鮑魚保活運輸車的研制與環(huán)境性能試驗研究

摘要 為滿足鮑魚高效可控的?；盍魍ㄐ枨?，采用實時動態(tài)監(jiān)控的冷海水噴淋?；钅Ｊ剑兄屏缩U魚?；钸\輸車。對冷海水噴淋保活運輸車的環(huán)境控制技術進行研究，探索合適的噴淋循環(huán)水水質(zhì)凈化方式，對噴淋海水紫外殺菌技術進行研究，分析了不同輻照強度、輻照時間對滅菌效果的影響；對氣提式砂濾器中進氣量、砂層厚度、砂層粒徑對固體顆粒物等去除率的影響進行研究，同時對噴淋海水溫度BPNN-PID控制與傳統(tǒng)PID控制效果進行對比研究。結(jié)果表明，研制的鮑魚保活流通運輸車具有良好的環(huán)境調(diào)節(jié)性能，可滿足鮑魚?；钸\輸需求。

關鍵詞 鮑魚；?；钸\輸車；研制

中圖分類號 S981.3 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）21-0189-04

Abstract In order to meet the demand for efficient and controllable keepalive of abalone， we adopted a realtime dynamic monitoring mode of cold seawater spray and preservation， developed an abalone keepalive transport vehicle， and implemented an environmental control technology for cold seawater spray keepalive transport vehicles. Besides， we researched and explored suitable spray circulating water purification methods， conducted research on ultraviolet disinfection technology of spray seawater， analyzed the influence of different irradiation intensity and irradiation time on the sterilization effect， and carried out air intake in the air stripping sand filter. The effects of air inflow， sand thickness， sand particle size on the removal of solid particles were researched. The comparative research on the effects between spray seawater temperature BPNNPID control and traditional PID control was carried out. The results indicated that the abalone keepalive flow vehicle developed in this research had good environmental regulation performance and could meet the needs of the abalones keepalive transportation.

Key words Abalone；Keepalive transport vehicle；Development

我國在水產(chǎn)品運輸[1-3]方面具有較久的歷史，但整體運輸手段和?；盍魍ㄋ捷^為落后。鮑魚在?；钸\輸過程中必須通過一系列的調(diào)節(jié)措施，使得?；瞽h(huán)境維持或者接近其賴以生存的自然環(huán)境 [4-5]，或者通過一系列的措施降低其新陳代謝活動，從而實現(xiàn)?；钸\輸。國內(nèi)在鮑魚?；盍魍ㄟ\輸方面也開展了一些研究：徐文其等[6]分析了鮑魚保活運輸?shù)臋C理，并概述了各方法的優(yōu)缺點；倪錦等[7]針對高值貝類?；钣袑W者提出了冷海水噴淋?；罘椒?，利用冷海水噴淋保活技術與生態(tài)冰溫技術相結(jié)合，可實現(xiàn)高值貝類的保活運輸[8-9]。在鮑魚?；钸\輸裝備方面的研究較少，考慮水產(chǎn)品運輸?shù)南鄬νㄓ眯裕山梃b相關的研究：申淑琦等[10]等分析了貝類?；罴夹g及工藝，展望了現(xiàn)代可行的貝類保活途徑；宗慎強等[11]研制了鮮活水產(chǎn)品運輸車環(huán)境控制系統(tǒng)，并進行了優(yōu)化仿真，得到了較優(yōu)方案；張飲江等[12]研制了水產(chǎn)品?；盍魍ㄔO備，可實現(xiàn)自動控溫、高效增氧等環(huán)境調(diào)節(jié)功能；朱健康等[13]研制了活魚運輸裝置，可以滿足水溫、溶氧和水質(zhì)等關鍵影響因子的調(diào)控。綜合而言，鮑魚現(xiàn)有的運輸模式落后，存在運輸距離近、死亡率高、運輸效率低、運輸過程缺乏實時狀態(tài)監(jiān)測和可控調(diào)節(jié)措施等問題，迫切需要進行技術革新，開發(fā)一種全新的?；钸\輸技術，構建可控的、高效的保活運輸車[8，14]。

針對上述問題，筆者研制了鮑魚?；钸\輸車，構建了智能控制系統(tǒng)、冷熱調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、霧化噴淋與增氧子系統(tǒng)、凈化殺菌子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)、電力供應設備和鮑魚轉(zhuǎn)運架等主要模塊，進一步針對保活運輸車環(huán)境調(diào)控性能進行評估，分析噴淋溫度控制、噴淋海水溶氧控制以及噴淋海水流率控制等環(huán)境調(diào)節(jié)能力，驗證鮑魚?；钸\輸車的環(huán)境調(diào)控能力。

1 鮑魚保活運輸車的基本原理

鮑魚?；钸\輸車主要包含智能控制系統(tǒng)、冷熱調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、霧化噴淋與增氧子系統(tǒng)、凈化殺菌子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)、電力供應設備和鮑魚轉(zhuǎn)運架（圖1）。智能控制系統(tǒng)的主體為基于PLC的智能控制核心，其連接著智能數(shù)據(jù)采集傳輸模塊、GPS定位模塊、數(shù)顯終端和操控觸摸屏等，實現(xiàn)?；钸\輸車的智能監(jiān)控；冷熱調(diào)節(jié)子系統(tǒng)可以保證冷量或熱量的供給，智能切換，保證不同季節(jié)的溫度控制需求；霧化噴淋與增氧子系統(tǒng)用于?；盍魍ㄟ^程中的水量、溶氧等基本需求，維持鮑魚保活所需的環(huán)境；凈化殺菌子系統(tǒng)包括紫外殺菌裝置、氣提式砂濾系統(tǒng)等；環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)主要由車廂內(nèi)的氣壓傳感器和溫度傳感器、濕度傳感器和水槽內(nèi)溫度傳感器組成，可實時監(jiān)測車內(nèi)環(huán)境；電力供應設備主要包含發(fā)電機及應急蓄電池系統(tǒng)，保證車輛正常運行的電力需求；鮑魚轉(zhuǎn)運架主要功能是實現(xiàn)鮑魚的車上裝載，以及快速靈活的轉(zhuǎn)運需求。

2 鮑魚保活運輸車的主要組成

2.1 ?；钸\輸車本體

保活運輸車為一部解放牌改裝廂式保溫貨車，其車廂內(nèi)部可利用尺寸為長7.5 m、寬2.3 m、高2.4 m，車廂主體為角鋼框架結(jié)構，內(nèi)外表面包覆0.6 mm的鋁合金板，并在內(nèi)表面涂上0.2 mm的玻璃鋼涂層，內(nèi)外表面之間的隔熱層厚度為50 mm，中間填充保溫材料，以隔絕內(nèi)外熱量的傳遞。除去設備區(qū)，實際利用長度為6.0 m。

2.2 智能控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)的核心采用Siemens S7/CPU-226PLC，人機界面采用Simatic 10.4inch 彩色觸摸顯示屏，GPS采用驛唐科技的定位模塊，采用網(wǎng)口通型號傳輸模塊，實現(xiàn)車輛本地控制與遠程動態(tài)監(jiān)控。智能控制系統(tǒng)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)動態(tài)采集，實時存儲和智能預判報警等功能。

2.3 冷熱調(diào)節(jié)子系統(tǒng)

冷熱調(diào)節(jié)設備主要作用是通過控制循環(huán)水的溫度來調(diào)節(jié)車廂內(nèi)?；瞽h(huán)境的溫度，在降溫過程中采用梯度降溫模式，防止溫差變化過大影響存活率，按照熱負荷平衡計算，運輸車廂表面積、運載的水體、轉(zhuǎn)運架以及鮑魚的總量約為13 450 W選用1臺渦旋式制冷壓縮機，以R410A為工質(zhì)，在冷凝溫度50 ℃、蒸發(fā)溫度7 ℃時，制冷量為15 125 W，可滿足冷量調(diào)節(jié)需求，標準制熱泵運行制熱量為25 135 W。

2.4 霧化噴淋與增氧子系統(tǒng)

根據(jù)工藝試驗測算，選用南方泵業(yè)型號為ZS80-65-125/5.5離心式循環(huán)水泵，額定流量為100 m3/h，揚程為13 m，功率為5.5 kW，選用2臺噴淋泵，成并聯(lián)安裝，一臺作為工作循環(huán)泵，另一臺作為備用循環(huán)泵。選用一臺回水泵，型號為ZS80-65-125/5.5離心式循環(huán)水泵，額定流量為100 m3/h，揚程為13 m，功率為5.5 kW。采用霧化噴頭，實現(xiàn)均勻霧化噴淋。在保活運輸過程中，鮑魚需要消耗氧氣，利用制氧機向循環(huán)水體曝氣，按照試驗測算，1 t高值鮑魚需要消耗的氧氣為250 g/h左右，選用BS52-FY10制氧機2臺，單臺功率為900 W，單臺供氧量為600 L/h，可以滿足3.6 t鮑魚?；钸\輸過程中對氧氣的需求。

