基于易控的工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)

張業(yè)韡， 吳 凡， 陳 翔， 楊宇紅

(1.上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院，上海 200240；2.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，上海 200092)

基于易控的工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)

張業(yè)韡1,2， 吳 凡2， 陳 翔2， 楊宇紅1

(1.上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院，上海 200240；2.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，上海 200092)

隨著可用水資源的減少，工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖是現(xiàn)代漁業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。為了提高工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖的自動(dòng)化程度，以及將其與物聯(lián)網(wǎng)更好的結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)了基于易控的工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)。系統(tǒng)采用封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖工藝，選用微濾機(jī)、流化床、低壓純氧混合裝置等國(guó)內(nèi)先進(jìn)的循環(huán)水養(yǎng)殖裝備構(gòu)建硬件系統(tǒng)，使用西門子S7-300 PLC和其它智能儀表設(shè)備等構(gòu)建控制系統(tǒng)，通過(guò)易控軟件作為人機(jī)交互平臺(tái)將各要素進(jìn)行整合。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的養(yǎng)殖過(guò)程智能控制、養(yǎng)殖水質(zhì)精準(zhǔn)調(diào)控和養(yǎng)殖控制物聯(lián)網(wǎng)化，具備自動(dòng)化程度高、運(yùn)行穩(wěn)定、擴(kuò)展性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)易于推廣，并為將來(lái)的福利養(yǎng)殖系統(tǒng)提供了理論依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

循環(huán)水養(yǎng)殖；易控(INSPEC)；物聯(lián)網(wǎng)；自動(dòng)控制

工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖是一種結(jié)合了水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)、水處理技術(shù)等的生產(chǎn)方式，是現(xiàn)代漁業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)[1]；物聯(lián)網(wǎng)是具有全面感知、可靠傳輸、智能處理特征的連接物理世界的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖相結(jié)合，是實(shí)現(xiàn)漁業(yè)生產(chǎn)集約化、自動(dòng)化、智能化和信息化的必然趨勢(shì)[2-5]。目前，國(guó)內(nèi)工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖自動(dòng)控制應(yīng)用很少，大多數(shù)養(yǎng)殖場(chǎng)主要使用簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)進(jìn)行養(yǎng)殖池溶氧控制和水質(zhì)參數(shù)采樣，有些養(yǎng)殖場(chǎng)直接采購(gòu)國(guó)外的成套專用設(shè)備。國(guó)內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖自動(dòng)控制的相關(guān)研究?jī)?nèi)容主要為水質(zhì)傳感器網(wǎng)絡(luò)研究和養(yǎng)殖水質(zhì)的簡(jiǎn)單調(diào)控[6-9]，其通用設(shè)備比較少，不可直接應(yīng)用到循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的控制中[10]，需要采用相關(guān)的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖的全部控制功能。

易控(INSPEC)是全球首款完全基于.NET平臺(tái)的組態(tài)軟件，它結(jié)合了最新IT技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)以及大量用戶使用經(jīng)驗(yàn)，它是一款面向設(shè)備制造、工廠自動(dòng)化控制、過(guò)程自動(dòng)化控制等并基于分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)的大型綜合自動(dòng)化軟件。其擁有超越組態(tài)的多語(yǔ)言和C#用戶編程功能、分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、WEB門戶、構(gòu)建重大系統(tǒng)冗余功能等，非常適合用于工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖控制系統(tǒng)的構(gòu)建。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)由硬件設(shè)備和控制系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。硬件設(shè)備包括水處理設(shè)備(如微濾機(jī)、流化床等)、循環(huán)水泵、控溫設(shè)備、水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備等。養(yǎng)殖系統(tǒng)工藝流程(圖1)。

圖1 循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)工藝流程

從魚(yú)池流出的養(yǎng)殖污水通過(guò)微濾機(jī)的物理過(guò)濾，并在微濾機(jī)池內(nèi)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)、pH調(diào)節(jié)，然后通過(guò)循環(huán)水泵進(jìn)入流化床進(jìn)行生物過(guò)濾，通過(guò)流化床的水經(jīng)過(guò)低壓溶氧裝置增氧和臭氧紫外殺菌裝置殺菌，自流入魚(yú)池。

控制系統(tǒng)包括人機(jī)界面、總控制柜、分布控制柜、PLC、儀器儀表等(圖2)，用于控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

