吳強澤　袁永明

摘要：投飼機是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)必備的漁業(yè)機械設(shè)備，自動投飼機的發(fā)展推動了漁業(yè)現(xiàn)代化的進程。介紹了漁用投飼機的類型結(jié)構(gòu)及行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，分析國內(nèi)外自動投飼系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用情況?？偨Y(jié)出目前國內(nèi)的傳統(tǒng)投飼機存在著投飼不精確、控制模式單一、智能化程度低等問題，對今后投飼機發(fā)展提出了建議。

關(guān)鍵詞：水產(chǎn)養(yǎng)殖；投飼機；自動投飼系統(tǒng)；智能化

中圖分類號： S969.31 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）10-0458-03

改革開放以來，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)獲得了迅猛發(fā)展。1978年，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量僅為121.2萬t，約占當年水產(chǎn)品總量的26%；1988年，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量首次超過捕撈產(chǎn)量，從此開啟了 “以養(yǎng)為主”的產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略[1]。2013年，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量達4 542萬t。隨著我國養(yǎng)魚業(yè)的迅速發(fā)展，養(yǎng)魚機械成為淡水魚類養(yǎng)殖不可或缺的設(shè)備[2]。人工投飼在小面積池塘效果很好，但在大面積魚塘投喂時，受人體力、環(huán)境、天氣影響很大[3]。人工投料并不能保證投喂的均勻性，費時、費工、勞動強度大、效率低，甚至浪費魚飼料，同時污染池塘水質(zhì)，影響魚類的生長發(fā)育，增加了養(yǎng)殖成本[4]。漁用投飼機集定點、定時、定量于一體，具有投飼面積廣、投飼均勻、減少飼料浪費、降低水質(zhì)污染等優(yōu)點。既減輕了漁民勞動強度，又增加了魚產(chǎn)量。投飼機是繼增氧機后又一量大面廣、有顯著效益的水產(chǎn)養(yǎng)殖機械。本研究介紹了漁用投飼機的類型結(jié)構(gòu)及行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，分析國內(nèi)外自動投飼系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用情況，旨在為我國投飼機研發(fā)提供參考。

1 漁用投飼機的種類及結(jié)構(gòu)

1.1 投飼機的類型

1.1.1 從應(yīng)用范圍分 池塘投飼機是所有的投飼機中應(yīng)用最廣的一種。由于池塘養(yǎng)殖飼料主要為顆粒飼料，其拋撒機構(gòu)一般使用電機帶動轉(zhuǎn)盤，靠離心力把飼料拋撒出去。網(wǎng)箱投飼機分水面網(wǎng)箱投飼機、深水網(wǎng)箱投飼機2種。深水網(wǎng)箱投飼機需要把飼料直接輸送到距離水面幾米以下網(wǎng)箱的中央。室內(nèi)工廠化投飼機通常用于工廠化養(yǎng)魚、溫室養(yǎng)魚，要求投飼機每次下料量少且精確，拋撒面積一般在1 m2左右[5]。

1.1.2 從投料形式分 離心式投飼機由料箱、供料機構(gòu)、投料機構(gòu)及控制器等組成，投料形式為機械離心拋投的投飼機。風(fēng)送式投飼機由料箱、供料機構(gòu)、投料機構(gòu)（空氣壓縮機或風(fēng)機、輸送管、輸送分配裝置等）及控制器等組成，投料形式為風(fēng)力拋投，一般用于蝦塘養(yǎng)殖[6]。下落式投飼機由料箱、供料機構(gòu)及控制器等組成，投料形式為自由下落的投飼機，用于投飼量小的工廠化試驗養(yǎng)殖。

1.1.3 從應(yīng)用動力分 從70 W到180 W的功率對應(yīng)不同大小的料箱以及不同面積的養(yǎng)殖水面。70 W用于007～0.33 hm2的魚塘，120 W用于面積超過0.67 hm2的水面。太陽能適于架線不方便的地區(qū)，如網(wǎng)箱養(yǎng)殖、海洋牧場[7]。柴（汽）油機適用于移動投飼，尤以移動投飼船居多[8]。

