導語：養殖水質在線監測的設計與實踐一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

本文設計的健康養殖自動化監控系統擬對3個池塘和1個濕地共約3.33hm2水面，應用進口多參數傳感器對養殖水質進行數字化自動監控和管理；應用GPRS技術對水質進行遠程監控；應用圖像監視技術對養殖狀態進行生產監視。由于該項目為未來我國池塘養殖技術的示范工程，科技含量和高新技術的應用領先于國內同行，在全國重點養殖區域推廣該項目有積極的社會意義和經濟意義。硬件系統實現養殖水體在線監控系統主要由水質多參數傳感器網絡傳輸、DCS實時分布控制和中央控制等部分組成[7-8]。水質監測。水質監測儀表選用美國YSI公司的600R系列多參數水質傳感器，該儀器體積小，成本低，可同時在線監測多個水質指標，運行穩定，維護方便。本系統根據養殖生產的實際需求，擬設定6個取樣點作為整個傳感器網絡的監測點，每3個取樣點作為1組鋪設取水管道到取樣槽，水質傳感器放置在特定的取樣槽中，每個取樣點使用小功率、流速穩定的潛水泵作為取樣設備。一是實時監測水質參數，如水溫、pH值、溶解氧DO、鹽度、ORP等；二是水質監測采用傳感器網絡節點技術，網絡并發工作、有自組織功能，工作穩定。DCS分布控制。現場設置3個室外分布控制箱，箱體采用304不銹鋼材質，每個箱體分別控制附近的水泵、增氧機、投餌機和取樣泵等電氣設備，并預留220V和380V插座各1個?，F場控制節點設備采用廣州周立功公司推出iCAN-2404模塊，該功能模塊可用于工業現場，提供4路具有自保持功能的繼電器輸出通道。模塊在工作時，網絡中的主控設備通過CAN總線將輸出的繼電器控制數據傳送給模塊，模塊通過光電隔離后輸出驅動繼電器，實現對外部設備的控制。一是現場漁業設備采用DCS技術進行實時監控；二是控制節點采用基于CAN總線通信的iCAN現場總線控制系統，自動控制增氧機、飼料投喂設備、取樣泵和輸水泵等漁業養殖設備，并可實現現在手動按鈕控制和中央控制室自動控制兩種控制方式；三是系統響應時間10s以內，系統故障率控制在5%以內。集中控制。中央控制室采用臺灣研華工業控制計算機做為管理員操作站，內裝北京昆侖通態的MCGS通用版組態軟件做為系統控制管理平臺。由于DCS分布式控制系統采用的是CAN總線協議，因此為使計算機能夠兼容iCAN現場總線控制系統，采用在計算機主板內嵌1張CAN通訊接口卡，使其具有CAN協議通信的功能，并接入CANbus網絡中與總線進行數據交換。PCI-9820接口卡是一款性能優秀的2通道CAN通訊接口卡，采用32位PCI數據線，兼容PCI2.2規范，即插即用；接口卡的每一路CAN通道均集成獨立的隔離保護電路。PCI-9820符合CAN2.0A/B規范，支持0.5~1.0Mbps之間的任意波特率，并提供多個操作系統中的設備驅動、工具軟件等，能真正的滿足客戶的各種應用需求，為工業通訊CAN網絡提供了可靠性、高效率的解決方案。GPRS無線通訊。本系統應用GPRS無線通訊技術對養殖水質進行遠程監控，使管理者能夠隨時隨地掌握養殖水質指標的運行情況，并做出科學的管理和決策。硬件設備采用臺灣尉普MA8系列GPRS無線通訊模塊，支持GSM900/1800/1900三頻網絡，整合目前最先進的GPRS模塊與標準接口，內建TCP/IP協議，功能強大、用途廣泛，提供安全、透明的傳輸信道。它使用自己專用的通訊協議完成上位機和模塊之間的通訊，其通訊協議采用串行方式，使用計算機的串行口。軟件實現現場總線CANbus網絡中PC機應用程序有2種編制方法，即組態方式和DLL方式。運用組態軟件開發環境完成外部設備定義、數據庫的構造等工作。利用其豐富的圖庫，可以大大減少設計界面的時間，操作也是非常的簡單方便。因此，本系統實現采用是在基于北京昆侖通態的MCGS通用版組態軟件的基礎上進行二次開發，并完成了界面的設計、動畫連接的定義、控制算法的實現等，使系統成為管理信息工作站，對在線水質數據實時顯示、記錄，具有歷史數據的保存和數據處理、實時曲線和歷史曲線匯總等功能，PC機屏幕能即時顯示每個監測點設備的運行情況，具有動畫效果。水質參數經過計算機分析、處理，可傳輸到大型LCD顯示屏進行實時數據顯示。應用程序開發的主要步驟如下。

