一种工业化鱼池循环水溶氧自动调控系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种工业化鱼池循环水溶氧自动调控系统及方法，方法包括如下步骤：进行增氧环节的预实验，在环境相似的条件下，进行不同浓度的氧气进气量梯度实验，获得溶解氧浓度变化曲线作为调控算法模型；输入鱼池水体量及循环量；输入设定的溶氧值；以建立的溶解氧变化曲线为调控算法模型，根据氧气源输出流量、水中的溶氧量以及输入的鱼池水体量、鱼池循环量以及设定的溶氧值进行数据分析与趋势预判，并发出相应指令来控制流量控制装置，从而调节进入低压溶氧装置的纯氧流量，使得鱼池中的溶解氧含量维持在设定的范围内。本发明专利技术的溶氧自动调控方法，既控制灵活，又具有较强的非线性跟踪学习能力，有效解决滞后、时变、非线性的过程控制。

An automatic control system and method for circulating water dissolved oxygen in industrial fish pond

【技术实现步骤摘要】
一种工业化鱼池循环水溶氧自动调控系统及方法
本专利技术涉及水产养殖领域，具体涉及到一种工业化鱼池循环水溶氧自动调控系统及方法。
技术介绍
养殖水体中溶解氧的调控是工业化循环水养殖系统的关键技术之一，当水中的溶氧量低于鱼类呼吸需求时，往往出现浮头现象，过低时会引起窒息死亡。在工业化水产养殖系统中利用增氧手段向养殖系统供氧，从而实现鱼类或虾类的高密度养殖。目前我国在工业化循环水养殖过程中，对于溶解氧的调控基本是靠机械增氧，增氧处理环节的能耗普遍偏高；利用纯氧增氧方式，也存在能源浪费情况。而低压纯氧混合装置则根据气液传质的双膜理论，通过连续、多次吸收来提高氧气的吸收效率，其纯氧利用率高、能耗低，克服了现有设备的共性问题，具有较为显著的先进性。目前我国在工业化循环水养殖过程中，对于溶解氧的自动化控制水平也不高，自动控制方法主要是采用基于PID控制算法，其灵活性和适应性不强，精度较低，对于非线性变化的溶解氧控制效果也不理想。目前，国内外主要使用的纯氧混合装置有U型管、加压填充筒、锥型氧接触器、射流增氧等。Losordo等报道了U型管需要埋人地下10m以产生大约100kPa的工作压力；锥型氧接触器吸收腔的工作压力在100kPa左右。这些特点都使得循环水养殖系统中增氧处理环节的能耗偏高。在工业化循环水养殖操作中，现有的溶解氧增氧处理环节的能耗普遍偏高，自动化控制水平偏低。系统在动态自动调节溶解氧浓度时，由于养殖水体溶氧浓度波动大，时常出现供养不足或供氧量偏大的情况，造成经济损失与能源浪费。故需要提高控制精度，进行精准调控与趋势预判、设置预警与更多智能化功能来提供养殖对象最优的生长环境，降低能耗。
技术实现思路
本专利基于现有的工业化循环水养殖系统，在鱼池中安装溶解氧传感器，并在氧气输入端安装数字流量计与流量控制装置，并与氧气源设备相连。在电气控制柜中安装数据采集与控制模块，通过模块把采集到的溶解氧和温度等参数传输给软件控制设备，通过控制程序进行分析处理，发布命令给流量控制装置进行调节。具体方案如下：一种工业化鱼池循环水溶氧自动调控系统，包括：氧气源；流量控制装置，与所述氧气源相连，用于调整所述氧气源的输出流量；低压纯氧混合装置，与所述流量控制装置相连，所述低压纯氧混合装置设有进水口和出水口，所述低压纯氧混合装置将氧气与水混合后，将溶氧的水通过出水口排出；数字流量计，设置在流量控制装置和低压纯氧混合装置之间，用于实时反馈氧气源的输出流量；溶解氧传感器，设置在鱼池中，用于实时监测水中的溶氧量；动态输出控制系统，与所述流量控制装置、所述溶解氧传感器以及流量控制装置相连，所述动态输出控制系统以建立的溶解氧变化曲线为调控算法模型，动态输出控制系统内置的控制程序根据氧气源输出流量、水中的溶氧量以及输入的鱼池水体量、鱼池循环量以及设定的溶氧值进行数据分析与趋势预判，并发出相应指令来控制流量控制装置，从而调节进入低压溶氧装置的纯氧流量，使得鱼池中的溶解氧含量维持在设定的范围内，实现养殖水体溶解氧的精准调控。进一步的，在鱼池中养鱼之前，先进行增氧环节的预实验，在环境相似的条件下，进行不同浓度的氧气进气量梯度实验，从而获得溶解氧浓度变化曲线作为溶解氧变化曲线。进一步的，所述自动调控系统还包括预警装置，与所述动态输出控制系统相连，所述动态输出控制系统感应到溶解氧浓度有异常变化时，发送指令至预警装置进行报警。进一步的，动态输出控制系统内置的控制程序预设有氧气源的最低输出流量，若数字流量计的反馈氧气源输出流量低于最低输出流量，动态输出控制系统发送指令至预警装置进行报警。进一步的，低压纯氧混合装置的进水口设置有水处理装置，鱼池中的水经过水处理装置进行处理后进入所述低压纯氧混合装置。同时本专利技术还提供了一种工业化鱼池循环水溶氧自动调控方法，包括如下步骤：步骤S1、进行增氧环节的预实验，在环境相似的条件下，进行不同浓度的氧气进气量梯度实验，获得溶解氧浓度变化曲线作为溶解氧变化曲线；步骤S2、输入鱼池水体量及循环量；步骤S3、输入设定的溶氧值；步骤S4、以建立的溶解氧变化曲线为调控算法模型，根据氧气源输出流量、水中的溶氧量以及输入的鱼池水体量、鱼池循环量以及设定的溶氧值进行数据分析与趋势预判，并发出相应指令来控制流量控制装置，从而调节进入低压溶氧装置的纯氧流量，使得鱼池中的溶解氧含量维持在设定的范围内，实现养殖水体溶解氧的精准调控。进一步的，所述方法还包括：感应到溶解氧浓度有异常变化时，和/或氧气源输出流量低于预设的最低输出流量，启动报警装置进行报警。本专利在工业化循环水养殖系统中，基于低压溶氧装置的增氧特性、工业化养殖的自动控制技术以及现有的自动控制方法，结合溶解氧的变化规律，建立混合算法模型，编写控制软件程序。根据输入的水体量、循环量、设定的溶氧值和实时采集的数据信息(如溶解氧浓度、温度等)，利用控制程序进行数据分析与趋势预判。通过流量控制装置，调节进入低压溶氧装置的纯氧流量，从而自动控制鱼池中的溶解氧含量，实现养殖水体溶解氧的精准调控。此外，通过采集的溶解氧等数据信息，进行相关参数分析，并设有报警功能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的一种工业化鱼池循环水溶氧自动调控系统的示意图；图2为本专利技术提供的一种工业化鱼池循环水溶氧自动调控方法的流程图；图3为在一实施例中不同气液体积比条件下低压纯氧混合装置的氧吸收效率和出水溶解氧增量的曲线关系图；图4为在一实施例中不同吸收腔高度低压纯氧混合装置的动力效率和出水溶解氧增量的曲线关系图。具体实施方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。为了彻底理解本专利技术，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本专利技术的技术方案。本专利技术的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本专利技术还可以具有其他实施方式。本专利技术提供了一种工业化鱼池循环水溶氧自动调控系统，如图1所示，该系统包括：氧气源；流量控制装置，与氧气源相连，用于调整氧气源的输出流量；低压纯氧混合装置，与流量控制装置相连，低压纯氧混合装置设有进水口和出水口，低压纯氧混合装置将氧气与水混合后，将溶氧的水通过出水口排出；数字流量计，设置在流量控制装置和低压纯氧混合装置之间，用于实时反馈氧气源的输出流量；溶解氧传感器，设置在鱼池中，用于实时监测水中的溶氧量；动态输出控制系统，与流量控制装置、溶解氧传感器以及流量控制装置相连，动态输出控制系统以建立的溶解氧变化曲线为调控算法模型，动态输出控制系统内置的控制程序根据氧气源输出流量、水中的溶氧量以及输入的鱼池水体量、鱼池循环量以及设定的溶氧值进行数据分析与趋势预判，并发出相应指令来控制流量控制装置，从而调节进入低压溶氧装置的纯氧流量，使得鱼池中的溶解氧含量维持在设定的范围内，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业化鱼池循环水溶氧自动调控系统，其特征在于，包括：氧气源；流量控制装置，与所述氧气源相连，用于调整所述氧气源的输出流量；纯氧混合装置，与所述流量控制装置相连，所述纯氧混合装置设有进水口和出水口，所述纯氧混合装置将氧气与水混合后，将溶氧的水通过出水口排出；数字流量计，设置在流量控制装置和纯氧混合装置之间，用于实时反馈氧气源的输出流量；溶解氧传感器，设置在鱼池中，用于实时监测水中的溶氧量；动态输出控制系统，与所述流量控制装置、所述溶解氧传感器以及流量控制装置相连，所述动态输出控制系统以建立的溶解氧变化曲线为调控算法模型，动态输出控制系统内置的控制程序根据氧气源输出流量、水中的溶氧量以及输入的鱼池水体量、鱼池循环量以及设定的溶氧值进行数据分析与趋势预判，并发出相应指令来控制流量控制装置，从而调节进入低压溶氧装置的纯氧流量，使得鱼池中的溶解氧含量维持在设定的范围内，实现养殖水体溶解氧的精准调控。