1.2 投飼機的結(jié)構(gòu)

投飼機由4個部分組成，分別是料箱、下料裝置、拋料裝置、控制盒[9]（圖1）。

一般的漁用投飼機料箱蓋通常都是簡單的翻起式，主要是為了防曬、防雨?，F(xiàn)在也出現(xiàn)一些新型滑動式的箱蓋。料箱的作用是放飼料。料箱通常采用立方形或圓筒形，材料一般用白鐵皮或黑鐵皮。最近幾年塑料殼料箱投飼機發(fā)展也很快。白鐵皮材料料箱工藝簡單，價格較低，但鐵皮較薄、強度較低。黑鐵皮較厚，加工需要專門設(shè)備，經(jīng)過折邊、焊接、噴漆等工藝，產(chǎn)品外觀漂亮、牢固結(jié)實，但價格稍高。塑料結(jié)構(gòu)防腐蝕，防漏電，但不太堅固，要做到防摔、防鼠咬。漁用投飼機都設(shè)有下料裝置，對每次下料量、下料持續(xù)時間、下料間隔時間等進行控制。目前下料裝置有振動式下料、絞籠式下料、翻板式下料、漏斗式下料。目前最常用的是振動式下料，由振動電機、偏心連桿以及下料倉組成。工作時利用振動電機帶動偏心連桿形成往復(fù)運動，帶動送料盒產(chǎn)生振動，將飼料均勻地送到甩料盤，甩料盤將飼料扇形拋撒到漁塘進行投喂。這種振動下料裝置解決了下料、分料過程中早期投飼機產(chǎn)品容易出現(xiàn)堵料、卡轉(zhuǎn)、下料不均勻等問題，降低了投飼機故障發(fā)生率[10]。拋料裝置的功能是把飼料輸送到投飼區(qū)并撒開一定面積，根據(jù)不同的應(yīng)用分為自由下落式、風(fēng)力輸送式、水力輸送式、離心拋投式。離心拋投式是目前最常用的方式，拋撒裝置由離心電機、甩料盤組成。當飼料從下料裝置的下料口落到旋轉(zhuǎn)的圓盤上時，靠離心力作用把飼料拋撒出去?？刂破饕话阊b在料箱背后的控制盒里，主要有2個功能：一是定時功能，開啟投飼機前設(shè)定好投喂時間，一定時間后自動停止投喂；另一個是間隔投喂功能，投料期間每隔一定時間打開下料倉進行投喂，然后關(guān)閉，不停重復(fù)，到了定時時間停止投喂?？刂破魍ǔ７譃闄C械定時、電子定時以及最新的單片機為核心的控制器3種。

