应用于波浪能供电的深远海网箱养殖自主运行管理系统

技术领域

本发明涉及海水养殖管理系统，特别是涉及波浪能供电的深远海网箱养殖运行管理系统。

背景技术

由于离岸较远，深远海网箱养殖在供电和运行管理方面都存在着成本较高的问题。目前，深远海网箱养殖中，采用柴油发电机进行供电，不仅发电成本很高，而且会影响养殖海域的水质；在运行管理方面，往往需要养殖平台上的管理人员实时了解水质环境、养殖对象的生长情况以及定时的饲料投喂，由管理人员现场长期值守，不仅养殖成本较高，而且海况不好时还存在一定的安全风险。因此，深远海网箱养殖的发展受到供电和运行管理方面的限制，影响着深远海网箱养殖业的进一步发展。

发明内容

基于目前深远海网箱养殖所存在的问题，本发明推出一种应用于波浪能供电的深远海网箱养殖自主运行管理系统，波浪能发电技术是海洋能可再生能源应用领域的海上发电技术，虽然还有发电不连续、运行成本较高等问题，但目前已经被越来越多的应用在海上供电领域，本发明将波浪能发电装置与自主运行管理系统结合，可有效降低深远海网箱的养殖成本，实现深远海网箱的绿色养殖。

本发明所涉及的应用于波浪能供电的深远海网箱养殖自主运行管理系统，包括供电管理系统、投饵管理系统、水下视频监视系统、水质环境监测系统、远程通讯系统和主控系统，安装在连接了波浪能发电装置的海上漂浮式养殖平台上。该漂浮式养殖平台可根据需要配有一个或多个波浪能发电装置，连接一个或多个养殖网箱。

供电管理系统包括波浪能整流控制柜、母线柜、负载柜、蓄电池组和逆变器。波浪能整流控制柜与波浪能发电装置的数量相等，与波浪能发电装置的电力输出端连接，将发电装置的电力输出经过整流电路、滤波电路和反馈控制电路进行电力变换，变成直流电后接入母线柜。母线柜分别连接蓄电池组、负载柜和逆变器，母线柜可为蓄电池组充电，当需要供电时母线柜会将逆变器接入。逆变器可将蓄电池组中的直流电变化为交流电为负载设备供电，当电力过多时母线柜会将负载柜接入。负载柜用于调节系统供电平衡，可消耗多余电能，防止蓄电池过充，当电池电力不足时切断，母线柜内有电压和电流采集电路，可实时采集电力数据并提供数据传输接口，供主控系统访问。

投饵管理系统包括料仓、投饵机、投饵水泵、投饵管道和PLC控制器，安装在养殖平台内。料仓安装在投饵机的上方，当投饵机内饲料不足时可补充饲料。投饵机的出料口与投饵水泵和投饵管道相连，每个养殖网箱都配有一套投饵水泵和投饵管道。所有投饵水泵都由一个PLC控制器进行控制，PLC接通某个投饵水泵后，该投饵水泵就会抽取海水，将饲料与海水进行混合，通过配套的投饵管道将饵料输送到养殖网箱中，实现投喂。PLC控制器同时控制投饵机的运行，根据编写好的程序自动按时控制投饵机和投饵水泵的启停，即可实现定时定量投喂。PLC控制器提供数据传输和控制接口，供主控系统访问。

水下视频监视系统包括水下摄像机、防污刷和Led光源，采用整体式设计，每个网箱配一套，安装在投饵管道和养殖网箱表层框架的交接处，通讯和电力线缆与投饵管道绑在一起，接入养殖平台。水下摄像机的防污刷可根据设定定时启动，刷去镜头上的附着物。led光源可吸引养殖对象，并为拍摄提供光源，拍摄的视频信号可通过通讯线缆传输到养殖平台上，接入主控系统。

