水产自动投喂系统设计.docx
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水产自动投喂系统设计
水产自动投喂系统设计
学科分类号0807
本科毕业设计
题目（中文）：
水产自动投喂系统的设计
（英文）：
Thedesignoffeedsystemautomatic
Inaquaticproducts
姓名:
张云涛
学号:
03
院（系）:
工程与设计学院
专业、年级:
机械设计制造及自动化、2011级
指导教师:
尹碧菊
二〇一五年五月
湖南师范大学本科毕业设计诚信声明
本人郑重声明：
所呈交的本科毕业设计，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除设计中已经注明引用的内容外，本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本设计的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
本科毕业设计作者签名：
二〇一五年五月六日
湖南师范大学本科毕业设计任务书
毕业设计题目
水产自动投喂系统的设计
作者姓名
张云涛
所属院、专业、年级
工设院机械设计制造及自动化2011级
指导教师姓名、职称
尹碧菊、讲师
预计字数
15000字
开题日期
选题的目的和意义
随着我国养鱼业的迅速发展，养鱼机械已成为淡水养鱼不可缺少的设备。
以往采用人工抛料的饲养方法，存在投放面积小、喂料不均匀、劳动强度大和效率低的缺点，常常浪费鱼饲料及污染养鱼水质，影响鱼类的生长发育。
鱼塘自动投饵机集定点、定时和定量投饵技术于一体，具有投饵面广、增加单位养鱼面积、投饵均匀、避免大小鱼争食、提高饲料利用率、降低饲料对水质的污染和增加鱼产量等特点，减轻了养鱼工作人员的劳动强度，有效提高工作效率和经济效益。
目前，采用投饵机代替人工投饵已被普遍认可。
市场上的投饵机主要有两类：
一是采用以定时电路为控制核心的单次间歇式投饵机，该机每次投饵都需重新设置，且定时不准确，缺少无料停机功能，不适合大面积鱼塘使用；二是单片机控制的全自动投饵机能够满足不同用户的需求，但大多因软硬件设计缺陷存在着工作不稳定、电机故障率高、无料停机可靠性较差和维修维护难等问题。
为此，详细分析了广州通能公司的TN201型投饵机系统存在的问题，在保证机械化喂饲程序更加合理、准确与可靠的前提下，应用新技术开发并研制一种适合现代渔业生产的新产品，解决投饵机推广应用的关键技术问题。
该投饵机能根据养殖面积、鱼种以及不同生长期对饲料的需求，精确地定时、定量投饵，做到科学喂鱼。
这对于增加鱼的单位面积产量、提高饲料利用率、减少因饲料溶解和沉积腐化对养殖水域环境的污染具有重要的意义。
主要研究内容：
投饵机的主要任务是定时、定量且均匀地抛洒各种鱼饲料。
本程控自动投饵机根据鱼的种类、生长期、养殖密度以及水温、气候、时期等不同的养殖条件，由PLC及电子辅助装置精确控制送料、抛料的时间与数量。
应达到的技术指标或要求：
1、抛洒膨化料、硬颗粒料机软颗粒料等抛料面积大且均匀，可喂养不同种类的鱼。
2、定时开机，能够方便工作人员在半夜或在天气较冷的晚上实现定时喂养，即做到科学喂鱼，又节省了劳动力。
3、投饵和间歇时间的长短可调，投一阵，停一阵，给鱼吃完每一次抛出的饲料提供充足的时间，减少饲料沉底溶化而造成的浪费和水质污染。
4、定时停机与无料停机，既可以通过控制工作时间来控制投饵量，也可以直接放置一定量的饲料，通过无料停机达到定量控制的目的。
5、单次投饵量多少可调，工作人员可根据鱼的不同种类和不同生长期来调节单次抛投饲料的量。
主要设计方法或技术路线：
1、熟悉课题所涉及的知识，查阅相关资料并收集。
2、整理资料，针对课题的设计要求，全面合理地分析，提出各种方案。
3、征求指导老师和同学的建议，讨论各种方案的可行性，确定一个最合理的方案。
4、根据总体的设计思路，初步确定结构尺寸,用proe绘制三维主要零件图，用PLC实现初步投喂系统控制程序。
5、根据导师的指导，对设计进行完善和优化。
完成本课题应具备的环境（软件、硬件）：
硬件：
PLC、计算机、计算器、所需的材料
软件：
MicrosoftWord、pro/E绘图软件。
各阶段任务安排：
：
查找相关资料，写好开题报告。
：
整合资料，确立总体设计方案。
：
完成整体设计。
：
