一種循環(huán)水養(yǎng)殖中溶解氧自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水產(chǎn)養(yǎng)殖自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種循環(huán)水養(yǎng)殖中溶解氧自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)是世界第一水產(chǎn)養(yǎng)殖大國(guó)，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)是我國(guó)漁業(yè)的重要組成部分，并已成為改善我國(guó)居民食物結(jié)構(gòu)和保障食物安全的有效途徑。陸基工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖被公認(rèn)為未來水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的重要發(fā)展方向，而溶解氧是水產(chǎn)養(yǎng)殖的生命線，是水生生物賴以生存和微生物消化過程所必需的物質(zhì)，是水體循環(huán)處理的必要條件，為提高水產(chǎn)養(yǎng)殖的自動(dòng)化控制和管理水平，溶解氧實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)在自動(dòng)化工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的應(yīng)用已是大勢(shì)所趨。我國(guó)在水質(zhì)實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)方面的研究起步較晚，技術(shù)相對(duì)薄弱，目前在水產(chǎn)養(yǎng)殖中應(yīng)用較少，僅停留在人工檢測(cè)和監(jiān)測(cè)的初級(jí)階段，沒有上升到實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)控的層面；即便采用自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，也多為國(guó)外進(jìn)口設(shè)備，價(jià)格昂貴，且不適合中國(guó)的養(yǎng)殖條件，因此急需研究開發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的水質(zhì)實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，而工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖池下的溶解氧實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)可作為水質(zhì)在線監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用的良好開端。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提出一種循環(huán)水養(yǎng)殖中溶解氧自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)及方法。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]—種循環(huán)水養(yǎng)殖中溶解氧自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，包括安裝在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中每個(gè)養(yǎng)殖池內(nèi)的溶氧探頭及溫度探頭、為每個(gè)養(yǎng)殖池提供溶氧的基礎(chǔ)供氧單兀和為每個(gè)養(yǎng)殖池提供緊急供氧的應(yīng)急供氧單元，溶氧探頭及溫度探頭與數(shù)據(jù)讀取單元連接，數(shù)據(jù)讀取單元與PLC連接，通過Modbus協(xié)議將采集數(shù)據(jù)傳遞給PLC，PLC與上位機(jī)服務(wù)器連接，將接收到的采集數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)服務(wù)器，由上位機(jī)服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)并提供給與上位機(jī)服務(wù)器連接的訪問終端，同時(shí)，PLC與電磁閥連接，控制電磁閥的開/關(guān)，電磁閥與應(yīng)急供氧單元連接，啟動(dòng)或關(guān)閉應(yīng)急供氧單元，PLC與報(bào)警裝置連接，控制報(bào)警裝置的工作狀態(tài)。
[0006]而且，所述溶氧探頭采用HDPE覆膜形式的D06400型傳感器。
[0007]而且，所述數(shù)據(jù)讀取單元采用泓格7017和7005分別對(duì)溶氧探頭及溫度探頭輸出的電壓信號(hào)和熱敏電阻信號(hào)進(jìn)行采集。
[0008]而且，所述基礎(chǔ)供養(yǎng)單元采用氧氣錐或氧流混合器為養(yǎng)殖池供氧，供氧壓力為
0.2bar0
[0009]而且，所述PLC采用的型號(hào)為S7-300PLC，溶氧探頭及溫度探頭輸出的信號(hào)通過數(shù)據(jù)讀取單元后分別與PLC的數(shù)據(jù)端口 IWO和IWl連接，同時(shí)，在PLC的Q0.0-Q0.4腳上分別連接有運(yùn)行指示燈、停止指示燈、正常指示燈、危險(xiǎn)指示燈及報(bào)警指示燈，用以顯示養(yǎng)殖池的溶氧及溫度狀態(tài)，同時(shí)，PLC配備有備用電源，備用電源在停電時(shí)為PLC及應(yīng)急供氧單元供電。
[0010]而且，所述應(yīng)急供氧單元包括布設(shè)在每個(gè)養(yǎng)殖池中的3-4個(gè)納米氣室，納米氣室的供氧機(jī)由電磁閥的開/關(guān)狀態(tài)控制。
[0011]—種循環(huán)水養(yǎng)殖中溶解氧自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的方法，包括步驟如下:
[0012](I)啟動(dòng)上述循環(huán)水養(yǎng)殖中溶解氧自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，由基礎(chǔ)供氧單元為養(yǎng)殖池供氧；
[0013](2)對(duì)PLC進(jìn)行設(shè)置，包括:
[0014]①養(yǎng)殖池溶氧上限值Hl和下限值LI ;
[0015]②養(yǎng)殖池溫度上限值H2和下限值L2 ;
[0016](3) PLC采集值與設(shè)置值之間的實(shí)時(shí)比較，
[0017]①PLC采集的養(yǎng)殖池溶氧值實(shí)時(shí)與養(yǎng)殖池溶氧上限值Hl和下限值LI進(jìn)行比較，當(dāng)養(yǎng)殖池溶氧值大于養(yǎng)殖池溶氧上限值Hl時(shí)產(chǎn)生報(bào)警，操作人員接到報(bào)警后人工調(diào)節(jié)基礎(chǔ)供氧單元的功率，減少供氧，節(jié)省能源；當(dāng)養(yǎng)殖池溶氧值小于養(yǎng)殖池溶氧下限值LI時(shí)產(chǎn)生報(bào)警，同時(shí)，PLC自動(dòng)觸發(fā)電磁閥閉合，啟動(dòng)應(yīng)急供氧單元工作；
