330 / ЗаданКурсЖурналПолныйМПУСУ / 1СУ_РыбоводнымСадком
.pdf
РАЗРАБОТКИ СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
Автоматизированная система управления подводным рыбоводным садком
Андрей Быкадоров, Дмитрий Ерёмин
Морское садковое выращивание товарной рыбы является одним из наиболее перспективных направлений рыбоводства в мире. Для автоматизации этого процесса компанией «Антрел» по заказу ООО «Экофиш» был разработан и внедрён программируемый контроллер подводного автономного рыбоводного садка (ПК ПАРС).
|
|
Прибрежная зона российского бере |
рыбы лучше |
применять подводную |
наилучшей промываемости аквато |
||||||
|
|
га Чёрного моря (шириной от 0,2 до 20 |
технологию |
рыбоводства. В рамках |
рий). |
|
|
|
|
|
|
|
|
километров с кромкой материкового |
этой технологии стало возможным |
4. Возможны регулировка положения |
|||||||
|
|
шельфа глубиной до 100 м) благопри |
разработать такой садок, чтобы про |
садка по глубине и его перемещение |
|||||||
|
|
ятна для морского садкового рыбовод |
цесс выращивания проводился на наи |
в зону оптимальных для данного ви |
|||||||
|
|
ства. Скорость роста форели в море до |
более комфортной глубине для данно |
да рыбы температур. |
|
|
|||||
|
|
шести раз выше, чем в холодной пре |
го вида рыб (в зоне физиологического |
5. Решается проблема поверхностного |
|||||||
|
|
сной воде береговых хозяйств. |
оптимума). |
|
загрязнения садков. |
|
|
|
|||
|
|
Объектами товарного рыбоводства в |
Для лососёвых рыб наиболее подхо |
6. Значительно снижается уровень за |
|||||||
|
|
данной зоне могут служить радужная |
дящей является зона с температурами в |
грязнения от рыбоводной фермы в |
|||||||
|
|
форель или стальноголовый лосось, |
диапазоне 18 21°С, которая на шельфе |
прибрежной зоне. |
|
|
|
||||
|
|
черноморский лосось, осетровые и |
Чёрного моря находится на глубине |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
камбаловые породы. |
10 25 м в тёплое время года. |
ОПИСАНИЕ АВТОНОМНОГО |
|||||||
|
|
Очень высок темп роста черномор |
В итоге можно отметить ряд сущест |
САДКА |
|
|
|
|
|
||
|
|
ского лосося. Если высаживать в садки |
венных преимуществ подводной тех |
В подводном автономном рыбовод |
|||||||
|
|
рыбу навеской 160 г (темп роста кото |
нологии выращивания. |
ном садке ПАРС 2500 с объёмом сет |
|||||||
|
|
рой составляет 0,94% в сутки), особи |
1. Она позволяет обеспечить полную |
ной камеры 2500 м3 можно вырастить |
|||||||
|
|
первого нереста со средней длиной |
сохранность рыбы и садков при са |
до 70 100 тонн товарной рыбы. |
|||||||
|
|
61 см могут достигать массы 2,7 кг. |
мых жёстких штормах. |
Садок состоит из верхней и нижней |
|||||||
|
|
Нужно учесть океанографические |
2. Кормление может проводиться неза |
шестиугольных |
рам |
с |
регулируемой |
||||
|
|
условия: высокую поверхностную тем |
висимо от метеоусловий (даже во |
плавучестью. Рамы |
изготовлены из |
||||||
|
|
пературу воды (до 30°С) и штормовые |
время шторма). |
стальных труб, между которыми закреп |
|||||||
|
|
условия (волны до 5 8 м высотой). По |
3. Рыбоводные фермы могут быть вы |
ляется сетная камера (рис. 1) В центре |
|||||||
|
|
этому для круглогодичного разведения |
двинуты в |
открытое море (в зону |
верхней |
рамы |
расположен |
прочный |
|||
|
|
|
|
|
корпус кессонного типа, где смонтиро |
||||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
ваны системы управления садком и |
||||||
|
|
|
|
|
кормораздатчик с бункером для корма. |
||||||
|
|
|
|
|
В подводном положении ПАРС вы |
||||||
|
|
|
|
|
держивает шторм со скоростью тече |
||||||
|
|
|
|
|
ния до 2 м/с. В надводном положении |
||||||
|
|
|
|
|
садок |
обслуживается при волнении |
|||||
|
|
|
|
|
моря до 3 баллов. При глубине аквато |
||||||
|
|
|
|
|
рии до 50 м ПАРС удерживают на грун |
||||||
|
|
|
|
|
те три гравитационных якоря, которые |
||||||
|
|
|
|
|
расположены в вершинах равносто |
||||||
|
|
|
|
|
роннего |
треугольника |
со стороной |
||||
|
|
|
|
|
около |
100 м. |
