畜禽養(yǎng)殖智能監(jiān)控系統

　　一、需求說明

　　畜牧業(yè)是關系國計民生的重要產業(yè)，肉蛋奶是百姓“菜籃子”的重要品種。近年來，我國畜牧業(yè)綜合生產能力不斷增強，在保障國家食物安全、繁榮農村經濟、促進農牧民增收等方面發(fā)揮了重要作用，但也存在產業(yè)發(fā)展質量效益不高、支持保障體系不健全、抵御各種風險能力偏弱等突出問題。

　　2020年國務院辦公廳印發(fā)《關于促進畜牧業(yè)高質量發(fā)展的意見》，要求到2025年畜禽養(yǎng)殖規(guī)?；屎托笄菁S污綜合利用率分別達到70%以上和80%以上，到2030年分別達到75%以上和85%以上，提出加快構建現代養(yǎng)殖體系，加強大數據、人工智能、云計算、物聯網、移動互聯網等技術在畜牧業(yè)的應用，提高圈舍環(huán)境調控、精準飼喂、動物疫病監(jiān)測、畜禽產品追溯等智能化水平，建立健全動物防疫體系，提高動物防疫監(jiān)管服務能力。

　　二、通訊架構

　　基于物聯網的畜禽智能養(yǎng)殖監(jiān)控系統利用物聯網技術，圍繞設施化畜禽養(yǎng)殖場生產和管理環(huán)節(jié)，通過智能傳感器在線采集養(yǎng)殖場環(huán)境信息(二氧化碳、氨氣、硫化氫、空氣溫濕度等)，同時集成改造現有的養(yǎng)殖場環(huán)境控制設備，實現畜禽養(yǎng)殖的智能生產與科學管理。養(yǎng)殖戶可以通過手機、計算機、監(jiān)控中心顯示大屏等信息終端，實時掌握養(yǎng)殖廠環(huán)境信息，及時獲取異常報警信息，并可以根據監(jiān)測結果，遠程控制相應設備，保證畜禽健康生長，提高畜禽質量，降低疫病發(fā)生。

　　三、系統組成及功能

　　1、智能環(huán)境監(jiān)控

　　通過傳感器、音頻、視頻和遠程傳輸技術在線采集養(yǎng)殖場環(huán)境信息(二氧化碳、氨氣、硫化氫、空氣溫濕度、噪聲、粉塵等)和畜禽的生長行為(進食、引水、排泄等)，實時監(jiān)測設施內的養(yǎng)殖環(huán)境信息，及時預警異常情況，減少損失。

　　(溫濕度監(jiān)測場景)

　　溫濕度

　　通過室內室外的溫度感器進行室風外對比,在炎熱夏季,當舍內溫度高于外界溫度時,可啟動風機進行空氣交換,降低舍內溫度,同樣當舍內濕度高開外界濕度且濕度較大時,也可通風排濕;在寒冬尤其是北方,需要對畜禽養(yǎng)殖進行保溫處理,適當時進行送暖(如太陽能、電熱爐、鍋爐供暖)等。

　　氣體監(jiān)測

　　畜禽養(yǎng)殖場中的空氣含有氨氣、硫化氫、二氧化碳等氣體,如果這些濃度過大、作用時間長,會使畜禽體質變差,抵抗力降低,發(fā)病率升高等。所以應安裝通風換氣設備如風機等,及時排出污濁空氣,不斷進入新鮮空氣，安裝除臭設備定期刮糞除臭。通過畜禽養(yǎng)殖內的氨氣、硫化氫、二氧化碳等氣體傳感器實時監(jiān)測室內的相關氣體濃度,當濃度達到一定程度時,就要進行通風換氣除臭,保護舍內空氣流通與清新。通風換氣也要考慮對舍內溫濕度的影響,冬天選擇溫度較高時通風換氣,夏天選擇涼爽的夜晚或早晨通風換氣。

　光照

　　充足的光照時間是保證牛健康、快速成長,高效產奶的一個重要因素,對于陰天畜禽養(yǎng)殖內光線陰暗或冬季日照時間不足的情況,適當增加輔助照明,彌補天氣、季節(jié)因素光照度的不足。通過自動控制系統中的照度自動調節(jié)功能可以實現對畜禽養(yǎng)殖內照度的自由調節(jié)。

　　壓力

　　由于某些時候通風性差等原因,有可能造成畜禽養(yǎng)殖內壓力與外界存在差異,不利于內外氣體流通,這也是舍內有害氣體濃度過高的一個因素。當出現內外壓差時,應啟動相關設備進行通風換氣等以保證空氣流通。

　　2、智能供水

　　場區(qū)水泵監(jiān)控

　　工作人員通過監(jiān)控平臺實時監(jiān)控水泵的工作狀態(tài)，工作電壓、電流數據，遠程手動控制水泵啟泵和停泵;

