摘要 为满足鲍鱼高效可控的保活流通需求，采用实时动态监控的冷海水喷淋保活模式，研制了鲍鱼保活运输车。对冷海水喷淋保活运输车的环境控制技术进行研究，探索合适的喷淋循环水水质净化方式，对喷淋海水紫外杀菌技术进行研究，分析了不同辐照强度、辐照时间对灭菌效果的影响；对气提式砂滤器中进气量、砂层厚度、砂层粒径对固体颗粒物等去除率的影响进行研究，同时对喷淋海水温度BPNN-PID控制与传统PID控制效果进行对比研究。结果表明，研制的鲍鱼保活流通运输车具有良好的环境调节性能，可满足鲍鱼保活运输需求。

关键词 鲍鱼；保活运输车；研制

中图分类号 S981.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2018）21-0189-04

Abstract In order to meet the demand for efficient and controllable keepalive of abalone， we adopted a realtime dynamic monitoring mode of cold seawater spray and preservation， developed an abalone keepalive transport vehicle， and implemented an environmental control technology for cold seawater spray keepalive transport vehicles. Besides， we researched and explored suitable spray circulating water purification methods， conducted research on ultraviolet disinfection technology of spray seawater， analyzed the influence of different irradiation intensity and irradiation time on the sterilization effect， and carried out air intake in the air stripping sand filter. The effects of air inflow， sand thickness， sand particle size on the removal of solid particles were researched. The comparative research on the effects between spray seawater temperature BPNNPID control and traditional PID control was carried out. The results indicated that the abalone keepalive flow vehicle developed in this research had good environmental regulation performance and could meet the needs of the abalones keepalive transportation.

Key words Abalone；Keepalive transport vehicle；Development

我国在水产品运输[1-3]方面具有较久的历史，但整体运输手段和保活流通水平较为落后。鲍鱼在保活运输过程中必须通过一系列的调节措施，使得保活环境维持或者接近其赖以生存的自然环境 [4-5]，或者通过一系列的措施降低其新陈代谢活动，从而实现保活运输。国内在鲍鱼保活流通运输方面也开展了一些研究：徐文其等[6]分析了鲍鱼保活运输的机理，并概述了各方法的优缺点；倪锦等[7]针对高值贝类保活有学者提出了冷海水喷淋保活方法，利用冷海水喷淋保活技术与生态冰温技术相结合，可实现高值贝类的保活运输[8-9]。在鲍鱼保活运输装备方面的研究较少，考虑水产品运输的相对通用性，可借鉴相关的研究：申淑琦等[10]等分析了贝类保活技术及工艺，展望了现代可行的贝类保活途径；宗慎强等[11]研制了鲜活水产品运输车环境控制系统，并进行了优化仿真，得到了较优方案；张饮江等[12]研制了水产品保活流通设备，可实现自动控温、高效增氧等环境调节功能；朱健康等[13]研制了活鱼运输装置，可以满足水温、溶氧和水质等关键影响因子的调控。综合而言，鮑鱼现有的运输模式落后，存在运输距离近、死亡率高、运输效率低、运输过程缺乏实时状态监测和可控调节措施等问题，迫切需要进行技术革新，开发一种全新的保活运输技术，构建可控的、高效的保活运输车[8，14]。

针对上述问题，笔者研制了鲍鱼保活运输车，构建了智能控制系统、冷热调节子系统、雾化喷淋与增氧子系统、净化杀菌子系统、环境监测子系统、电力供应设备和鲍鱼转运架等主要模块，进一步针对保活运输车环境调控性能进行评估，分析喷淋温度控制、喷淋海水溶氧控制以及喷淋海水流率控制等环境调节能力，验证鲍鱼保活运输车的环境调控能力。

1 鲍鱼保活运输车的基本原理

鲍鱼保活运输车主要包含智能控制系统、冷热调节子系统、雾化喷淋与增氧子系统、净化杀菌子系统、环境监测子系统、电力供应设备和鲍鱼转运架（图1）。智能控制系统的主体为基于PLC的智能控制核心，其连接着智能数据采集传输模块、GPS定位模块、数显终端和操控触摸屏等，实现保活运输车的智能监控；冷热调节子系统可以保证冷量或热量的供给，智能切换，保证不同季节的温度控制需求；雾化喷淋与增氧子系统用于保活流通过程中的水量、溶氧等基本需求，维持鲍鱼保活所需的环境；净化杀菌子系统包括紫外杀菌装置、气提式砂滤系统等；环境监测子系统主要由车厢内的气压传感器和温度传感器、湿度传感器和水槽内温度传感器组成，可实时监测车内环境；电力供应设备主要包含发电机及应急蓄电池系统，保证车辆正常运行的电力需求；鲍鱼转运架主要功能是实现鲍鱼的车上装载，以及快速灵活的转运需求。

