專利名稱：一種混合式機械增氧的智能控制方法
技術領域：
本發明涉及混合式機械增氧的智能控制方法，特別涉及對水產養殖中底部平整養殖池的增氧控制。
背景技術：
我國水產養殖行業增氧普遍采用七十年代誕生于我國的葉輪式增氧技術，葉輪增氧機對提高我國水產品產量起到了重要作用，當前，在一些底部不規則的養殖池(主要是一些天然的養殖池)它的作用仍然不可替代。近年來隨著對水產品產量和質量需求的不斷增力口，水產養殖由以前的散養為主的模式發展為集中養殖和工業化養殖，許多天然養殖池經過修正，同時人工挖掘了一些養殖池，這些養殖池底部平整。在沿海一些發達省份，適用于底部平整養殖池的增氧高效的微孔曝氣增氧機得到了養殖戶青睞和政府的鼓勵與補助。 但這些增氧機普遍采用人工手動控制，如增氧不及時容易引起魚蝦缺氧死亡，增氧電機一般為工頻工作。耕水機為近年從日本引進技術，在晴朗的白天增氧效率遠遠高于其它增氧機械，而且能夠改善水質，但在陰雨天，尤其是黑夜起不到緊急增氧的效果，不能單獨使用。而我國當前水產業的自動化程度很低，許多都是人工憑經驗控制，因此耕水機普及程度不高。

發明內容
本發明的目的是針對上述現有技術中增氧方法中存在的問題，提供一種混合式機械增氧的智能控制方法，充分發揮現有水產養殖機械增氧設備耕水機白天工作效率高的特點和底層微孔曝氣增氧機應急增氧效率高的優點，通過PLC把二者混合增氧并進行智能控制，達到節能、節省人力成本和延長增氧電機使用壽命的目的。本發明采用的技術方案是
一種混合式機械增氧的智能控制方法，該混合式機械為耕水機和底層微孔曝氣增氧機相結合的混合式機械，所述控制方法的步驟為
Ca)白天水體富氧時，以耕水機工作為主，微孔曝氣增氧機不工作或輔助工作；
(b)由(a)所述富氧環境變為陰雨天或夜晚水體缺氧環境時，通過PLC定時關閉耕水
機；
(c)陰雨天或夜晚水體缺氧時，通過PLC采用遲滯PI-PID控制器，變頻控制增氧效率高的底層微孔曝氣增氧機增氧；
(d)由(b)、(c)所述缺氧環境變為(a)所述富氧環境時，通過PLC定時開啟耕水機。所述PLC的內部定時器設置工作時間為3:00 19:00,21:00 24:00。所述遲滯PI-PID控制器變頻控制過程中，PLC根據每一個采樣周期測量得到的溶解氧含量值的變化，采用PI-PID控制當現場測量的溶解氧含量值與設定的要求的目標值之差的絕對值較大時，采用一組能迅速減小誤差的PI控制參數；當現場測量的溶解氧含量值與設定的要求的目標值之差的絕對值較小時，為保持控制系統穩定采用另一組PID控制參數。所述采樣周期取為10s。所述控制方法的遲滯PI-PID參數為當溶解氧含量誤差由大減小到O. 4mg/L前和由小增加到O. 6mg/L后，采用有利于盡快減小誤差的PI調節控制參數；當溶解氧含量誤差由大減小到O. 4mg/L后和由小增加到O. 6mg/L前，系統采用有利于保持系統穩定的PID參數。所述有利于盡快減小誤差的PI調節控制參數設置為P 20 ;積分時間0. Olmin0
所述有利于保持系統穩定的PID參數設置為P 6 ;積分時間lmin ;微分時間3S。綜上所述，本發明的優點是
I、白天耕水機工作，以極低的功耗(60W)發揮藻類的光合作用、風能和空氣的曝氣作用，大幅提高了水體溶解氧的含量和改善了水質。在晚上由于效率不高，通過PLC定時關啟耕水機，改變了當前用戶普遍24小時開機的狀況，延長了耕水機使用壽命。2、在陰雨天和晚上水體缺氧時，采用遲滯PI-PID變頻控制增氧效率高的底層微孔曝氣增氧機增氧。節約了能源，也延長了增氧電機的使用壽命，克服了耕水機不能應急增氧的缺點。


圖I是控制結構框圖2是遲滯PI-PID控制示意圖。
具體實施例方式I、硬件結構介紹
硬件結構如圖I所示，溶解氧含量的高低通過溶解氧傳感器輸出信號給信號放大模塊放大后輸入EM235模擬量輸入模塊(輸入端為EM235的AIl和AI2)，CPU根據兩路信號的平均值判斷溶解氧含量的高低，控制底層微孔曝氣增氧機變頻工作(輸出端為AOl )，當低于下限值時通過蜂鳴器發出報警，耕水機通過定時控制。2、耕水機的定時控制
耕水機通過PLC內部定時器設置工作時間為3:00 19:00，21:00 24:00。實現了分階段工作。3、微孔曝氣增氧機的遲滯PI-PID變頻控制
在溶解氧的節能變頻控制過程中，PLC根據每一個采樣周期(取為IOs)測量得到的溶解氧含量值的變化，采用PI-PID控制當誤差e (現場測量的溶解氧含量值與設定的要求的目標值之差的絕對值。)較大時采用一組能迅速減小誤差的PI控制參數；當誤差e較小時為保持控制系統穩定采用另一組PID控制參數，具體設置過程在下一段介紹。系統中誤差大小的判定以O. 5mg/L為參考，但考慮到誤差變化的連續性，如果誤差大小的判別界限僅以O. 5mg/L為界時，控制參數就會頻繁切換，容易引起控制系統的混亂，因此在控制過程中設定遲滯控制區，如圖2所示，當誤差較大時采用能迅速減小誤差的PI參數(P 20 ；Ti O. Olmin)。誤差由大到小進入遲滯區后，只有當誤差小于O. 4mg/L時系統才采用另一組有利于保持系統穩定的PID參數(P 6 ；Ti lmin ；Td :3s);而當誤差由小增大到O. 4mg/L時，控制參數仍然不變，一直當誤差增大到O. 6mg/L時，控制參數才變為利于迅速減小誤差的PI參數。這樣在控制過程中保持了系統的穩定性和平滑性。在PI — PID控制過程中通過PLC的模擬量輸出值的大小控制變頻器的轉速。其輸出為
權利要求
1.一種混合式機械增氧的智能控制方法，所述混合式機械為耕水機和底層微孔曝氣增氧機相結合的混合式機械，所述控制方法的步驟為 Ca)白天水體富氧時，以耕水機工作為主，微孔曝氣增氧機不工作或輔助工作； (b)由(a)所述富氧環境變為陰雨天或夜晚水體缺氧環境時，通過PLC定時關閉耕水機； (c)陰雨天或夜晚水體缺氧時，通過PLC采用遲滯PI-PID控制器，變頻控制增氧效率高的底層微孔曝氣增氧機增氧； Cd)由(b)、(c)所述缺氧環境變為(a)所述富氧環境時，通過PLC定時開啟耕水機。
2.根據權利要求I所述的混合式機械增氧的智能控制方法，其特征在于所述PLC的內部定時器設置工作時間為3:00 19:00,21:00 24:00。
3.根據權利要求I所述的混合式機械增氧的智能控制方法，其特征在于所述遲滯PI-PID控制器變頻控制過程中，PLC根據每一個采樣周期測量得到的溶解氧含量值的變化，采用PI-PID控制當現場測量的溶解氧含量值與設定的要求的目標值之差的絕對值較大時，采用一組能迅速減小誤差的PI控制參數；當現場測量的溶解氧含量值與設定的要求的目標值之差的絕對值較小時，為保持控制系統穩定采用另一組PID控制參數。
4.根據權利要求3所述的混合式機械增氧的智能控制方法，其特征在于所述采樣周期取為10s。
5.根據權利要求I至4中任意一項所述的混合式機械增氧的智能控制方法，其特征在于所述控制方法的遲滯PI-PID參數為當溶解氧含量誤差由大減小到O. 4mg/L前和由小增加到O. 6mg/L后，采用有利于盡快減小誤差的PI調節控制參數；當溶解氧含量誤差由大減小到O. 4mg/L后和由小增加到O. 6mg/L前，系統采用有利于保持系統穩定的PID參數。
6.根據權利要求5所述的混合式機械增氧的智能控制方法，其特征在于所述有利于盡快減小誤差的PI調節控制參數設置為P 20 ;積分時間0. Olmin0
7.根據權利要求5所述的混合式機械增氧的智能控制方法，其特征在于所述有利于保持系統穩定的PID參數設置為P 6 ;積分時間lmin ;微分時間3S。
全文摘要
本發明涉及一種混合式機械增氧的智能控制方法，該方法采用混合式機械增氧的智能控制，對水產養殖中的溶解氧進行控制。一方面在白天以耕水機工作為主，以極低的能耗將底層水縱向提升,充分發揮藻類的光合作用、風能和空氣的曝氣作用，增加了水體溶解氧含量并大幅改善了水質；另一方面晚上則通過PLC定時關啟耕水機，改變了當前用戶普遍24小時開機的狀況，延長了耕水機使用壽命。在陰雨天和晚上水體缺氧時，采用遲滯PI-PID變頻控制增氧效率高的底層微孔曝氣增氧機增氧，節約了能源，也延長了增氧電機的使用壽命，克服了耕水機不能應急增氧的缺點。
文檔編號A01K63/04GK102902199SQ20121038588
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月12日 優先權日2012年10月12日
發明者蔣建明 申請人:常州大學