станция автоматического контроля и управления технологическим процессом воспроизводства и выращивания рыб и ракообразных

Формула изобретения

1. Станция автоматического контроля и управления технологическим процессом воспроизводства и выращивания рыб и ракообразных, включающая блок регулирования температуры с датчиком температуры и двумя каналами управления, блок регулирования уровня воды и блок питания, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена блоком подсчета градусочасов и блоком измерения активности ионов через показатель реакции среды, при этом блок регулирования температуры выполнен с возможностью обеспечения постоянной разности каналов по температуре на 0,4^oC в диапазоне 4 - 38^oC и на выходе каждого канала имеется реле включения водонагревателя, вход блока подсчета градусочасов связан с соответствующим выходом блока регулирования температуры и включает каналы единиц, десятков, сотен и тысяч градусочасов, каждый из которых выполнен в виде последовательно включенных счетчика, дешифратора и цифрового индикатора, при этом выходы счетчиков сотен и тысяч градусочасов посредством соответствующих дешифраторов и задатчиком подключены к входам схемы совпадения, выход которой посредством усилителя мощности связан с реле включения аэратора, блок измерения активности ионов через показатель реакции среды включает последовательно связанные датчик реакции среды, усилитель, компаратор, усилитель мощности и исполнительное реле внесения химического реактива, при этом выход усилителя связан с соответствующим прибором.

2. Станция по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью вывода информации на ЭВМ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области автоматизации систем контроля и управления рыбоводными процессами и предназначено для управления процессами получения личинок, подращивания их и выращивания до товарного веса рыб и ракообразных с определенной точностью поддержания режимов, необходимых для воспроизводства гидробионтов.

Известна установка для получения и подращивания личинок рыб и ракообразных (1), включающая емкости для получения и подращивания личинок, две основных и две дополнительных расходных емкости для очистки воды, в которых размещены блоки регулировки уровня воды и температуры с датчиком температуры и двумя каналами управления, датчики кислорода и pH водной среды, а также станцию автоматического контроля и управления.

Температурный режим обеспечивается стандартным прибором - мост КСМ4, снабженным двумя каналами для управления двумя водонагревателями, что дает возможность проводить ремонт одного из водонагревателей без перебоев в терморегуляции. Два водонагревателя работают на одну заданную температуру. Для контроля за содержанием кислорода устройство снабжено стандартным кислородомером К215, работающим от датчика совместно со стандартным мостом самописцем КСП4, выдающим сигнал на включение аэрации. Для контроля pH среды установка оснащена pH-метром П201, контроль осуществляется визуально. Установка имеет датчики регулировки уровня воды (прототип).

Недостатками данной установки являются:

1. Использование прибора КСМ4, который имеет шкалу задатчика, не соответствующую цене деления, шкала грубая, не дающая возможности установки заданной температуры с необходимой точностью и осуществляется практически на глаз. Требуется постоянный контроль и корректировка температуры со стороны оператора. Прибор КСМ4 снят с производства.

2. Для контроля содержания кислорода устройство снабжено кислородомером К215, работающим от датчика совместно с мостом самописцем КСП4 с выдачей сигнала на включение аэрации. Датчик кислорода не рассчитан на работу в биологической среде, поэтому его ионселективная мембрана быстро загрязняется и прибор выдает ложные показания, это ведет к необоснованному расходу электроэнергии при работе аэратора.

3. Громоздкость конструкции, металлоемкость, большое энергопотребление, невозможность автоматической регулировки pH водной среды и точности поддержания остальных параметров среды.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности и точности проведения техпроцесса, удобство в эксплуатации, расширение возможности автоматического управления при минимальном контроле со стороны обслуживающего персонала, возможность автоматически регулировать все показатели: температуру, кислород, содержание выбранных показателей активности ионов через показатель реакции среды (p), уровень водной среды, учет градусочасов, сообщенных биологическому объекту в процессе инкубации, включение аэраторов на соответствующей стадии развития, точное определение количества градусочасов, принятых объектом за весь цикл инкубации.

Эта цель достигается тем, что станция включает блок регулирования температуры с датчиком температуры и двумя каналами управления, блок регулирования уровня воды, блок питания, блок подсчета градусочасов и блок измерения активности ионов через показатель реакции среды, при этом блок регулирования температуры выполнен с возможностью обеспечения постоянной разности каналов по температуре на 0,4^oC в диапазоне 4 - 38^oC и на выходе каждого канала имеется реле включения водонагревателя, вход блока подсчета градусочасов связан с соответствующим выходом блока регулирования температуры и включает каналы единиц, десятков, сотен и тысяч градусочасов, каждый из которых выполнен в виде последовательно включенных счетчика, дешифратора и цифрового индикатора, при этом выходы счетчиков сотен и тысяч градусочасов посредством соответствующих дешифраторов и задатчиков подключены ко входам схемы совпадения, выход которой посредством усилителя мощности связан с реле включения аэратора, блок измерения активности ионов через показатель реакции среды включает последовательно связанные датчик реакции среды, усилитель, компаратор, усилитель мощности и исполнительное реле внесения химического реактива, при этом выход усилителя связан с соответствующим показывающим прибором; станция выполнена с возможностью вывода информации на ЭВМ. Сравнение прототипа с заявляемым устройством показано, что последнее соответствует критерию "новизны".

При поиске указанных отличительных признаков в других технических решениях, относящихся к устройствам для управления технологическими процессами инкубации рыб и ракообразных, а также подращивания личиной и выращивания их до товарного веса, таковых не обнаружено, т.о. решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Достижение положительного эффекта согласно цели настоящего изобретения обеспечивается следующими:

1. В моноблоке объединены все необходимые элементы (электронные блоки) по управлению параметрами водной среды: температурой, показателем активности ионов, регулировкой уровня воды, подсчетом градусочасов.

2. Блок регулировки температуры позволяет поддерживать температуру с точностью до +0,1^oC в диапазоне от 4 до 38^oC за счет 2-канального управления, включающего в себя два водонагревателя с разностью каналов по температуре +0,4^oC. Это позволяет резервировать каналы, проводить ремонт автоматики 1-го или 2-го каналов или обоих одновременно.

3. Наличие блока подсчета градусочасов, рассчитанного на работу до 20 суток в зависимости от температуры воды, позволяет отказаться от постоянного контроля за содержанием кислорода в водной среде.

4. Блок измерения активности ионов через показатель реакции водной среды (p) может быть использован для определения любых показателей с помощью сменных ионселективных датчиков с выдачей сигнала на введение электромеханическим способом реактивов для коррекции среды.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемой станции.

Станция содержит блок регулировки температуры, состоящей из датчика ^oC1, усилителей 2 и 3, показывающего прибора 4, задатчика десятков ^oC5, задатчика единиц ^oC6, задатчика десятых ^oC7, компаратора 1-го канала 8, усилителя мощности 1-го канала 9, исполнительного реле 1-го канала 10, дающего команду на включение соответствующего водонагревателя, компаратора 2-го канала 11, усилителя мощности 2-го канала 12 и исполнительного реле 2-го канала 13, связанного с соответствующим водонагревателем. Второй канал отличается от первого тем, что его температурный режим на 0,4^oC выше, чем у первого канала во всем диапазоне регулировки температур - от 4^oC до 38^oC. Для большей точности регулировки температуры весь диапазон 4 - 38^oC разбит на три поддиапазона:

задатчик 5 выбирает температуру десятков градусов - 0, 10, 20, 30...^oC;

задатчик 6 выбирает температуру единиц градусов - 0, 1, 2, 3...10^oC;

задатчик 7 выбирает температуру десятых долей градуса - 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8...1,0^oC с дискретностью 0,2^oC при точности поддержания +0,1^oC.

Суммарный набор температуры 5 - 7 задатчиков и составляет заданную температуру. Вход блока подсчета градусочасов связан с соответствующим выходом блока регулировки температуры и состоит из АЦП 14, делителя частоты 15, счетчика единиц градусочасов 16, дешифратора единиц градусочасов 17, индикатора единиц градусочасов 18, счетчика десятков градусочасов 19, дешифратора десятков градусочасов 20, индикатора десятков градусочасов 21, счетчика сотен градусочасов 22, дешифратора сотен градусочасов 23, индикатора сотен градусочасов 24, счетчика тысяч градусочасов 25, дешифратора тысяч градусочасов 26, индикатора тысяч градусочасов 27, дешифратора сотен градусочасов 28, задатчика сотен градусочасов 29, дешифратора тысяч градусочасов 30, задатчика тысяч градусочасов 31, при этом выходы счетчиков сотен и тысяч градусочасов посредством соответствующих дешифраторов и задатчиков подключены ко входам схемы совпадения 32, выход которой посредством усилителя мощности 33 связан с исполнительным реле включения аэрации 34.

