吳強澤　袁永明

摘要：投飼機是水產養(yǎng)殖業(yè)必備的漁業(yè)機械設備，自動投飼機的發(fā)展推動了漁業(yè)現代化的進程。介紹了漁用投飼機的類型結構及行業(yè)發(fā)展現狀，分析國內外自動投飼系統(tǒng)的發(fā)展與應用情況?？偨Y出目前國內的傳統(tǒng)投飼機存在著投飼不精確、控制模式單一、智能化程度低等問題，對今后投飼機發(fā)展提出了建議。

關鍵詞：水產養(yǎng)殖；投飼機；自動投飼系統(tǒng)；智能化

中圖分類號： S969.31 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）10-0458-03

改革開放以來，我國水產養(yǎng)殖行業(yè)獲得了迅猛發(fā)展。1978年，我國水產養(yǎng)殖產量僅為121.2萬t，約占當年水產品總量的26%；1988年，我國水產養(yǎng)殖產量首次超過捕撈產量，從此開啟了 “以養(yǎng)為主”的產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略[1]。2013年，我國水產養(yǎng)殖產量達4 542萬t。隨著我國養(yǎng)魚業(yè)的迅速發(fā)展，養(yǎng)魚機械成為淡水魚類養(yǎng)殖不可或缺的設備[2]。人工投飼在小面積池塘效果很好，但在大面積魚塘投喂時，受人體力、環(huán)境、天氣影響很大[3]。人工投料并不能保證投喂的均勻性，費時、費工、勞動強度大、效率低，甚至浪費魚飼料，同時污染池塘水質，影響魚類的生長發(fā)育，增加了養(yǎng)殖成本[4]。漁用投飼機集定點、定時、定量于一體，具有投飼面積廣、投飼均勻、減少飼料浪費、降低水質污染等優(yōu)點。既減輕了漁民勞動強度，又增加了魚產量。投飼機是繼增氧機后又一量大面廣、有顯著效益的水產養(yǎng)殖機械。本研究介紹了漁用投飼機的類型結構及行業(yè)發(fā)展現狀，分析國內外自動投飼系統(tǒng)的發(fā)展與應用情況，旨在為我國投飼機研發(fā)提供參考。

1 漁用投飼機的種類及結構

1.1 投飼機的類型

1.1.1 從應用范圍分 池塘投飼機是所有的投飼機中應用最廣的一種。由于池塘養(yǎng)殖飼料主要為顆粒飼料，其拋撒機構一般使用電機帶動轉盤，靠離心力把飼料拋撒出去。網箱投飼機分水面網箱投飼機、深水網箱投飼機2種。深水網箱投飼機需要把飼料直接輸送到距離水面幾米以下網箱的中央。室內工廠化投飼機通常用于工廠化養(yǎng)魚、溫室養(yǎng)魚，要求投飼機每次下料量少且精確，拋撒面積一般在1 m2左右[5]。

1.1.2 從投料形式分 離心式投飼機由料箱、供料機構、投料機構及控制器等組成，投料形式為機械離心拋投的投飼機。風送式投飼機由料箱、供料機構、投料機構（空氣壓縮機或風機、輸送管、輸送分配裝置等）及控制器等組成，投料形式為風力拋投，一般用于蝦塘養(yǎng)殖[6]。下落式投飼機由料箱、供料機構及控制器等組成，投料形式為自由下落的投飼機，用于投飼量小的工廠化試驗養(yǎng)殖。

1.1.3 從應用動力分 從70 W到180 W的功率對應不同大小的料箱以及不同面積的養(yǎng)殖水面。70 W用于007～0.33 hm2的魚塘，120 W用于面積超過0.67 hm2的水面。太陽能適于架線不方便的地區(qū)，如網箱養(yǎng)殖、海洋牧場[7]。柴（汽）油機適用于移動投飼，尤以移動投飼船居多[8]。

