專題討論題目 : 自動化循環水系統班級：日四技自控四乙姓名 : 蕭炳烈學號 :49612110指導老師 : 呂金塗

自動化循環水室• 養殖槽結合高壓清洗泵浦、微離子處理機、

循環泵浦、沉浸式生物濾床、臭氧機、內循環泵浦、蛋白除沫器、溫度控制器、紫外線殺菌機、集水槽、自動撥號系統、溶氧監控系統等來達到自動化養殖技術。

目的• 1. 資源與環境再也無法支持傳統的養殖• 2. 養殖必須面對〝目不暇給〞的各式疾病，• 3. 養殖業的轉型、革新• 其中自動化系統的應用最受人矚目 。• 例 . 〝鰻魚超集約養殖系統〞，這個系統鄙棄

過去勞力密集的缺點，舉凡適當溶氧量的維護、除污、水質狀況的監控以及 投餵飼料等，都利用電腦來為我們做系統化的管理。改用體積小但效能高的設備。同樣的概念也逐漸的被用在其他水生物的養殖上

超集約循環水養殖水質監控• 1. 完成水質與環境因子的監 項目包括：水中溶氧、水溫、水位、酸鹼度、

導電度、氧化還原電位、空氣溫度與濕度 另有量測項目包括： BOD 、氨態氮、硝酸鹽

與亞硝酸鹽等。• 2. 完成溶氧控制系統的改良 降低純氧的消耗，進而降低生產成本• 3. 完成停餌偵測的機制與控制策略 可降低 FCR ，提高飼料利用率，降低生產成

本，降低生物過濾系統的負荷。

電腦介面操作軟體• 程式化邏輯編輯器 工作事項監測工作

圖、 自動監控基本慨念

可程式化邏輯控制器 (Programmable Logic Controller, PLC)• 可以透過 Windows 的介面來與使用者溝通，

使用彈性大、體積小、價錢 也漸趨低廉。透過它，使用者可以把原本必須由人才可以完成的工作，藉由電腦程式與 PLC ，轉換成由機器來處理，同時可以獲得我們平常看不到的事情，如魚在夜間的活動情況或攝食狀況等。

PLC 自動監控系統的電腦軟體• 1. 階梯邏輯程式（ Ladder Logic）• 2. 連接（ Link）•         如 Rockwell Software 發展的 RSLink• 3. 圖控介面軟體• 如 Rockwell Software 發展的 RSView軟體及 澳洲的

Citec軟體• ※ 感應器與控制器• 1. 感應器：• 如 pH 、溫度、溶氧、鹽度、光電…… .etc.• 2. 控制器：• 如氣流電磁閥、水流電磁閥、自動投餌機、加熱器、燈

具… ..etc.

水質監控 - 感測• 使用離子選擇性電極取得循環水養殖系統用水的響 應，使用電極包括銨離子 (NH4+) 、亞硝酸根離

(NO2-) 與硝酸根離子 (NO3-) 電極，三者均可用 1000ppm 標準液稀釋取得 10 ppm 與 100 ppm 濃度做校正，亦可直接用 10 ppm 與 1000 ppm 濃度做校正。

• 安裝要點：垂直方向，正負 30 度角以內的範圍。• 校正方式：

標準液濃度量 測電壓值10 ppm 離子濃度 A 101.7 mV

100 ppm 離子濃度 B 45.8 mV

C ppm 某待測濃度 17.4 mV

自動化• 使用 CR510 (Campbell Scientific Inc.) 數據紀錄

與• 控制器接收 '毫伏特 (mV)' 的電壓值，透過上述的轉換

• 計算可得知正確的離子濃度。此數值可儲存於數據紀錄

• 器或電腦，亦可透過電話線傳至遠端， CR510 數據紀錄

• 與控制器允許再遠端透過電話線即時更改內存程式與下

• 載數據。

水質監控 - 溶氧量測• 水質監控以水中溶氧與氨氮的量測與控制

為主，魚群與水中微生物在代謝時均需耗氧並產生氨氮類廢物

溶氧感測器

感測頭

定時刷

定時刷馬達

自動餵飼 - 停餌偵測• 傳統的投餌機可預先設定開始投餌時間與持續時間，但無法判知魚群是否進食。

• 本研究所發展的機制則偵測在水質被污染之前：透過紅外線的反射，可偵測魚群在餌料試投之後，是否有群聚行為。

補料系統主機電動三通分歧閥

優點• 1. 飼料利用效率高： FCR 低。• 2. 餵飼時溶氧變化範圍小： 供氧系統可小

型化，魚群處於缺氧緊迫時間少。• 3. 餵飼時氨氮濃度變化範圍小： 硝化菌負

荷較小且穩定，生物濾床可小型化或養殖密度可再提高，循環水之循環比例可降低，用水可更節省。

應用實例• 1. 香魚養殖• 以光週期及水溫度的調控引導香魚的成熟及排卵

• 2. 黑鼓魚繁殖• 以 PLC 自動記錄觀察黑鼓魚的產卵 (向上紅色三角形 ) 及攝食 (向下紅色三角形 )