　　液位遠程監(jiān)測

　　監(jiān)控平臺顯示液位的實時數據，當液位處于低水位時自動開泵供水，處于高水位時自動停泵，超低水位時遠程報警通知工作人員;

　　水位數據監(jiān)測

　　水泵自動啟泵/停泵

　　雙泵交替工作

　　供水機房具有工作泵和備用泵雙泵或多泵工作時，定時自動切換水泵工作，保護水泵機組，延長水泵壽命;

　　用水監(jiān)測

　　遠程實時監(jiān)測用水管道的壓力、用水量數據，對數據進行自動存儲，生成曲線及數據報表供工作人員進行分析。

　　水泵保護

　　通過監(jiān)測水泵的啟停狀態(tài)，設置工作電壓電流等保護，當出現缺相、超壓、過流等異常情況時自動停止啟泵，同時遠程報警，通知工作人員及時處理。

　　水質監(jiān)測

　　使用水質PH、余氯、濁度等工業(yè)級傳感器對水源水質進行實時數據檢測，當水質參數異常是自動啟動消毒設備進行消毒，水質數據自動傳輸至云端進行數據記錄，1分鐘一次，數據自動發(fā)送至工作人員郵箱進行備份。

　　3、能耗監(jiān)測

　　耗水監(jiān)測

　　通過流量計及4G/網絡等遠程傳輸終端實現對養(yǎng)殖場的單棟豬舍/牛舍/雞舍、整體養(yǎng)殖場的用水量進行統計，形成數據曲線和報表。

　　耗電監(jiān)測

　　通過智能電量采集終端/智能電量表等設備實現對大型耗電設備、供電機房等進行遠程電量采集，實現電壓、電流、功率因數、累積電量數據采集監(jiān)測，高低溫報警、過流過壓報警，老式電表不具備通訊遠傳功能需要更改替換為智能電表。

　　4、統一調控

　　實現養(yǎng)殖舍內環(huán)境(包括照度、溫度、濕度等)的集中、遠程、聯動控制?？刂茖又饕囟瓤刂?，濕度控制，通風控制，光照控制以及定時喂食，喂水。

　　智能監(jiān)控箱

　　(智能聯動控制場景)

　　6、單體監(jiān)測

　　采用電子測溫耳標、自動稱重系統和4G/5G/LORA等無線通訊技術，對豬牛等單體進行管理，集成測溫、計步、定位、稱重、分群等功能，精確判斷牲畜健康、重量狀態(tài)，做到疾病精確預警，實現自動化、信息化管理。

　　7、視頻監(jiān)控

　　在養(yǎng)殖區(qū)域內設置可移動監(jiān)控設備，可實現：現場環(huán)境實時查看、遠程實時監(jiān)控、視頻信息可回看、傳輸和存儲，及時發(fā)現養(yǎng)殖過程中碰到的問題，查找分析原因，確保安全生產。

　　四、相關硬件設備

　　1、環(huán)境監(jiān)控柜

　　1.1功能描述

　　實時采集場區(qū)環(huán)境溫度、濕度數據

　　實時采集場區(qū)氨氣、硫化氫、空氣質量數據

　　實時采集場區(qū)粉塵、噪聲數據

　　支持本地風機、卷簾、刮糞板、除塵機、飼喂機、供熱系統控制

　　支持多路控制設備工作電流檢測反饋

　　支持本地傳感器數據顯示

　　支持本地設備工作狀態(tài)顯示

　　支持本地策略配置

　　支持本地參數調整

　　支持遠程遙控遙測

　　1.2接口描述

　　一路RS232

　　一路RS485

　　以太網、2G或4G全網通、WiFi接口

　　4-16通道的4-20mA采集

　　5-32路開關量信號采集

　　4-32路繼電器控制輸出

　　支持485通訊傳感器/儀表數據接入等。

　　觸摸顯示屏操作控制

　　1.3技術參數

　　控制箱電源：交流220V

　　主控電源：DC12-24V

　　主控功耗：<6W

　　模擬量輸入：4-20mA ，12Bit精度

　　開關量輸入：光耦隔離輸入

　　開關量輸出：繼電器干節(jié)點輸出

　　Modbus RTU、Modbus TCP

　　工作溫度：-30~80℃

　　濕度范圍：相對濕度95%(無凝結)

　　1.4主控選型

　　1.5觸摸控制

　　控制箱集成了觸摸屏一體顯示控制，可現場顯示實際傳感器數據，如溫濕度、光照度、CO2等。并可現場觸摸控制實際輸出設備，如風機，卷簾、刮糞機等。

　　1.6傳感器選型

　2、水泵控制柜

　　2.1控制柜

　　2.2傳感器

　　3、能耗檢測

　　采用LORA無線方式對分散各個房間/舍區(qū)的水表/電表數據進行采集，然后傳輸至智能監(jiān)控主機，由主機通過2G/3G/4G或以太網WIFI方式上傳至畜禽監(jiān)控平臺進行數據監(jiān)控和記錄。

