CN114698583A - 工厂化鱼类养殖智能溶解氧自调控方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水产养殖技术领域，公开了一种工厂化鱼类养殖智能溶解氧自调控方法及其系统，方法包括以下步骤：步骤S1：在控制器内设定溶解氧的最低阈值L和最高阈值H；步骤S2：溶解氧探头实时检测养殖池中溶解氧含量，若溶解氧含量≤L时，系统自动开启紧急增氧棒；若溶解氧含量＞H时，紧急增氧棒关闭，只留基础增氧棒开启；步骤S3：设定紧急增氧命令：设定控制紧急增氧棒的电磁阀开启和关闭一次即为紧急增氧命令的完成，记录一次紧急增氧记录r；步骤S4：对紧急增氧棒开启的不同情况进行判定、处理或提醒：在投喂间隔内，若紧急增氧棒开启频次异常，则发出报警提示。本发明能自动化、高效地完成养殖水体中的溶解氧水平调控，降低生产风险。

Description

工厂化鱼类养殖智能溶解氧自调控方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种工厂化鱼类养殖智能溶解氧自调控方法及其系统，属于水产养殖技术领域。

背景技术

溶解氧水平是影响水产养殖的重要因素，过高或者过低的溶解氧水平对于养殖动物均不利，过高的溶解氧水平还会造成浪费。目前的智能监控系统主要通过探头对原始数据进行直接利用和处理，属于一维的数据利用，其前提是设备运行良好。但没有对一定时间内的数据变化情况进行及时的分析和快速反馈，无法对关键设备的运行情况进行评价。因此，需要设计一种能够自动、高效完成养殖水体中的溶解氧水平调控且对溶氧系统运行情况进行评价的方法。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种工厂化鱼类养殖智能溶解氧自调控方法及其系统。

本发明所述的一种工厂化鱼类养殖智能溶解氧自调控方法，包括以下步骤：

步骤S1：设定溶解氧阈值：在控制器内设定溶解氧的最低阈值L和最高阈值H；

步骤S2：根据溶解氧的含量控制增氧棒的开关：溶解氧探头实时检测养殖池中溶解氧含量，若溶解氧含量≤L时，系统自动开启紧急增氧棒；若溶解氧含量＞H时，紧急增氧棒关闭，只留基础增氧棒开启；

步骤S3：设定紧急增氧命令：设定控制紧急增氧棒的电磁阀开启和关闭一次即为紧急增氧命令的完成，记录一次紧急增氧记录r；

步骤S4：根据紧急增氧发生的频次，设定自动调控指令，对紧急增氧棒开启的不同情况进行判定、处理或提醒：在投喂间隔内，若紧急增氧棒开启频次正常，则不发出报警提示；若紧急增氧棒开启频次异常，则发出报警提示。

优选地，所述步骤S4中紧急增氧棒开启频次正常的情况为：设定当天第i次投饵开始时间T_i0和投饵结束时间T_it，第i+1次投饵开始时间T_(i+1)0和投饵结束时间T_(i+1)t；大于等于(T_i0-t)且小于(T_it+t)为第i个投喂摄食期，大于等于(T_it+t)且小于(T_(i+1)0-t)为第i个静止期；当一个静止期内发生的紧急增氧记录r的次数小于等于p次，或一个投喂摄食期内的发生的紧急增氧记录r的次数小于等于m次,则定义为基础供氧系统正常，不发出报警提示；其中t为允许的生物反应时间，p和m均为大于等于0的自然数且p<m。

优选地，所述步骤S4中报警提示包含以下情况：

情况1：若发生紧急增氧记录r，则对相邻两次开启的时间间隔进行计算，当时间间隔小于x分钟，进行一次记录，自当第一次记录发生后连续1小时内，当记录次数达到a次及以上，则对基础供氧流量水平进行预判，但基础供氧当前流量L是基础供氧流量阈值水平90％以下水平，则自动或提醒生产人员将基础供氧流量水平提高到L*(1+10％)水平；