【技术特征摘要】
1.一种工业化鱼池循环水溶氧自动调控系统，其特征在于，包括：氧气源；流量控制装置，与所述氧气源相连，用于调整所述氧气源的输出流量；纯氧混合装置，与所述流量控制装置相连，所述纯氧混合装置设有进水口和出水口，所述纯氧混合装置将氧气与水混合后，将溶氧的水通过出水口排出；数字流量计，设置在流量控制装置和纯氧混合装置之间，用于实时反馈氧气源的输出流量；溶解氧传感器，设置在鱼池中，用于实时监测水中的溶氧量；动态输出控制系统，与所述流量控制装置、所述溶解氧传感器以及流量控制装置相连，所述动态输出控制系统以建立的溶解氧变化曲线为调控算法模型，动态输出控制系统内置的控制程序根据氧气源输出流量、水中的溶氧量以及输入的鱼池水体量、鱼池循环量以及设定的溶氧值进行数据分析与趋势预判，并发出相应指令来控制流量控制装置，从而调节进入低压溶氧装置的纯氧流量，使得鱼池中的溶解氧含量维持在设定的范围内，实现养殖水体溶解氧的精准调控。2.如权利要求1所述的工业化循环水溶氧自动调控系统，其特征在于，在鱼池中养鱼之前，先进行增氧环节的预实验，在环境相似的条件下，进行不同浓度的氧气进气量梯度实验，从而获得溶解氧浓度变化曲线作为溶解氧变化曲线。3.如权利要求1所述的工业化循环水溶氧自动调控系统，其特征在于，所述自动调控系统还包括预警装置，与所述动态输出控制系统相连，所述动态输出控制系统感...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈翔，张业韡，顾川川，
申请(专利权)人：中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31