應用實例• 從溶解氧及行為的連續記錄，可以從電腦

上看出黑鼓魚當晚約七點半產卵。

參考資料• 相關專業諮詢 :• 國立成功大學生物系 博士研究生 朱戊杉 ( 專長 養殖與魚類研究 ) 國立海洋大學 水產養殖農學士 陳宏誠 (現任職於 成功大學海洋暨鯨豚研究中心 ) • 國立台灣大學漁業科學研究所「池塘養殖與科技管理」課程， 2002年

• 國立台灣大學 生機系教授 方煒 1993 至 1998 的研究成果 ( 循環水養殖工程 )

• 農機 / 生機論文• 水質監控 - 溶氧量測 台大農機系研究生黃宇宏 台大農機系教授方煒• 水質監控 - 感測 台大農機系教授方煒• 自動餵飼 - 停餌偵測 台大農機系研究生廖仁毅、張嘉孟 台大農機系教授方煒

問題討論• 1. 超集約循環水養殖水質監控• 完成停餌偵測的機制與控制策略 可降低 FCR ，提高飼料

利用率，降低生產成本，降低生物過濾系統的負荷。• Q. 其中 FCR 所代表的含意 ?

• 換肉率 (FCR, Feed Conversion Rate)FCR = Feed consumption / Weight gain

• 平均每隻魚所吃的飼料重 / 體重• 餌料轉換係數 (feed conversion ratio ， FCR) ：攝餌量

(g)/ 魚體增重量 (g) 。• http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?

qid=1306033108271

2. 量測項目包括： BOD 、氨態氮、硝酸鹽與亞硝酸鹽等。 Q.何謂

BOD?• . 生化需氧量 (BOD):

定義 : 指利用微生物 ( 最常使用好氧細菌 ) ，將汙水中的需氧廢料分解時，所消耗氧的總量算法 :(汙水中的飽和溶氧量 -五天後汙水中剩下的溶氧量 )/ 水試樣的體積

單位 :mg/L

P.S:BOD值愈大，表示水受到需氧廢料的汙染愈嚴重• • http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?

qid=1009080102595

3. 〝鰻魚超集約養殖系統〞所謂超集約 比一般養殖密度 其差異何在 ?• 超集約養殖 是一種養殖’’形式’’ 定義 :’’ 以少許空間養殖多量魚介之生產方式’’ 而所謂一般養殖密度的說法 其實並不存在 放養密度 須針對 放養體型定義 ! 差異在於放養量不同• 鰻魚養殖密度：養殖的密度依鰻魚大小而有不同，

通常在鰻線時期，因為需特別照料，所以都養在同一個池子中以方便照顧，放養密度較高；鰻魚愈長愈大，養殖密度就要愈低。例如：每公頃生產100000噸，須放養鰻線 83000尾，或鰻苗 60000尾即可；等到每尾 10克時，放養量為 3-6公斤 /平方米，一般來說一坪 3.3平方公尺，放一公斤最適合。

4. 溶氧量感知器的作動原理 ?

• 溶氧感測器在 1956年即由 L.C.Clark發展出來，統稱為 Clark 電極，其結構為選用一薄膜將液態電解質和電極與測試溶液分離，並長期將工作電極與液態電解液接觸，而膜的成分則依據其想分析的物質特性而定。

• 欲分析氧氣則選用透氧性高卻可避免其他物質通過的高透氧性物質。

• 例、聚乙烯、 PTFE 、 PVC 、天然橡膠、矽橡膠• 作用原理 : 當氧氣通過選擇性膜，容於液態電解質

中，再與工作電極表面進行反應，將濃度變換轉變為電流或電位訊號，將放大器增強訊號後輸出。

葡萄糖感測器• 葡萄糖感測器歸屬於生物感測器的一種• 生物感測器定義為將生物分子 (如抗體、酵素、輔酶或激素等 )固定化於換能器 (Transducer)上，以用來偵測生物體內或體外的特異之專一性生物訊號並轉化成電子訊號之ㄧ種裝置

• 是由 Clark 發展出來，於其將葡萄糖氧化酵素結合電極來當換能器以轉換葡萄糖濃度的訊號。是利用氧消耗量來計算葡萄糖的濃度。 (1962 年由 Clark 與 Lyons 提出 )

參考文獻 ( 資料來源 )• 成功大學 • 化學工程研究所 碩士論文• 利用微加工技術製造溶氧微感測器• 研究生 :簡卉菁• 指導教授 :周澤川• • 南台科技大學 • 機械工程研究所 碩士學位論文• 微流道輔助葡萄糖微感測陣列之研製• 研究生 : 劉 侑 鑫• 指導教授：黃忠仁、魏慶華、呂金塗