼类的生长实时调整，也无法智能感知温度、气压、湿度等一系列环境因素。目前投饲机只简单替代了手动抛撒饲料这一过程，还不能满足现代化渔业生产的需要。endprint

渔业机械的推广和使用极大地推动了水产养殖业的发展。国内自动投饲系统大都适用于室内工厂化养殖或网箱养殖，池塘投饲机的自动化系统研究欠缺。虽然室内工厂化养殖效益明显，但目前池塘养殖在淡水养殖中仍然占较大比重，因此渔用投饲机的智能化系统研究与开发尤为重要。随着科技进步，PLC技术也越来越成熟，将PLC技术应用到渔用投饲机控制器设计中，能够开发出更加科学的投饲机系统，这种系统需要实时精确计算饲料质量，准确感知周围环境，智能调整投喂时间和投饲量。

参考文献：

[1]麦康森. 转变增长方式是我国水产养殖持续发展的必由之路[J]. 渔业信息与战略，2012，27（1）：1-6.

[2]李君略，俞 龙，王卫星，等. 基于单片机的鱼用投饵机自动控制系统[J]. 农机化研究，2006（2）：166-168.

[3]李振安. 池塘投饲机的设计方案[J]. 农业机械学报，1996，27（4）：76-79.

[4]林健康. TEJ500水产养殖自动投饵机[J]. 农机化研究，2003（1）：165，168.

[5]袁 凯，庄保陆，倪 琦，等. 室内工厂化水产养殖自动投饲系统设计与试验[J]. 农业工程学报，2013，29（3）：169-176.

[6]陈石娟. 气动式鱼塘投饲机[J]. 海洋与渔业，2013（6）：54-55.

[7]李有观. 太阳能自动投饲机[J]. 水产科技情报，2003，30（5）：239.

[8]唐 荣，邹海生，汤涛林，等. 自动投饲船及其测控系统的设计与开发[J]. 渔业现代化，2013，40（6）：30-35.

[9]周晓林，焦仁育，朱文锦. 渔业自动投饲机类型、结构原理与应用[J]. 渔业现代化，2003（6）：46-47.

[10]唐东东，张晓青. 渔业机械推动了水产业发展——金湖小青青机电设备有限公司董事长张晓青专访[J]. 内陆水产，2009，34（5）：26-27.

[11]葛一健. 我国投饲机产品的发展与现状分析[J]. 渔业现代化，2010，37（4）：63-65.

[12]庄保陆，郭根喜. 水产养殖自动投饵装备研究进展与应用[J]. 南方水产，2008（4）：67-72.

[13]Qiestad V，Pedersen T，Folkvord A，etal. Automatic feeding and harvesting of juvenile Atlantic cod （Gadus movhua L.） in a pond[J]. Modeling Identification and Control，1987，8（1）：39-46.

[14]Tan P S，Ngoi B，Lee S，et al. A knowledge-based advisor for the automatic selection and sequencing of orienting devices for vibratory feeding[J]. Engineering Applications of Artificial Intelligence，1995，8（1）：1-13.

[15]Gundogdu M Y. Design improvements on rotary valve particle feeders used for obtaining suspended airflows[J]. Powder Technology，2004，139（1）：76-80.

[16]胡 昱，郭根喜，黄小华，等. 基于PLC的深水网箱自动投饵系统[J]. 南方水产科学，2011，7（4）：61-68.

[17]田应平，杨 兴，周 路，等. 工厂化水产养殖自动投饵系统的设计[J]. 贵州农业科学，2010，38（5）：238-242.

[18]吴子岳，刘兆明. 深水网箱需求式自动投饵装置的初步研究[J]. 海洋水产研究，2004，25（5）：70-73.

[19]汪万里，陈 军. 新型对虾养殖投饲装置研究[J]. 江苏农业科学，2013，41（4）：365-366，376.

[20]王志勇，湛志新，江 涛. 集中式自动投饵系统的研制[J]. 渔业现代化，2011，38（1）：46-49.

[21]肖 忠，张新建，莫洪林. 程控投饵机自动控制系统设计[J]. 农机化研究，2007（12）：79-82.王鹏飞，刘俊峰，柴立发，等. 果园开沟机超低速传动系统的设计与试验[J]. 江苏农业科学，2015，43（10）：461-464.endprint