在导师的指导下，修改并完善设计，定稿。
：
准备毕业设计答辩。
主要参考资料：
[1]李君略,俞龙,王卫星,刘华.基于单片机的鱼用投饵机自动控制系统[J].农机化研究.2006（02）
[2]王志勇,谌志新,江涛.集中式自动投饵系统的研制[J].渔业现代化.2011（01）
[3]王志勇,谌志新,江涛,郭根喜.标准化池塘养殖自动投饵系统设计[J].农业机械学报.2010（08）
[4]胡昱,郭根喜,黄小华,陶启友,张小明,古恒光.基于PLC的深水网箱自动投饵系统[J].南方水产科学.2011（04）
[5]张惠娣,汪昌固,王贤成.基于无线通信和PLC的网箱自动投饵系统设计[J].控制工程.2014（04）
[6]汪昌固.网箱智能投喂系统开发及关键技术研究[D].太原科技大学2014
[7]田应平,杨兴,周路,张龙涛.工厂化水产养殖自动投饵系统的设计[J].贵州农业科学.2010（05）
[8]FernandoD.VonBorstel,JaimeSuárez,EdgardelaRosa,JoaquínGutiérrez,（2013）,“Feedingandwatermonitoringrobotinaquaculturegreenhouse”,IndustrialRobot:
AnInternationalJournal,Vol.40Iss:
1pp.10－19.
指导教师意见：
指导教师签名：
开题报告会纪要
时间
地点
与
会
人
员
姓名
职务（职称）
姓名
职务（职称）
姓名
职务（职称）
会议记录摘要：
会议主持人签名：
记录人签名：
年 月日
指导小组意见
负责人签名：
年月日
学院意见
负责人签名：
年月日
湖南师范大学
工程与设计学院指导教师指导毕业设计情况登记表
论文（设计）题目
水产自动投喂系统的设计
学生姓名
张云涛
所属专业、年级
自动化专业2011级
指导教师姓名
尹碧菊
职称
教师
学历
指导时间
指导地点
指导内容
学生签名
备注
二、湖南师范大学本科毕业设计评审表
毕业设计题目
水产自动投喂系统的设计
作者姓名
张云涛
所属院、专业、年级
工设院、自动化、2011级
指导教师
姓名、职称
尹碧菊讲师
字数
11000
定稿日期
中
文
摘
要
随着我国水产养殖业的快速发展，大型标准化的池塘养殖也越来越多，因此在管理方面的工作量和复杂度也增加了许多。
目前，国内的大型水产养殖场投饵的自动化与智能化的普及率不高，仍然主要采用人工投饵的方式进行养殖。
但是与自动投饵相比，人工投饵存在着投饵量难以控制、人工劳动强度大、投喂饲料不均匀以及对生态坏境产生不良影响等缺点。
为了提高国内水产养殖投饵智能化、自动化和工业化的普及率，所以有必要设计并研发出一种符合大型标准化养殖投饵管理要求的自动投饵系统。
关键词
（3-5个）
PLC、自动化、继电接触器、定时
英
文
摘
要
Withtherapiddevelopmentofaquacultureinourcountry,large-scalestand-ardizedaquacultureisalsoincreasing,sothemanagementworkloadandcomplexityalsoincreasedalot.Atpresent,thelarge-scaleaquaculturefieldpopularizationofautomationandintelligentfeedingrateisnothighinChina,stillmainlyusestheartificialbaitwayforbreeding.Butcomparedwithautomaticfeeding,artificialfeedingisdifficulttocontrolthefeedingamount,intensityoflabor,feedunevenandhaveadverseeffectsonecologicalenvironmentetc..Inordertoimprovethepopularityofdomesticaquaculture,industrialautomationandintelligentfeedingrate,soitisnecessarytodesignanddevelopwithalargestandardofcageaquaculturemanagementautomaticfeedingsystem.
关键词
（3-5个）
PLC、automation、relay、timing
毕业设计指导教师评定成绩（本页由指导教师手写）
评审基元
评审要素
评审内涵
满分
实评分
选题质量28%
目的明确
符合要求
选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和综合训练的基本要求
9
选题恰当
题目规模适当
5
题目难易度适中
5
联系实际
题目与生产、科研、实验室建设等实际相结合，具有一定的实际价值
9
能力水平30%
综合运用
知识能力
能将所学专业知识和机能用与毕业设计中；设计内容有适当的深度、广度和难度
5
应用文献
资料能力
能独立查阅相关文献资料，能对本设计所涉及的有关研究状况及成果归纳、总结和恰当运用
5
实验（设计）
能力
能运用本学科常用的研究方法，选择合理可行的方案，能对实际问题进行分析，进行实验（设计），具有较强的动手能力
5
计算能力
原始数据搜集得当；能进行本专业要求的计算，理论依据正确，数据处理方法和处理结果正确
5
计算机应用能力
能根据设计题目要求编程上机或使用专业应用软件完成设计任务
5
分析能力
能对设计项目进行技术经济分析或对实验结果进行综合分析
5
设计质量32%
插图或图纸质量
能用计算机绘图，且绘制图纸表格符合标准
5
说明书撰写水平
设计说明书齐全；概念清楚，内容正确，条理分明，语言流畅，结构严谨；篇幅达到学校要求
12
规范化程度
设计的格式、图纸、数据、用语、量和单位、各种资料引用和运用规范化，符合标准；设计栏目齐全合理
5
成果的实用性与科学性
较好地完成设计选题的目的要求，成果富有一定的理论深度和实际运用价值
5
创见性
具有创新意识，设计具有一定的创新性
5
外文资料翻译
10%
外文应用
能力
能搜集、阅读、翻译、归纳、综述一定量的本专业外文资料与外文摘要，并能加以运用，体现一定的外语水平，译文汉字数1500-2000
10
总成绩：
评定等级：
指导教师评审意见：
指导教师签名：
说明：
评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，总成绩90—100分记为优秀，80—89分记为良好，70—79分记为中等，60—69分记为及格，60分以下记为不及格。
若译文成绩为零，则不计总成绩，评定等级记为不及格。
三、湖南师范大学本科毕业设计答辩记录表
毕业设计题目
水产自动投喂系统的设计
作者姓名
张云涛
所属院、专业、年级
工设院、2011级、自动化
指导教师
姓名、职称
尹碧菊讲师
答辩会纪要
时间
地点
答辩
小组
成员
（记录人
手写）
姓名
职务（职称）
姓名
职务（职称）
姓名
职务（职称）
答辩中提出的主要问题及回答的简要情况记录：
会议主持人签名：
记录人签名：
年月日
答
辩
小
组
意
见
评语：
评定等级：
负责人（签名）：
年月日
学
院
意
见
评语：
毕业设计学院最终评定等级：
负责人（签名）：
学院（公章）年月日
学
校
意
见
评语：
评定等级：
负责人（签名）：
年月日
水产自动投喂系统的设计
机械设计制造及其自动化2011级张云涛
摘要
随着我国水产养殖业的快速发展，大型标准化的池塘养殖也越来越多，因此在管理方面的工作量和复杂度也增加了许多。
目前，国内的大型水产养殖场投饵的自动化与智能化的普及率不高，仍然主要采用人工投饵的方式进行养殖。
但是与自动投饵相比，人工投饵存在着投饵量难以控制、人工劳动强度大、投喂饲料不均匀以及对生态坏境产生不良影响等缺点。
为了提高国内水产养殖投饵智能化、自动化和工业化的普及率，所以有必要设计并研发出一种符合大型标准化养殖投饵管理要求的自动投饵系统。
虽然目前的以单片机为控制核心的自动投饵机可以满足不同客户的各种需求，但也存在着工作时稳定度比较低、电动机发生故障的几率较高、无料时电机停止的可靠性不高和维修维护成本高等问题。
应此该系统采用PLC控制系统为核心控制系统，通过控制继电接触器的接通与断开，从而控制各个设备的启动与停止，实现准时、准量、间断性的精确投饵。
[关键词]：
PLC、自动化、继电接触器、定时
Abstract
Withtherapiddevelopmentofaquacultureinourcountry,large-scalestandardizedaquacultureisalsoincreasing,sothemanagementworkloadandcomplexityalsoincreasedalot.Atpresent,thelarge-scaleaquaculturefieldpopularizationofautomationandintelligentfeedingrateisnothighinChina,stillmainlyusestheartificialbaitwayforbreeding.Butcomparedwithautomaticfeeding,artificialfeedingisdifficulttocontrolthefeedingamount,intensityoflabor,feedunevenandhaveadverseeffectsonecologicalenvironmentetc..Inordertoimprovethepopularityofdomesticaquaculture,industrialautomationandintelligentfeedingrate,soitisnecessarytodesignanddevelopwithalargestandardofcageaquaculturemanagementautomaticfeedingsystem.Althoughthesingle-chipmicrocomputerasthecontrolcoreoftheautomaticfeedingmachinecanmeetthedifferentneedsofcustomers,butalsohastheworkstabilitywhenrelativelylowreliability,stopthemotormotorfailurerisk,nostockisnothighandthehighcostofrepairandmaintenancetoaskquestions.ThissystemadoptsPLCcontrolsystemasthecoreofthecontrolsystem,thecontrolontherelaycontactoranddisconnect,andstoptocontrolalltheequipmentstart,implementationtime,volume,precisionofintermittentfeeding.
[keyword]:
PLC、automation、relay、timing
第一章绪论
课题研究背景
随着我国水产养殖业的快速发展，大型标准化的池塘养殖也越来越多，因此在管理方面的工作量和复杂度也增加了许多,应此装配自动投饵等养鱼机械设备已成为水产养殖必不可少的要求。
以往的小型个体水产养殖户主要采用人工抛投饲料的饲养方法，如果在大型标准化的池塘养殖中仍然采用人工投喂的饲养方法，则会产生人工投放饲料的面积太小、人工劳动强度大、天气对人工投饵的影响大、投料不均匀以及投喂效率低等问题。
此外，因为人工投喂经常浪费鱼饲料，使得大量的饲料残渣沉淀在池塘水底，长久下去会污染养鱼的生态环境，从而严重影响池塘中鱼类的生长发育和健康状况，使得养殖厂的生产效益下降。
因此为大型标准化池塘设计出一种集定时、定点、定量和间歇式投饵技术于一体的自动投喂系统，符合我国目前水产养殖业快速发展的需求。
因为鱼塘自动投饵剂具有投饵范围广、大幅地增加池塘的单位养鱼量、投料均匀、避免了大鱼与小鱼争夺饲料、降低饲料的浪费率、将投喂的饲料对环境的影响降到最低和提高鱼的成活率等特点，并且减少了人工劳动成本，将养殖场相关养殖人员从繁重的体力劳动中解放出来，有效地提高养殖人员的工作效率和养殖场的经济效益。