2 我國投飼機產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

我國投飼機械研究開發(fā)始于20世紀80年代。90年代中期，養(yǎng)殖戶開始逐漸認識到使用魚塘投飼機可以提高飼料利用率，投飼機產(chǎn)銷量開始大幅度提高。2008年，國內(nèi)各種類型投飼機的年產(chǎn)量達16萬臺，產(chǎn)量僅次于增氧機。目前，投飼機投飼方式主要有離心式、下落式、風(fēng)送式。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全國投飼機生產(chǎn)企業(yè)有上百家，主要分布在江蘇省、湖北省、廣東省、浙江省、福建省、天津市、北京市等地。由于產(chǎn)品適應(yīng)市場需求，目前江蘇省金湖縣、湖北省仙桃縣、廣東省珠江三角洲等地區(qū)已形成了投飼機產(chǎn)品的集中生產(chǎn)地[11]。金湖縣是全國著名的漁業(yè)機械之鄉(xiāng)，漁業(yè)機械加工企業(yè)包括金湖小青青機電設(shè)備有限公司、金湖縣漁業(yè)機械有限公司、金湖縣漁業(yè)養(yǎng)殖設(shè)備廠、金湖縣榮盛漁網(wǎng)廠等，主要生產(chǎn)增氧機、投飼機、漁網(wǎng)等，年總產(chǎn)值超億元。金湖小青青機電設(shè)備有限公司總經(jīng)理張曉青擁有多項國家專利技術(shù)發(fā)明，是振動式漁塘投飼機專利發(fā)明人以及投飼機行業(yè)標準主要起草人之一。近幾年，為適應(yīng)大水面、遠程投飼的需要，氣動式投飼機被投向市場，這種投飼機節(jié)省人工，飼料輸送量大，輸送距離遠，拋撒面積大。金湖縣華能機電有限公司發(fā)明了太陽能充電式投飼機，該機器不但節(jié)約能源、減少生產(chǎn)成本，而且提高了安全性。江蘇歐益機械有限公司設(shè)計了旋轉(zhuǎn)滑動式箱蓋，該機器不但安全可靠、方便用戶使用、不傷人，而且能有效防止雨水滲漏，確保飼料不結(jié)塊。江蘇恒深洋機械有限公司設(shè)計了計重式投飼機，實現(xiàn)了投飼機計重投料功能。江蘇省、湖北省等地的投飼機一般采用白鐵皮或者黑鐵皮材料制作料箱，白鐵皮成本低但不夠堅固，黑鐵皮堅固但易生銹，成本高。廣州市中浪機械科技有限公司生產(chǎn)的漁意牌魚塘投飼機采用全新改性工程塑料，更安全耐用且穩(wěn)定可靠，料箱整體設(shè)計采用卡式快遞拼裝結(jié)構(gòu)，方便倉儲，節(jié)約運輸成本。廣州和仕漁業(yè)機械的投飼機采用防鼠線材，有時間控制以及支持紅外線的無料停機版，支持更多的操作方式，適應(yīng)廣大漁民需求。endprint

3 國內(nèi)外自動投飼現(xiàn)狀

3.1 國外自動投飼裝備的應(yīng)用概況

在挪威、德國、美國等國，自動投飼裝備普遍適用于室內(nèi)工廠化養(yǎng)殖，從飼料運輸、儲存以及投放等各個過程都有著極其精確的數(shù)量控制[12]。加拿大Feeding Systems公司成功研制了適用于陸基養(yǎng)殖工廠、大網(wǎng)箱、魚苗孵化場的自動投飼系統(tǒng)，為一些養(yǎng)殖對象開發(fā)出不同的投飼控制軟件[13]。美國ETI公司研制出專為深水網(wǎng)箱設(shè)計的具有高精確性、高可靠性、大容量的Feedmaster投飼系統(tǒng)，是目前世界上深水網(wǎng)箱的自動投飼系統(tǒng)中使用最多的模式之一。芬蘭Arvo-Tec公司為陸基養(yǎng)殖開發(fā)出機器人投飼系統(tǒng)，這套系統(tǒng)由小型漏斗形投飼單元組成，這些投飼單元沿著養(yǎng)殖池上方的軌道移動在各個養(yǎng)殖池之間。系統(tǒng)通過中心計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)無人操作，池與池之間設(shè)置不同的投飼程序[14]。日本Nitto Seiko公司的自動投飼系統(tǒng)也施行小料倉投喂模式，小料倉安裝懸掛在各個深水網(wǎng)箱上方，通過操作計算機以及控制面板來對小料倉進行投料控制，也可以對多個料倉進行集中控制，還可以通過手機來實現(xiàn)遠程控制[15]。