圖2 電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)基于集散控制系統(tǒng)(DCS)：在人機(jī)界面中安裝易控軟件，人機(jī)界面選擇工控機(jī)或工業(yè)級(jí)觸摸屏，以保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定；人機(jī)界面的電源采用UPS不間斷電源，確保在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)因?yàn)橐馔鈹嚯姸鴮?dǎo)致控制系統(tǒng)停止，引起事故。在總控制柜內(nèi)安裝西門子S7-300 PLC主站(CPU模塊)，負(fù)責(zé)運(yùn)行系統(tǒng)的自動(dòng)控制程序和易控軟件及子站的通信，主站和人機(jī)界面使用以太網(wǎng)口進(jìn)行通信。在分布控制柜中安裝西門子ET200模塊作為子站，安裝有I/O模塊和數(shù)字量、模擬量輸入/輸出模塊，用于接收并執(zhí)行主站的命令，并將采集到的數(shù)據(jù)傳回主站；主站和子站直接采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行通信[11]。水質(zhì)傳感器、變頻器和其他智能儀器設(shè)備等，通過(guò)RS-485總線和MODBUS通信協(xié)議與人機(jī)界面進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工況，PROFIBUS總線和RS-485總線可以選擇有線或無(wú)線的方式進(jìn)行搭建。控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：硬件IO通信、人機(jī)界面、養(yǎng)殖系統(tǒng)自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/查詢、異常報(bào)警、安全區(qū)/用戶管理和WEB訪問(wèn)等。

2 易控的控制系統(tǒng)

2.1 硬件IO通信

工程中的硬件IO通信(又稱“設(shè)備通信”)是易控工程與所連接的下位設(shè)備(如PLC、模塊、儀表、變頻器等各種硬件設(shè)備)通過(guò)各種不同方法進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀寫的功能。易控的IO通信具有以下特點(diǎn)：支持各種硬件連接方式(如串口、以太網(wǎng)、各種現(xiàn)場(chǎng)總線接口卡的通信電纜連接方式)；支持和各種軟件的通信，間接實(shí)現(xiàn)和硬件設(shè)備的通信；可以同時(shí)與不同種類的硬件和軟件進(jìn)行通信。通過(guò)IO通信，可以更直接地控制養(yǎng)殖設(shè)備，獲取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和養(yǎng)殖水質(zhì)數(shù)據(jù)等。

2.2 人機(jī)界面

人機(jī)界面是人與計(jì)算機(jī)之間傳遞、交換信息的媒介和對(duì)話接口。易控通過(guò)專業(yè)級(jí)的圖形處理能力、獨(dú)創(chuàng)的復(fù)合動(dòng)畫(huà)功能，逼真呈現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)模擬反映工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。操作人員可以從人機(jī)界面上直觀地了解到循環(huán)水系統(tǒng)中的設(shè)備運(yùn)行情況、水質(zhì)數(shù)據(jù)等并直接操作系統(tǒng)中的設(shè)備，可以直接點(diǎn)擊人機(jī)界面上的圖標(biāo)來(lái)控制對(duì)應(yīng)的設(shè)備，也可以修改系統(tǒng)中的控制參數(shù)(圖3)。

圖3 基于易控的工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)人機(jī)界面

2.3 養(yǎng)殖系統(tǒng)自動(dòng)控制

養(yǎng)殖系統(tǒng)自動(dòng)控制是工業(yè)化水產(chǎn)養(yǎng)殖的重要技術(shù)，可以控制養(yǎng)殖裝置的自動(dòng)運(yùn)行，優(yōu)化養(yǎng)殖水體環(huán)境的一些重要參數(shù)，最大限度地發(fā)揮工業(yè)化養(yǎng)殖的效能，達(dá)到精準(zhǔn)控制養(yǎng)殖生產(chǎn)過(guò)程的目的[12]。相對(duì)于其他組態(tài)軟件，通過(guò)易控可以更容易地實(shí)現(xiàn)工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)所有設(shè)備的自動(dòng)控制。

2.3.1 主要設(shè)備控制

微濾機(jī)在循環(huán)水養(yǎng)殖中常用于截留養(yǎng)殖水體中的固體顆粒，是實(shí)現(xiàn)固液分離的凈化裝置。在過(guò)濾過(guò)程中，篩網(wǎng)因被堵塞而影響過(guò)濾效果，因此需要在PLC中編寫反沖洗控制程序。該程序通過(guò)定時(shí)器和液位開(kāi)關(guān)信號(hào)啟動(dòng)反沖洗水泵，配合微濾機(jī)轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)使微濾機(jī)篩網(wǎng)得到及時(shí)清潔。由于主要控制程序是在PLC中，組態(tài)軟件和PLC的通訊中斷并不會(huì)對(duì)微濾機(jī)的自動(dòng)控制產(chǎn)生影響，可以保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。另外，由于PLC和易控之間進(jìn)行IO通信，因此可以在人機(jī)界面中修改定時(shí)器的設(shè)置。

流化床生物濾器是近年來(lái)研發(fā)出的新型生物過(guò)濾器，其選用的填料比表面積巨大，并具有良好的親水性及生物相容性，在實(shí)際應(yīng)用中已顯現(xiàn)出了極佳的水處理性能[13]。流化床生物濾器在不同的養(yǎng)殖工況下有不同的流量要求，因此使用易控軟件與變頻器進(jìn)行MODBUS通信，通過(guò)變頻器來(lái)控制循環(huán)水泵的工作頻率，從而控制進(jìn)入流化床的水流量，使流化床處于最佳的水處理效果。

2.3.2 水質(zhì)調(diào)控

養(yǎng)殖水質(zhì)參數(shù)是水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)過(guò)程中非常重要的影響因素。循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)不同于其他養(yǎng)殖系統(tǒng)的重要區(qū)別之一就是養(yǎng)殖水質(zhì)參數(shù)的可控性。使用易控的工程程序功能可以進(jìn)行水質(zhì)調(diào)控。該功能采用開(kāi)放C++高級(jí)語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言在工程中編寫用戶程序代碼，它具有可視化編程和智能感知等編程技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)工程各種資源的靈活控制，改變工程執(zhí)行流程、使用第三方程序代碼和編寫特殊功能。在微濾機(jī)池中設(shè)置在線式水質(zhì)傳感器，采集并儲(chǔ)存系統(tǒng)中的溶氧、溫度、pH、氧化還原電位(ORP)、鹽度、臭氧、氨氮等測(cè)量值。通過(guò)不同的工程程序來(lái)分析這些數(shù)值的變化，自動(dòng)運(yùn)行調(diào)控設(shè)備，將重要的水質(zhì)參數(shù)維持在合適的范圍內(nèi)。

通過(guò)分析溶氧傳感器測(cè)得養(yǎng)殖系統(tǒng)中的溶氧值，氣體流量計(jì)測(cè)得進(jìn)入低壓純氧混合裝置的純氧流量，使用新型的雙重PID算法調(diào)節(jié)純氧電動(dòng)閥的開(kāi)度，通過(guò)控制進(jìn)入裝置的純氧流量來(lái)控制養(yǎng)殖系統(tǒng)中的溶氧。pH調(diào)控采用結(jié)合PID和TCP算法的新型控制算法，通過(guò)調(diào)節(jié)計(jì)量泵的流量向養(yǎng)殖水體持續(xù)加堿，將水體中的pH維持在一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值[14]。使用PID算法調(diào)節(jié)臭氧電動(dòng)閥的開(kāi)度來(lái)控制進(jìn)入紫外殺菌器中的臭氧量，通過(guò)紫外催化反應(yīng)區(qū)將臭氧與紫外聯(lián)用，對(duì)養(yǎng)殖水體進(jìn)行消毒滅菌處理[15]。

2.3.3 其他控制

使用工程程序還可以實(shí)現(xiàn)以下控制功能：魚(yú)池排污使用定時(shí)方式，在每天特定時(shí)間啟動(dòng)魚(yú)池底部的排污電動(dòng)閥實(shí)現(xiàn)魚(yú)池排污；通過(guò)微濾機(jī)池中的水位傳感器判斷由于排污和蒸發(fā)導(dǎo)致的系統(tǒng)中水體的損失，并且根據(jù)程序的判斷來(lái)啟動(dòng)補(bǔ)水電動(dòng)閥進(jìn)行補(bǔ)水。飼料投喂使用軌道式自動(dòng)投飼系統(tǒng)，投飼設(shè)備通過(guò)軌道在魚(yú)池上方移動(dòng)，根據(jù)控制流程編寫工程程序進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)、定點(diǎn)、定量的投喂策略[16]。易控能完全滿足工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中所有可控設(shè)備的控制功能。

圖4 軌道式自動(dòng)投飼系統(tǒng)控制流程

2.4 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存/查詢

易控的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存/查詢系統(tǒng)主要包括歷史數(shù)據(jù)記錄和事件記錄。歷史數(shù)據(jù)直接反映了工程運(yùn)行的狀況。在工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中，可以通過(guò)變化記錄功能來(lái)記錄設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)變化情況，通過(guò)定時(shí)記錄來(lái)記錄系統(tǒng)的溫度、溶氧、pH、ORP、鹽度、臭氧、氨氮等水質(zhì)參數(shù)。事件記錄是記錄工程運(yùn)行過(guò)程中重要的操作和運(yùn)行人員的登陸和注銷，其主要目的是記錄操作員的操作過(guò)程。其中的時(shí)間追溯是易控軟件特有的一項(xiàng)功能，通過(guò)再現(xiàn)整個(gè)控制過(guò)程，輔助事故的定位，從而獲知事故的發(fā)生原因。可以通過(guò)易控將歷史數(shù)據(jù)和事件記錄存儲(chǔ)到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)SQL SERVER或SQL EXPRESS中，并通過(guò)報(bào)表和日志查看器來(lái)查詢并導(dǎo)出這些記錄。相對(duì)于其他組態(tài)軟件，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接讀取易控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行云儲(chǔ)存和大數(shù)據(jù)分析。

