摘要：應用PLC可編程邏輯控制器聯合自動控制技術，設計并構建一種適用于池塘養殖的具有底污定向沉降、定時吸污、排污與沖洗循環工作等功能的底污自動清理系統，以期能夠為池塘養殖水質控制、增產增效提供一定的技術支持。對養殖池塘底部進行積污池硬化改造，配合變頻水車式增氧機實現養殖池塘底污定向沉降。選用養殖池塘殘餌及糞便自動抽取裝置作為積污池底污自動抽取設備，實現養殖底污的高效抽離。使用安裝有高密度濾網的高壓板式壓濾機作為養殖底污固液分離裝置，從而實現底泥固化轉移和尾水清潔回排。選用西門子S7-200作為系統智能控制器，實現自動設備的周期性定時控制，配合安全穩定的電氣控制設備，實現系統硬件設備的自動控制。底污自動清理系統能夠保證硬件設備協同工作、有效運轉，在養殖試驗中取得了優異的應用效果，有效實現了底污定向沉降。通過池塘養殖底污自動清理系統設計與應用，初步實現了池塘養殖底污的定向沉降、底污清理固化轉移以及尾水清潔回排，能夠有效應用于池塘養殖生產，并為實現池塘養殖自動化與信息化提供技術支持。

　　關鍵詞：池塘養殖;底污;定向沉降;固液分離;自動控制系統

　　中圖分類號： S969;TP273 文獻標志碼： A

　　文章編號：1002-1302(2022)02-0198-08

　　收稿日期：2021-04-14

　　基金項目：中國水產科學研究院淡水漁業研究中心基本科研業務費專項資金(編號：2019JBFM07);中央級公益性科研院所基本科研業務費專項基金(編號：2020TD37);現代農業產業技術體系專項“特色淡水魚產業體系”(編號：CARS-46)

　　作者簡介：馬曉飛(1989—)，男，山東陽信人，碩士，助理研究員，主要從事漁業經濟與信息技術應用研究。E-mail：maxf@ffrc.cn。

　　通信作者：袁永明，研究員，主要從事漁業經濟與信息技術研究。E-mail：yuan@ffrc.cn。

　　池塘養殖底污主要是養殖過程中殘余的餌料、養殖生物排泄物以及殘骸在池塘內沉積而產生的污染物，當底污物質在養殖水體過量堆積和分解會抑制水體自凈能力，進而導致水質惡化、養殖生物病害、翻塘等嚴重后果。相關研究表明，養殖池塘中總氮和總磷等污染物主要通過餌料投喂等方式輸入，而大部分的氮磷物質最終會在養殖池塘底部沉積[1-3]。除殘餌外，養殖生物的殘骸及排泄物的絕大部分也會沉積在底泥中，當水體環境發生改變，底泥中的沉積物會分解釋放污染物質，導致水質惡化。底污有機物質的不完全分解會釋放大量對養殖生物有毒害作用的中間產物，如NH-3-N、NO-2-N、H2S等，會導致養殖生物出現更多的病害。依據相關試驗，養殖池塘的底泥沉積物在一個養殖周期內的積累量最高可達1.85×105～1.99×105 kg/hm2，底泥厚度平均每年增加6～8 cm，其中精養池塘、高密度養殖塘以及有生活污水排入的池塘淤泥累積的速度更快。目前，養殖池塘底泥清理主要通過人工或機械清淤作業方式完成[4]，人工清淤費時費力且效率較低，而機械清淤成本較高且受池塘地形地貌、作業距離等條件影響較大，現有的機械清污方式只是簡單地替代了最原始的人工清污過程，尚不能滿足現代化漁業生產的實際需要。因此，開展池塘養殖底污自動清理技術的相關研究并設計開發一種能夠有效控制水體污染物定向沉降、泥漿泵設備定時吸污并通過底污固液分離進而實現污泥壓濾轉移和尾水凈化回排的池塘養殖底污自動清理系統，具有一定的必要性和迫切性。

　　基于上述原因，本研究設計與開發了適用于池塘養殖環境的底污自動清理系統：系統終端控制器選用西門子S7-200系列PLC[5]，實現自動設備的周期性定時控制，配合安全穩定的電氣控制設備，實現系統硬件設備的自動控制;通過對養殖池塘底部進行積污池硬化改造，系統智能控制變頻水車式增氧機實現養殖殘餌、糞便等池塘底污向積污池定向沉降;系統定時控制養殖池塘殘餌及糞便自動抽取裝置作為積污池底污自動抽取設備，實現養殖底污的高效抽離;系統通過控制安裝有高密度濾網的高壓板式壓濾機實現養殖底污固液分離，從而進一步實現底泥固化轉移和尾水清潔回排。系統具有精準控制、運行可靠、可移植性高等特點，初步實現了池塘養殖底污的定向沉降、底污清理固化轉移以及尾水清潔回排，能夠有效應用于池塘養殖生產，并為實現池塘養殖自動化與信息化提供技術支持。

　　1 系統需求與總體設計

　　系統需求及設計以羅非魚高密度池塘養殖為基礎，羅非魚高密度池塘養殖具有養殖密度高、飼料投喂量大等特點，結合試驗觀察，羅非魚糞便排出初段具有膜性包被且漂浮于養殖水體[6-8]。羅非魚高密度池塘養殖底污積累量較大且羅非魚糞便的初段漂浮特性，適用于池塘養殖底污自動清理系統的有效應用。綜合養殖實際需求，開展池塘養殖底污自動清理系統需求分析和總體設計，系統主要包括底污定向沉降控制模塊、底污抽取控制模塊、固液壓濾分離控制模塊、系統總控單元以及自動化養殖設備等軟硬件功能模塊組成。系統涉及自動化養殖設備主要包括變頻水車式增氧機、養殖池塘殘餌及糞便自動抽取裝置(CN201610321045.8)[9]、高壓板式壓濾機[10]等，養殖設備供電及控制線路接入系統總控制配電箱;系統終端控制器選用西門子S7-200系列PLC(S7-200 CPU224 XP AC/DC/RELAY)，該類型PLC控制器標配有繼電器輸出10組、光電隔離型開關量輸入14組、2路支持 ModBus-RTU 協議的RS-485通信口并內置萬年歷及實時時鐘，滿足系統控制輸出、反饋信號輸入及通信需求，終端控制器通過DTU模塊同物聯服務器進行通信和數據傳輸[11]。終端控制器作為養殖現場控制中心，能夠有效協調系統軟硬件設備協同工作，通過多設備控制與反饋輸入協作保障底污定向沉降、底污抽取以及固液壓濾分離等各項控制和監測反饋功能的實現。

　　系統運行時，用戶通過現場配置終端將系統運行控制方案錄入系統終端控制器;系統使用過程中，終端控制器通過控制變頻水車式增氧機實現養殖殘餌、糞便等池塘底污向積污池定向沉降，在沉降池廢棄物累積量達到設定閾值或定時器達到設定定時運行周期時，控制器控制養殖池塘殘餌及糞便自動抽取裝置運行，通過吸污管吸污以及沖洗管對周圍積污的反沖洗實現養殖底污的高效抽離，系統通過控制安裝有高密度濾網的高壓板式壓濾機實現養殖底污固液分離，從而進一步實現底泥固化轉移和尾水清潔回排。系統控制流程見圖1。