目前，国内养殖场已普遍认可采用自动投饵系统来代替人工投饵的观念。
目前在市场上已经存在的投饵系统有两个类别：
一类是单次间歇式投饵系统，该系统已定时电路为控制核心，因此该机每次进行投饵时都需要重新设置相关时间等数据，而且定时、定点、定量不精准，没有饲料缺少时自动停机的功能，所以无法符合大型标准化池塘养殖的技术要求；另一类是以单片机控制系统为核心的全自动投饵系统，虽然该系统能够符合各种用户的不同技术要求，但是单片机的许多软件和硬件设计存在着缺陷，因而会产生系统运作稳定率低、各个电机发生故障的几率高、缺少饲料时自动停止投喂的可靠性不高和维修维护成本高等问题[1]。
因此采用PLC控制系统为核心的自动投喂系统，通过控制继电接触器的接通与断开，从而控制各个设备的启动与停止，实现准时、准量、间歇性的精确投饵。
该系统不但可以满足不同用户的技术要求，而且系统工作时稳定性高，软硬件设计良好，可靠性极高，运行时的维修维护花费低，因此该自动投喂系统符合市场的需求。
课题研究的目的和意义
本文研究的水产自动投喂系统应用空气压缩传送物料的原理来进行投饵，该原理通过供气压缩系统空气流与饲料混合，然后通过分配器将混合气体分配给不同的输料管道，从而输送到各个指定地点。
自动投饵系统在PLC控制下与计算机连接，可以对大型标准化池塘中的多个小池塘进行定时定点定量的间歇性投饵，并在分配器设备的配合下可以自动切换到通向不同养殖池的输料管道，从而实现大型标准化池塘自动化、智能化投喂饲料。
此套自动投喂系统以PLC控制系统为控制核心，通过PLC控制各个继电接触器的闭合来控制各个电机或阀门的启动和停止，并将各个设备以PLC为核心联合成一个相互协作的系统。
在PLC控制系统中通过缜密的逻辑来设计一套良好的系统工作电路与控制电路，并应用STEP7MicroWIN编程软件来编制梯形图运行PLC控制系统和监控其他软件，从而达到精确的自动投饵目的，而且通过PLC与计算机的连接使得自动控制能够实现远程人性化的操控。
本文研究的自动投喂系统通过分析大型标准化池塘自动投饵的运作过程，设计出一套与之相符的系统软硬件方案，该系统被设计为可以应用于大型标准化池塘养殖场，可以精确地实现投喂饲料作业时的定时、定点、定量和间歇性投饵。
大型标准化池塘养殖场越来越多，人工投饵由于存在着诸多缺点，所以并不适用于工业化、智能化的现代养殖。
而以PLC控制系统为核心的水产自动投喂系统适用于不同的养殖种类和养殖条件的饲料投喂场合，可以满足现在养殖业日趋规模化、现代化、智能化、自动化和工业化发展的需求，研发这套自动投喂系统是十分符合市场经济需求的[3]。
PLC应用于水产养殖投饵
PLC控制系统即可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）是一种由数字运行并计算操作的电子系统，是被专门设计来应用于工业环境中的。
它采用某一种可以进行编写程序的存储器，用来这种存储器来存储PLC内部的程序，并执行程序中的各种逻辑运算，按程序设定的顺序一步一步地进行控制，精确地计算和定时等操作指令，而且通过数字或模拟式I/O控制不同种类的机械和电气生产过程。
美国在1960年代发明了可编程逻辑控制器（PLC），并用PLC控制装置代替了以往的继电器控制装置，此后PLC在世界各地得到了快速发展和广泛的应用。
同时，PLC的功能也不断完善。
随着其它高科技技术的快速发展和不同用户的需求的增加，例如：
计算机信息技术、信号接受处理技术、控制编程技术。
PLC不仅有开关量处理的功能，此外还拥有了模拟/数字量处理和运动控制等功能。
如今的PLC功能越来越齐全，不再只有逻辑控制功能，还拥有其他领域的功能，比如：
运动控制、过程控制等。
虽然随着PLC的功能不断扩展，PLC控制系统在汽车业、冶金业、化工业、机械业、电力能源业、等各行各业中的地位越来越重要，
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