2.5 異常報(bào)警

在工業(yè)化循環(huán)水系統(tǒng)中，當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備停機(jī)等嚴(yán)重工況，或養(yǎng)殖水質(zhì)狀況發(fā)生變化以至于影響魚(yú)類的正常生長(zhǎng)時(shí)，需要以各種手段及時(shí)向系統(tǒng)運(yùn)行人員、維護(hù)人員、主管技術(shù)人員等發(fā)出警示信息，避免可能出現(xiàn)的事故或危險(xiǎn)，保證系統(tǒng)的正常、安全、可靠的運(yùn)行。易控區(qū)別于其他組態(tài)軟件的是其優(yōu)化了報(bào)警功能。針對(duì)不同的報(bào)警變量，可以設(shè)置不同的報(bào)警區(qū)進(jìn)行分組管理，并且設(shè)置不同的報(bào)警級(jí)別。比如：設(shè)備停機(jī)可以設(shè)置最高的報(bào)警級(jí)別立即報(bào)警；而水質(zhì)狀況變化可以設(shè)置多個(gè)報(bào)警區(qū)和報(bào)警組，如設(shè)定溶氧的安全值在6～7 mg/L，在5.5～6 mg/L設(shè)置低級(jí)別報(bào)警區(qū)不需要立即報(bào)警，可以延時(shí)30 min報(bào)警，而且只通知運(yùn)行人員，其間如通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)控回到安全值則不進(jìn)行報(bào)警，在5.5 mg/L以下設(shè)置高級(jí)別報(bào)警區(qū)，一旦溶氧值達(dá)到此范圍立即報(bào)警，而且同時(shí)通知所有人員。易控的報(bào)警方式多樣，可以選擇聲音、電話、手機(jī)短信、電子郵件等，未來(lái)還將加入微信等通知方式，全方位的報(bào)警可以更快地應(yīng)對(duì)各種事故。

2.6 安全區(qū)/用戶管理

安全區(qū)是易控工程中有關(guān)操作控制安全的一種邏輯劃分單位。同一個(gè)安全區(qū)的安全控制要求是相同的，不同的安全區(qū)有不同的安全要求，當(dāng)配置好安全區(qū)后，只有具有此安全區(qū)權(quán)限的用戶才能進(jìn)行操作。易控的用戶分為一般用戶和系統(tǒng)管理員，一般用戶具有對(duì)指定安全區(qū)的操作權(quán)限，而系統(tǒng)管理員除此權(quán)限外，還可以在工程運(yùn)行期間增加、刪除和修改用戶。例如可以將設(shè)備運(yùn)行控制的安全區(qū)劃分給用戶1，將水質(zhì)控制的安全區(qū)劃分給用戶2，將數(shù)據(jù)設(shè)定安全區(qū)劃分給系統(tǒng)管理員，通過(guò)工程的“用戶”和“安全區(qū)”的配合使用，避免工程中出現(xiàn)誤操作、越權(quán)操作和系統(tǒng)被非法篡改，保證工程運(yùn)行和操作安全。

2.7 WEB訪問(wèn)

易控的WEB功能采用B/S結(jié)構(gòu)，客戶可以隨時(shí)隨地通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況，以及遠(yuǎn)程調(diào)試、診斷。易控允許通過(guò)Web Server將易控運(yùn)行工程中的畫(huà)面以網(wǎng)頁(yè)的形式發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上，客戶端不需要安裝任何易控軟件，通過(guò)IE瀏覽器就可以訪問(wèn)Web Server發(fā)布工程的畫(huà)面，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過(guò)易控WEB功能實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)養(yǎng)殖數(shù)據(jù)的瀏覽，同樣可以對(duì)養(yǎng)殖設(shè)備進(jìn)行控制。