若调整基础供氧水平后，24小时内再次发生低溶解氧事件，且基础供氧流量水平低于设定值2％水平，则提醒生产人员进行基础供氧设备检修清理或更换维护，若调整后，24小时内未发生低溶解氧事件，则视为此次调整有效。

优选地，所述步骤S4中报警提示还包含以下情况：

情况2：若紧急增氧棒相邻两次开启的时间间隔小于y分钟，其中，y小于x，进行一次记录，当连续1小时内记录次数达到b次及以上，其中b和a均为大于等于0的自然数且b＞a，则提醒生产人员进行紧急供养设备检修清理或更换维护。

优选地，所述低溶解氧事件为：设定当天第i次投饵开始时间T_i0和投饵结束时间T_it，当在大于等于(T_i0-t)且小于等于(T_it+t)的第i次投喂时间间隔内，紧急增氧棒开启次数大于n次，或在大于(T_it+t)且小于(T_(i+1)0-t)的时间间隔内紧急增氧开启次数大于q次，其中，q和n均为大于等于0的自然数且q<n；则定义为基础供氧系统的低溶解氧事件发生1次。

优选地，所述步骤S2中若基础供氧流量达到最大流量的90％水平，但仍发生紧急增氧棒开启频次异常的情况，则提醒生产人员注意关注养殖生物状态，进行分池，降低养殖密度。

本发明所述的一种工厂化鱼类养殖智能溶解氧自调控方法的系统，包括溶解氧探头、基础增氧棒、紧急增氧棒、通讯报警系统以及控制器，其中：

溶解氧探头，设置于养殖池内，实时探测养殖池内溶解氧含量；

基础增氧棒，设置于养殖池内，始终开启，为养殖池进行增氧；

紧急增氧棒，设置于养殖池内，在养殖池内溶解氧含量低于阈值时开启为养殖池进行紧急增氧；

通讯报警系统，与上位机服务器之间通信连接，发出报警提示；

控制器，与溶解氧探头、基础增氧棒、紧急增氧棒即通讯报警系统之间电连接。

本发明所述的工厂化鱼类养殖智能溶解氧自调控方法及其系统，具有以下有益效果：

(1)能够自动化、高效完成养殖水体中的溶解氧水平调控，同时通过溶解氧水平的变化动态，实现度溶解氧系统维护、故障等情况的预警；

(2)自动调节养殖水体中的溶解氧水平，使养殖鱼类成活率增加，大大提高了生产效率，降低了生产风险；

(3)节约液氧使用，降低溶解氧及养殖成本；

(4)设备简单，方法使用方便，无需对工人进行特殊培训。

附图说明

图1是本发明方法的流程框图。

图2是本发明系统的连接框图。

图3是实施例3中正常情况下养殖池中溶解氧变化的示意图。

图4是实施例3中紧急增氧棒频繁开启时养殖池中溶解氧变化的示意图。

图5是实施例3中更换新的紧急增氧棒后养殖池中溶解氧变化的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示，本发明所述的工厂化鱼类养殖智能溶解氧自调控方法，包括以下步骤：

步骤S1：设定溶解氧阈值：在控制器内设定溶解氧的最低阈值L和最高阈值H；

步骤S2：根据溶解氧的含量控制增氧棒的开关：溶解氧探头实时检测养殖池中溶解氧含量，若溶解氧含量≤L时，系统自动开启紧急增氧棒；若溶解氧含量＞H时，紧急增氧棒关闭，只留基础增氧棒开启；

步骤S3：设定紧急增氧命令：设定控制紧急增氧棒的电磁阀开启和关闭一次即为紧急增氧命令的完成，记录一次紧急增氧记录r；

步骤S4：根据紧急增氧发生的频次，设定自动调控指令，对晋级增氧棒开启的不同情况进行判定、处理或提醒：在投喂间隔内，若紧急增氧棒开启频次正常，则不发出报警提示；若紧急增氧棒开启频次异常，则发出报警提示。

