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1、细心整理工厂化水产养殖中的自动限制技术工厂化水产养殖是集机、电、化、仪、生物工程和水处理技术为一体，建立起一个水体循环的封闭养殖工厂，在人工限制条件下进展高密度、工业化养殖生产。其生产过程通过一系列生物、物理和化学手段，对养殖水体和生态条件进展处理、监测和限制，缔造出最适宜养殖生物生长的水体环境，到达最快的生产速度，从而使单位体积水体产量获得极大的提高。该养殖方式特点是养殖密度高，有利于节约用地；养殖水体循环运用，降低了水资源的损耗，削减了污染；因此，工厂化水产养殖符合“资源节约、环境友好型”的可持续开展战略，具有广袤的开展前景。自动限制技术是工厂化水产养殖技术的重要方面。应用自动限制技术，可
2、以对养殖水体和微生态环境的一些重要参数进展最正确调整和限制，最大限度的发挥工厂化养殖的效能，到达精准限制养殖生产过程的目的。养殖过程的影响因子许多，并且有些参数相互影响，变量较多，多因子全过程限制比拟困难，影响较大的主要参数包括溶解O、pH值、温度、浊度、氨氮、盐度、碱度、传导率等。自动限制技术主要是探究这些参数的调整与限制方法，为工厂化养殖的自动化和精准化供应技术支持。 自动限制技术在水产养殖领域的应用，极大地促进了水产养殖行业的工业化开展。建立设备配套性能完好、技术先进、自动化程度高、系统连续稳定运行的自动限制系统,能够确保养殖系统限制的精确性、平安性和适应性，为养殖生产供应牢靠的水质和生
3、态条件。1. 工厂化水产养殖自动限制系统组成1.1 自动限制系统的构造 工厂化水产养殖生产过程的影响因子许多，各种参数相互之间的影响比拟大，限制规律和系统组成困难。把多种困难的多因子限制系统，分解为单因子的调整与限制，就变成了简化的限制系统，如图1所示。上位机可编程逻辑限制器PLC传 感 器模数转换模块A/D执行元件 图1 单因子自动限制系统组成 Fig.1 Automatic control system for one factor 单因子限制系统主要由上位机、可编程逻辑限制器PLC、模数转换模块A/D、传感器和执行原件组成。其中传感器把限制参数的现场变更转换成电信号，上传到模数转换模块，
4、模数转换模块把电信号进展模数转换，并输入到可编程逻辑限制器PLC上，PLC依据传感器测得数据，由限制逻辑方法计算出须要限制的参量，限制执行元件的动作，到达参数限制的目的。上位机一般指台式计算机，PLC将传感器的数据以及一些限制参数送至上位机中，由上位机中运行的监控工程显示出来，同时对参数进展历史记录，制作报表、曲线，便于视察和查询。此外，监控工程还依据须要修改限制参数，将修改好的参数送至下位机。自动限制系统的核心局部是可编程限制器(PLC)， 因其高牢靠性和较高的性价比在工业限制中得到广泛的应用。PLC具有输入参数和输出参量多、单一PLC可有多大十几个甚至几十个输入、输出数值量，可把解O、pH
5、值、温度、浊度、氨氮、盐度、碱度、传导率等多个传感器同时探测的数值传入单一PLC，实现多参数同时限制，简化了限制构造、削减过程变量。工厂化水产养殖的设备及检测仪表相对集中,参数限制相对独立，PLC特别适用于这样的系统特性,能够完成养殖生产过程中的工业限制与状态监测。所以,工厂化水产养殖循环水系统的自动限制构造一般都接受以计算机和PLC为根底的二级监控集散模式。1.2 自动限制系统的类型应用于水产养殖的自动限制系统主要包括中心限制类和现场限制类。中心监控类主要实现集中监测的运行管理功能,中控室计算机所具有的友好人机界面(限制系统的显示监视系统) 通过对PLC 的管理，实现对全养殖场整个生产过程中
6、全部设备的监测和限制。界面具有开放性、灵敏性、高牢靠性和易于操作性:模块和接口界面设计都接受国际标准,应用软件由标准和专用的软件模块和功能模块组成。现场监控是指各养殖车间设有多个PLC 限制子站,依据每个车间养殖品种的不同要求，设定自身的优化程序,实现本车间内的设备调整和优化限制功能。中心限制室PLC 可通过现场PLC 站干脆限制车间有关设备。假如中心限制室PLC发生故障,不会影响养殖场场内车间PLC 站的限制功能,假如PLC 网络中某个PLC 站发生故障,值班操作员可通过就地限制开关对设备进展限制。1.3 工厂化水产养殖自动限制系统设计的根本原那么在设计工厂化水产养殖自动限制系统过程中，要谨
7、慎考虑限制参数的可控性和实现限制的可能性，有些受多因子影响的参数，就要从限制方法的角度考虑限制技术的创新性。自动限制设计的根本思想是:精确性与经济性相结合；生产过程限制功能和紧急分散在PLC限制子站，限制平安的监视和管理集中到限制中心。1.3.1 自动限制的精确性原那么自动限制系统要完成精确限制的功能，要确定限制的方法和限制的精度范围。首先依据特性曲线、数学模型、有关规定、测定值等对各处理单元的工艺限制过程和参数进展系统分析和精确表达；其次是依据主要干扰的频率和振幅确定相应工艺过程限制任务,协调工艺各单元之间的关系,确立整体工艺限制过程,实现精确限制目标。1.3.2 限制系统的平安性原那么 平
8、安牢靠的实现限制目标是设计自动限制系的根本要求。在自动限制系统中,由于须要限制的设备和元件许多,逻辑关系困难,各种设备和单元都有可能发生故障或出现误动作,这都会造成必需的损失。工厂化水产养殖系统的设计出于平安生产的考虑,一般接受三级限制层:就地手动、现场监控和远程监控。就地手动是指通过设备旁的转换开关手动限制设备的开启和关闭；现场监控是指由现场PLC执行限制设备的任务；远程监控是指由养殖场限制中心通过限制网络对远端的设备进展监控。通过设计三级限制保障措施，对各种故障进展刚好、精确的检测、显示和报警,幸免生产损失,是设计限制系统时必需解决好的关键问题。1.3.3 限制系统的经济性原那么工厂化水产
9、养殖的自动限制要求系统有较高的智能度和容错实力，降低建立自动限制系统的本钱。在限制过程中对参数变更范围限制的越窄，建立系统所须要的设备、元件的对应参数精度要求就越高，购置的本钱越大。因此，对于生产过程的参数，要合理确定限制参数的精度，在满足生产过程要求的前提下，尽量放宽限制精度等级。实此时此刻到达限制目的的同时，降低生产本钱。2、工厂化养殖生产过程限制中的限制方法 应用于工厂化水产养殖生产过程限制的方法主要是PID 限制(即比例积分微分限制)和PID增益限制，有些工程运用了模糊限制、以及应用中正在进一步开展的预料限制。2.1 PID限制在各种限制理论中，PID限制是最常用的一种限制算法。图2为
10、常规PID限制系统原理图，系统由PID限制器和被控对象组成。PID限制是一种线性限制，依据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成限制偏差e(t)= r(t)- c(t) 2-1 将偏差的比例P、积分I和微分D通过线性组合过程限制量，对被限制对象进展限制。其限制规律为 2-6式中： e(t)偏差Kp比例系数TI积分时间常数TD微分时间常数比 例积 分微 分被 控 对 象e(t)r(t)u(t)c(t)图2：常规PID限制系统原理图Fag.2：General PID control system PID限制器各个校正环节作用可以简洁的概括如下：比例环节是成比例地反映限制系统的偏差，偏差一旦产生，限
11、制器立刻产生限制作用，以削减偏差。提高Kp能提高系统响应速度，但假如Kp取值过大，会引起系统振荡，破坏系统动态性能；积分环节主要用于消退系统静差，提高无差度。它对误差进展积分，对系统限制有必需的滞后作用。TI越大，积分作用越强，但积分作用过强会造成系统超调增大，甚至引起振荡；微分环节是反映偏差信号的变更趋势，并在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，削减调整时间，增加系统的稳定性。常规的PID限制中的比例作用事实上是一种线性放大或缩小的作用，通常是一个固定数值，很难满足被控对象非线性的特性。PID增益限制就是为了到达系统的限制要求，获得好的限制效果
12、，对限制回路的比例增益进展非线性补偿。通过变量增益算法，对PID限制器进展线性补偿改造，也称非线性变增益PID限制器，从而到达精确限制目的。2.2 模糊限制模糊限制理论是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为根底的计算机智能限制，是最近开展很快的一种限制理论，主要用于解决如pH值之类的大滞后、时变、非线性的过程限制，其要点不是要求驾驭受控对象的精确数学模型，而是依据人工限制规那么，组织限制决策表，然后由该表确定限制量的大小。将模糊限制和PID限制两者结合起来，既具有模糊限制灵敏而适应性强的优点，又具有PID限制精度高的特点。图2-4：模糊限制原理框图Fig.2-4:the frame of
13、 fuzzy control theory 模糊限制的根本原理如图2-4所示，虚线框表示的就是模糊系统，也称为模糊限制器。真实输入值通常是误差信号e，模糊限制器首先将具体数值的e进展模糊化成模糊量，该模糊量可用在学问库中的模糊集表示。随后模糊限制依据学问库中的模糊算子、模糊规那么和运算法那么进展推理运算，得出一个用于输出限制的模糊集。由于现实限制须要的是一个确定的数值，所以对输出限制模糊集进展反模糊化处理后得到一个真实的输出值用于系统限制。2.3 预料限制预料限制具有对模型要求低、限制综合质量好、在线计算便利等特点,是一种优化限制新算法。针对一些纯滞后、大惯性参量,设计动态矩阵预料限制器,通过
14、对阶跃响应系统的处理,有效地将动态矩阵限制算法应用于纯滞后、大惯性的生产过程的参量。多种多样的预料算法可归为两大类，第一类为基于非参数模型的模型预料限制、比拟有代表性的是模型算法限制(MAC)、动态矩阵限制(DMC)、模型预料启发限制(MPHC)；另一类是基于参数化模型的预料限制如广义预料限制(GPC)和广义预料极点配置限制(GPP) 等。实际应用运行结果说明:预料限制系统限制精度高、稳定性及抗干扰实力强,可有效地保证被控值的精度,在将来开展的工厂化水产养殖过程限制中具有很高的管用价值。3 工厂化水产养殖自动限制系统的监控设计3.1 监控工程的作用工厂化养殖中有许多水体参数，如温度、DO、CO
15、2、pH、浊度、氨氮等十几个参数，每个参数均由各自的传感器及其配套的变送器负责检测，一般的变送器只能显示数据，不能对数据进展保存、查询，这样不利于了解参数的变更规律和运行状况；拥有保存查询功能的变送器价格高出平凡变送器许多，假如每个参数的监测都运用带有数据保存查询功能的变送器本钱会增加许多。而且显示不同参数状况的变送器无论是集中放在一起还是分散放置，都不利于工作人员视察记录。除了水体参数之外，养殖工厂还有其他一些设备的状况须要随时驾驭，比方阀门，增氧机，水泵等。监控工程的作用就是将全部须要监测的参数，设备的工作状况收集起来，在上位机中用曲线，表格，图形等各种可视化的手段集中显示出来，这样工作人员可以一目了然的看到想要了解的参数数值、设备状态，并且还将所需数据保存起来，工作人员可随时调用任何时刻的数据，增加对参数变更规律了解。工作人员还可以运用监控工程便利地修改下位机中的限制参数，以到达限制现场状况的目的。功能齐全的监控工程可以帮助工作人员全面、精确、刚好驾驭和限制整个养殖现场的状况，提高工作效率，标准养殖过程，提升养殖和管理水平，充分表达工厂化水产养殖的先进性。3.2 监控工程的功能3.2.1通讯功能 从下位机中接收数据，向下位机写入数据称为通讯，这是监控工程最根本的功能。上位机和下位机连接
