原创《PLC技术在禽畜养殖舍环境控制系统中的应用》
本文是控制系统有关论文写作资料范文与禽畜和控制系统和养殖方面论文写作资料范文。
摘 要：禽畜舍提供了猪鸡所必需的生长条件,因此对养殖舍环境控制的研究日益增多.研究了基于PLC和MCGS软件的禽畜养殖舍环境控制系统,通过温度探头、湿度探头、CO2探头对养殖舍中的各个环境参数做数据监测,将测量到的数据输入PLC中,通过和预设值的对比,PLC驱动不同的执行机构来调整养殖舍内的环境条件,从而实现环境的自动化控制.最后运用MCGS软件进行组态设计,为禽畜养殖舍环境控制系统的可视化监控研究提供了设计基础.
关键词：养殖舍；环境控制；组态设计；PLC；MCGS
0引言
设施农业,是在环境相对可控的条件下,采用工程技术手段,进行动植物高效生产的一种现代农业方式.从养殖种类上看,设施农业包括设施园艺和设施养殖两大类,而设施养殖又可细分为水产养殖和畜牧养殖两种；从生产体系上看,设施农业涵盖以下三种不同的核心设施：环控型智能温室、环控型智能畜禽舍、环控型智能菌菇房.而本论文研究的是禽畜养殖舍的智能化环境控制系统的设计.
与温室环境相类似,禽畜养殖舍内部的环境也是由光照、温度、湿度、二氧化碳浓度等因素构成的,其环境控制系统通过对养殖舍内的温度、湿度、通风以及光照的控制,为其所饲养的猪鸡提供最佳的环境条件,使舍内环境能适应不同品种的猪与鸡在不同生长阶段的发育,故禽畜养殖舍环境控制系统的研究显得尤为重要.
本论文设计了基于西门子S7-200系列小型PLC和MCGS组态软件的禽畜养殖舍环境控制系统,通过温度传感器、湿度传感器、CO2传感器等监测养殖舍中的各个环境参数,将得到的数据传入PLC中,PLC根据与预设值的对比结果,驱动不同的执行机构来调整养殖舍内的环境条件,并采用MCGS软件进行控制系统的组态.
1控制系统总体设计方案
本文介绍的禽畜养殖舍环境控制系统设置有手动、自动两种模式,通过相互之间切换可实现对养殖舍环境的控制,从而达到环境控制目标,满足猪或鸡的生长条件.
手动模式：该模式下可以通过控制箱柜的开关按钮强制地对执行机构进行控制,以便养殖人员现场直接对禽畜舍的环境进行检测和调节.
自动模式：该模式下系统自动运行,由传感器传来检测信号,系统根据预先设定的临界值进行判定,如正常则维持系统当前工作状态；如不正常则根据预设的控制规则进行调整,驱动执行机构开启或关闭,最终使养殖舍的环境条件符合猪鸡的生长需求.
本文设计建立的禽畜养殖舍环境控制系统,主体由PLC模块、输入传感器、输出执行机构等部分组成.控制系统是以PLC为核心,通过温度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器对养殖舍中相应的各个参数进行信号采集,转换为标准4～20mA电流信号后,经S7-200的模拟量输入模块EM235给到PLC,PLC内部运用PID算法将采集到的实时数据和系统预设值进行分析对比,并控制执行机构进行调节.另外还可以通过串口形式与上位PC机相连接,以便管理与存储实时数据,为以后猪鸡的生长研究提供数据基础.
2硬件设计
整个环境控制系统的硬件由上位PC、控制模块、信息采集模块、执行机构和手动操作面板五个部分组成.其中上位PC用于程序编写调试和监控养殖舍的运行状态；控制模块由西门子S7-200系列小型PLC构成；信息采集模块由各类传感器构成,收集各个环境变量；执行机构则包含了负压通风系统、加热系统、屋顶小窗系统、侧墙小窗系统、湿帘降温系统等调控环境变量的各个机构.