紧急增氧棒开启频次正常的情况为：设定当天第i次投饵开始时间T_i0和投饵结束时间T_it，第i+1次投饵开始时间T_(i+1)0和投饵结束时间T_(i+1)t；大于等于(T_i0-t)且小于(T_it+t)为第i个投喂摄食期，大于等于(T_it+t)且小于(T_(i+1)0-t)为第i个静止期。

当在一个静止期内发生的紧急增氧记录r的次数小于等于p次，或一个投喂摄食期内的发生的紧急增氧记录r的次数小于等于m次,则定义为基础供氧系统正常，不发出报警提示；其中t为允许的生物反应时间，因不同养殖品种而有所差异，但原则上t一般不超过(T_(i+1)0-T_i0)的5％-10％；p和m均为大于等于0的自然数且p<m。

步骤S4中报警提示包含以下两种该情况：

情况1：若发生紧急增氧记录r，则对相邻两次开启的时间间隔进行计算，当时间间隔小于x分钟，进行一次记录，自当第一次记录发生后连续1小时内，当记录次数达到a次及以上，则对基础供氧流量水平进行预判，但基础供氧当前流量L是基础供氧流量阈值水平90％以下水平，则自动或提醒生产人员将基础供氧流量水平提高到L*(1+10％)水平；

若调整基础供氧水平后，24小时内再次发生低溶解氧事件，且基础供氧流量水平低于设定值2％水平，则提醒生产人员进行基础供氧设备检修清理或更换维护，若调整后，24小时内未发生低溶解氧事件，则视为此次调整有效；

情况2：若紧急增氧棒相邻两次开启的时间间隔小于y分钟，其中，y小于x，进行一次记录，当连续1小时内记录次数达到b次及以上，其中b和a均为大于等于0的自然数且b＞a，则提醒生产人员进行紧急供养设备检修清理或更换维护。

上述两种情况中的低溶解氧事件为：设定当天第i次投饵开始时间T_i0和投饵结束时间T_it，当在大于等于(T_i0-t)且小于等于(T_it+t)的第i次投喂时间间隔内，紧急增氧棒开启次数大于n次，或在大于(T_it+t)且小于(T_(i+1)0-t)的时间间隔内紧急增氧开启次数大于q次，其中，q和n均为大于等于0的自然数且q<n；则定义为基础供氧系统的低溶解氧事件发生1次。

例如：当在大于等于(T_i0-t)且小于等于(T_it+t)的第i次投喂间隔内，紧急增氧棒开启发生次数大于1且小于等于5次，或在大于(T_it+t)且小于(T_(i+1)j+t)的时间间隔内紧急增氧棒开启次数大于等于1且小于等于3，此时进行一次记录，当24h内累计记录达到3次则进行报警，数据上传至服务器，APP挂到服务器，报告给APP后台，指示生产人员应进行基础供氧流量的增加。

紧急增氧棒相邻两次开启的时间间隔小于10min(根据品种和系统情况，可调整时间间隔)进行一次记录，当连续1小时内记录次数达到8次及以上，则提醒生产人员进行基础供氧设备检修清理或更换维护等。

紧急增氧棒相邻两次开启的时间间隔小于5min(根据品种和系统情况，可调整时间间隔)进行一次记录，当连续1小时内记录次数达到15次及以上，则提醒生产人员进行紧急供氧设备检修清理或更换维护等。

当基础供氧流量达到最大流量(有具体数值规定吗)的90％水平，但仍发生紧急增氧棒开启频次异常的情况，则提醒生产人员注意关注养殖生物状态，适时进行分池，降低养殖密度。

