水產養殖集中式智能化投飼增氧系統應用淺析

趙建寶 沈巧云

0 引言

進入21世紀以來，我國對于水產養殖行業所應用的水質傳感技術、納米技術和生物處理技術等高端技術研發取得了較大的突破，水產養殖正向著自動化、精準化、智能化方向發展。目前，我國自動化水產品養殖方式主要有工程化池塘精準養殖、陸基工廠循環水精準養殖和網箱精準養殖三大類。工程化池塘精準養殖在傳統池塘養殖的基礎上應用水質監測系統、產品監測系統、自動控制系統及大數據管理系統，對于養殖環境的要求較低，對原養殖場所的改動較少，不會改變用戶的養殖方式和養殖習慣，且一次性投入后可長久受益，是我國池塘養殖的主要發展方向。而傳統的池塘養殖用自動投飼機及增氧技術已不能滿足工程化池塘精準養殖要求，開展水產養殖集中式智能化投飼增氧系統方面的研究己成為當務之急。

1 研發背景

投飼裝備技術水平直接影響養殖水體的水質條件，影響養殖魚類的攝食率、健康程度和生長速度。規模化水產養殖所需的投飼量巨大，要求投飼距離遠、范圍大，實現多點同時投喂。采用人工作業方式給投飼機上料耗時耗力，投飼精度和飼料利用率低，存在殘余飼料污染水環境等問題。針對投飼機械化、精準化、智能化發展需求，開展集中式智能投飼增氧一體化系統技術和設備方面的研究勢在必行。

2 集中式智能投飼增氧一體化系統構成

2.1 總體結構

集中式智能投飼增氧一體化系統由控制系統、供氣系統、投飼系統和增氧系統等組成（見圖1）。該系統以智能投料、智能增氧為突破口，以手機控制為核心，主要實現以下幾點目標：

圖1 集中式智能化投飼增氧系統結構示意圖

1）投飼系統與增氧系統共用一個供氣系統，由控制系統控制供氣系統向投飼系統、增氧系統同時或單獨供氣。

2）采用氣力輸送這一工程技術滿足池塘養殖生產中智能化集中投飼需求，解決集中供料、飼料預處理、多點位(多水槽)同步供料投飼以及遠程管理控制等問題，實現物料定量控制。

3）通過溶解氧傳感器反饋的信息控制各增氧點的增氧工作。

2.2 控制系統

集中式智能化投飼增氧系統與物聯網相連可遠程控制智能化控制盒，通過手機App軟件實現投喂和增氧遠程控制、物料余量和溶解氧的遠程監測及故障的實時報警反饋。

2.3 供氣系統

該系統由氣泵、管道、分配器等組成，通過分配器分配物料遠程輸送及增氧所需的氣源。氣泵采用羅茨風機。應準備2臺以上氣泵，一臺正常工作，其余備用。

2.4 投飼系統

該系統采用集中儲料分散供料的方式，由一點向多點供料。采用低壓壓送式氣力輸送技術將飼料輸送至各投飼點供投飼機投料，通過控制器設定投料時間、投料間隔等相關參數，以實現全天候全自動高效精確投餌。需要進行輸送管道直徑及氣量大小優化設計[1]，確定氣力輸送方式及參數[2]。

2.5 增氧系統

根據工業化池塘養殖特點，參考相關研究成果，優選曝氣增氧[3]。設計增氧曝氣單元與氣送投喂單元有機對接，優化水下增氧曝氣裝置；綜合考量投料量和增氧要求，研究最優參數。安裝養殖管理水體溶解氧預警預報在線系統，當溶解氧低于5.0 mg/L時，電磁閥自行啟動，實現在線控制水體溶氧量[4]。開發氣－水混合定向流推水高效增氧設備、高溶解氧垂直分流控制工藝，控制水槽前、中、后垂直剖面的養殖水體溶解氧、流速均衡。

2.6 主要技術參數

參考目前成熟的市場化產品，通過優化計算，選擇以下參數：輸入功率≥5.5 kW；多點位輸送飼料（點位數≥3）；飼料輸送管道內徑40～50 mm；飼料輸送最遠距離＞100 m；微孔曝氣管內徑10～14 mm；增氧支管道內徑63 mm；增氧能力＞2.0 kg/h。

3 安裝使用方法

如圖1所示，集中式智能化投飼增氧系統由控制系統、供氣系統、投飼系統和增氧系統等組成。使用時，支架固定在養殖塘口內，固定在支架上的拋料盤露出水面，送料支管道的下料口伸至拋料盤的正上方，下料口對應投飼點，每個投飼點對應一個送料支管道、一個送料控制開關和一個下料裝置。當投飼點1需要拋料時，通過手機端或電腦端控制與其對應的下料裝置，將料倉內的物料送至送料支管道，然后打開對應的送料控制開關，供氣系統向主供氣管道供氣，將送料支管道內的物料推送至投飼點1。當需要多個投飼點拋料時，與投飼點對應的下料裝置下料、送料控制開關打開，主供氣管道供氣，將物料推送至對應的投飼點，實現多個投飼點的同時或分時拋料。料倉帶有稱重傳感器，稱重傳感器傳遞信號至手機端或電腦端，管理人員根據該信號判斷是否需要加料。

增氧支管道的增氧方式和投飼點的拋料方式類似。匹配溶解氧傳感器檢測是否需要增氧，實現智能化控制。

應設置多個氣源，一個氣源異常時可及時更換另一個氣源，保證供氣的連續進行。

4 應用前景

基于物聯網技術的集中式智能化投飼增氧系統應用開發，滿足了目前池塘工業化養殖生產中智能化集中投飼增氧需求，實現了集中氣源供氣、集中多點供料、遠距離送料投料、智能增氧、手機端遠程控制和物料定量控制，拓展了養殖范圍和空間。研發推廣符合中國國情、操作相對簡便、經濟性較高的自動投飼增氧結合系統技術和設備，可大大提高水產養殖行業的設施裝備水平和勞動生產率，降低勞動力成本，減少飼料浪費，降低殘餌污染導致水質惡化的可能性，節約環保。該技術的開發應用可促進水產養殖向著自動化、精準化、智能化方向轉變，促進漁機產業結構調整及產品升級換代。