Бункер, |
вмещающий |
|||
|
|
|
|
|
2 тонны |
гранулированного |
корма, |
||||
54 |
|
|
|
|
обеспечивает автономность |
садка до |
|||||
|
Рис. 1. ПАРС 2500 готов к спуску на воду |
|
|
25 суток, в зависимости от веса рыб. |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
www.cta.ru |
|
|
|
|
|
|
|
СТА 1/2007 |
|
© 2007, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru
Р А З Р А Б О Т К И / С Е Л Ь С К О Е Х О З Я Й С Т В О
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
питания 12/5 В постоянного тока, а по |
Датчики |
|
|
|
|
|
|
|
|
дача управляющих токов в соленоиды |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пневмоклапанов в системах кормле |
|
Герметичный корпус |
|
|
|
|
|
|
ния, всплытия, погружения – через |
||
|
|
|
|
|
|
|
внешние транзисторные ключи на дис |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Адаптерная плата |
|
|
|
|
|
|
|
кретных выходах ПК. Установка внеш |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
него таймера, включающего питание |
|
|
|
|
RS 232 |
|
|
|
платы микроконтроллера перед сле |
||
Промышленный контроллер |
|
|
|
|
дующим кормлением и сбор информа |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
ции с термодатчика, осуществляется |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Программатор |
последовательным кодом посредством |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
интерфейса I2C. |
||
|
Транзисторный блок |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Напряжение питания системы может |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
изменяться в пределах от 10 до 14 В в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
зависимости от степени зарядки акку |
|
Пневмоклапаны |
|
|
|
|
|
|
|
муляторной батареи. Питание платы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
микроконтроллера (+5 В) обеспечива |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ется импульсным преобразователем |
Рис. 2. Структурная схема оборудования рыбоводного садка ПАРС 2500 |
|
напряжения. |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для облегчения проведения работ по |
Структурная схема |
оборудования |
● сервисный контроллер программа |
ремонту системы управления в откры |
|||||||
рыбоводного садка ПАРС 2500 пред |
тор. |
|
|
|
|
|
том море контроллер выполнен в лёг |
|||
ставлена на рис. 2. |
|
ПК ПАРС устанавливается внутри |
ком и компактном пластиковом водо |
|||||||
Системами кормления, всплытия и |
центрального корпуса садка и предна |
непроницаемом корпусе фирмы Bopla |
||||||||
погружения |
управляет |
контроллер. |
значен |
для выполнения |
следующих |
с герметичными разъёмами, что мак |
||||
Связь с контроллером для управления |
функций: |
|
|
|
|
симально упрощает его транспорти |
||||
садком с берега осуществляется через |
● управление погружением и всплыти |
ровку и монтаж, а также предохраняет |
||||||||
SMS модем, установленный на буе. |
ем рыбоводного садка; |
|
от случайного попадания морской во |
|||||||
Программа |
позволяет |
ввести время |
● автоматическое кормление рыбы по |
ды на электронные платы. Доступ к |
||||||
кормления, обеспечивает точную дози |
заданному оператором режиму; |
контроллеру осуществляется через ре |
||||||||
ровку и частоту подачи корма, что со |
● измерение параметров водной среды |
монтный люк в центральном корпусе, |
||||||||
кращает расходы на питание, умень |
(температура, скорость течения); |
когда последний находится в надвод |
||||||||
шает количество отходов. |
● проведение дополнительных измере |
ном положении. Если ремонт заклю |
||||||||
С целью экономии заряда бортовой |
ний (натяжение крепёжных тросов |
чается в замене выходных транзисто |
||||||||
аккумуляторной батареи питание пла |
при помощи тензометрических дат |
ров в цепях управления пневмоклапа |
||||||||
ты микроконтроллера отключается в |
чиков, |
напряжение аккумулятора, |
нами, можно, не извлекая контроллер, |
|||||||
интервалах |
между кормлениями, но |
