黄胜维 陈丽城 农燕林 何金秋 谭娇兰

摘要：传统的水产养殖存在资源消耗大、产量低、人力成本高等缺点。本文设计了一款基于三菱可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC，的对虾工厂化循环水养殖控制系统。研究了当前水产养殖方式的背景，分析了對虾养殖的环境条件及要求;明确了养殖系统的功能需求，提出基于PLC的工厂化养殖的控制系统，完成了对虾养殖系统的设计与搭建工作。通过实际测试验证了系统的有效性，为进一步实现对虾养殖自动化奠定基础。

关键词：循环水控制;三菱PLC;温度控制

引言

20世纪70年代，国外工厂化循环水养殖的信息已经流入国内，北京、上海等各地的水产研究院、中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所等先驱者开始跟踪研究，但那时并没有出现真正意义上的工厂化循环水养殖。20世纪80年代，国外的工厂化循环水养殖设备和技术开始进入中国，但因当时的设备价格昂贵，养殖方式无法大规模普及。随着当时物流业的迅速发展，我国北方的水产品价格大幅下跌，工厂化循环水养殖方式带来的经济收益受到了严重质疑，从而使其发展进入了低谷[1]。到了21世纪后，随着经济的发展，全国各地兴起了很多水产养殖示范区，国家有关科研计划大力支持工厂化循环水养殖的研究，并取得了重要的阶段性成果。后自主研发适合我们国家国情的养殖设备，如微滤机、臭氧发生器、蛋白分离器等，逐步完善养殖技术和工艺。

一、研究内容及方法

以南美对虾为例：设置养殖池尺寸为4m*5m，深度1.4m。最适生长温度是23-32℃，生存水温是10-40℃[2]。最佳的生存水色由绿藻和硅藻形成。在PH值上，对虾养殖偏向碱性，PH值在7.8到9之间[3]。对虾的耐盐性较强，能适应比较高浓度的盐度，可以适当地增加盐度有利与对虾的生长，但养殖水的含盐度不能浮动过大，否则会伤害到对虾。池水中往往会存在比较高含量的亚硝酸态氨、铵态氮和硫化氢等物质。这些物质的存在会严重影响到对虾的生长，必须将其物质控制在0.5毫克每升左右。

本设计以三菱可编程控制器为系统的控制中心，在触摸屏上我们选择昆仑通泰触摸屏进行监控与交互。该系统可实现机电一体化，减少大量人工。水质在线监测系统能实时掌握养殖水质环境信息，并可以根据水质监测结果实时调整控制设备，实现水产养殖的科学养殖与管理。利用循环流水对养殖池使原本静态的池水流动起来，保证养殖池体内水质新鲜、高氧量，促进水体中对虾的良性成长。

二、系统设计分析

液位控制部分：在养殖池的进水和排水的过程中，对养殖池液位[5]部分程序进行判定。当液位过高时，程序打开排水阀，暂时关闭进水泵，在水位下降后，恢复循环水过程。当养殖池水过少时，液位程序，关断电磁阀，待池水恢复设定的高度时，再重新开启。如此一来，既能保证活水的循环，又能实现对虾对养殖池的液位需求。

温控系统：利用PID模糊算法和占空比输出进行闭环控制。控制上利用了PID算法[4]，通过对PID参数的调节，输出一个合适的值来调节养殖池的温度，使温度稳定维持在预设温度上下。

定时增氧部分：晚上时，池中的溶解氧含量减少，通过TRD指令，将实时时间传送到程序的寄存器当中，控制增氧机在设定的时间内工作，满足养殖池的溶解氧含量要求。用户在触摸屏可以监测到增氧机的工作状态，在实时时间到达设定时间段内，增氧机开始工作，反之，当时间未到设定范围时，增氧机停止工作。

循环水处理：这一部分是工厂化养殖的核心，当系统启动后，首先进行初始化，接着养殖池的增氧机开始工作，排水阀开通，污水流经微滤机，然后流入沉淀池，进行杂质过滤。而后通过水泵抽水，将过滤完的水抽到生物净化池，利用水生物的特性消除对养殖有害物质。再将处理过的水经过臭氧杀菌消毒处理，然后通过热交换方式，将处理好的净水进行加温。最后出水回流到养殖池。在养殖池的进出水中，设置了液位开关，保证养殖池正常的水位。当养殖池水位过高时，液位传感器将信号发送到PLC内部进行处理，进水泵停止工作，当水位过低时，电磁阀通过PLC的指令控制关闭。

三、系统功能测试

本系统设计实现：通过上位机触摸屏进行系统控制，在触摸屏中显示各个设备的状态、实时时间、液位和温度值曲线等多方面内容。启动系统后，循环水系统部分，电磁阀和水泵开始循环水运作，用户可以在触摸屏监测到设备的运行状态。在触摸屏上可以更新实时时间，在晚上时养殖池氧气浓度下降，需设定增氧时间保持氧浓度值。其次可以在触摸屏观察液位的高低，当液位异常时，会进行警报。用户可以在触摸屏对养殖池进行温度设定，恒定养殖过程中的水温。

四、总结

对虾有较为广泛的市场前景，近年来，虾的养殖规模日渐扩大，对养殖技术提出了更高层次的要求。该控制系统确定科学的养殖模式，通过虾苗培育、饵料投喂、水质调控、管理等方面技术的提升，营造一个和谐的养殖环境，使养殖生态更为平衡，增强对虾的生命力，提升养殖的成功率，进而促进养殖经济、环保效益的提升。与周边散养对虾的养殖户相比，效益提高20%以上，实现了高效低人工的目的。该模式控制了成虾密度，相对降低了日投饵量，具有污染少、风险小、效益高等特点。

参考文献：

[1]谢龙.工厂化循环水养殖模式现状分析[J].当代水产，2019，44（08）：90-91.

[2]詹华山.南美白对虾工厂化循环水养殖技术[J].海洋与渔业，2020（07）：63-64.

[3]钟肇新，范建东.可编程程序控制器[M].广州：华南理工出版社，2003.

[4]班小强.基于PID的温度控制系统研究与应用[J].时代汽车，2020（21）：25-26.

[5]宋云清.触摸屏和PLC的液位自动控制在实践教学中的应用[J].电子测试，2021（05）：17-19.

梧州学院2021年自治区级大学生创新训练计划项目：对虾工厂化循环水养殖控制系统（项目编号：S202111354057）.

作者简介：黄胜维（2001-），男，汉族，广西钦州人，本科，学生。研究方向：自动化