水质环境监测系统包括水质监测传感器和数据采集模块，每个网箱配一套，安装在投饵管道和养殖网箱表层框架的交接处，通讯和电力线缆与投饵管道绑在一起，接入养殖平台。水质监测传感器可监测海水流速、pH、电导率、温度、深度、溶解氧、浊度和氨氮数据。数据采集模块包括多路采集与处理器和电源管理器，可实时获取传感器的数据，通过通讯线缆传输到养殖平台上，接入主控系统。

远程通讯系统包括高速网桥和定向天线，安装在养殖平台相对高的位置，有利于信号传输。无线信号在没有遮挡的情况下覆盖范围可达到10km，数据的传输带宽为150Mbps，可传输数据和视频信号。远程通讯系统与主控系统通过网线进行连接，可将实时数据发送给岸站，岸站可实时查看现场的所有运行数据。

主控系统包括采集总线单元和工控机，安装在养殖平台的操作间内。采集总线单元提供多个数据通讯接口，可将各系统的通讯线缆进行汇总，经过内部格式转换，将多路线缆转换为一根网线，接入到工控机中。工控机内的主控管理软件可定时读取各系统的实时数据，进行数据展示并提供数据预警、数据统计和定时投饵运行控制能功能，具备无人值守的能力。

本发明所涉及的应用于网箱养殖的自主运行管理系统提供了自动的供电管理、投饵管理、水下监控、水质监测、远程通讯和数据管理功能，将波浪能发电技术与深远海网箱养殖技术进行结合，可有效降低深远海网箱养殖的生产成本，为绿色海洋水产养殖业的发展开拓新的前景。

附图说明

图1为应用于波浪能供电的深远海网箱养殖自主运行管理系统结构示意图。

图2为配有4个网箱的深远海网箱养殖自主运行管理系统结构示意图。

图中标记说明：

1、波浪能发电装置 2、供电管理系统

3、网箱养殖平台 4、主控系统

5、投饵管理系统 6、远程通讯系统

7、投饵管道 8、锚泊系统

9、水质环境监测系统 10、水下视频监视系统

11、养殖网箱 12、波浪能整流控制柜

具体实施方法

结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。

图1显示了应用于波浪能供电的深远海网箱养殖自主运行管理系统的基本结构。如图1所示，波浪能深远海网箱养殖自主运行管理系统安装在连接了波浪能发电装置1的海上漂浮式养殖平台3上，包括供电管理系统2，投饵管理系统5，水下视频监视系统10，水质环境监测系统9、远程通讯系统6和主控系统4。

供电管理系统2包括波浪能整流控制柜、母线柜、负载柜、蓄电池组和逆变器。波浪能整流控制柜与波浪能发电装置的数量相等，与波浪能发电装置的电力输出端连接，将发电装置的电力输出经过整流电路、滤波电路和反馈控制电路进行电力变换，变成直流电后接入母线柜。母线柜分别连接蓄电池组、负载柜和逆变器，母线柜可为蓄电池组充电，当需要供电时母线柜会将逆变器接入。逆变器可将蓄电池组中的直流电变化为交流电为负载设备供电，当电力过多时母线柜会将负载柜接入。负载柜用于调节系统供电平衡，可消耗多余电能，防止蓄电池过充，当电池电力不足时切断，母线柜内有电压和电流采集电路，可实时采集电力数据并提供数据传输接口，供主控系统访问。

投饵管理系统5包括料仓、投饵机、投饵水泵、投饵管道7和PLC控制器，安装在养殖平台内，整投饵系统由PLC控制器进行控制。投饵管理系统5的料仓安装在投饵机的上方，当投饵机内饲料不足时PLC控制器会打开料仓口补充饲料；投饵方式采用抽水投饵，将投饵机的出料口与投饵水泵和投饵管道7相连，每个养殖网箱11都配有一套投饵水泵和投饵管道7，所有投饵水泵都由PLC控制器进行控制。当有多个网箱时，PLC会按照先后顺序接通每个投饵水泵，通电的投饵水泵就会抽取海水，将饲料与海水进行混合，通过配套的投饵管道7将饵料输送到其中一个养殖网箱中进行投喂，所有的投饵水泵都运行一次后，就完成了一次投喂。PLC控制器根据编写好的程序自动按时控制投饵机和投饵水泵的启停时长，即可实现定时定量投喂，PLC控制器可提供有数据传输和控制接口，通过网线可接入主控系统4。