2 鲍鱼保活运输车的主要组成

2.1 保活运输车本体

保活运输车为一部解放牌改装厢式保温货车，其车厢内部可利用尺寸为长7.5 m、宽2.3 m、高2.4 m，车厢主体为角钢框架结构，内外表面包覆0.6 mm的铝合金板，并在内表面涂上0.2 mm的玻璃钢涂层，内外表面之间的隔热层厚度为50 mm，中间填充保温材料，以隔绝内外热量的传递。除去设备区，实际利用长度为6.0 m。

2.2 智能控制系统

智能控制系统的核心采用Siemens S7/CPU-226PLC，人机界面采用Simatic 10.4inch 彩色触摸显示屏，GPS采用驿唐科技的定位模块，采用网口通型号传输模块，实现车辆本地控制与远程动态监控。智能控制系统可实现数据动态采集，实时存储和智能预判报警等功能。

2.3 冷热调节子系统

冷热调节设备主要作用是通过控制循环水的温度来调节车厢内保活环境的温度，在降温过程中采用梯度降温模式，防止温差变化过大影响存活率，按照热负荷平衡计算，运输车厢表面积、运载的水体、转运架以及鲍鱼的总量约为13 450 W选用1台涡旋式制冷压缩机，以R410A为工质，在冷凝温度50 ℃、蒸发温度7 ℃时，制冷量为15 125 W，可满足冷量调节需求，标准制热泵运行制热量为25 135 W。

2.4 雾化喷淋与增氧子系统

根据工艺试验测算，选用南方泵业型号为ZS80-65-125/5.5离心式循环水泵，额定流量为100 m3/h，扬程为13 m，功率为5.5 kW，选用2台喷淋泵，成并联安装，一台作为工作循环泵，另一台作为备用循环泵。选用一台回水泵，型号为ZS80-65-125/5.5离心式循环水泵，额定流量为100 m3/h，扬程为13 m，功率为5.5 kW。采用雾化喷头，实现均匀雾化喷淋。在保活运输过程中，鲍鱼需要消耗氧气，利用制氧机向循环水体曝气，按照试验测算，1 t高值鲍鱼需要消耗的氧气为250 g/h左右，选用BS52-FY10制氧机2台，单台功率为900 W，单台供氧量为600 L/h，可以满足3.6 t鲍鱼保活运输过程中对氧气的需求。

2.5 净化杀菌子系统

在保活流通运输过程中，为了有效减少细菌对保活流通效果的影响，在水箱内部侧壁采用浸没式紫外杀菌灯，安装多个UV550W STRRILIZER紫外杀菌灯，紫外辐射强度为30 000 μW/cm2，并在喷淋管路内安装多个254 nm 紫外线灯，功率分别为25和40 W功率，以满足更好的杀菌需求。借鉴淡水鱼保活流通过程中水体过滤模式，采用不锈钢孔板进行粗滤，石英砂进行细滤，将过滤装置与水循环系统集成，能够基本满足过滤需求。在喷淋水循环管路中设置了气提式过滤器，进一步提高循环水的过滤效果。

2.6 环境监测子系统

环境监测系统主要功能是满足环境参数，系统运行状态的监控，环境参数监测传感器主要包括气压传感器和温度传感器、湿度传感器和水槽内温度传感器，系统运行状态监测传感器主要包括电压传感器、水流传感器等。

2.7 电力供应设备

选用一套柴油发电机组及应急蓄电池系统，其发电机型号DN184J，主用功率32 kW，频率50 Hz，转速1 500 r/min，功率因素0.8，三相四线制，该发电机组可以满足各设备用电需求。滿负荷运行耗油为8.67 L/h。应急蓄电池系统的容量为3 kW·h，以满足应急电力需求。

2.8 鲍鱼转运架

鲍鱼转运架是鲍鱼转运必备硬件，根据车厢内部提供的空间位置设计，喷淋转运架做成2排，每排为3个，底部设置轨道轮，并在车厢底部设置轨道。喷淋转运架上部设置循环水管道接口，装筐后的鲍鱼放置在喷淋转运架上，每个喷淋转运架分为4层，每层的顶部有喷淋孔。

3 保活运输车环境控制技术研究

为测试冷海水喷淋保活运输车的环境控制性能、探索最佳的喷淋循环水水质净化方式，开展喷淋海水紫外杀菌技术研究，分析不同辐照强度、辐照时间对灭菌效果的影响；开展气提式砂滤器中进气量、砂层厚度、砂层粒径对固体颗粒物等去除率影响的研究，开展BPNN-PID与传统PID控制对喷淋海水温度控制影响的研究。

3.1 紫外参数对保活水体灭菌效果的影响

在冷海水喷淋保活喷淋系统的管路上，安装不同功率的紫外杀菌装置，分别开展不同功率紫外杀菌灯，不同流量下紫外杀菌对保活水体灭菌效果影响试验。细菌总数按GB 5750中平皿计数法测定。紫外杀菌采用254 nm 紫外线灯，设定不同的循环水水流量，采用可调功率的紫外设备对管道内的水体进行紫外杀菌，分析不同组的杀菌效果，开展不同参数的紫外杀菌试验，结果见表1。

从表1可知，在海水喷淋保活循环系统中，紫外线输入功率和循环水流速是影响紫外线杀菌效果的重要因素。单位水体的紫外线输入功率越大，杀菌效果越好；水体通过紫外灯杀菌器的流速越大，总杀菌效果加大。保活运输车在实际运行中，可以采用大功率紫外灯辐照以及小流量循环方式。

3.2 砂滤参数对保活水体中固体颗粒物去除效果的影响

保活运输车上的砂滤器采用气提式砂滤器，注入定流量的气提，使得砂层底部的砂粒被提起，由于砂子与海水之间力的相互作用，产生了大量气泡，固体颗粒物被气泡裹附，石英砂因重力作用落到砂层顶部，气泡和固体颗粒物从排污口排出。该测试中单个砂滤器处理水量为5 m3/h。开展不同的对比试验，研究最合适的砂滤参数，使得去除保活水体中固体颗粒物的效果最佳。颗粒悬浮物（SS）采用称质量法测定。试验时计算颗粒悬浮物采用称重量法，且仅研究水体单次流经气提式砂滤器的过滤试验，对气提式砂滤器的净化效果进行研究，采用不同的砂层厚度、砂层粒径比较对水质优化的效果，试验结果见表2。

根據试验结果可知，在砂层厚度800 mm、粒径1～2 mm、通气量为0.5 m3/h时，砂滤器对颗粒悬浮物的去除效果比较好，单次循环水体中的过滤颗粒去除率为58.12%。在保活运输车中设置多个砂滤器，通过多次过滤可以显著降低保活水体的颗粒悬浮物，实现水质净化。

3.3 喷淋海水温度BPNN-PID控制与传统PID控制效果对比

为了分析保活运输车喷淋海水温度控制的效果，开展了喷淋海水温度的BPNN-PID控制效果试验，并与传统的PID控制器的控制效果进行了比较，结合相应控制指标对试验结果进行了评价。BPNN-PID采用参数自整定，PID控制参数采用稳定边界法进行整定。PID控制与BPNN-PID控制的结果如图2～3所示。

从图2和表3可以看出，基于BP神经网络（BPNN-PID）控制的超调量为15%，常规PID控制的超调量为76%，BPNN-PID控制优于常规PID控制，不会引起系统大波动。另外BPNN-PID控制的过渡时间和延迟时间也远低于常规PID控制，BPNN-PID 控制能很快达到稳定状态。衰减率比常规PID小很多，控制比较平稳。从图3可以看出，保活运输车采用的基于BP 神经网络的PID 控制明显比常规PID 控制稳定，波动很小，达到稳定的时间也明显比常规PID控制要短，具有更好的控制效果。保活运输车采用的基于BP神经网络的PID控制具有自学习、自适应性的优点，可以实现控制参数在线调节，保证最优的控制效果。

4 结论

该研究采用实时动态监控的冷海水喷淋保活模式，研制了鲍鱼保活运输车，构建了智能控制系统、冷热调节子系统、雾化喷淋与增氧子系统、净化杀菌子系统、环境监测子系统、电力供应设备和鲍鱼转运架等主要模块，可满足鲍鱼的保活运输需求，进一步针对保活运输车环境调控性能进行了评估，主要结论如下：

（1）紫外线输入功率和循环水流速是影响紫外线杀菌效果的重要因素，保活运输车在实际运行中，可以采用大功率紫外灯辐照以及小流量循环方式，保证最佳的杀菌效果。

（2）在砂层厚度800 mm、粒径1～2 mm、通气量为0.5 m3/h时，砂滤器对颗粒悬浮物的去除效果比较好，单次循环水体中的过滤颗粒去除率为58.12%。在保活运输车中设置多个砂滤器，通过多次过滤可以显著降低保活水体的颗粒悬浮物，实现水质净化。

（3）保活运输车采用的基于BP 神经网络的PID 控制明显比常规PID 控制稳定，波动很小，达到稳定的时间也明显比常规PID控制要短，具有更好的控制效果。

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