2.5 凈化殺菌子系統(tǒng)

在?；盍魍ㄟ\輸過程中，為了有效減少細菌對保活流通效果的影響，在水箱內(nèi)部側(cè)壁采用浸沒式紫外殺菌燈，安裝多個UV550W STRRILIZER紫外殺菌燈，紫外輻射強度為30 000 μW/cm2，并在噴淋管路內(nèi)安裝多個254 nm 紫外線燈，功率分別為25和40 W功率，以滿足更好的殺菌需求。借鑒淡水魚保活流通過程中水體過濾模式，采用不銹鋼孔板進行粗濾，石英砂進行細濾，將過濾裝置與水循環(huán)系統(tǒng)集成，能夠基本滿足過濾需求。在噴淋水循環(huán)管路中設置了氣提式過濾器，進一步提高循環(huán)水的過濾效果。

2.6 環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要功能是滿足環(huán)境參數(shù)，系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)控，環(huán)境參數(shù)監(jiān)測傳感器主要包括氣壓傳感器和溫度傳感器、濕度傳感器和水槽內(nèi)溫度傳感器，系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)測傳感器主要包括電壓傳感器、水流傳感器等。

2.7 電力供應設備

選用一套柴油發(fā)電機組及應急蓄電池系統(tǒng)，其發(fā)電機型號DN184J，主用功率32 kW，頻率50 Hz，轉(zhuǎn)速1 500 r/min，功率因素0.8，三相四線制，該發(fā)電機組可以滿足各設備用電需求。滿負荷運行耗油為8.67 L/h。應急蓄電池系統(tǒng)的容量為3 kW·h，以滿足應急電力需求。

2.8 鮑魚轉(zhuǎn)運架

鮑魚轉(zhuǎn)運架是鮑魚轉(zhuǎn)運必備硬件，根據(jù)車廂內(nèi)部提供的空間位置設計，噴淋轉(zhuǎn)運架做成2排，每排為3個，底部設置軌道輪，并在車廂底部設置軌道。噴淋轉(zhuǎn)運架上部設置循環(huán)水管道接口，裝筐后的鮑魚放置在噴淋轉(zhuǎn)運架上，每個噴淋轉(zhuǎn)運架分為4層，每層的頂部有噴淋孔。

3 保活運輸車環(huán)境控制技術研究

為測試冷海水噴淋?；钸\輸車的環(huán)境控制性能、探索最佳的噴淋循環(huán)水水質(zhì)凈化方式，開展噴淋海水紫外殺菌技術研究，分析不同輻照強度、輻照時間對滅菌效果的影響；開展氣提式砂濾器中進氣量、砂層厚度、砂層粒徑對固體顆粒物等去除率影響的研究，開展BPNN-PID與傳統(tǒng)PID控制對噴淋海水溫度控制影響的研究。

3.1 紫外參數(shù)對保活水體滅菌效果的影響

在冷海水噴淋?；顕娏芟到y(tǒng)的管路上，安裝不同功率的紫外殺菌裝置，分別開展不同功率紫外殺菌燈，不同流量下紫外殺菌對?；钏w滅菌效果影響試驗。細菌總數(shù)按GB 5750中平皿計數(shù)法測定。紫外殺菌采用254 nm 紫外線燈，設定不同的循環(huán)水水流量，采用可調(diào)功率的紫外設備對管道內(nèi)的水體進行紫外殺菌，分析不同組的殺菌效果，開展不同參數(shù)的紫外殺菌試驗，結(jié)果見表1。

從表1可知，在海水噴淋?；钛h(huán)系統(tǒng)中，紫外線輸入功率和循環(huán)水流速是影響紫外線殺菌效果的重要因素。單位水體的紫外線輸入功率越大，殺菌效果越好；水體通過紫外燈殺菌器的流速越大，總殺菌效果加大。?；钸\輸車在實際運行中，可以采用大功率紫外燈輻照以及小流量循環(huán)方式。