啟動并配置ZOPC-Server服務器。ZOPC-Server是一個OPC服務器軟件，本軟件支持操作全部的ZLGCAN系列接口卡，只要在1臺PC機上插上ZLGCAN系列接口卡中的任何一種或幾種，再運行本服務器軟件，就可以使用任何一種支持OPC協議的客戶端軟件來連接到此服務器，通過此服務器來跟CAN網絡進行數據的傳輸。MCGS提供了標準的OPC接口，既可作為OPC客戶端，也可以作為OPC服務器。因而，可以方便地與其他具有OPC標準接口的工業應用程序或外部控制設備連接，實現數據交互，完成對現場數據的處理維護和對設備的有效控制。構建CANbus網絡中的虛擬串口（VCOM）。在工業串行通訊領域中，RS-232與RS-485都是會被經常用到的數據傳輸標準之一。但是，傳統的RS-232串行通訊一般會存在著數據可靠性、通訊距離、端口數量等多個方面的限制，有一定局限性。本文所設計的養殖水質在線監控系統應用了虛擬串圖3取樣水泵采樣設定界面口服務器，即VCOM服務器，通過利用ZLGCAN接口卡、CAN232MB轉換器等設備，可以在1條普通雙絞線上連接多達2048個RS-232設備，通訊距離可以長達10km甚至更遠的距離。這些虛擬串口可以同真實串口執行完全一致的操作。實際上，通過普通雙絞線構成的CANbus網絡，在這些虛擬串口上通訊的數據被快速映射到CANbus網絡中遠端CAN232MB轉換器的RS-232通訊端口。這樣，本系統中在同一個CAN-bus網絡中連接2個CAN232MB轉換器，即可以映射成本地PC機上的2個遠程虛擬串口，通過軟件的無縫銜接，遠程虛擬串口和本地串口在操作上并不存在任何差異。現場儀表的232數據信號通過CAN232MB轉換器轉換成CAN協議數據信號后經過現場總線傳輸到中央控制室的管理計算機上，經過計算機處理后，計算機發出的指令再次經過現場總線，把指令數據送到現場相應的I/O模塊，最后由現場I/O模塊控制增氧機、投餌機、水泵和過濾機等設備的運行。建立MCGS工程。利用MCGS軟件強大的圖形功能及報警、歷史曲線顯示等功能，可以靈活而有效地實現本系統的各種功能。一是控制系統。整個回路控制系統可分為增氧機測控、投餌機測控、采樣測控、取水泵測控等4個功能模塊，并可以直接從上位機實現自動設定和控制。如圖3所示為取樣水泵采樣設定界面，其他界面與其類似。二是圖形用戶界面。養殖廠水質在線監測和生產過程自動控制系統工藝流程界面是整個系統的主畫面，界面友好，為養殖生產管理操作人員提供了一個易于接受、操作的環境。此外，操作可以從此畫面切換到系統任意一個其他畫面，任一界面都具有很好的直觀性。三是數據采集和實時監控。通過水質傳感器輸入/輸出驅動程序與CAN232MB轉換控制器不斷進行數據交換，同時通過MCGS軟件的圖形顯示界面顯示水質指標的實時數據，監視整個控制系統的實時運行情況并反饋回監視器。四是曲線。利用MCGS的實時數據、實時曲線、歷史數據、歷史曲線等功能，可以查看各個測量值的實時數據值、歷史數據值，同時可以將各個數據、曲線進行打印，為養殖生產提供決策依據。五是報警。利用MCGS的報警功能，可實現整個系統實時報警處理。監控計算機提供有報警畫面，報警時，計算機發出報警聲，同時顯示報警信號，直到操作人員確認為止。報警信號還可以被引至遠距離現場報警器，以便現場操作人員及時采取相應措施加以調整。

基于MCGS的養殖水質在線監控系統具有低功耗、低成本、精度高的顯著優點，可在野外、露天等特殊環境下實現監測區域內信號的采集傳輸與處理，是養殖水質在線監控系統實現數字化、智能化、網絡化運行的必然發展趨勢，更是實現集約化水產養殖生產方式現代化的重要手段，可以實現以最少的資源耗費獲得最大的優質產出和高效益。今后，伴隨無線自組織網絡技術的成熟和新的功耗解決方案的提出，無線傳感器網絡的應用必將普及到人們日常生活的各個領域。

本文作者：苗雷湯濤林劉世晶工作單位：農業部漁業裝備與工程重點開放實驗室