水下视频监视系统10包括水下摄像机、防污刷和Led光源，为了便于集成，采用整体式三合一设计，每个网箱配一套，安装在投饵管道和养殖网箱表层框架的交接处，保证镜头可以看到网箱内的养殖对象。水下视频监视系统10的通讯和电力线缆与投饵管道绑在一起，顺着投饵管道接入养殖平台获取电力和上传视频信号，水下摄像机的防污刷可根据设定定时启动，刷去镜头上的附着物，led光源可吸引养殖对象，并为拍摄提供光源，水下摄像机可根据需要进行定时或连续拍摄，拍摄的视频信号通过通讯线缆传输到网箱养殖平台3上，接入主控系统4。水下视频监视系统10可整体拆卸，拆除固定在网箱表层的安装支架后便可取出，用于定期维护或遇到恶劣天气回收。

水质环境监测系统9包括水质监测传感器和数据采集模块，每个网箱配一套，安装在投饵管道和养殖网箱表层框架的交接处，通讯和电力线缆与投饵管道绑在一起，顺着投饵管道接入养殖平台获取电力和上传监测数据。数据采集模块上有水质监测传感器的安装支架，可安装多种水质传感器，水质监测传感器可监测海水流速、pH、电导率、温度、深度、溶解氧、浊度和氨氮数据，数据采集模块包括多路采集与处理器和电源管理器，多路采集与处理器会定时访问所有水质传感器，读取实时数据后通过通讯线缆传输到养殖平台上，接入主控系统。该系统可整体拆卸，拆除固定在网箱表层的安装支架后便可取出，用于定期维护或遇到恶劣天气回收。

远程通讯系统6包括高速网桥和定向天线，安装在网箱养殖平台3的相对高的位置，有利于信号传输。无线信号在没有遮挡的情况下覆盖范围可达到10km，数据的传输带宽为150Mbps，可传输数据和视频信号。远程通讯系统6与主控系统4通过网线进行连接，可将实时数据发送给岸站，岸站可实时查看现场的所有运行数据。

主控系统4包括采集总线单元和安装了数据管理软件的工控机。采集总线单元提供有RS232、RS485和网络通讯接口可将各设备的数据进行汇总和格式转换，将多路数据线缆转换为一根网线，接入工控机中。数据采集时，数据采集单元会定时向各通讯设备发送数据读取指令，各设备按照规定的通讯协议将实时数据进行上传，再由数据采集单元对数据进行集成后发送给工控机内的数据管理软件。数据管理软件会对采集数据进行解析，存入数据库，并将最新的数据进行刷新显示，提供历史数据查询和导出、异常数据报警功能，数据管理软件还可向投饵机的PLC发送控制命令，控制投饵动作。所有的监测数据都可通过远程通讯系统发送至岸站，岸站上也有一套匹配的数据接收的显示系统，可进行远程监视和操作。

为了提高养殖产量，降低养殖成本，在实际应用时通常会采用一个网箱养殖平台配有一个或多个波浪能发电装置，连接一个或多个养殖网箱。

图2是配有4个养殖网箱11的深远海网箱养殖自主运行管理系统。每个网箱都有一根投饵管道7与网箱养殖平台3连接，用于饵料投喂，所有的投饵管道7都接入投饵管理系统5的投饵机中。每个波浪能发电装置1的电力输出端都配有一个波浪能整流控制柜12，多个整流控制柜12将转换后的直流电汇入供电管理系统2的母线柜中。每个网箱都配有一套水下视频监视系统10和水质环境监测系统9。所有的监测数据都接入主控系统4，再由远程通讯系统6向岸站发送数据。