приём данных с аппаратуры опреде |
снять его крышку и заменить модуль с |
|||||||
может быть включено при поступле |
ления размеров рыб и др.); |
неисправным транзистором. Для этого |
||||||||
нии соответствующей SMS команды |
● формирование телеметрической ин |
управляющие транзисторы встроены в |
||||||||
или сигнала аварийной ситуации. |
формации (передаваемой посредст |
съёмные модульные корпуса фирмы |
||||||||
|
|
|
вом SMS модема). |
|
WAGO. |
|||||
ВОЗМОЖНОСТИ СИСТЕМЫ |
В |
качестве |
процессор |
|
|
|||||
УПРАВЛЕНИЯ |
|
ной платы выбран тради |
|
|
||||||
Бортовая система управления в базо |
ционный |
для |
морских |
|
|
|||||
вом варианте включает: |
|
применений |
микрокон |
|
|
|||||
● водонепроницаемый блок контролле |
троллер типа 5083 фирмы |
|
|
|||||||
ра (рис. 3), который состоит из одно |
Octagon Systems, с расши |
|
|
|||||||
платного микроконтроллера, платы |
ренным набором СОМ |
|
|
|||||||
управления питанием и адаптеров сиг |
портов, аналоговых и дис |
|
|
|||||||
налов, модулей силовых транзисторов; |
кретных сигналов ввода |
|
|
|||||||
● аккумулятор для автономного пита |
вывода, встроенным язы |
|
|
|||||||
ния; |
|
|
ком программирования и |
|
|
|||||
● SMS модем; |
|
с относительно невысо |
|
|
||||||
● аналого цифровой термодатчик; |
ким энергопотреблением. |
|
|
|||||||
● дискретные датчики уровня воды; |
Приём дискретных сигна |
|
|
|||||||
● пневмоавтоматику. |
|
лов от внешних датчиков |
|
|
||||||
Для управления ПАРС извне ис |
организован через преоб |
|
|
|||||||
пользуются: |
|
|
разователи уровня на спе |
|
|
|||||
● сотовые телефоны (для SMS сооб |
циальной |
|
адаптерной |
|
|
|||||
щений и команд); |
|
плате, включающей также |
|
|
||||||
● радиопульт для передачи команды |
энергонезависимый тай |
Рис. 3. Программируемый контроллер в водонепроницаемом |
||||||||
погружения; |
|
мер |
и |
преобразователь |
корпусе |
55 |
||||
СТА 1/2007 |
www.cta.ru |
© 2007, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru
Р А З Р А Б О Т К И / С Е Л Ь С К О Е Х О З Я Й С Т В О
|
|
ПК осуществляет управление корм |
ды и др.), а также замены прикладного |
||||
|
|
лением рыбы разных видов в соответ |
ПО ПК ПАРС (рис. 4). |
|
|||
|
|
ствии с таблицей режимов питания, за |
Питание программатора (напряжени |
||||
|
|
данной производителем корма. Табли |
ем от 10 до 30 В постоянного тока) осу |
||||
|
|
ца представляет собой зависимость су |
ществляется |
от |
внешнего источника |
||
|
|
точной нормы корма (в кг или %) на |
при подключении его к герметичному |
||||
|
|
100 кг рыбы от температуры воды. |
разъему снаружи центрального корпуса |
||||
|
|
Пользователь может изменять таблицы |
садка либо к блоку питания персональ |
||||
|
|
режимов кормления с помощью про |
ного компьютера. За первые 5 секунд |
||||
|
|
грамматора, соединяемого с контрол |
происходит установление режима обме |
||||
|
|
лером по каналу RS 232 во время об |
на информацией. После этого загружа |
||||
|
|
служивания. |
ется меню. Данные, задаваемые в ПК |
||||
|
|
С помощью программатора в кон |
ПАРС, можно подготовить заранее на |
||||
|
|
троллер вводятся следующие парамет |
персональном компьютере или ввести, |
||||
|
|
ры: |
используя клавиатуру программатора. |
||||
|
|
● биомасса рыбы в садке; |
В один программатор можно загру |
||||
|
|
● вес и размер рыбы; |
зить данные для большого количества |
||||
|
|
● кормовой коэффициент (коэффици |
ПК, а значит, обслужить с его помо |
||||
|
|
ент усвоения корма); |
щью все требуемые садки за один вы |
||||
|
|
● морской коэффициент (характери |
ход в море. |
|
|
|
|
|
|
стики воды); |
SMS модем с помощью приёма/пе |
||||
|
|
● процент от дневной нормы на каж |
редачи сообщений осуществляет: |
||||
|
|
дое кормление; |
● информирование |
пользователя об |
|||
|
|
● общее количество корма, загружен |
авариях (затекание, пониженное на |
||||
|
|
ного в бункер; |
пряжение в бортовой сети и т.д.) и |
||||
|
|
● часы кормления; |
прохождении процесса кормления; |
