時正亞 趙俊 黃春香 夏利玲

摘 要：在當(dāng)前高密度養(yǎng)殖的情況下，投食機周圍由于魚群大量聚集，排泄物急劇增多，導(dǎo)致區(qū)域水域的溶解氧量驟然下降，水質(zhì)的pH、氨氮、亞硝酸鹽指標(biāo)發(fā)生異常，誘發(fā)魚兒的生理性缺氧，極易患病，甚至存在翻塘等風(fēng)險。為了解決這些問題，本文開發(fā)設(shè)計出一種具有自行游走功能的水產(chǎn)養(yǎng)殖投食設(shè)備，實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖投料操作的自動化和精細(xì)化，提高水產(chǎn)品的養(yǎng)殖效率，降低養(yǎng)殖風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程控制;自行游走;水產(chǎn)養(yǎng)殖;投食設(shè)備

中圖分類號：S969.31文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）22-0013-03

Abstract： In the current situation of high-density aquaculture， due to a large number of fish swarms around the feeding machine， the excreta increases sharply， leading to the sudden decline of dissolved oxygen in regional waters， abnormal indicators of pH， ammonia nitrogen and nitrite of water quality， which induce physiological hypoxia of fish， and are prone to disease， and even have the risk of turning over the pond. In order to solve these problems， this paper developed and designed a kind of aquaculture feeding equipment with self-propelled function， realized the automation and refinement of aquaculture feeding operation， improved the aquaculture efficiency and reduced the aquaculture risk.

Keywords： remote control;self walking; aquaculture;feeding equipment

水產(chǎn)養(yǎng)殖是人為控制下繁殖、培育和收獲水生動植物的生產(chǎn)活動[1]。目前，高密度的養(yǎng)殖情況下，投食機周圍由于魚群大量聚集，排泄物急劇增多，導(dǎo)致區(qū)域水域的溶解氧量驟然下降，水質(zhì)的pH、氨氮、亞硝酸鹽指標(biāo)也發(fā)生異常，誘發(fā)魚兒的生理性缺氧，經(jīng)常浮頭，不但使得魚生長受阻，極易患病，更有甚者會導(dǎo)致魚群死亡。

現(xiàn)有的魚塘投食機通常只能固定在湖面某一位置，投放面積有限，且由于位置固定不能自行游走，導(dǎo)致投食機周邊聚滿了魚群，魚兒發(fā)生擁擠、堆垛，尤其在悶熱的夏天，極易發(fā)生“翻塘”的風(fēng)險[2]。因此，設(shè)計一種具有自行游走功能的水產(chǎn)養(yǎng)殖投食設(shè)備，實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖投料操作的自動化和精細(xì)化尤為必要[3]。

1 自動化水產(chǎn)養(yǎng)殖投食設(shè)備構(gòu)成與作業(yè)原理

無線遠(yuǎn)程控制的自動化水產(chǎn)養(yǎng)殖投食設(shè)備由岸上儲料送料裝置和移動投料浮臺兩部分構(gòu)成，并在儲料送料裝置部分配置了自動稱重功能，提供特定數(shù)量的餌料，以實現(xiàn)精細(xì)喂養(yǎng)。其中，移動投料浮臺結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從圖1可知，移動投料浮臺由浮力氣囊、投食筒、出氣風(fēng)機、電源、氣源、傳動機構(gòu)、噴射管、加氧管、氧濃度傳感器導(dǎo)管、噴氣頭、氧濃度傳感器、支架、換向閥、緊固件、錐形分料器、連接管、轉(zhuǎn)向電機等組成。在投食筒的筒壁上設(shè)有進料口，頂部設(shè)有出氣口，底部設(shè)有投料管，內(nèi)部設(shè)有出氣管。其中，進料口沿投食筒壁的切線方向設(shè)置，使空氣和餌料在投食筒內(nèi)沿螺旋線向下流動。當(dāng)風(fēng)機運行使投食筒內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓時，餌料連同空氣一起由進料口吸入投食筒內(nèi)，并在投食筒內(nèi)沿螺旋線下降，餌料受到重力作用而落下，并通過投食管投放到水中，空氣則在出氣管的底部轉(zhuǎn)向而向上流動由出氣口排出。為了實現(xiàn)投食移動浮臺在水面的移動和轉(zhuǎn)向，噴射管底部伸入水中并向一側(cè)延伸，氣源輸出的氣體能沿噴射管底部向外噴出，從而產(chǎn)生推進力驅(qū)動移動投料浮臺在水面移動。轉(zhuǎn)向電機通過傳動機構(gòu)驅(qū)動安裝于移動浮臺中央的噴射管，使其繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，改變噴射管底部延伸部分的方向，以控制移動投料浮臺的轉(zhuǎn)向。

由于在投放餌料的過程中會不可避免地出現(xiàn)魚群聚集的情況，因此會造成水體局部氧氣濃度降低。為了避免情況惡化而造成魚群缺氧，沿移動浮臺周向均勻設(shè)置4個垂入水中的氧濃度傳感器，當(dāng)某個氧濃度傳感器檢測到此處的氧濃度過低時，由換向閥實現(xiàn)氣路切換，空氣由加氧管進入水中實現(xiàn)氧氣補充。加氧管底部的噴氣頭有大量孔眼，大大降低了出氣流速，避免了流速對魚群造成的傷害。

2 自動化水產(chǎn)養(yǎng)殖投食設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計

自動化水產(chǎn)養(yǎng)殖投食設(shè)備控制系統(tǒng)如圖2所示。從圖2可知，自動化水產(chǎn)養(yǎng)殖投食設(shè)備控制系統(tǒng)的主站由PLC、無線通信模塊、PC機、TP700Comfort觸摸屏（選配）、動載稱重模塊（儲料送料裝置處配置）等部分組成。無線通信模塊采用內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議的工業(yè)級GPRS-DTU，型號為WG-8010[4]。為降低設(shè)計成本，PLC選用S7-200系列中的CPU224XP，PC機裝載組態(tài)王軟件。投食移動浮臺從站由CPU224XP、無線通信模塊GPRS-DTU、Y502-A濃氧度和溫度傳感器、浮臺轉(zhuǎn)向步進電機驅(qū)動模塊、氣源泵變頻驅(qū)動模塊等組成。

無線通信模塊WG-8010通過RS232/485數(shù)據(jù)接口連接PLC，按設(shè)定模式自動執(zhí)行預(yù)設(shè)AT指令，完成主站與投食移動浮臺從站之間的通信，將主站的轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)角度數(shù)據(jù)、濃氧度設(shè)置值和預(yù)警值、溫度設(shè)置值和預(yù)警值、浮臺移動啟停指令等數(shù)據(jù)分發(fā)給各浮臺，并接收各浮臺的濃氧度與溫度測量值，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的全透明傳輸。采用MM420變頻器來控制氣源泵的轉(zhuǎn)速。當(dāng)浮臺處于移動工作狀態(tài)時，氣源泵處于高頻運行狀態(tài)，以便噴射管獲得較高氣壓，保證浮臺的移動效果;浮臺處于投食狀態(tài)時，系統(tǒng)根據(jù)濃氧度實際測量值，采用PID算法調(diào)整變頻器輸出頻率，使加氧管里的加氧量及時可調(diào)。移動浮臺步進轉(zhuǎn)向電機型號為3S57Q-04079，3M458驅(qū)動器驅(qū)動噴射管繞浮臺軸心0°～360°可調(diào)，理論細(xì)分可達(dá)3600/4 000，實際聯(lián)調(diào)達(dá)3600/2 000，滿足浮臺的轉(zhuǎn)向需要。

投食移動浮臺從站由主程序、定時通信中斷子程序、濃氧度PID自動調(diào)節(jié)子程序、移動驅(qū)動子程序等組成。其中，主程序流程如圖3所示;中斷通信子程序完成從主站讀取預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)（預(yù)設(shè)移動量、預(yù)設(shè)濃氧度、濃氧度極限值、轉(zhuǎn)角設(shè)置值）。

3 結(jié)語

本文對常規(guī)水產(chǎn)養(yǎng)殖投食設(shè)備進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，并引入無線傳感技術(shù)實時監(jiān)控投食水域的濃氧度，利用浮臺步進轉(zhuǎn)向電機和氣源電磁閥組的控制實現(xiàn)投食浮臺的自行移動，解決了高密度養(yǎng)殖情況下投食機周圍由于魚群的大量聚集，排泄物急劇增多，溶解氧量驟然下降，魚兒缺氧“浮頭”等問題，降低了農(nóng)戶的養(yǎng)殖風(fēng)險。

參考文獻(xiàn)：

[1]紀(jì)然然，陳曙光，彭晶晶，等.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在魚類養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控方面的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2015（6）：184-186，223.

[2]劉雨青，李志浩，曹守啟，等.基于模糊控制的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2020（2）：25-32.

[3]張仁蜜.智能水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2020（2）：99-100.

[4]吳建伸，曾慶源，歐鈴娥.“互聯(lián)網(wǎng)+水產(chǎn)養(yǎng)殖”系統(tǒng)設(shè)計[J].通訊世界，2019（2）：39-40.