1.2 投飼機的結構

投飼機由4個部分組成，分別是料箱、下料裝置、拋料裝置、控制盒[9]（圖1）。

一般的漁用投飼機料箱蓋通常都是簡單的翻起式，主要是為了防曬、防雨?，F在也出現一些新型滑動式的箱蓋。料箱的作用是放飼料。料箱通常采用立方形或圓筒形，材料一般用白鐵皮或黑鐵皮。最近幾年塑料殼料箱投飼機發(fā)展也很快。白鐵皮材料料箱工藝簡單，價格較低，但鐵皮較薄、強度較低。黑鐵皮較厚，加工需要專門設備，經過折邊、焊接、噴漆等工藝，產品外觀漂亮、牢固結實，但價格稍高。塑料結構防腐蝕，防漏電，但不太堅固，要做到防摔、防鼠咬。漁用投飼機都設有下料裝置，對每次下料量、下料持續(xù)時間、下料間隔時間等進行控制。目前下料裝置有振動式下料、絞籠式下料、翻板式下料、漏斗式下料。目前最常用的是振動式下料，由振動電機、偏心連桿以及下料倉組成。工作時利用振動電機帶動偏心連桿形成往復運動，帶動送料盒產生振動，將飼料均勻地送到甩料盤，甩料盤將飼料扇形拋撒到漁塘進行投喂。這種振動下料裝置解決了下料、分料過程中早期投飼機產品容易出現堵料、卡轉、下料不均勻等問題，降低了投飼機故障發(fā)生率[10]。拋料裝置的功能是把飼料輸送到投飼區(qū)并撒開一定面積，根據不同的應用分為自由下落式、風力輸送式、水力輸送式、離心拋投式。離心拋投式是目前最常用的方式，拋撒裝置由離心電機、甩料盤組成。當飼料從下料裝置的下料口落到旋轉的圓盤上時，靠離心力作用把飼料拋撒出去?？刂破饕话阊b在料箱背后的控制盒里，主要有2個功能：一是定時功能，開啟投飼機前設定好投喂時間，一定時間后自動停止投喂；另一個是間隔投喂功能，投料期間每隔一定時間打開下料倉進行投喂，然后關閉，不停重復，到了定時時間停止投喂?？刂破魍ǔ７譃闄C械定時、電子定時以及最新的單片機為核心的控制器3種。

2 我國投飼機產業(yè)現狀

我國投飼機械研究開發(fā)始于20世紀80年代。90年代中期，養(yǎng)殖戶開始逐漸認識到使用魚塘投飼機可以提高飼料利用率，投飼機產銷量開始大幅度提高。2008年，國內各種類型投飼機的年產量達16萬臺，產量僅次于增氧機。目前，投飼機投飼方式主要有離心式、下落式、風送式。據不完全統(tǒng)計，目前全國投飼機生產企業(yè)有上百家，主要分布在江蘇省、湖北省、廣東省、浙江省、福建省、天津市、北京市等地。由于產品適應市場需求，目前江蘇省金湖縣、湖北省仙桃縣、廣東省珠江三角洲等地區(qū)已形成了投飼機產品的集中生產地[11]。金湖縣是全國著名的漁業(yè)機械之鄉(xiāng)，漁業(yè)機械加工企業(yè)包括金湖小青青機電設備有限公司、金湖縣漁業(yè)機械有限公司、金湖縣漁業(yè)養(yǎng)殖設備廠、金湖縣榮盛漁網廠等，主要生產增氧機、投飼機、漁網等，年總產值超億元。金湖小青青機電設備有限公司總經理張曉青擁有多項國家專利技術發(fā)明，是振動式漁塘投飼機專利發(fā)明人以及投飼機行業(yè)標準主要起草人之一。近幾年，為適應大水面、遠程投飼的需要，氣動式投飼機被投向市場，這種投飼機節(jié)省人工，飼料輸送量大，輸送距離遠，拋撒面積大。金湖縣華能機電有限公司發(fā)明了太陽能充電式投飼機，該機器不但節(jié)約能源、減少生產成本，而且提高了安全性。江蘇歐益機械有限公司設計了旋轉滑動式箱蓋，該機器不但安全可靠、方便用戶使用、不傷人，而且能有效防止雨水滲漏，確保飼料不結塊。江蘇恒深洋機械有限公司設計了計重式投飼機，實現了投飼機計重投料功能。江蘇省、湖北省等地的投飼機一般采用白鐵皮或者黑鐵皮材料制作料箱，白鐵皮成本低但不夠堅固，黑鐵皮堅固但易生銹，成本高。廣州市中浪機械科技有限公司生產的漁意牌魚塘投飼機采用全新改性工程塑料，更安全耐用且穩(wěn)定可靠，料箱整體設計采用卡式快遞拼裝結構，方便倉儲，節(jié)約運輸成本。廣州和仕漁業(yè)機械的投飼機采用防鼠線材，有時間控制以及支持紅外線的無料停機版，支持更多的操作方式，適應廣大漁民需求。endprint