||||
|
|
● таблица зависимости количества не |
● передачу |
на |
контроллер |
команд |
|
|
|
обходимого корма от температуры |
«Всплытие», «Тензометрия». |
|
|||
|
|
воды. |
Приём и передача SMS сообщений |
||||
|
|
По окончании каждой фазы кормле |
со стороны оператора осуществляется |
||||
|
|
ния контроллер отправляет сообщение |
с помощью обычного сотового телефо |
||||
|
|
оператору посредством SMS модема. |
на. Для обеспечения безопасности в |
||||
|
|
Программатор предназначен для вне |
отправляемые сообщения добавляется |
||||
|
|
сения параметров в контроллер садка, |
пароль, индивидуальный для каждого |
||||
|
|
изменения текущих данных и отобра |
SMS модема. |
|
|
|
|
|
|
жения телеметрических параметров |
Радиопульт используется для управ |
||||
|
|
(напряжения батареи, температуры во |
ления процессом всплытия/погруже |
||||
|
|
|
ния садка в надводном состоянии. |
||||
|
|
|
Термодатчик измеряет температуру |
||||
|
|
|
воды перед кормлением для расчёта |
||||
|
|
|
нужного количества корма. |
|
|||
|
|
|
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПК |
||||
|
|
|
ПАРС |
|
|
|
|
|
|
|
Для наглядности рассмотрим на при |
||||
|
|
|
мере рабочий цикл садка. |
|
|||
|
|
|
Отправляется |
|
SMS сообщение |
||
|
|
|
«Всплытие», модем принимает его и |
||||
|
|
|
включает контроллер, который с помо |
||||
|
|
|
щью пневматических клапанов проду |
||||
|
|
|
вает балластные цистерны. Когда садок |
||||
|
|
|
оказывается на поверхности, всплытие |
||||
|
|
|
автоматически завершается, после чего |
||||
|
|
|
оператором, подплывшим на мотор |
||||
|
|
|
ной лодке, производится техническое |
||||
|
|
|
обслуживание садка |
(засыпка |
корма, |
||
|
|
|
смена батареи, закачка воздуха). |
||||
|
|
|
Далее подсоединяется программа |
||||
|
|
|
тор, посредством которого корректи |
||||
|
|
|
руются количество |
корма, биомасса |
|||
56 |
|
Рис. 4. Портативный контроллер, |
рыбы, график кормления и т.д. Погру |
||||
|
используемый в качестве программатора |
жение садка осуществляется по коман |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
де радиопульта. Когда погружение за кончено (завершается автоматически), ПК выставляет на таймере следующее время и обесточивается.
Включение таймера «пробуждает» контроллер, который измеряет темпе ратуру, вычисляет нужное количество корма для данного веса рыбы. В про цессе кормления с помощью датчиков отслеживается выполнение всех опера ций (открытие/закрытие нижнего лю ка, сброс корма и др.). В случае неис правности вырабатывается SMS сооб щение «Авария». После кормления ПК снова «взводит» таймер на следующее кормление и отключается. О послед нем кормлении ежедневно оповещает SMS «Кормление прошло».
При получении SMS сообщения «Тензометрия» ПК активируется, в те чение трёх минут выполняет измере ния с тензодатчиков, после чего от ключается.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящее время подводный авто номный рыбоводный садок находится в опытной эксплуатации, в ходе кото рой добавляются новые функции авто матизированной системы управления и происходит обучение операторов об служивания.
Внедрение ПК ПАРС позволило су щественно повысить гибкость на стройки системы и добавить новые функции:
●возможность ввода таблицы коэф фициентов кормления произвольной размерности;
●тензометрия;
●самодиагностика (по данным встро енных датчиков);
●надёжная система энергосбереже ния;
●возможность дистанционного управ ления (SMS);
●возможность изменения алгоритмов управления путем модификации ПО контроллера.
Врезультате использования ПК ПАРС значительно сократились трудо затраты на обслуживание садков в от крытом море и повысилась возмож ность точной настройки управления процессом выращивания рыбы. Это позволит продуктивно выращивать разные виды рыб в широком диапазоне климатических условий. ●
Авторы — сотрудники группы компаний «Антрел» Телефон/факс: (495) 775 1721
www.cta.ru |
СТА 1/2007 |
© 2007, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru