池塘养殖精准投喂量投饵机的研究

发布时间：2020-04-29 13:44

【摘要】：池塘养殖控制成本的主要方式之一是对饲料使用的控制。投喂量不足,会导致养殖对象生长放缓甚至停滞,影响产量,降低经济效益。而饲料的过量投喂,不仅浪费资源,而且多余的残料会污染水体,严重的情况下会导致养殖对象的大面积死亡,造成巨大的经济损失。鱼虾生长所需的饲料量是随着水温、溶氧量、PH值等水质参数以及生长阶段不断变化的,因此需要投饵机能够精准地投喂养殖所需的饲料量。基于上述背景开展池塘养殖精准投喂量投饵机的研究,开发出能满足池塘养殖精准投喂的投饵机系统。本文设计了投饵机的机械结构方案,包含送料装置、称重装置和抛料装置;比较分析了现有颗粒物料质量流量检测技术,选定冲量法作为本装置的饲料质量测量方法;进行了精准投喂系统的控制策略研究,利用PLC作为控制核心,编制了精准投喂程序和控制算法,满足了投饵机精准性的要求;最后根据工程图纸加工了实验样机,进行了样机性能测试试验以及投喂量误差精准测定试验。主要的研究内容如下:(1)参照市场上成熟的投饵机结构以及养殖专家经验等相关的文献资料,确定本精准投喂量投饵机的基本结构由送料装置、称重装置和抛料装置组成。其在现有的螺旋送料-离心抛投投饵机的基础上,新增加一套精准称重装置。称重装置安装在送料装置和抛料装置之间,进行实时饲料质量的读取;控制系统读取实时的称重信号进行累计,当所投饲料质量达到预设投喂量时停止运行。(2)颗粒饲料在精准称重装置送料管筒中的气固两相流运动情况是影响精准投喂量投饵机投喂精度的关键因素,因此利用Solidworks对送料装置进行了三维建模,用有限元仿真软件ANSYS CFX仿真分析影响测量精度的关键因素,利用仿真结果对送料装置结构进行优化,提高投饵机的投喂精度。得到如下结论:称重装置的测量精度受送料管筒的倾角、筒长以及在送料管筒入口处的饲料速度影响;精准投饵机送料管筒的最佳参数应为:送料管筒倾角为38°,筒长为410mm,管筒入口处的饲料速度为0.32m/s,在这样的参数下投饵机能获得最好的测量精度;送料管筒入口处的饲料速度是影响测量精度的最主要因素,送料管筒安装倾角对精度的影响次之,送料管筒筒长对精度的影响最小。(3)设计了精准投喂系统的控制策略。根据池塘精准投喂系统的投喂量由池塘水质参数决定的特点,设计了二维模糊控制器,投饵机可以自学习以往投喂量经验,根据水温和溶氧量输入模糊控制器得到精准的投喂量。投饵机方面则利用PLC作为控制核心,当PLC收到的称重传感器传递的饲料质量累计值达到模糊控制器输出的投喂量值时,及时停止送料、抛料电机工作,从而实现投饵机的精准投喂。通过Zigbee通信模块搭建远程控制系统,实现小距离的投饵机投喂控制。(4)为验证精准投喂量投饵机工作性能和投喂量误差,制造了投饵机样机并做了相关的样机试验。样机试验包含投饵机性能测试与投喂量误差精度测定试验。性能测试试验表明样机各关键部件运行良好,螺旋送料器以及转盘平稳可靠,符合设计要求。投喂量误差精度测定试验以2#对虾配合固体颗粒饲料为测量对象进行了实验,实验结果表明预定投喂量和实际投喂量之间误差均控制在0.2%~1.7%范围以内。
【图文】：

示意图,投饵机,示意图,螺旋送料器

所设计的投饵机可实现精准的饵料投喂，物料传动机构是精心设计的螺旋送料器，控制系统通过控制电机的启停实现单位时间固定的投喂量，达到其所谓的精准，其装置的结构示意图如图1-1所示。徐志强等[16]研制了一套新型自动投饲系统，送料装置采用螺旋送料器和变频电机，以及投饵速度和投饵时间可调等技术。运用PLC作为控制器实现远距离气动投饲，其整体结构如图1-2所示。1.储料仓 2.电器控制 3.螺旋送料器 4.皮带5.传动轴 6.轴承座 7.电机 8.机架 9.支撑轮图1-1投饵机装置结构示意图Fig.1-1 Schematic diagram of automatic feedingdevice

自动投饵机,整体结构

3图1-2 自动投饵机整体结构图Fig.1-2 The whole structure diagram of automatic feeding machine以上研究的思路均是通过设计特殊机械结构或对电气设备的时间设定来实现饵料的精确投喂，均只能对所投饲料量进行间接估算，误差较大。为了进一步提升投喂的精准性，吴泽强等[17]研制出一种投饵机的计重投喂系统，其设计了一个额外的称重平台，能实时地对投饵机整机进行称重，进而测得料箱内饲料的变化量，实现计重投喂，，整个称重结构如图1-3所示。图1-3 称重结构Fig.1-3 Weighing structure胡昱等[18]研制了深水网箱自动送料系统。该系统设计了一种计量系统装置，采用科里奥利质量流量检测技术，通过实时调节送料盘转速，来控制计量给料。但由于饵料在输送过程中会受到温度及空气相对湿度等的影响，导致下料困难而影响最终的测量精度。周晓林[19]针对小水体的养殖实验需求
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S969.31

【参考文献】