[0018]②應(yīng)急供氧單元啟動(dòng)后，當(dāng)PLC采集的養(yǎng)殖池溶氧值連續(xù)大于下限值LI，延遲20分鐘-40分鐘后，PLC自動(dòng)控制電磁閥斷開，停止應(yīng)急供氧單元工作；
[0019]③養(yǎng)殖池溶氧上限值Hl和下限值LI的補(bǔ)償修正，
[0020]I，由于溶氧探頭使用不同擴(kuò)散系數(shù)k值的膜而產(chǎn)生的補(bǔ)償修正，具體修正方法為:修正溶氧上限值H1’ = kXHl，修正溶氧下限值LI’ =kXLl，其中，k值由溶氧探頭HDPE覆膜的型號(hào)與厚度確定，為生產(chǎn)廠家所提供；
[0021]II，由于養(yǎng)殖池溫度變化而產(chǎn)生的修正，具體修正方法為；養(yǎng)殖池溫度在上限值H2和下限值L2之間時(shí)，保持溶氧上限值Hl和下限值LI不變；當(dāng)養(yǎng)殖池溫度T大于上限值H2時(shí)，修正溶氧上限值H1’ = H1+H1X (T-H2)/H2 ;當(dāng)養(yǎng)殖池溫度T小于下限值L2時(shí)，修正溶氧下限值 LI’ = L1+L1X (T-L2)/L2 ；
[0022](4)PLC數(shù)據(jù)上傳，PLC通過以太網(wǎng)以tcp/ip協(xié)議方式將實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)服務(wù)器，上位機(jī)服務(wù)器實(shí)時(shí)獲取PLC數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)同時(shí)存入數(shù)據(jù)庫，作為歷史記錄，供后期隨時(shí)調(diào)用、查看。
[0023]而且，所述步驟(3)中②步延遲20分鐘-40分鐘的具體延遲時(shí)間由養(yǎng)殖池內(nèi)具體的養(yǎng)殖品種確定。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0025]1、本發(fā)明系統(tǒng)和方法經(jīng)濟(jì)適用，溶解氧探頭造價(jià)低，多套養(yǎng)殖系統(tǒng)可共用一套PLC監(jiān)控系統(tǒng)，有利于節(jié)約成本；
[0026]2、本發(fā)明可在PLC上設(shè)定溶氧變化范圍，并保證溶解氧在設(shè)定的范圍內(nèi)波動(dòng)，若有異常，可發(fā)出報(bào)警，同時(shí)確保水中溶氧持續(xù)供應(yīng)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；
[0027]3、本發(fā)明對(duì)每個(gè)養(yǎng)殖池單獨(dú)監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并準(zhǔn)確記錄養(yǎng)殖水體中溶解氧變化情況，可提高系統(tǒng)運(yùn)行效率和工作效率，便于管理；
[0028]4、本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，便于維護(hù)；
[0029]5、本發(fā)明系統(tǒng)和方法主要應(yīng)用于自動(dòng)化程度較高的工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)；
[0030]6、本發(fā)明監(jiān)控室上位機(jī)監(jiān)測(cè)單元通過以太網(wǎng)連接PLC，上位機(jī)工作軟件通過tcp/ip協(xié)議實(shí)時(shí)獲取PLC數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)同時(shí)存入數(shù)據(jù)庫(Mysql)，作為歷史記錄，供后期隨時(shí)調(diào)用、查看。
【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2是本發(fā)明系統(tǒng)中PLC的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施做進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0034]—種循環(huán)水養(yǎng)殖中溶解氧自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，如圖1所示，包括安裝在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中每個(gè)養(yǎng)殖池內(nèi)的溶氧探頭及溫度探頭、為每個(gè)養(yǎng)殖池提供溶氧的基礎(chǔ)供氧單元和為每個(gè)養(yǎng)殖池提供緊急供氧的應(yīng)急供氧單元，溶氧探頭及溫度探頭與數(shù)據(jù)讀取單元連接，數(shù)據(jù)讀取單元與可編程邏輯控制器(PLC)連接，通過Modbus協(xié)議將采集數(shù)據(jù)傳遞給PLC，PLC與上位機(jī)服務(wù)器連接，將接收到的采集數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)服務(wù)器，由上位機(jī)服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)并提供給與上位機(jī)服務(wù)器連接的訪問終端，同時(shí)，PLC與電磁閥連接，控制電磁閥的開/關(guān)，電磁閥與應(yīng)急供氧單元連接，啟動(dòng)或關(guān)閉應(yīng)急供氧單元，PLC與報(bào)警裝置連接，控制報(bào)警裝置的工作狀態(tài)。
[0035]在本發(fā)明的具體實(shí)施中，所述溶氧探頭采用HDPE覆膜形式的D06400型傳感器，該傳感器利用銀電極法測(cè)定溶氧，正常情況下，氧氣濃度和膜的滲透速率成正比，從而在探頭的兩個(gè)不同活躍程度的金屬電極上產(chǎn)生電勢(shì)差，此電勢(shì)差作為輸出信號(hào)被數(shù)據(jù)讀取單元讀取。
[0036]在本發(fā)明的具體實(shí)施中，所述數(shù)據(jù)讀取單元采用泓格7017和7005分別對(duì)溶氧探頭及溫度探頭輸出的電壓信號(hào)和熱敏電阻信號(hào)進(jìn)行采集，7017和7005兩個(gè)模塊均有a/d轉(zhuǎn)換功能，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)信號(hào)通過Modbus協(xié)議由PLC直接讀取，并通過PLC傳至上位機(jī)服務(wù)器，在PLC顯示屏和上位機(jī)電腦上均能實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
[0037]在本發(fā)明的具體實(shí)施中，所述基礎(chǔ)供養(yǎng)單元采用氧氣錐或氧流混合器為養(yǎng)殖池供氧，供氧壓力為0.2bar