Диапазон градусочасов от 0 до 9999 разбит на два поддиапазона:

1. поддиапазон 0 - 900 градусочасов - задатчик 29;

2 поддиапазон 1000 - 9999 градусочасов - задатчик 31.

Кроме того, блок содержит кнопку набора градусочасов вручную, которая служит для установки начального значения градусочасов, если необходимо получить сигнал на включение аэрации при небольших значениях градусочасов. Выбор количества градусочасов может быть любым. Набор градусочасов производится аналогично набору температуры.

Блок измерения активности ионов через показатель реакции среды (p) включает последовательно связанные сменный датчик 35, усилитель 36, показывающий прибор 37, при этом выход усилителя 36 связан с соответствующим показывающим прибором 37, компаратор 38, усилитель мощности 39, исполнительное реле внесения химического реактива 40. В ионометрии активность ионов часто выражается через показатель p, который представляет собой отрицательный логарифм активности. В качестве регистрирующего прибора пригоден любой pH-метр или милливольтметр с высоким входным сопротивлением и удовлетворительной ценой деления шкалы (2). Этот принцип и заложен в конструкцию данного блока. Блок предназначен для работы со сменными стандартными датчиками, выпускаемыми промышленностью: ЭМ-NH₄, ЭМ-NO₃, ЭМ-К-01, ЭМ-CO-01 и др. Показания выводятся на показывающий прибор, поградуированный в различных значениях p с соответствующими проградуированными шкалами.

Блок регулировки уровня воды состоит из поплавкового магнита 42, включающего в себя герконы нижнего и верхнего уровней воды, которые запаяны в стеклянную трубку, и исполнительного реле 43.

Блок питания работает от сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц и обеспечивает все необходимые напряжения для работы станции, является заменяемым блоком.

Станция представляет собой моноблок, на передней панели которого размещены все органы управления, контроля и индикации работы блоков, показывающие приборы температуры, активности ионов через показатель p, цифровой индикатор подсчета градусочасов.

Все блоки выполнены в виде кассет с врубными колодками.

На задней панели расположены разъемы подключения датчиков, цепей управления исполнительными устройствами, шнур питания для подключения к сети, клеммы заземления.

Станция работает следующим образом.

Температурный датчик 1 включен на двухкаскадный усилитель напряжения 2, 3, который нагружен показывающим прибором 4 к задатчикам 5, 6, 7 поддиапазонов 1, 2, 3 соответственно.

Задатчик представляет собой три переключателя для выбора необходимой температуры.

На 1-м поддиапазоне 5 выбирается температура 0, 10, 20, 30...^oC, на 2-м поддиапазоне 6 выбирается температура 0, 1, 2, 3...10^oC, на 3-м поддиапазоне 7 выбирается температура 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8...1,0^oC. С задатчиком поддиапазонов 5, 6, 7 напряжение поступает на компаратор 1-го канала 8, на усилитель мощности 9 и на исполнительное реле 10. Параллельно контактам реле 10 включен тумблер ВК1, служащий для ручного управления водонагревателя 1-го канала.

С задатчиков поддиапазонов 5, 6, 7 напряжение поступает на компаратор 11 2-го канала, но через установочное сопротивление 0,4^oC, что и создает разность температурных режимов между 1-м и 2-м каналами +0,4^oC во всем диапазоне от 4 до 38^oC.

Это позволяет резервировать каналы, создать гибкость в работе, независимость каналов друг от друга, проводить ремонт 1-го или 2-го каналов, 2-й канал является резервным и включается при выходе из строя 1-го канала, недостатка мощности 1-го канала и ремонтных работах на нагревателе 1-го канала.

С компаратора 11 2-го канала напряжение поступает на усилитель мощности 12 и на исполнительное реле 13, параллельно контактам реле 13 включен тумблер ВК2 для ручного включения нагревателя 2-го канала.

