水產養殖場分布式自動監控系統設計與實現

唐榮++劉世晶++王帥

摘要 針對現代化水產養殖場生產過程監控需要，本文設計開發了一套分布式自動監控系統。該系統采用太陽能水質監測浮標對養殖場進水水源和排水口的水質進行在線監測。每個養殖車間采用獨立的自動監控系統，監測室內環境及養殖池水質。中央控制房通過上位機軟件采集水質監測浮標和車間自動監控系統的信息，實現養殖場集中監控，從而提升了生產效率和養殖管理水平。

關鍵詞 水產養殖；分布式監控系統；水質監測浮標

中圖分類號 S951.2 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）07-175-02

水產養殖正朝著規模化、集約化方向發展，環境因素和規模化管理成為集約化養殖中最關鍵的環節[1-3]。養殖環境直接影響魚、蝦等養殖對象的生長，同時養殖過程中產生的富營養尾水對局部水體環境構成威脅[4]。近年來，無論是室外池塘生態養殖還是室內循環水養殖模式，都對養殖水質的實時監測越來越重視[5-6]。同時，隨著養殖規模的不斷擴大，勞動力短缺日益凸顯，需要通過技術手段提高生產效率。本文介紹了水產養殖場分布式自動監控系統的設計原理，及其軟、硬件實現途徑，以提高養殖管理水平。

1 系統設計

1.1 系統總體架構

針對養殖場生產監控需求，借鑒工業控制系統的原理，采用“分布控制—集中管理”的理念設計了養殖場分布式自動監控系統[7-8]，包括養殖車間自動監控及整個養殖場的進排水水質監測，如圖1所示。每個養殖車間設置1套自動監控系統，養殖場進水口和排水口分別設置1套水質監測裝置。各個車間自動監控系統經過專用通信線路與中央控制房進行通信，進水口和排水口由于距離較遠，監測裝置通過無線網絡與控制房進行數據傳輸，最后所有信息匯總至中央控制房進行集中監控。

1.2 水質監測浮標

針對進排水口供電不便的情況，設計了一種太陽能水質浮標，搭載傳感器進行水質監測。該浮標采用模塊化結構，主要由傳感器、浮體、太陽能電池板、防水電箱、傳感器安裝桿、固定支架、無線通信模塊、通信天線等組成。采用太陽能電池板和蓄電池組合供電方式，通過專用的太陽能充放電控制器對電源進行管理。晴天光照良好時，太陽能電池板為傳感器和無線通信模塊供電，同時對蓄電池進行充電，存儲富余的電能；陰雨天光照不足時，則由蓄電池提供電源。蓄電池、充放電控制器及無線通信模塊安裝在防水電箱內，防止其受潮而導致故障。水質監測數據通過無線通信模塊上傳至中央控制房上位機。

1.3 養殖車間自動監控系統

養殖車間自動監控系統用于監控車間環境及養殖池水質的在線監控。車間內配置溫度傳感器、濕度傳感器及氣壓傳感器，每個養殖池配備水質傳感器，如圖2所示。傳感器通過電纜連接至車間監控主機，采用標準的Modbus協議與主機進行通信。監控主機通過專用軟件采集監測數據，同時將所有信息上傳至中央控制房上位機。

2 系統實現

2.1 硬件

太陽能水質浮標采用直流12 V電壓的太陽能電池板供電，配備In_situ公司的TROLL400型多參數水質傳感器，測量參數包括水溫、溶解氧、pH值、氧化還原電位及電導率。浮體采用工程塑料通過模具制作，輕便、堅固，腔體內填充非吸水性發泡材料，即便浮體出現裂縫滲水也不會下沉，從而保證浮標安全使用。浮標使用時漂浮在水面上，通過繩索系泊在池塘岸邊。水質傳感器固定在安裝桿末端，通過安裝孔插入水中。安裝桿通過卡槽與不銹鋼固定支架連接，安裝桿能夠上下調節高度，從而可根據需要將傳感器伸入指定水層進行檢測。需要變更檢測位置時，只需解開繩索，拖動浮標至指定位置或將浮標搬入其他指定池塘即可，如圖3所示。

養殖車間水質傳感器選用In_situ公司的RDO型溶氧傳感器，測量水溫和溶解氧；室內監測采用一體式溫濕度傳感器和氣壓傳感器；監控主機采用研華公司的工業控制計算機；所有傳感器通過電纜接入主機進行實時監測。

2.2 軟件

車間監控主機和中央控制房上位機軟件采用易控組態軟件進行二次開發。該軟件具有豐富的圖形庫和接口，可以簡化開發工作[9-10]。車間監控主機軟件在本地建立OPC服務器，將所有輸入輸出信號全部建立對應的OPC變量。上位機軟件通過OPC接口讀取上述OPC變量，從而采集各個車間控制系統的監測數據，同時通過無線網絡讀取進水口和排水口太陽能水質監測浮標的數據，實現對整個養殖場環境的集中監控，軟件界面如圖4所示。

3 結語

本文設計的養殖場自動監控系統實現了進排水水質的在線監測以及養殖車間環境和養殖池水質的自動監控，提高了養殖自動化程度和信息化管理水平。該系統采用“分布控制—集中管理”的架構，保證了系統的可靠性，同時具有良好的可擴展性。

4 參考文獻

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