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摘要 针对现代化水产养殖场生产过程监控需要，本文设计开发了一套分布式自动监控系统。该系统采用太阳能水质监测浮标对养殖场进水水源和排水口的水质进行在线监测。每个养殖车间采用独立的自动监控系统，监测室内环境及养殖池水质。中央控制房通过上位机软件采集水质监测浮标和车间自动监控系统的信息，实现养殖场集中监控，从而提升了生产效率和养殖管理水平。
关键词 水产养殖；分布式监控系统；水质监测浮标
中图分类号 S951.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）07-175-02
水产养殖正朝着规模化、集约化方向发展，环境因素和规模化管理成为集约化养殖中最关键的环节[1-3]。养殖环境直接影响鱼、虾等养殖对象的生长，同时养殖过程中产生的富营养尾水对局部水体环境构成威胁[4]。近年来，无论是室外池塘生态养殖还是室内循环水养殖模式，都对养殖水质的实时监测越来越重视[5-6]。同时，随着养殖规模的不断扩大，劳动力短缺日益凸显，需要通过技术手段提高生产效率。本文介绍了水产养殖场分布式自动监控系统的设计原理，及其软、硬件实现途径，以提高养殖管理水平。
1 系统设计
1.1 系统总体架构
针对养殖场生产监控需求，借鉴工业控制系统的原理，采用“分布控制—集中管理”的理念设计了养殖场分布式自动监控系统[7-8]，包括养殖车间自动监控及整个养殖场的进排水水质监测，如图1所示。每个养殖车间设置1套自动监控系统，养殖场进水口和排水口分别设置1套水质监测装置。各个车间自动监控系统经过专用通信线路与中央控制房进行通信，进水口和排水口由于距离较远，监测装置通过无线网络与控制房进行数据传输，最后所有信息汇总至中央控制房进行集中监控。
1.2 水质监测浮标
针对进排水口供电不便的情况，设计了一种太阳能水质浮标，搭载传感器进行水质监测。该浮标采用模块化结构，主要由传感器、浮体、太阳能电池板、防水电箱、传感器安装杆、固定支架、无线通信模块、通信天线等组成。采用太阳能电池板和蓄电池组合供电方式，通过专用的太阳能充放电控制器对电源进行管理。晴天光照良好时，太阳能电池板为传感器和无线通信模块供电，同时对蓄电池进行充电，存储富余的电能；阴雨天光照不足时，则由蓄电池提供电源。蓄电池、充放电控制器及无线通信模块安装在防水电箱内，防止其受潮而导致故障。水质监测数据通过无线通信模块上传至中央控制房上位机。
1.3 养殖车间自动监控系统
养殖车间自动监控系统用于监控车间环境及养殖池水质的在线监控。车间内配置温度传感器、湿度传感器及气压传感器，每个养殖池配备水质传感器，如图2所示。传感器通过电缆连接至车间监控主机，采用标准的Modbus协议与主机进行通信。监控主机通过专用软件采集监测数据，同时将所有信息上传至中央控制房上位机。
2 系统实现
2.1 硬件
太阳能水质浮标采用直流12 V电压的太阳能电池板供电，配备In_situ公司的TROLL400型多参数水质传感器，测量参数包括水温、溶解氧、pH值、氧化还原电位及电导率。浮体采用工程塑料通过模具制作，轻便、坚固，腔体内填充非吸水性发泡材料，即便浮体出现裂缝渗水也不会下沉，从而保证浮标安全使用。浮标使用时漂浮在水面上，通过绳索系泊在池塘岸边。水质传感器固定在安装杆末端，通过安装孔插入水中。安装杆通过卡槽与不锈钢固定支架连接，安装杆能够上下调节高度，从而可根据需要将传感器伸入指定水层进行检测。需要变更检测位置时，只需解开绳索，拖动浮标至指定位置或将浮标搬入其他指定池塘即可，如图3所示。
养殖车间水质传感器选用In_situ公司的RDO型溶氧传感器，测量水温和溶解氧；室内监测采用一体式温湿度传感器和气压传感器；监控主机采用研华公司的工业控制计算机；所有传感器通过电缆接入主机进行实时监测。
2.2 软件
车间监控主机和中央控制房上位机软件采用易控组态软件进行二次开发。该软件具有丰富的图形库和接口，可以简化开发工作[9-10]。车间监控主机软件在本地建立OPC服务器，将所有输入输出信号全部建立对应的OPC变量。上位机软件通过OPC接口读取上述OPC变量，从而采集各个车间控制系统的监测数据，同时通过无线网络读取进水口和排水口太阳能水质监测浮标的数据，实现对整个养殖场环境的集中监控，软件界面如图4所示。
3 结语
本文设计的养殖场自动监控系统实现了进排水水质的在线监测以及养殖车间环境和养殖池水质的自动监控，提高了养殖自动化程度和信息化管理水平。该系统采用“分布控制—集中管理”的架构，保证了系统的可靠性，同时具有良好的可扩展性。
4 参考文献
[1] 李道亮，王剑秦，段青玲，等.集约化水产养殖数字化系统研究[J].中国科技成果，2008（2）：8-12.