2.1系统主电路设计
系统的主电路较为简单,其中,屋顶小窗电机、侧墙小窗电机,均为单相异步交流电机,需通过电机的正反转和停止来完成整个系统的开启与闭合；负压通风机、加热器、湿帘水泵等在控制上均属于开关输出设备.定义QS为主断路器,用来通断整个主电路的电源；QF为分支断路器,分别对各分支回路进行短路保护和过载保护；FR为热继电器,对电机进行热过载保护；KM为交流接触器,通过控制电路实现单相电机的正反转以及负压风机等开关设备的启停.
2.2控制模块选型
根据对输入输出量的统计可知,该禽畜养殖舍环境控制系统一共有两类输入信号：数字量信号12个,模拟量信号5个；输出开关量信号10个.根据系统的I/O量统计结果,选用西门子S7-200系列小型PLC,其中CPU模块一个,型号为CPU224,模拟量扩展模块两个,型号为EM235.
经查手册得知,CPU224具备14个数字量输入点,10个数字量输出点,满足系统需求,不需要再增加扩展模块.将开关按钮等外部元件接入CPU224模块的输入端,完成外部控制功能.输出端通过控制接触器线圈,进而完成执行机构的动作.
EM235具备4个模拟量输入点,1个模拟量输出点,满足系统需求,传感器信号通过该模块传递给CPU模块,通过程序进行相应的响应进而调整执行机构.系统整体的硬件结构如图1所示.
2.3输入输出分配
该禽畜养殖舍环境控制系统选用一个CPU224作为CPU模块,选用两个EM235模拟量扩展模块接入传感器信号.系统的输入输出端口的分配表1、表2.
3组态软件设计
本论文采用的是北京昆仑通泰MCGS嵌入版工控组态软件,并配合TPC7062KX触摸屏完成PLC禽畜养殖舍环境控制系统人机界面的设计.
3.1禽畜养殖舍环境控制系统的组态设计
3.1.1新建工程.打开MCGS组态软件,新建工程“禽畜养殖舍环境控制系统”,如图2所示.
3.1.2定义变量.首先,对所需要定义的变量进行系统分配,列出本控制系统需要的所有变量,并做赋值定义.在“工作台”窗口中找到“实时数据库”窗口,将赋值数据依次进行输入,完成变量定义.
3.1.3组态画面设计.组态画面的设计,可以分为画面设立、图形编辑、动画连接3个基本的操作步骤.最终完成的“禽畜养殖舍环境控制系统”组态画面如图3所示.
3.2程序编写与调试
环境控制系统的控制过程如下：系统启动以后,将对禽畜养殖舍内的温度、湿度、二氧化碳浓度等的实测值与控制系统内的预设值进行对比并做相应处理.以温度为例,如果实时测量值大于预设值,PLC就会依次控制小窗卷帘系统、通风系统直至湿帘系统的全部开启；如果实时测量值小于预设值,PLC就会控制启动加热器,对养殖舍进行升温处理；如果养殖舍中的实测值等于预设值,则保持目前状态即可.以上这些控制功能可通过在MCGS中编写程序并采用策略组态的形式来实现.
调试时,需要进入运行环境,并逐个点击组态画面上的各个按钮,仔细查看并记录禽畜养殖舍环境控制系统的运行情况.该控制系统生成的实时报表和历史报表将显示养殖舍内的温度、湿度和CO2浓度情况,也可选择生成实时曲线和历史曲线.
4结语
本论文采用西门子S7-200系列小型PLC和MCGS组态软件,完成了禽畜养殖舍环境控制系统的设计,实现了控制过程的可视化监测和运行数据的实时采集,为养殖舍环境控制系统的研究提供了设计基础.不足之处是,本文并没有对具体的猪或鸡的某一种特定房舍做具体案例研究；而且实际使用中的通风风机,其数量和通风级别的逻辑控制比本论文中要复杂得多,程序的编写也相应地有一定难度,这也是今后深入研究的几个侧重方向.
参考文献
[1]赵媛,陈军.PL技术在温室环境控制系统中的应用[J].杨凌职业技术学院学报,2016,（15）：38-39,54.
[2]李健雄.关于温室控制系统中三菱PLC的应用分析[J].科技展望,2017,（27）：140.
控制系统论文参考资料：
上文汇总:本文是一篇适合禽畜和控制系统和养殖论文写作的大学硕士及关于控制系统本科毕业论文，相关控制系统开题报告范文和学术职称论文参考文献。