3.2 砂濾參數(shù)對?；钏w中固體顆粒物去除效果的影響

?；钸\輸車上的砂濾器采用氣提式砂濾器，注入定流量的氣提，使得砂層底部的砂粒被提起，由于砂子與海水之間力的相互作用，產(chǎn)生了大量氣泡，固體顆粒物被氣泡裹附，石英砂因重力作用落到砂層頂部，氣泡和固體顆粒物從排污口排出。該測試中單個砂濾器處理水量為5 m3/h。開展不同的對比試驗，研究最合適的砂濾參數(shù)，使得去除?；钏w中固體顆粒物的效果最佳。顆粒懸浮物（SS）采用稱質(zhì)量法測定。試驗時計算顆粒懸浮物采用稱重量法，且僅研究水體單次流經(jīng)氣提式砂濾器的過濾試驗，對氣提式砂濾器的凈化效果進行研究，采用不同的砂層厚度、砂層粒徑比較對水質(zhì)優(yōu)化的效果，試驗結(jié)果見表2。

根據(jù)試驗結(jié)果可知，在砂層厚度800 mm、粒徑1～2 mm、通氣量為0.5 m3/h時，砂濾器對顆粒懸浮物的去除效果比較好，單次循環(huán)水體中的過濾顆粒去除率為58.12%。在?；钸\輸車中設置多個砂濾器，通過多次過濾可以顯著降低?；钏w的顆粒懸浮物，實現(xiàn)水質(zhì)凈化。

3.3 噴淋海水溫度BPNN-PID控制與傳統(tǒng)PID控制效果對比

為了分析?；钸\輸車噴淋海水溫度控制的效果，開展了噴淋海水溫度的BPNN-PID控制效果試驗，并與傳統(tǒng)的PID控制器的控制效果進行了比較，結(jié)合相應控制指標對試驗結(jié)果進行了評價。BPNN-PID采用參數(shù)自整定，PID控制參數(shù)采用穩(wěn)定邊界法進行整定。PID控制與BPNN-PID控制的結(jié)果如圖2～3所示。

從圖2和表3可以看出，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡（BPNN-PID）控制的超調(diào)量為15%，常規(guī)PID控制的超調(diào)量為76%，BPNN-PID控制優(yōu)于常規(guī)PID控制，不會引起系統(tǒng)大波動。另外BPNN-PID控制的過渡時間和延遲時間也遠低于常規(guī)PID控制，BPNN-PID 控制能很快達到穩(wěn)定狀態(tài)。衰減率比常規(guī)PID小很多，控制比較平穩(wěn)。從圖3可以看出，?；钸\輸車采用的基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡的PID 控制明顯比常規(guī)PID 控制穩(wěn)定，波動很小，達到穩(wěn)定的時間也明顯比常規(guī)PID控制要短，具有更好的控制效果。?；钸\輸車采用的基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的PID控制具有自學習、自適應性的優(yōu)點，可以實現(xiàn)控制參數(shù)在線調(diào)節(jié)，保證最優(yōu)的控制效果。

4 結(jié)論

該研究采用實時動態(tài)監(jiān)控的冷海水噴淋?；钅Ｊ?，研制了鮑魚保活運輸車，構建了智能控制系統(tǒng)、冷熱調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、霧化噴淋與增氧子系統(tǒng)、凈化殺菌子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)、電力供應設備和鮑魚轉(zhuǎn)運架等主要模塊，可滿足鮑魚的?；钸\輸需求，進一步針對?；钸\輸車環(huán)境調(diào)控性能進行了評估，主要結(jié)論如下：

（1）紫外線輸入功率和循環(huán)水流速是影響紫外線殺菌效果的重要因素，保活運輸車在實際運行中，可以采用大功率紫外燈輻照以及小流量循環(huán)方式，保證最佳的殺菌效果。

（2）在砂層厚度800 mm、粒徑1～2 mm、通氣量為0.5 m3/h時，砂濾器對顆粒懸浮物的去除效果比較好，單次循環(huán)水體中的過濾顆粒去除率為58.12%。在?；钸\輸車中設置多個砂濾器，通過多次過濾可以顯著降低?；钏w的顆粒懸浮物，實現(xiàn)水質(zhì)凈化。

（3）保活運輸車采用的基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡的PID 控制明顯比常規(guī)PID 控制穩(wěn)定，波動很小，達到穩(wěn)定的時間也明顯比常規(guī)PID控制要短，具有更好的控制效果。

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