3 國內外自動投飼現狀

3.1 國外自動投飼裝備的應用概況

在挪威、德國、美國等國，自動投飼裝備普遍適用于室內工廠化養(yǎng)殖，從飼料運輸、儲存以及投放等各個過程都有著極其精確的數量控制[12]。加拿大Feeding Systems公司成功研制了適用于陸基養(yǎng)殖工廠、大網箱、魚苗孵化場的自動投飼系統(tǒng)，為一些養(yǎng)殖對象開發(fā)出不同的投飼控制軟件[13]。美國ETI公司研制出專為深水網箱設計的具有高精確性、高可靠性、大容量的Feedmaster投飼系統(tǒng)，是目前世界上深水網箱的自動投飼系統(tǒng)中使用最多的模式之一。芬蘭Arvo-Tec公司為陸基養(yǎng)殖開發(fā)出機器人投飼系統(tǒng)，這套系統(tǒng)由小型漏斗形投飼單元組成，這些投飼單元沿著養(yǎng)殖池上方的軌道移動在各個養(yǎng)殖池之間。系統(tǒng)通過中心計算機控制系統(tǒng)實現無人操作，池與池之間設置不同的投飼程序[14]。日本Nitto Seiko公司的自動投飼系統(tǒng)也施行小料倉投喂模式，小料倉安裝懸掛在各個深水網箱上方，通過操作計算機以及控制面板來對小料倉進行投料控制，也可以對多個料倉進行集中控制，還可以通過手機來實現遠程控制[15]。

3.2 國內自動投飼的研究進展

國內大部分池塘養(yǎng)殖使用簡易的小型自動投飼機，除了投飼量較小外，一般只能控制3個功能：定時時間、間隔時間、拋撒時間，遠不能滿足集約化養(yǎng)魚技術不斷發(fā)展的需求，因此很多專家或企業(yè)嘗試開發(fā)適用于大水面養(yǎng)殖、深水網箱養(yǎng)殖以及室內工廠化養(yǎng)殖的自動投飼系統(tǒng)。胡昱等研發(fā)出深水網箱自動投飼系統(tǒng)，該自動投飼系統(tǒng)以流行的PLC為核心，通過繼電接觸器來控制各個設備的啟動停止，動態(tài)定時、定點以及定量的投飼，實現精確投飼[16]。田應平等設計了1套適用于室內工廠化養(yǎng)殖的自動投飼系統(tǒng)，這個系統(tǒng)以計算機及可編邏輯控制器為核心，運用自動控制技術、通信網絡技術，監(jiān)控軟件收集并存儲投飼系統(tǒng)運行數據，具有監(jiān)測、報警、自動投飼等功能，實現了飼料的全天候實時自動投放以及遠程監(jiān)控[17]。吳子岳等開發(fā)了需求式的自動投飼裝置，網箱的魚群經過短時間馴化，有進食需求時自發(fā)觸動水下感應裝置，通過傳感設備啟動下料裝置，該裝置通過PLC實現投飼控制，優(yōu)點是能根據養(yǎng)殖魚類需求實時投飼，水體污染減少，飼料利用率高，滿足了當前深水網箱自動化發(fā)展的需求[18]。農業(yè)部漁業(yè)裝備與工程技術重點實驗室研發(fā)了新型對蝦養(yǎng)殖投飼裝置，該設備選擇蓄電池作為電源、電動減速機作為動力輸出源，采用輪式的移動方案，經過設計改進，實現了移動過程中進行投喂的功能，而且投飼效率高，工作可靠穩(wěn)定，投飼符合對蝦的攝食特性，克服了當前對蝦養(yǎng)殖過程中人工投飼的缺陷[19]。王志勇等研制的集中式自動投飼系統(tǒng)仍然以PLC為控制核心，結合傳感器技術進行投飼控制，并基于氣力輸送原理對投飼裝置的關鍵結構以及管路輸送結構進行合理設計，通過集中供料、多路配送，實現了同時向多個養(yǎng)殖目標進行長距離、大容量的投飼，該系統(tǒng)同時可以方便操作人員只在控制室內就可以進行投飼操作以及遠程的監(jiān)控[20]。