3 結(jié)論

與國(guó)內(nèi)常用的其他組態(tài)軟件(如MCGS、組態(tài)王等)相比，易控功能更適用于工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)；同時(shí)，與其他特定養(yǎng)殖系統(tǒng)的專用軟件相比，易控也可以輕松實(shí)現(xiàn)其所有功能，并且更易于二次開(kāi)發(fā)?；谝卓氐墓I(yè)化循環(huán)水控制系統(tǒng)在系統(tǒng)控制方面使用PLC編程和工程程序相結(jié)合的方法，并輔以各種傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖的自動(dòng)化控制。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，人機(jī)界面友好，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、易于擴(kuò)充、調(diào)整靈活。配合視頻監(jiān)視系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完全的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，從而節(jié)省大量的人力成本。工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖自動(dòng)控制系統(tǒng)將來(lái)的發(fā)展方向是結(jié)合正在發(fā)展的水產(chǎn)養(yǎng)殖機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，可以代替操作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)視頻進(jìn)行判斷，實(shí)現(xiàn)無(wú)人系統(tǒng)。

雖然易控軟件具有WEB功能，但由于軟件功能的局限性，可實(shí)現(xiàn)的物聯(lián)網(wǎng)功能不完全。未來(lái)我們將在應(yīng)用層對(duì)易控軟件數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行云存儲(chǔ)和大數(shù)據(jù)分析，以實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖過(guò)程智能化決策和控制。

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·文摘·

INAPRO復(fù)合養(yǎng)殖系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)建模

通過(guò)為使用創(chuàng)新性的雙循環(huán)復(fù)合養(yǎng)殖系統(tǒng)ASTAF-PRO生產(chǎn)尼羅羅非魚(yú)和蕃茄進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模做實(shí)例，對(duì)使用建模技術(shù)分析復(fù)合養(yǎng)殖系統(tǒng)作了演示。對(duì)作為具有內(nèi)部反饋和相互反饋特性的動(dòng)態(tài)雙元系統(tǒng)的復(fù)合養(yǎng)殖系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制，動(dòng)態(tài)模型是必需的。本研究展示了如何將針對(duì)作物和魚(yú)類生長(zhǎng)、廢物產(chǎn)生與過(guò)濾、溫室環(huán)境與水培法等多樣的復(fù)合養(yǎng)殖系統(tǒng)進(jìn)程及基于微分方程的動(dòng)態(tài)模型整合進(jìn)一個(gè)現(xiàn)實(shí)而復(fù)雜的復(fù)合養(yǎng)殖系統(tǒng)模式。在VBA Excel中完成了擬建模型，它可用于展示如何找到、控制并管理不同的ASTAF-PRO配置，增加對(duì)系統(tǒng)的了解，因而也增加了未來(lái)環(huán)境可持續(xù)復(fù)合養(yǎng)殖系統(tǒng)大規(guī)模生產(chǎn)的可能性。

(《Aquacultural Engineering》Vol.75)

Industrialized recirculating aquaculture system based on INSPEC

ZHANG Yewei1,2，WU Fan2，CHEN Xiang2，YANG Yuhong1

(1SchoolofElectronicInformationandElectricalEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200240,China;2FisheryMachineryandInstrumentResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences,Shanghai200092,China)

With the reduction of available water resources,the development of industrialized recirculating aquaculture becomes the trend of modern fishery.In order to improve the automation degree of industrial recirculating aquaculture and to better combine it with the Internet of Things,an industrial recirculating aquaculture system based on INSPEC has been designed and introduced in this paper.The system adopts closed recirculating aquaculture technology,uses microfiltration machine,fluidized bed,low pressure oxygen mixing device and other domestic advanced circulating water aquaculture equipment to build the hardware system,constructs the control system using SIEMENS S7-300 PLC and other intelligent instruments,and uses INSPEC as a human-computer interaction platform and to integrate all the elements together.The system realizes the intelligent control of aquaculture process,precise control of aquaculture water quality,and networked control of aquaculture in industrialized recirculating aquaculture system,with the advantages such as higher degree of automation,stable operation,and strong expansion.While being easy to popularize,the system also provides theoretical and data basis for future welfare breeding system.

industrialized recirculating aquaculture;INSPEC;Internet of Things;automatic control

10.3969/j.issn.1007-9580.2017.01.005

2016-10-18

2017-01-06

中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(2017HY-ZD0607)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)(CARS-50)

張業(yè)韡(1982—)，男，碩士研究生，研究方向：工業(yè)化水產(chǎn)養(yǎng)殖、數(shù)字漁業(yè)。E-mail:zhangyewei@fmiri.ac.cn

楊宇紅(1968—)，女，副教授，碩導(dǎo)，研究方向：多媒體信息處理與通信、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)研究。E-mail:yangyuhong@sjtu.edu.cn

S969.39

A

1007-9580(2017)01-021-05