PLC水产养殖自动控制系统
［摘要］我国水产养殖行业目前人工成本很高，大部分地区技术落后，且依靠传统养殖方法难满足现代养殖业标准要求。目前已经到更新换代的阶段。本系统利用传感器测量出水中相应的环境因子PH值、溶解氧、氨氮、水温、水位。并通过传感器将这些信号转化为数字信号或者模拟信号，传入现场PLC控制系统以及终端，再通过编制的软件实现数据整理和数据分析，依据数据控制电机启停。通过传感器反馈参数，形成闭环控制系统。利用上位机实时操作和监控。在管理人员不在现场的情况下，能通过手机短信接收到系统发来的报警信息，实现全时段监控。
［关键词］水产养殖；自动控制系统；PLC；传感器；上位机
1系统方案
在本文中，选用西门子S7-200224XP控制器和EM231模拟量模块采集传感器参数。通过软件程序判定水质状况。根据饲养方案判断启停抽水机和增氧机，自动控制水体环境始终保持在饲养标准范围内。同时西门子S7-200224XP控制器与上位机通过RS-485（PPI协议）转RS-232串口通讯，实时监控系统运行状态。
2水质调节方案
水产养殖标准范围的水质指标：PH（酸碱度）：8.2~8.6；DO（溶氧）：大于4mg/L；氨氮：小于0.1mg/L；水位：根据鱼种选择；水温：根据鱼种选择。
3PH引起的水质问题
PH值过高或者过低都会对水中鱼类造成损害甚至致死。PH值过低会使鱼类血液的PH值降低，消弱其载氧能力，造成生理缺氧。虽然水中不缺氧但也会造成鱼类浮头。由于耗氧降低，代谢急剧下降。尽管食物丰富，但任然处于饥饿状态。PH低于6时，水中90%以上的硫化物以硫化氢的形式存在，增大硫化物的毒性。PH高于8时，大量的氨离子会转化成有毒的氨气。总之，过高或者过低的PH值均会使水中的微生物活动受到抑制，有机物不易分解，会增大水中有毒物质的毒性。解决方案：（1）当PH计检测到水体PH值过低，上位机报警。并显示“投放生灰石nkg”，其中n=池宽亩数×水深×125公斤。若长时间（30分钟以上）PH值没有提高，系统自启动抽水机，启动换水程序。（2）当PH计检测到水体PH值过高，上位机报警。并显示“投放漂白粉nkg”，其中n=池宽亩数×（水深/3）×12公斤。若长时间（30分钟以上）PH值没有降低，系统自启动抽水机，启动换水程序。
4氨氮引起的水质问题
氨氮主要来源于水生物的粪便和其它废物。水中的氨氮偏高会使鱼类中毒，会严重影响鱼类饲养安全性。急性中毒时可使肌肉痉挛、眼球出现回转反射障碍。甚至出现异常旋转游泳等症状，严重时窒息死亡。解决方案：（1）当氨氮传感器检测到水体氨氮偏高。系统自启动增氧机，直到水体氨氮值恢复到养殖标准范围。（2）当水体长时间（10分钟）未恢复到标准范围内。系统自启动抽水机，启动换水程序。
5含氧引起的水质问题
氧在水中的溶解随温度升高而降低、高温会使鱼类加快新陈代谢，增加耗氧。通过实验发现养殖密度越大，生物耗氧量也越大。有机物的分解也会使氧气消耗增加。无机物的氧化作用也会消耗大量溶解氧。轻度缺氧时，水面明显看出鱼游动的波浪，且头部付出水面，呼吸加快。严重缺氧时，大量浮头，甚至死亡。实际养殖中发现对鱼在溶氧为0.4mg/L时，停止摄食，长时间会窒息死亡。长期处于1.0-1.5mg/L的溶氧条件下，鱼会停止生长。解决方案：（1）当含氧传感器检测到水体含氧量低时。系统自启动增氧机，直到含氧恢复到标准范围内时，停止增氧机。（2）当水体长时间（10分钟）未恢复到标准范围内。系统自启动抽水机，启动换水程序。
6水位调节方案
对于不同的水生动物，对于水位的需求不同。根据水生动物的种类设定相应水位。在换水时通过采集水位信息，控制抽水机启停，使水位处于相应高度。初赙和鱼苗本方案设置水位为30CM。草鱼和鲫鱼设置水位为50CM。
7温度调节方案
在适温范围内，水温升高，呼吸频率增快，代谢作用增强，耗氧量增大。相反，新陈代谢速度的改变，渗透压调节和免疫系统功能低下等问题可能是由温度的激烈变化导致的。甚至会使水生动物体内各种酶的失去活性，造成鱼类的死亡。在适温范围内，如遇天气激烈变化引起温度改变，也可能使水生动物带来灾难。轻的会发病，严重时造成死亡。水温突变对幼鱼的影响更为严重。初赙出的鱼苗只能适应±2℃以内的温差，而小鱼苗能适应±5℃以内的温差，超过这个范围就会发病。此外，水温的变化会引起水中环境因素改变。水温升高还能使病原微生物活力增强，诱发疾病。水温的高低对鱼类的摄食影响明显。草鱼在水温27-32℃时摄食量最大，20℃时摄食量显著减小。水温低于7℃时，就会停止进食。鲤鱼在水温23-29℃时吃食最旺盛，4℃以下基本停食。因此鱼类的生长表现出明显的季节性。即春季吃食逐渐加强，夏季摄食旺盛，冬季摄食停止或基本停止。解决方案：（1）当温度传感器检测到水体温度低时，系统自启动加热棒。直到温度恢复到标准范围内时，停止加热。（2）当温度传感器检测到水体温度高时，系统自启动增氧机。直到温度恢复到标准范围内时，停止增氧。
8总结
我们小组多次在网上查阅或者到现场调研水产养殖业的相关数据和操作流程，熟悉养殖业必备的技能。并以此为基础设计四种鱼类养殖系统。在上位机可以选择养殖鱼类，系统立即做出相应的参数调整，控制电机启停直到满足养殖条件。同时为系统设计相关参数变化带来的水环境异变的情况。在整个设计和调试的过程中，小组遇到非常多的困难。比如传感器和控制器PLC的数据交互混乱，水产养殖经验不足等。但是小组成员不抛弃不放弃，仔细分析问题根源，查阅资料，请教老师，终于完成这个项目。当大家真正把所有精力都投入到这个项目中的时候，所有问题也就迎刃而解。通过这次大学生创业创新项目，我们真正感受到设计研发的艰辛。同时小组成员也深刻认识到学习和实践的重要性。
参考文献
[1]吴燕翔，胡咏梅，刘雨青.基于PLC循环水养殖温控系统的设计[J].科学技术与工程，2011（20）.
作者：丁丽娜 曾立俊 广颖 张世坤 魏荣成 单位：大连海洋大学
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