3.2 國內(nèi)自動投飼的研究進展

國內(nèi)大部分池塘養(yǎng)殖使用簡易的小型自動投飼機，除了投飼量較小外，一般只能控制3個功能：定時時間、間隔時間、拋撒時間，遠不能滿足集約化養(yǎng)魚技術(shù)不斷發(fā)展的需求，因此很多專家或企業(yè)嘗試開發(fā)適用于大水面養(yǎng)殖、深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖以及室內(nèi)工廠化養(yǎng)殖的自動投飼系統(tǒng)。胡昱等研發(fā)出深水網(wǎng)箱自動投飼系統(tǒng)，該自動投飼系統(tǒng)以流行的PLC為核心，通過繼電接觸器來控制各個設(shè)備的啟動停止，動態(tài)定時、定點以及定量的投飼，實現(xiàn)精確投飼[16]。田應(yīng)平等設(shè)計了1套適用于室內(nèi)工廠化養(yǎng)殖的自動投飼系統(tǒng)，這個系統(tǒng)以計算機及可編邏輯控制器為核心，運用自動控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，監(jiān)控軟件收集并存儲投飼系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，具有監(jiān)測、報警、自動投飼等功能，實現(xiàn)了飼料的全天候?qū)崟r自動投放以及遠程監(jiān)控[17]。吳子岳等開發(fā)了需求式的自動投飼裝置，網(wǎng)箱的魚群經(jīng)過短時間馴化，有進食需求時自發(fā)觸動水下感應(yīng)裝置，通過傳感設(shè)備啟動下料裝置，該裝置通過PLC實現(xiàn)投飼控制，優(yōu)點是能根據(jù)養(yǎng)殖魚類需求實時投飼，水體污染減少，飼料利用率高，滿足了當前深水網(wǎng)箱自動化發(fā)展的需求[18]。農(nóng)業(yè)部漁業(yè)裝備與工程技術(shù)重點實驗室研發(fā)了新型對蝦養(yǎng)殖投飼裝置，該設(shè)備選擇蓄電池作為電源、電動減速機作為動力輸出源，采用輪式的移動方案，經(jīng)過設(shè)計改進，實現(xiàn)了移動過程中進行投喂的功能，而且投飼效率高，工作可靠穩(wěn)定，投飼符合對蝦的攝食特性，克服了當前對蝦養(yǎng)殖過程中人工投飼的缺陷[19]。王志勇等研制的集中式自動投飼系統(tǒng)仍然以PLC為控制核心，結(jié)合傳感器技術(shù)進行投飼控制，并基于氣力輸送原理對投飼裝置的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)以及管路輸送結(jié)構(gòu)進行合理設(shè)計，通過集中供料、多路配送，實現(xiàn)了同時向多個養(yǎng)殖目標進行長距離、大容量的投飼，該系統(tǒng)同時可以方便操作人員只在控制室內(nèi)就可以進行投飼操作以及遠程的監(jiān)控[20]。

4 投飼機的控制模式

控制器是投飼機結(jié)構(gòu)中最核心的部分，決定了投飼機的使用方法以及運行模式。市面上最普通的池塘投飼機大都采用機械旋鈕方式，除此之外，以電子按鍵、單片機為核心的控制盒逐漸流行起來。

4.1 機械控制器

目前大部分的投飼機面向的客戶是普通漁民，決定了投飼機成本不能太高，這類投飼機偏向簡單的機械旋鈕定時方式。圖2是金湖小青青機電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的STLZ型投飼機控制盒。

圖2中，主機定時30 min指1次運行30 min，30 min后自動關(guān)機。微電機是拋料的離心電機，定時7 s表示每次拋料7 s。長短指落料間隔的長短，通常5 s左右。有些投飼機的生產(chǎn)商將間隔時間細化，但是原理大同小異。這是最簡單的通過機械旋鈕定時的方式，隨著使用消耗，這類控制盒到最后大都定時不準，不能滿足科學(xué)養(yǎng)魚的需要。

4.2 電子控制器

除了機械定時，市面上也有很多電子定時控制盒，這種控制器摒除了不準確的機械旋鈕方式，采用電子按鍵，并且支持LED顯示。圖3是廣州市中浪機械科技有限公司生產(chǎn)的漁意牌投飼機控制器。

這類電子定時器為核心的控制盒，除了控制投料時間、投料間隔時間以及每次投喂時間長短外，大都支持定時開關(guān)機功能，擁有時鐘設(shè)定的選項，可以在開機前就設(shè)定全天的工作資料。這種控制器的按鍵模式比機械旋鈕使用壽命長，電子定時器的定時功能也比機械旋鈕的機械線圈定時更準，屬于半自動的投飼機。每天需要人去機器旁邊設(shè)定，遇到緊急情況不能及時調(diào)整，所以這種電子控制器仍然不夠智能。