实施例2：

如图2所示，本发明所述的一种工厂化鱼类养殖智能溶解氧自调控方法的系统，包括溶解氧探头、基础增氧棒、紧急增氧棒、通讯报警系统以及控制器，其中：

溶解氧探头，设置于养殖池内，实时探测养殖池内溶解氧含量；溶解氧探头与控制器的数据读取单元连接，并通过数据读取单元将养殖池内的溶解氧含量实时发送给控制器；

基础增氧棒，设置于养殖池内，始终开启，为养殖池进行增氧；

紧急增氧棒，设置于养殖池内，在养殖池内溶解氧含量低于阈值时开启为养殖池进行紧急增氧；

通讯报警系统，与上位机服务器之间通信连接，发出报警提示；

控制器，与溶解氧探头、基础增氧棒、紧急增氧棒即通讯报警系统之间电连接。控制器采用PLC控制器，PLC控制器与基础增氧棒的电磁阀、紧急增氧棒的电磁阀、通讯报警系统和上位机服务器连接，PLC控制器可以进行溶解氧阈值和紧急增氧棒开启条件的设定，当PLC控制器收到来自数据读取单元的数据时进行判断是否达到了设定的条件与阈值，并根据设定的操作要求向紧急增氧棒的电磁阀发送命令，启动或关闭紧急增氧棒。

实施例3：

本实施例通过大西洋鲑养殖给出一组具体实例：如图3所示，设定溶解氧的低阈值为95％，高阈值为110％。当溶解氧水平下降到85％水平，仅靠基础供氧单元不能满足养殖水体的溶解氧要求，此时控制紧急增氧棒的电磁阀打开，紧急增氧棒启动，养殖池溶解氧水平上升。正常情况下，溶解氧水平在阈值范围内微有波动，基本不会触发紧急增氧棒启动(16:00之后)。在投饵时(每3小时投饵一次，3点、6点、9点等)会出现短暂的紧急增氧棒开启，尤其是白天有工人进行日常巡视的过程中，大西洋鲑会出现兴奋、跳出水面等高耗氧行为。

随着供氧系统的使用，紧急增氧棒会出现不同频次的开关，如图4所示(低阈值为90％，高阈值为110％)。经过问题查找发现，这种波动主要是因为增氧棒上的微孔被养殖水体中的粘液、悬浮物附着堵塞所致，此时应及时进行清洗。此时，即使增加基础供氧棒的流量也无法使系统的增氧水平恢复到正常情况。如果不能及时进行清洗，一方面会造成液氧的浪费，另一方面频繁开关会对大西洋鲑产生刺激，不利于其生长。

当对系统更换清洁的基础增氧棒后(15:30左右)，系统的溶解氧系统则能再次恢复正常，如图5所示(低阈值为90％，高阈值为110％)。如果更换后，电磁阀开关频率仍没有改变且进一步加大，则需要对紧急增氧棒进行清洁、维护或更换。

当上述操作仅进行后，且基础供氧流量已调至90％水平后，增氧频次仍较高时，则提示生产人员应及时进行分池，降低养殖密度。

本发明可广泛运用于水产养殖场合。

Claims (7)

1.一种工厂化鱼类养殖智能溶解氧自调控方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：设定溶解氧阈值：在控制器内设定溶解氧的最低阈值L和最高阈值H；

步骤S2：根据溶解氧的含量控制增氧棒的开关：溶解氧探头实时检测养殖池中溶解氧含量，若溶解氧含量≤L时，系统自动开启紧急增氧棒；若溶解氧含量＞H时，紧急增氧棒关闭，只留基础增氧棒开启；

步骤S3：设定紧急增氧命令：设定控制紧急增氧棒的电磁阀开启和关闭一次即为紧急增氧命令的完成，记录一次紧急增氧记录r；

步骤S4：根据紧急增氧发生的频次，设定自动调控指令，对紧急增氧棒开启的不同情况进行判定、处理或提醒：在投喂间隔内，若紧急增氧棒开启频次正常，则不发出报警提示；若紧急增氧棒开启频次异常，则发出报警提示。