　　LORA傳輸終端采用擴頻通訊技術，多信道傳輸，通訊鏈路穩(wěn)定，穿透性強，最遠通訊距離可達3km。

　3.1監(jiān)控柜

　　3.2無線采集終端

　　五、綜合智能養(yǎng)殖監(jiān)控平臺

　　1、組態(tài)場景監(jiān)控

　　畜禽監(jiān)控平臺可以根據畜禽養(yǎng)殖分布提供軟件界面,在界面上區(qū)分畜禽養(yǎng)殖位置、布局、每個監(jiān)測點位置等按照實際布局安排,實現監(jiān)測界面的生動形象,同時也為實際監(jiān)測提供方便。

　　(組態(tài)監(jiān)控平臺展示)

　　2、單舍實時監(jiān)控

　　?1、提供實時供每個監(jiān)測點的溫濕度、氨氣、二氧化碳濃度、光照度、大氣壓力;

　　?2、提供歷史數據查詢，支持過去任一時段的數據查詢，對一些突發(fā)事件提供數據依據。

　　?3、提供歷史曲查看，通過對過去某一時段的變化趨勢觀察，可以總結出相應的變化規(guī)律，從中可以總結出一些寶貴經驗。

　　?4、提供實時報警功能，當監(jiān)測到的任一個參數達到報警條件時，監(jiān)測軟件會提供聲音和相應數值閃爍報警，為相關管理人員提供報警提示。

　　3、智能邏輯控制

　　通過監(jiān)控柜主機的PLC智能自控功能實現對養(yǎng)殖場中環(huán)境調控系統、智能供水系統、節(jié)能降耗系統、整場統一調節(jié)系統實現智能化、自動化調控，所有調控參數均可通過手機APP/電腦監(jiān)控平臺進行遠程設置調節(jié)，實時生效。

　　以下為供水調控參數的部分設置界面：

　　4、設備集中監(jiān)控

　　工作人員在管理中心通過大屏監(jiān)控平臺可同時查看養(yǎng)殖場內所有子系統設備的監(jiān)控運行數據，統一展示。

　　5、監(jiān)控數據報警

　　當環(huán)境監(jiān)控、供水監(jiān)控、能耗監(jiān)測系統的環(huán)境溫濕度、水位、電壓、電流、電量、水量、畜禽體溫等數據出現異常時，可通過監(jiān)控平臺聲音報警提示，手機APP消息推送，微信消息通知，工作人員手機電話、短信報警等方式實現多重報警通知，方便工作人員及時處理，防止漏報造成的事故隱患。

　　報警方式包含APP消息推送、微信公眾號消息通知、主動撥打電話、短信內容報警等四種方式，保證數據異常時，多渠道通知用戶。

　　6、用戶權限管理

　　針對不同的用戶，對指定的設備擁有不同的權限：

　　管理權限：設備信息管理權限、刪除設備權限、控制權限、分享權限、設備內部參數配置權限、云策略控制配置權限。

　　編輯權限：設備信息管理權限。

　　操作權限：對設備進行遠程控制的操作權限。

　　只讀權限：查看設備的實時狀態(tài)、查看設備的歷史數據、曲線、統計報告。

　　7、數據曲線監(jiān)控

　　平臺對設備監(jiān)測的傳感器數據及控制數據自動進行記錄，1分鐘一次，可通過曲線查詢方式展示，或通過下載導出EXCEL表格數據進行查看，也支持每日將備份數據自動發(fā)送接收郵箱。

　　8、視頻監(jiān)控

　　平臺支持接入?？低?螢石云等網絡攝像頭，支持視頻監(jiān)控和數據界面通步展示，當遠程控制飼喂、風機等設備時，通過視頻監(jiān)控獲取實時動作反饋。

　　泵房視頻監(jiān)控

　　六、系統應用

　　畜禽智能養(yǎng)殖監(jiān)控系統應用范圍：

　　畜牧局、動物衛(wèi)生監(jiān)督局、動物疫病防控中心等政府監(jiān)管部門;

　　畜牧技術服務(推廣)中心;

　　農業(yè)科技示范區(qū)、農場等大型農業(yè)生產加工企業(yè)。

　　畜禽養(yǎng)殖智能監(jiān)控系統，適用于牛棚，養(yǎng)豬場，鴨舍，雞舍，養(yǎng)羊場等場所，可以實現對環(huán)境的各項數據實時無線采集監(jiān)測，有利于技術人員進行科學的管理。