4 投飼機的控制模式

控制器是投飼機結構中最核心的部分，決定了投飼機的使用方法以及運行模式。市面上最普通的池塘投飼機大都采用機械旋鈕方式，除此之外，以電子按鍵、單片機為核心的控制盒逐漸流行起來。

4.1 機械控制器

目前大部分的投飼機面向的客戶是普通漁民，決定了投飼機成本不能太高，這類投飼機偏向簡單的機械旋鈕定時方式。圖2是金湖小青青機電設備有限公司生產的STLZ型投飼機控制盒。

圖2中，主機定時30 min指1次運行30 min，30 min后自動關機。微電機是拋料的離心電機，定時7 s表示每次拋料7 s。長短指落料間隔的長短，通常5 s左右。有些投飼機的生產商將間隔時間細化，但是原理大同小異。這是最簡單的通過機械旋鈕定時的方式，隨著使用消耗，這類控制盒到最后大都定時不準，不能滿足科學養(yǎng)魚的需要。

4.2 電子控制器

除了機械定時，市面上也有很多電子定時控制盒，這種控制器摒除了不準確的機械旋鈕方式，采用電子按鍵，并且支持LED顯示。圖3是廣州市中浪機械科技有限公司生產的漁意牌投飼機控制器。

這類電子定時器為核心的控制盒，除了控制投料時間、投料間隔時間以及每次投喂時間長短外，大都支持定時開關機功能，擁有時鐘設定的選項，可以在開機前就設定全天的工作資料。這種控制器的按鍵模式比機械旋鈕使用壽命長，電子定時器的定時功能也比機械旋鈕的機械線圈定時更準，屬于半自動的投飼機。每天需要人去機器旁邊設定，遇到緊急情況不能及時調整，所以這種電子控制器仍然不夠智能。

4.3 單片機為核心的控制器

單片機屬于微型控制系統(tǒng)，可以嵌入到投飼機控制盒里，并支持邏輯編程。相對于電子控制器來說，以單片機為核心的控制器更加方便靈活，支持很多拓展功能，屬于全自動的控制模式?，F在也有很多的科研單位或個人嘗試以單片機為核心設計自動投飼控制系統(tǒng)。肖忠等研究的程控投餌機自動控制系統(tǒng)以MCS-51系列單片機89S51作為系統(tǒng)控制器，開機前只需設定定時開機、工作擋位、投餌機工作時長等3個參數，這種控制器提供記憶功能，用戶通過按鍵選擇參數，新設定的參數會自動保存在控制盒的外部存儲器中，即使開機后不改變參數，控制器也能自動讀取存儲中的參數進行工作[21]。以單片機為核心的控制器大多因為設計缺陷存在工作不穩(wěn)定、電機故障率高、維護艱難等問題，因此這種類型的控制器并沒有大范圍推廣。

5 展望

隨著科技的進步，目前投飼機已經解決了漏電、進水、投飼不均勻、堵料等問題，但仍具有投飼量不精確的問題。傳統(tǒng)的漁用投飼機是根據定時時間長短來決定投飼量，定時時間往往是根據人們的經驗，沒有科學的計算和調整，無法準確得知投喂飼料質量，再加上投飼機的定時功能一般采用機械旋鈕定時的方式，轉動過程中容易接觸不良，如果定時器停走，會造成一箱飼料一次性全部投完，造成極大浪費。如果投喂途中出現跳閘、定時器走時較快等情況，會造成飼料投喂不足的問題?，F有的漁用投飼機并不能充分合理使用飼料，無法掌握投料量?？萍际堑谝簧a力，得益于互聯網技術、通信技術的發(fā)展，人們可以遠程實現對很多物品控制與使用。漁用投飼機普遍使用手動控制模式，雖然有定時功能，但需要人為選擇定時時間以及手動開關機。遇到惡劣天氣以及應急狀況，漁民只能去魚塘邊才能解決問題。如果可以實現短信、無線、網絡等方式的遠程監(jiān)測和控制，漁民不僅可以選擇自動、半自動或者手動的方法開啟使用投飼機，生產中也可以記錄每次的投料量、運行時間進行反饋調整。養(yǎng)殖對象對飼料的需求量、生長速度及其飼料轉化率都是隨著環(huán)境的改變而改變的，也與飼料的品質、養(yǎng)殖對象的生理因素密切相關，這些因素使養(yǎng)殖對象的必需飼料量具有不確定性，不可能通過計算獲得精確值。傳統(tǒng)的漁用投飼機只能大致估計投喂量，不能根據魚類的生長實時調整，也無法智能感知溫度、氣壓、濕度等一系列環(huán)境因素。目前投飼機只簡單替代了手動拋撒飼料這一過程，還不能滿足現代化漁業(yè)生產的需要。endprint

