基于水产养殖智能控制系统分析

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1、基于水产养殖智能控制系统分析天津同阳科技发展有限公司摘要：近年来，随着我国工农业技术的快速发展，水产养殖正在逐步从池塘养殖向工厂化养殖过渡。集约化的工厂化水产养殖技术以高氧、适温为基础，以水体再循环的方式运行，养殖密度高，牛长快，饵料系数低，病害少，是水产养殖技术发展的趋势。为了提高水产养殖的自动化水平，木文以淡水养殖为例，采用现场总线、PLC、传感器、计算机技术对养殖水池的主要环境参数进行自动检测和控制，使鱼类生长在最适宜的环境条件下，实现自动投饵、科学养殖、高密度集约化养殖等功能，提高水产养殖品质和产量。关键词：现场总线；Profibus-DP；水产养殖；监控系统；PLC；

2、数据采集面对越来越大的水产养殖规模和科学化养殖的要求，如何对水产养殖牛态环境进行科学监测，将养殖环境控制在最佳状态成为非常重要的一个环节。基于此，笔者提出基于Profibus现场总线网络控制的智能监控系统。采用现场总线、PLC、传感器、计算机技术对养殖池的溶氧量、pH值、温度、水位等主要环境参数进行自动检测和控制，开发人机界面和数据库系统，实现养殖数据的实时采集、动态监测和处理。经实际应用证明，该系统运行稳定可靠，易于扩展，有效提高了水产养殖的自动化水平和产品品质。1水产养殖控制系统总体结构目前工厂化水产养殖网络监控手段较丰富，可以采用ZigBee、GPRS等无线网络技术，也可

3、采用现场总线等有线技术。综合技术、成木、可靠性、工程实施的紧迫性等因素，木文选用Profibus-DP现场总线作为各现场控制站与中央控制室IPC之间的通信网络。由Profibus-DP构成的单主站水产养殖控制系统如图1所示，控制系统由一台工控机配CP5613通信卡和WinAC软PLC为主站，以S7-200系列的PLC为从站。网络拓扑结构采用总线型。Profibus-DP的传输可采用RS-485传输技术，传输介质可以是双绞线或光缆，或直接采用西门子专用的Profibus-DP线缆和接头。Profibus-DP总线上最多可挂接127个站点。现场各传感器采集的数据由智能从站处理器处理

4、后通过Profibus现场总线上传给中央控制室，中央控制室对上传数据进行处理和显示。(1)中央控制室IPC：作为Profibus-DP的主站，上位监控采用WinAC软PLC技术，进行从站远程参数化设置。上位监控系统用STEP7编写控制程序,实现对各PLC从站的远程控制。利用WinAC提供的OPC、AtiveX控件等，可用VisualBasic开发监控画面。监控程序的实现也比较容易，因为主从PLC之间的通信接口可通过WinAC实现，而无须费力去开发底层通讯程序。(2)各养殖池从站：从站PLC通过对养殖池水环境参数的自动检测，分析掌握养殖池内鱼体排泄状况、投饵是否过量、增养殖是否过

5、快等重要养殖信息；同吋接受从上位机传送的控制参数设置，启动投饲机、增氧机、水泵等执行机构，按不同要求调控养殖的微气候环境。从站采用DP组合设备(S7-200PLC与EM277模块)，将S7-200系列CPU226通过EM277模块连接到Profibus-DP通信网络。这样的配置从站可不依赖于主站独立运行。EM231是4路模拟量输入模块，可用于(0〜20)mA及(0〜10)V标准模拟量的输入。2现场检测元件及执行机构2.1检测参数及控制方法(1)DO溶解氧在水产养殖过程中，水环境中的溶解氧含量是鱼类生存的重要指标，一般养殖鱼类正常生长发育所需要的溶氧量在4〜5mg/L以上。传统养

6、殖池溶解氧含氧难以实现精确控制，其增氧方式采用增氧机不间断式增氧也造成了电能的极大浪费。鉴于水产养殖环境的特点是多变量、大惯性非线性、纯滞后，采用常规控制方法难以达到满意的控制效果，本系统利用模糊控制算法整定PID参数的方式通过设计PID调节器对水环境中的溶解氧进行控制，使其稳定在需要的范围之内。溶解氧控制示意图如图2所示，利用PLC内的PID控制器设计PID控制模块，根据溶解氧的实际情况通过变频器控制增氧机的转速，从而在实现溶解氧精确控制的同时最大程度地节约能源。本系统采用模糊控制算法实现PID参数的设定，通过建立模糊参数控制表实现参数的自整定。首先，控制算法将根据溶解氧电压

7、的给定值、采样的实际值和前一次误差分别计算误差和误差变化，然后根据模糊化的结果查询已经存入PLC的模糊控制表，得到整定PID的3个模糊输出量。采用此方式整定PID参数，既保持了PID参数的相对稳定，又根据监控参数的误差和误差变化实现了PID参数的在线调整。溶解氧传感器可选用长沙华先仪器的HXLDO在线溶氧传感器，测量范围（0〜20）ppm,温度范围是（・5〜+50）°C，使用24V直流电源供电，自带温度补偿，输出（4〜20）mA电流。（2）酸碱度淡水鱼虾最适宜的pH值为6.8〜7.5,pH过