Включение и выключение водонагревателей отображается световой сигнализацией, а показания температуры водной среды выводятся на показывающий прибор, проградуированный от 0 до 40^oC с ценой деления 0,2^oC.

Блок регулировки температуры предназначен также и для работы в режиме понижения температуры совместно с холодильным агрегатом.

Управление блоком в этом случае производится в обратном порядке.

Блок подсчета градусочасов производит учет сообщенной температуры водной среды, умноженной на время. При достижении заданных задатчиками градусочасов с фактическим достижением градусочасов происходит включение аэрации.

С усилителя 3 напряжение поступает на блок подсчета градусочасов на АЦП 14, делитель частоты 15, счетчик единиц градусочасов 16, дешифратор единиц градусочасов 17 и цифровой индикатор единиц градусочасов 18. С делителя частоты 15 сигналы соответственно поступают на счетчики, дешифраторы и индикаторы: десятков градусочасов 19, 20, 21, сотен градусочасов 22, 23, 24 и тысяч градусочасов 25, 26, 27. К выходам счетчиков сотен 22 и тысяч 25 градусочасов подключены дешифраторы сотен 28 и тысяч 30 градусочасов, а затем на задатчик 29 1-го поддиапазона 100 - 900 градусочасов и на задатчик 31 2-го поддиапазона 1000 - 9999. Задатчики выполнены аналогично задатчику температуры. С помощью задатчиков 29 и 31 набирается необходимое количество градусочасов, при котором включается аэрация (на соответствующей стадии эмбриогенеза для данного вида). Задатчики включены в схему совпадения 32, нагруженную на усилитель мощности 33 и исполнительное реле 34. При срабатывании реле 34 своими контактами блокируется, создавая постоянную цепь включения аэрации, а счетчик градусочасов продолжает учет градусочасов. Для сброса этой цепи имеется кнопка сброса блокировки. Параллельно другим контактам реле - цепь управления аэрацией включен тумблер ВК4 для ее ручного включения.

Блок измерения активности ионов через показатель реакции водной среды (p) работает следующим образом.

Установочным сопротивлением R_уст выбирается показатель p, при значении которого срабатывает компаратор 38, усилитель 39, исполнительное реле 40 и выдается через контактное реле сигнал на внесение химического реактива в водную среду. Параллельно контактам реле включен тумблер ВК3 для ручного включения подачи химреактива.

Блок является комплексным и может быть использован для измерения и коррекции любых показателей активности ионов через показатель реакции водной среды, определяемых применением сменных ионселективных датчиков. Выдача сигнала отображается световой индикацией.

Блок регулировки уровня воды осуществляет контроль рабочего уровня воды в емкости. При взаимодействии поплавкового магнита 42 с герконами создается цепь на управляющее реле 43 с включением или выключением водяного насоса.

Блок питания формирует необходимое напряжение для работы станции.

При необходимости проводить документирование техпроцесса информацию можно вводить в ЭВМ. Температурный режим включают на вход аналоговой информации, взяв ее с усилителя 3 с внесением в программу ЭВМ соответствующего коэффициента пересчета. Показатель активности ионов p вводится в ЭВМ аналогично вводу температурного режима с усилителя 36. Показания градусочасов включаются на вход ЭВМ в режиме цифровой информации с делителя частоты 15.

Станция является слаботочным управляющим устройством и эксплуатируется совместно с силовым щитом, схемные элементы которого выбираются соответственно мощности потребителей (силовой щит на схеме не указан).

Таким образом, сочетание вышеописанных электронных блоков позволяет не только поддерживать, корректировать и регистрировать показатели водной среды, но и оценивать правильность техпроцесса, качество икры и состояние производителей. Кроме того, станция позволяет отрабатывать новые техпроцессы в широком диапазоне, а также проводить документирование производимых работ.

Источники информации, использованные при экспертизе

1. А.с. СССР, МПК A 01 K 61/00, N 16006566, 1988.

2. Методические указания по использованию ионселективных электродов для экспрессного определения аммонийного и нитратного азота в воде рыбохозяйственного назначения. М., ВНИИПРХ, 1986, с. 8.