水质监测增氧机自动闭环控制方案
时间：2026-02-26
涉川
一、方案介绍
在高密度水产养殖环境中，溶解氧浓度是影响养殖生物存活率、生长速度及饲料转化效率的核心控制参数。传统增氧设备通常采用人工定时或经验式运行方式，存在能耗高、响应滞后及调控粗放等问题，难以适应动态变化的水生态环境。本方案构建基于水质在线监测与自动控制技术的增氧机闭环控制系统，通过实时监测溶解氧及相关生态参数，结合智能控制算法，实现增氧设备的自动启停与调节，使水体溶氧维持在最佳生态区间。系统由水质传感器、智能采集控制主机、通信网络及云平台组成，实现“监测—分析—决策—执行—反馈”的闭环控制运行机制。
二、监测与控制目标
-
实时维持养殖水体溶解氧稳定；
-
防止夜间或高密度养殖缺氧风险；
-
降低增氧设备无效运行时间；
-
实现自动化无人值守运行；
-
优化能源使用效率；
-
建立数据驱动型养殖管理模式。
三、需求分析
1. 养殖环境问题
养殖水体溶解氧变化具有明显规律：
-
夜间藻类停止光合作用导致溶氧下降；
-
投饵后微生物耗氧量增加；
-
高温环境降低氧气溶解度；
-
水体分层造成局部缺氧。
人工控制方式难以及时响应上述动态变化。
2. 系统功能需求
系统需具备：
-
连续在线溶氧监测能力；
-
自动控制增氧设备；
-
多级安全保护机制；
-
远程监控与参数配置；
-
数据记录与趋势分析；
-
异常报警功能。
四、监测与控制参数
|
参数
|
作用
|
|---|---|
|
溶解氧 DO
|
控制核心指标
|
|
水温
|
修正溶氧阈值
|
|
pH（可选）
|
判断生态状态
|
|
ORP（可选）
|
评估氧化环境
|
五、系统应用原理
系统基于闭环自动控制理论运行。
传感器实时采集水体溶解氧浓度，智能控制主机依据设定控制模型进行逻辑判断，当检测值偏离目标区间时自动控制增氧机运行，并持续接收反馈数据修正控制状态。
闭环过程包括以下功能环节：
-
状态感知：水质传感器连续检测溶解氧；
-
数据处理：控制主机进行滤波与趋势判断；
-
控制决策：执行控制算法；
-
执行输出：控制继电器或变频器；
-
反馈校正：依据最新数据动态调整。
该机制实现实时自适应调节。
六、控制策略设计
1. 阈值控制模式
设定上下限区间：
-
DO ≤ 下限值：启动增氧机；
-
DO ≥ 上限值：停止增氧机。
适用于标准养殖场景。
2. 滞回控制策略
为防止设备频繁启停，引入控制死区：
-
启动阈值低于停止阈值；
-
保证设备稳定运行周期。
3. 分级控制模式
根据溶氧水平分级运行：
|
DO范围
|
控制策略
|
|---|---|
|
≥6 mg/L
|
停止运行
|
|
4–6 mg/L
|
低功率运行
|
|
2–4 mg/L
|
全功率运行
|
|
≤2 mg/L
|
紧急增氧
|
4. 预测控制（可扩展）
系统依据历史数据预测夜间溶氧下降趋势，提前启动增氧设备，避免突发性缺氧。
七、系统组成
1. 感知单元
-
荧光法溶解氧传感器
-
水温传感器
-
多参数水质探头（可扩展）
2. 控制单元
智能采集控制主机具备：
-
多路RS485接口；
-
控制继电器输出；
-
边缘计算能力；
-
本地逻辑控制。
3. 执行单元
-
叶轮式增氧机
-
微孔曝气系统
-
水车式增氧机
-
变频增氧设备（可选）
4. 通信与平台
-
4G无线通信；
-
云平台远程管理；
-
手机与网页端监控。
八、硬件参数（典型配置）
溶解氧传感器
-
量程：0～20 mg/L
-
精度：±0.2 mg/L
-
分辨率：0.01 mg/L
-
响应时间：≤30 s
-
防护等级：IP68
智能控制主机
-
控制输出：继电器 ≥2路
-
通讯接口：RS485 Modbus RTU
-
数据存储：≥12个月
-
通信方式：4G
-
工作温度：-20～60℃
控制输出能力
-
控制电压：AC220V/380V（经接触器）
-
支持变频器控制接口
-
支持远程手自动切换
九、方案实现
系统部署流程包括：
-
养殖区域监测点位布设；
-
水质传感器安装与校准；
-
控制主机接入增氧设备控制回路；
-
云平台参数配置；
-
控制策略设定；
-
联调与试运行。
采样周期通常设置为60秒以内，以保证控制实时性。
十、数据分析功能
平台提供以下分析能力：
-
溶氧昼夜变化曲线；
-
增氧运行时长统计；
-
能耗分析；
-
设备运行效率评估；
-
养殖环境稳定度分析。
十一、预警与安全机制
系统设有多重保护：
-
溶氧极低报警；
-
设备运行异常报警；
-
通信中断报警；
-
传感器故障识别；
-
手动强制控制模式。
报警方式包括短信、平台通知及移动端推送。
十二、方案优点
-
实现真正意义上的闭环自动控制；
-
大幅降低人工干预；
-
防止夜间缺氧事故；
-
降低增氧机电耗；
-
延长设备使用寿命；
-
提升养殖自动化水平。
十三、应用领域
-
对虾高密度养殖
-
淡水鱼塘养殖
-
工厂化循环水养殖系统
-
海水网箱养殖
-
海洋牧场生态养殖区
十四、效益分析
经济效益
增氧设备运行时间降低20%至40%，显著减少电费支出。
生产效益
降低缺氧死亡风险，提高成活率与生长速度。
管理效益
实现远程集中管理多养殖池。
生态效益
避免过度增氧导致水体扰动。
十五、相关标准
-
GB 11607 渔业水质标准
-
SC/T 9101 水产养殖水质要求
-
HJ 212 在线监测数据传输规范
-
GB/T 2887 自动控制系统通用技术条件
十六、案例分享
某规模化对虾养殖基地实施自动闭环控制后：
-
夜间缺氧事故降为零；
-
年度电耗下降约32%；
-
养殖成功率提升约18%；
-
人工巡检频率减少70%。
十七、成本预估（单养殖池）
|
项目
|
费用范围（人民币）
|
|---|---|
|
溶解氧在线传感器
|
8000–15000
|
|
控制型智能主机
|
4000–8000
|
|
控制电气组件
|
2000–5000
|
|
通信与安装
|
2000–4000
|
|
云平台服务
|
2000–5000
|
|
总计
|
18000–37000
|