基于浊度变化模型的循环水养殖变速流智能调控系统的制作方法

1.本发明涉及一种循环水养殖变速流智能调控设备，尤其是涉及一种基于浊度变化模型的循环水养殖变速流智能调控系统。


背景技术：

2.鱼产品富含人体所需的营养素，但随着人口数量的日益增长以及环境的污染退化等问题，仅仅依靠捕捞无法满足人类对于渔业资源的需求，工厂化循环水养殖通过综合利用生物学、环境学、建筑科学、信息科学、机电工程等先进科学技术手段，达到控制养殖生物的生存环境的目的，被认为是未来水产养殖业发展的主导方向之一。循环水养殖中的流速对鱼的生长和水质都有很大影响，合适的流速也是实现鱼类福利化养殖的必要条件。在循环水养殖系统中，流速的调控往往通过水泵进行调节，全天候运行的水泵是增加生产成本和资源消耗的重要原因。鱼群摄食后养殖水体的浊度处于不断变化的状态，在鱼群的浊度高峰期调整流速，既可以快速降低水体的浊度，保证养殖水体水质处于安全范围，促进鱼群的生长，也能够减小水泵造成的能源消耗，达到了节能减排，降低成本的目的。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种结构简易、使用方便、节能环保的循环水养殖变速流智能调控系统。本发明的基于浊度变化模型的循环水养殖变速流智能调控系统，通过分析养殖池内鱼群摄食后的排泄规律，确定初始的控制策略，利用pid算法变频实时控制养殖系统中的循环水流速，进而调控水池中的浊度水平，在保证水体质量的同时，极大降低系统能耗，节省循环水养殖成本。
4.为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：
5.一种基于浊度变化模型的循环水养殖变速流智能调控系统，系统包括养殖池、生物滤池、水泵、变频器、浊度传感器、plc、恒温加热器；
6.所述养殖池、生物滤池、水泵、增氧装置构成循环水养殖系统，所述增氧装置对养殖池内的养殖水体进行增氧补充，所述养殖池中的养殖水体首先经过微滤机进行初次过滤，接着经过所述生物滤池进行二次过滤，最终由所述水泵抽回养殖池中，从而构成整个循环水养殖系统；所述养殖池、生物滤池、水泵之间均通过水管连接；
7.所述养殖池、变频器、浊度传感器、plc控制器、水泵构成循环水养殖系统的变速流智能调控系统；所述浊度传感器用于实时测量养殖水体的浊度水平，并将测量数据传送到所述plc控制器中，所述plc控制器根据养殖水体的浊度水平实时调控变频器，进而控制水泵的出水流速，从而调节浊度。
8.该系统的控制方法，包括如下步骤：
9.系统运行前，需切断系统中的生物滤池和微滤机，使养殖池独立于整个系统，将浊度传感器置于养殖池中，分析鱼群的排泄规律，将鱼群两次投喂的时间间隔分为摄食、消化、排泄、恢复四个阶段，记录鱼群两次投喂间隔内的水质浊度变化，确定鱼群投喂后的浊
度高峰期，浊度峰值设为z
max
，取浊度阈值z
y
为0.7z
max
‑
。浊度传感器读取的数据设为z，浊度误差e＝z
y
–
z,plc控制变频器的输出控制频率为f,其计算公式如下：
[0010][0011]
其中k
p
、k
i
、k
d
分别为比例常数、积分常数、微分常数。
[0012]
本变速流调控系统中的浊度变化模型为一个带纯滞后的一阶惯性环节：
[0013][0014]
其中k为惯性环节增益，t为时间常数，τ为滞后时间。
[0015]
再进一步，对所述plc控制器中设定的比例常数k
p
、积分常数k
i
、微分常数k
d
进行参数整定，以临界比例法为整定依据，传递函数为所述浊度变化数学模型，整定顺序为先比例，再积分，最后微分，首先调节比例常数k
p
使浊度变化曲线的上升时间小(上升时间小于总调节时间的10％)，超调量小于5％，接着先将比例常数k
p
减小到原来的90％，再调节积分常数k
i
，若系统余差大于0.4，曲线偏离回复慢，则增大积分常数k
i
，若曲线持续震荡周期，则减小微分常数k
d
到原来的50％，最后由小到大调节微分常数k
d
，使系统具有较好的动态性能。
[0016]
本发明的有益效果是：
[0017]
本发明以养殖水体中的浊度为整个调控系统的被控对象，以pid算法为控制策略，plc为控制器，基于浊度变化实时控制养殖系统中的循环水流速，进而调控水池中的浊度水平，在保证水体质量的同时，极大降低系统能耗，本发明系统节省循环水养殖成本，系统结构简易，成本低廉，可使水泵造成的能源消耗降低30％，同时养殖水体的水质处于良好状态，鱼群生长不受影响。