[2] 曾洋泱，匡迎春，沈岳，等.水产养殖水质监控技术研究现状及发展趋势[J].渔业现代化，2013，40（1）：40-44.
[3] 朱文锦，冉纲军.水产养殖环境参数自动监控系统研究[J]. 淡水渔业，2001（1）：60-61.
[4] 李绪兴.水产养殖与农业面源污染研究[J].安徽农学通报，2007（11）：61-67.
[5] 王鹏祥.养殖水质在线监控系统简介及其发展趋势[J].渔业现代化，2006（4）：17-19.
[6] 苗雷，汤涛林，刘世晶.基于MCGS的养殖水质在线监控系统的设计与实现[J].现代农业科技，2012（23）：261-263.
[7] 史兵.河蟹池塘养殖智能支持系统关键技术研究[D].镇江：江苏大学，2013：32-33.
[8] 来清民，马涛. 基于现场总线的远程分布式水产养殖监控系统[J].信阳师范学院学报（自然科学版），2006（2）：199-202.
[9] 唐荣，刘世晶，沈逸，等.基于无线网络的池塘养殖分布式控制系统设计与实现[J].科学养鱼，2016（10）：76-78.
[10] 徐健.基于易控組态软件的液位监控系统设计与实现[J].工业控制计算机，2015（9）：18-19.
关键词 水产养殖；分布式监控系统；水质监测浮标
中图分类号 S951.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）07-175-02
水产养殖正朝着规模化、集约化方向发展，环境因素和规模化管理成为集约化养殖中最关键的环节[1-3]。养殖环境直接影响鱼、虾等养殖对象的生长，同时养殖过程中产生的富营养尾水对局部水体环境构成威胁[4]。近年来，无论是室外池塘生态养殖还是室内循环水养殖模式，都对养殖水质的实时监测越来越重视[5-6]。同时，随着养殖规模的不断扩大，劳动力短缺日益凸显，需要通过技术手段提高生产效率。本文介绍了水产养殖场分布式自动监控系统的设计原理，及其软、硬件实现途径，以提高养殖管理水平。
1 系统设计
1.1 系统总体架构
针对养殖场生产监控需求，借鉴工业控制系统的原理，采用“分布控制—集中管理”的理念设计了养殖场分布式自动监控系统[7-8]，包括养殖车间自动监控及整个养殖场的进排水水质监测，如图1所示。每个养殖车间设置1套自动监控系统，养殖场进水口和排水口分别设置1套水质监测装置。各个车间自动监控系统经过专用通信线路与中央控制房进行通信，进水口和排水口由于距离较远，监测装置通过无线网络与控制房进行数据传输，最后所有信息汇总至中央控制房进行集中监控。
1.2 水质监测浮标
针对进排水口供电不便的情况，设计了一种太阳能水质浮标，搭载传感器进行水质监测。该浮标采用模块化结构，主要由传感器、浮体、太阳能电池板、防水电箱、传感器安装杆、固定支架、无线通信模块、通信天线等组成。采用太阳能电池板和蓄电池组合供电方式，通过专用的太阳能充放电控制器对电源进行管理。晴天光照良好时，太阳能电池板为传感器和无线通信模块供电，同时对蓄电池进行充电，存储富余的电能；阴雨天光照不足时，则由蓄电池提供电源。蓄电池、充放电控制器及无线通信模块安装在防水电箱内，防止其受潮而导致故障。水质监测数据通过无线通信模块上传至中央控制房上位机。
1.3 养殖车间自动监控系统
养殖车间自动监控系统用于监控车间环境及养殖池水质的在线监控。车间内配置温度传感器、湿度传感器及气压传感器，每个养殖池配备水质传感器，如图2所示。传感器通过电缆连接至车间监控主机，采用标准的Modbus协议与主机进行通信。监控主机通过专用软件采集监测数据，同时将所有信息上传至中央控制房上位机。
2 系统实现
2.1 硬件
太阳能水质浮标采用直流12 V电压的太阳能电池板供电，配备In_situ公司的TROLL400型多参数水质传感器，测量参数包括水温、溶解氧、pH值、氧化还原电位及电导率。浮体采用工程塑料通过模具制作，轻便、坚固，腔体内填充非吸水性发泡材料，即便浮体出现裂缝渗水也不会下沉，从而保证浮标安全使用。浮标使用时漂浮在水面上，通过绳索系泊在池塘岸边。水质传感器固定在安装杆末端，通过安装孔插入水中。安装杆通过卡槽与不锈钢固定支架连接，安装杆能够上下调节高度，从而可根据需要将传感器伸入指定水层进行检测。需要变更检测位置时，只需解开绳索，拖动浮标至指定位置或将浮标搬入其他指定池塘即可，如图3所示。
养殖车间水质传感器选用In_situ公司的RDO型溶氧传感器，测量水温和溶解氧；室内监测采用一体式温湿度传感器和气压传感器；监控主机采用研华公司的工业控制计算机；所有传感器通过电缆接入主机进行实时监测。
2.2 软件
车间监控主机和中央控制房上位机软件采用易控组态软件进行二次开发。该软件具有丰富的图形库和接口，可以简化开发工作[9-10]。车间监控主机软件在本地建立OPC服务器，将所有输入输出信号全部建立对应的OPC变量。上位机软件通过OPC接口读取上述OPC变量，从而采集各个车间控制系统的监测数据，同时通过无线网络读取进水口和排水口太阳能水质监测浮标的数据，实现对整个养殖场环境的集中监控，软件界面如图4所示。
3 结语
本文设计的养殖场自动监控系统实现了进排水水质的在线监测以及养殖车间环境和养殖池水质的自动监控，提高了养殖自动化程度和信息化管理水平。该系统采用“分布控制—集中管理”的架构，保证了系统的可靠性，同时具有良好的可扩展性。
4 参考文献
[1] 李道亮，王剑秦，段青玲，等.集约化水产养殖数字化系统研究[J].中国科技成果，2008（2）：8-12.
[2] 曾洋泱，匡迎春，沈岳，等.水产养殖水质监控技术研究现状及发展趋势[J].渔业现代化，2013，40（1）：40-44.
[3] 朱文锦，冉纲军.水产养殖环境参数自动监控系统研究[J]. 淡水渔业，2001（1）：60-61.
[4] 李绪兴.水产养殖与农业面源污染研究[J].安徽农学通报，2007（11）：61-67.
[5] 王鹏祥.养殖水质在线监控系统简介及其发展趋势[J].渔业现代化，2006（4）：17-19.
[6] 苗雷，汤涛林，刘世晶.基于MCGS的养殖水质在线监控系统的设计与实现[J].现代农业科技，2012（23）：261-263.
[7] 史兵.河蟹池塘养殖智能支持系统关键技术研究[D].镇江：江苏大学，2013：32-33.
[8] 来清民，马涛. 基于现场总线的远程分布式水产养殖监控系统[J].信阳师范学院学报（自然科学版），2006（2）：199-202.
[9] 唐荣，刘世晶，沈逸，等.基于无线网络的池塘养殖分布式控制系统设计与实现[J].科学养鱼，2016（10）：76-78.
[10] 徐健.基于易控組态软件的液位监控系统设计与实现[J].工业控制计算机，2015（9）：18-19.