2.根据权利要求1所述的工厂化鱼类养殖智能溶解氧自调控方法，其特征在于，所述步骤S4中紧急增氧棒开启频次正常的情况为：设定当天第i次投饵开始时间T_i0和投饵结束时间T_it，第i+1次投饵开始时间T_(i+1)0和投饵结束时间T_(i+1)t；大于等于(T_i0-t)且小于(T_it+t)为第i个投喂摄食期，大于等于(T_it+t)且小于(T_(i+1)0-t)为第i个静止期；当一个静止期内发生的紧急增氧记录r的次数小于等于p次，或一个投喂摄食期内的发生的紧急增氧记录r的次数小于等于m次,则定义为基础供氧系统正常，不发出报警提示；其中t为允许的生物反应时间，p和m均为大于等于0的自然数且p<m。

3.根据权利要求1所述的工厂化鱼类养殖智能溶解氧自调控方法，其特征在于，所述步骤S4中报警提示包含以下情况：

情况1：若发生紧急增氧记录r，则对相邻两次开启的时间间隔进行计算，当时间间隔小于x分钟，进行一次记录，自当第一次记录发生后连续1小时内，当记录次数达到a次及以上，则对基础供氧流量水平进行预判，但基础供氧当前流量L是基础供氧流量阈值水平90％以下水平，则自动或提醒生产人员将基础供氧流量水平提高到L*(1+10％)水平；

若调整基础供氧水平后，24小时内再次发生低溶解氧事件，且基础供氧流量水平低于设定值2％水平，则提醒生产人员进行基础供氧设备检修清理或更换维护，若调整后，24小时内未发生低溶解氧事件，则视为此次调整有效。

4.根据权利要求1所述的工厂化鱼类养殖智能溶解氧自调控方法，其特征在于，所述步骤S4中报警提示还包含以下情况：

情况2：若紧急增氧棒相邻两次开启的时间间隔小于y分钟，其中，y小于x，进行一次记录，当连续1小时内记录次数达到b次及以上，其中b和a均为大于等于0的自然数且b＞a，则提醒生产人员进行紧急供养设备检修清理或更换维护。

5.根据权利要求3所述的工厂化鱼类养殖智能溶解氧自调控方法，其特征在于，所述低溶解氧事件为：设定当天第i次投饵开始时间T_i0和投饵结束时间T_it，当在大于等于(T_i0-t)且小于等于(T_it+t)的第i次投喂时间间隔内，紧急增氧棒开启次数大于n次，或在大于(T_it+t)且小于(T_(i+1)0-t)的时间间隔内紧急增氧开启次数大于q次，其中，q和n均为大于等于0的自然数且q<n；则定义为基础供氧系统的低溶解氧事件发生1次。

6.根据权利要求1所述的工厂化鱼类养殖智能溶解氧自调控方法，其特征在于，所述步骤S2中若基础供氧流量达到最大流量的90％水平，但仍发生紧急增氧棒开启频次异常的情况，则提醒生产人员注意关注养殖生物状态，进行分池，降低养殖密度。

7.基于权利要求1～6任意一项所述的一种工厂化鱼类养殖智能溶解氧自调控方法的系统，其特征在于，包括溶解氧探头、基础增氧棒、紧急增氧棒、通讯报警系统以及控制器，其中：

溶解氧探头，设置于养殖池内，实时探测养殖池内溶解氧含量；

基础增氧棒，设置于养殖池内，始终开启，为养殖池进行增氧；

紧急增氧棒，设置于养殖池内，在养殖池内溶解氧含量低于阈值时开启为养殖池进行紧急增氧；

通讯报警系统，与上位机服务器之间通信连接，发出报警提示；

控制器，与溶解氧探头、基础增氧棒、紧急增氧棒即通讯报警系统之间电连接。

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