漁業(yè)機械的推廣和使用極大地推動了水產養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。國內自動投飼系統(tǒng)大都適用于室內工廠化養(yǎng)殖或網箱養(yǎng)殖，池塘投飼機的自動化系統(tǒng)研究欠缺。雖然室內工廠化養(yǎng)殖效益明顯，但目前池塘養(yǎng)殖在淡水養(yǎng)殖中仍然占較大比重，因此漁用投飼機的智能化系統(tǒng)研究與開發(fā)尤為重要。隨著科技進步，PLC技術也越來越成熟，將PLC技術應用到漁用投飼機控制器設計中，能夠開發(fā)出更加科學的投飼機系統(tǒng)，這種系統(tǒng)需要實時精確計算飼料質量，準確感知周圍環(huán)境，智能調整投喂時間和投飼量。

參考文獻：

[1]麥康森. 轉變增長方式是我國水產養(yǎng)殖持續(xù)發(fā)展的必由之路[J]. 漁業(yè)信息與戰(zhàn)略，2012，27（1）：1-6.

[2]李君略，俞 龍，王衛(wèi)星，等. 基于單片機的魚用投餌機自動控制系統(tǒng)[J]. 農機化研究，2006（2）：166-168.

[3]李振安. 池塘投飼機的設計方案[J]. 農業(yè)機械學報，1996，27（4）：76-79.

[4]林健康. TEJ500水產養(yǎng)殖自動投餌機[J]. 農機化研究，2003（1）：165，168.

[5]袁 凱，莊保陸，倪 琦，等. 室內工廠化水產養(yǎng)殖自動投飼系統(tǒng)設計與試驗[J]. 農業(yè)工程學報，2013，29（3）：169-176.

[6]陳石娟. 氣動式魚塘投飼機[J]. 海洋與漁業(yè)，2013（6）：54-55.

[7]李有觀. 太陽能自動投飼機[J]. 水產科技情報，2003，30（5）：239.

[8]唐 榮，鄒海生，湯濤林，等. 自動投飼船及其測控系統(tǒng)的設計與開發(fā)[J]. 漁業(yè)現代化，2013，40（6）：30-35.

[9]周曉林，焦仁育，朱文錦. 漁業(yè)自動投飼機類型、結構原理與應用[J]. 漁業(yè)現代化，2003（6）：46-47.

[10]唐東東，張曉青. 漁業(yè)機械推動了水產業(yè)發(fā)展——金湖小青青機電設備有限公司董事長張曉青專訪[J]. 內陸水產，2009，34（5）：26-27.

[11]葛一健. 我國投飼機產品的發(fā)展與現狀分析[J]. 漁業(yè)現代化，2010，37（4）：63-65.

[12]莊保陸，郭根喜. 水產養(yǎng)殖自動投餌裝備研究進展與應用[J]. 南方水產，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，黃小華，等. 基于PLC的深水網箱自動投餌系統(tǒng)[J]. 南方水產科學，2011，7（4）：61-68.

[17]田應平，楊 興，周 路，等. 工廠化水產養(yǎng)殖自動投餌系統(tǒng)的設計[J]. 貴州農業(yè)科學，2010，38（5）：238-242.

[18]吳子岳，劉兆明. 深水網箱需求式自動投餌裝置的初步研究[J]. 海洋水產研究，2004，25（5）：70-73.

[19]汪萬里，陳 軍. 新型對蝦養(yǎng)殖投飼裝置研究[J]. 江蘇農業(yè)科學，2013，41（4）：365-366，376.

[20]王志勇，湛志新，江 濤. 集中式自動投餌系統(tǒng)的研制[J]. 漁業(yè)現代化，2011，38（1）：46-49.

[21]肖 忠，張新建，莫洪林. 程控投餌機自動控制系統(tǒng)設計[J]. 農機化研究，2007（12）：79-82.王鵬飛，劉俊峰，柴立發(fā)，等. 果園開溝機超低速傳動系統(tǒng)的設計與試驗[J]. 江蘇農業(yè)科學，2015，43（10）：461-464.endprint