附图说明
[0018]
图1是本发明的系统结构图；
[0019]
图2是本系统养殖池的内部结构图；
[0020]
图3是本系统蓄水池的内部结构图；
[0021]
图4是本发明的控制系统方框图；
[0022]
1、养殖池；2、生物滤池；3、变频器；4、plc控制器；5、气管；6、增氧装置；7、蓄水池；8、紫外消毒器；9、水管；21、入水孔；22、隔网；23、出水口；24、浊度传感器；31、调温器；32、水泵；33、生物填料。
具体实施方式
[0023]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
[0024]
根据图1所示，本实施例所述的一种基于浊度变化模型的循环水养殖变速流智能调控系统，系统包括养殖池1、生物滤池2、水泵32、变频器3、浊度传感器24、plc控制器4、增氧装置6；所述养殖池1、生物滤池2、水泵32、增氧装置6构成循环水养殖系统，所述增氧装置6用于对养殖池1内的养殖水体进行增氧补充，所述养殖池1中的养殖水体首先经过微滤机进行初次过滤，接着经过所述生物滤池2进行二次过滤，最终由所述水泵32抽回养殖池1中，
从而构成整个循环水养殖系统。
[0025]
所述养殖池1池壁固定有一根水管9，水管9上开有若干入水孔21，池中设有圆柱形的隔网22，所述隔网22与所述养殖池1等高，所述隔网22底部为所述养殖池1的出水口。所述蓄水池7内部放置有生物滤池2、水泵32、调温器31，所述生物滤池2中包含若干圆柱型的生物填料33，所述生物填料33的总体体积占所述生物滤池2的50％。所述水泵32固定于所述蓄水池7底部，所述水泵32出水口通过水管9与所述养殖池1的入水孔21相连，所述水管9部分透明，所述透明部分水管外侧装有紫外消毒器8，所述浊度传感器24置于养殖池1的1/3水深处，所述调温器31置于蓄水池7的池壁，用于调节养殖水体温度。
[0026]
所述养殖池1、变频器3、浊度传感器24、plc控制器4、水泵32构成循环水养殖系统的变速流智能调控系统；所述浊度传感器24用于实时测量养殖水体的浊度水平，并将测量数据传送到所述plc控制器4中，所述plc控制器4根据养殖水体的浊度水平实时调控变频器3，进而控制水泵32的出水流速，从而调节浊度。
[0027]
应用上述装置进行循环水养殖变速流智能调控时，具体步骤如下：
[0028]
首先系统运行前，需切断系统中的生物滤池2和微滤机，使养殖池1独立于整个系统，将浊度传感器24置于养殖池1中，分析鱼群的排泄规律，将鱼群两次投喂的时间间隔分为摄食、消化、排泄、恢复四个阶段，记录鱼群两次投喂间隔内的水质浊度变化；确定鱼群投喂后的浊度高峰期，浊度峰值设为z
max
，取浊度阈值z
y
为0.7z
max
。浊度传感器24读取的数据设为z，浊度误差e＝z
y
–
z,plc控制变频器3的输出控制频率为f,其计算公式如下：
[0029][0030]
其中k
p
、k
i
、k
d
分别为比例常数、积分常数、微分常数。
[0031]
考虑本变速流调控系统中的浊度变化数学模型为一个带纯滞后的一阶惯性环节，其中k为惯性环节增益，t为时间常数，τ为滞后时间。
[0032][0033]
对所述plc控制器4中设定的比例常数k
p
、积分常数k
i
、微分常数k
d
进行参数整定，以临界比例法为整定依据，传递函数为所述浊度变化数学模型，整定顺序为先比例，再积分，最后微分，首先调节比例常数k
p
使系统响应曲线的上升时间小，超调量小，接着先将比例常数k
p
减小到原来的90％，再调节积分常数k
i
，若系统余差较大，曲线偏离回复慢，则增大积分常数k
i
，曲线震荡周期长，则减小微分常数k
d
，最后由小到大调节微分常数k
d
，使系统具有较好的动态性能。
[0034]
选用临界比例法对pid参数进行初步整定后，可根据最终需要的控制要求采用试凑法对整定后的参数进行微调，以获得最终的比例、积分、微分常数，从而使变速流控制系统具有较好的快速性、稳定性以及准确性。
[0035]
以上公开的仅为本发明的具体实施例，但本发明并非局限于此，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，做出的变形应视为属于本发明保护范围。