4.3 單片機為核心的控制器

單片機屬于微型控制系統(tǒng)，可以嵌入到投飼機控制盒里，并支持邏輯編程。相對于電子控制器來說，以單片機為核心的控制器更加方便靈活，支持很多拓展功能，屬于全自動的控制模式。現(xiàn)在也有很多的科研單位或個人嘗試以單片機為核心設(shè)計自動投飼控制系統(tǒng)。肖忠等研究的程控投餌機自動控制系統(tǒng)以MCS-51系列單片機89S51作為系統(tǒng)控制器，開機前只需設(shè)定定時開機、工作擋位、投餌機工作時長等3個參數(shù)，這種控制器提供記憶功能，用戶通過按鍵選擇參數(shù)，新設(shè)定的參數(shù)會自動保存在控制盒的外部存儲器中，即使開機后不改變參數(shù)，控制器也能自動讀取存儲中的參數(shù)進行工作[21]。以單片機為核心的控制器大多因為設(shè)計缺陷存在工作不穩(wěn)定、電機故障率高、維護艱難等問題，因此這種類型的控制器并沒有大范圍推廣。

5 展望

隨著科技的進步，目前投飼機已經(jīng)解決了漏電、進水、投飼不均勻、堵料等問題，但仍具有投飼量不精確的問題。傳統(tǒng)的漁用投飼機是根據(jù)定時時間長短來決定投飼量，定時時間往往是根據(jù)人們的經(jīng)驗，沒有科學(xué)的計算和調(diào)整，無法準確得知投喂飼料質(zhì)量，再加上投飼機的定時功能一般采用機械旋鈕定時的方式，轉(zhuǎn)動過程中容易接觸不良，如果定時器停走，會造成一箱飼料一次性全部投完，造成極大浪費。如果投喂途中出現(xiàn)跳閘、定時器走時較快等情況，會造成飼料投喂不足的問題?，F(xiàn)有的漁用投飼機并不能充分合理使用飼料，無法掌握投料量?？萍际堑谝簧a(chǎn)力，得益于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，人們可以遠程實現(xiàn)對很多物品控制與使用。漁用投飼機普遍使用手動控制模式，雖然有定時功能，但需要人為選擇定時時間以及手動開關(guān)機。遇到惡劣天氣以及應(yīng)急狀況，漁民只能去魚塘邊才能解決問題。如果可以實現(xiàn)短信、無線、網(wǎng)絡(luò)等方式的遠程監(jiān)測和控制，漁民不僅可以選擇自動、半自動或者手動的方法開啟使用投飼機，生產(chǎn)中也可以記錄每次的投料量、運行時間進行反饋調(diào)整。養(yǎng)殖對象對飼料的需求量、生長速度及其飼料轉(zhuǎn)化率都是隨著環(huán)境的改變而改變的，也與飼料的品質(zhì)、養(yǎng)殖對象的生理因素密切相關(guān)，這些因素使養(yǎng)殖對象的必需飼料量具有不確定性，不可能通過計算獲得精確值。傳統(tǒng)的漁用投飼機只能大致估計投喂量，不能根據(jù)魚類的生長實時調(diào)整，也無法智能感知溫度、氣壓、濕度等一系列環(huán)境因素。目前投飼機只簡單替代了手動拋撒飼料這一過程，還不能滿足現(xiàn)代化漁業(yè)生產(chǎn)的需要。endprint

漁業(yè)機械的推廣和使用極大地推動了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。國內(nèi)自動投飼系統(tǒng)大都適用于室內(nèi)工廠化養(yǎng)殖或網(wǎng)箱養(yǎng)殖，池塘投飼機的自動化系統(tǒng)研究欠缺。雖然室內(nèi)工廠化養(yǎng)殖效益明顯，但目前池塘養(yǎng)殖在淡水養(yǎng)殖中仍然占較大比重，因此漁用投飼機的智能化系統(tǒng)研究與開發(fā)尤為重要。隨著科技進步，PLC技術(shù)也越來越成熟，將PLC技術(shù)應(yīng)用到漁用投飼機控制器設(shè)計中，能夠開發(fā)出更加科學(xué)的投飼機系統(tǒng)，這種系統(tǒng)需要實時精確計算飼料質(zhì)量，準確感知周圍環(huán)境，智能調(diào)整投喂時間和投飼量。

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