紀正飚，劉 暢，潘 超，王吉林

(鹽城工學院 信息工程學院，江蘇 鹽城　224051)

基于PLC的種蛋保存控制系統(tǒng)設計

紀正飚，劉 暢，潘 超，王吉林

(鹽城工學院 信息工程學院，江蘇 鹽城224051)

針對家禽種蛋儲存難的特點，設計了一種基于PLC的智能化種蛋保存系統(tǒng)。系統(tǒng)通過監(jiān)控種蛋保存環(huán)境中的溫度、濕度等關鍵性指標，經PLC分析后及時輸出控制指令，有效地控制種蛋保存環(huán)境中加濕系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)、通風系統(tǒng)及消毒系統(tǒng)的運行。系統(tǒng)以西門子PLC作為控制核心，以紫金橋組態(tài)軟件為上位機組態(tài)軟件，通過實際的生產運行，種蛋保存時間可達30d，系統(tǒng)具有良好的經濟性和實用性。

PLC；種蛋；保存；自動控制系統(tǒng)

目前我國家禽養(yǎng)殖業(yè)居全球第一，商品蛋雞的飼養(yǎng)量估計在15億只左右，但是家禽養(yǎng)殖面臨市場與疾病的風險，特別是2012年出現(xiàn)的H7N9禽流感，更是給家禽養(yǎng)殖業(yè)帶來滅頂之災。根據(jù)中國畜牧業(yè)協(xié)會提供的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，H7N9爆發(fā)之后的一周時間，家禽行業(yè)的損失高達100億元人民幣，而且進一步影響飼料等原料市場的價格波動，給國民經濟帶來危害。如能夠延長種蛋保存時間，則可減少這些風險帶來的危害，當市場上出現(xiàn)不利于養(yǎng)殖業(yè)的情況時，比如高傳染性疾病、市場消費低迷等，則可通過延長種蛋的保存時間，等市場恢復正常后再進行種蛋孵化，可有效降低市場風險帶來的損失[1-2]。

種蛋保存情況的好壞，直接影響到種蛋孵化率和雛雞的成活率，在養(yǎng)殖過程中是極其重要的一環(huán)。種蛋保存對環(huán)境條件要求極高，其適宜溫度為9～15 ℃，濕度為70%～80%，并需經常換風及消毒。傳統(tǒng)做法一般為養(yǎng)殖戶在自然條件下保存，一般為7d左右，這種保存方式抗風險能力極低[3-4]。有日本人先將種蛋放進塑料薄膜袋內，再放入脫氧劑，使袋內保持無氧環(huán)境，最后將袋子放入10 ℃的低溫儲藏室保存，這種保存方法成本極高不適于大規(guī)模的種蛋保存。針對種蛋保存對環(huán)境要求苛刻的特點，需要有一種智能化環(huán)境條件的控制系統(tǒng)來保證種蛋長期、穩(wěn)定地保存。

1　系統(tǒng)的總體設計

為了提高種蛋孵化率，延長種蛋的保存時間。通過研究種蛋保存的環(huán)境與孵化率的關系，發(fā)現(xiàn)種蛋保存環(huán)境中的溫度、濕度對種蛋保存后孵化率有很大影響。生產實踐中要求保存種蛋最適宜的溫度為9～15 ℃，相對濕度為70%～90%[5-7]。進一步研究發(fā)現(xiàn)通風換氣是保存種蛋的重要條件之一，需定時給種蛋保存環(huán)境通風，同時為防止霉菌在蛋殼上繁殖，以及胚胎與內殼粘連還需定時進行熏蒸消毒與種蛋的翻轉[5]。

為控制種蛋保存環(huán)境的溫濕度，需將其每平方米放置一組溫濕度傳感器，通過PLC控制器按1s周期反復采集溫度、濕度的現(xiàn)場值，并取平均值作為現(xiàn)場控制依據(jù)。通過分析基于傳感器測量出的溫度、濕度數(shù)據(jù)，將其傳送至PLC去控制加濕系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、消毒系統(tǒng)的有效運行[6]，以確保種蛋保存的質量，起到延后孵化的目的。系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)結構圖Fig.1　System structure diagram

由圖1可知，種蛋保存環(huán)境為了達到適合的溫度，需設計好換熱系統(tǒng)。常用的方法有外接冷卻設備對孵化箱內部控溫[7]、采用空調對種蛋保存環(huán)境進行控溫等。通過對比發(fā)現(xiàn)這些方法系統(tǒng)消耗的電能極大，性價比較低。由于一般淺層地下水的溫度為4～15 ℃，與種蛋保存溫度相吻合，通過制冷器可確保種蛋保存環(huán)境溫度達到設定要求，具有極高的經濟效益。

加濕系統(tǒng)通過加濕器以保證種蛋存儲空間的相對濕度為70%～80%；換熱系統(tǒng)由熱交換器通過水泵抽取4～15 ℃的地下水進行控制，換熱系統(tǒng)同時配有制冷系統(tǒng)，保證四季種蛋保存環(huán)境中的溫度為10～15 ℃；通風系統(tǒng)通過室內風機定時換風；消毒系統(tǒng)使用熏蒸消毒方法定時對種蛋保存環(huán)境及種蛋進行消毒;翻轉系統(tǒng)通過電機進行定時翻轉。

2　控制系統(tǒng)設計

2.1控制系統(tǒng)整體設計

系統(tǒng)采用PLC控制方案。整個種蛋控制系統(tǒng)以西門子PLC-S7226為控制核心，通過現(xiàn)場總線將現(xiàn)場傳感器、上位機、現(xiàn)場電氣單元組合成一體，通過人機界面(HumanMachineInterface，HMI)進行自動化系統(tǒng)的操作?；A自動化系統(tǒng)的控制軟件及HMI采用標準化的軟件結構，確保系統(tǒng)的協(xié)調性及維護的方便。PLC控制器按設定的周期反復采集保存環(huán)境中的溫度、濕度數(shù)據(jù)，確保保存的種蛋最大孵化率。

2.2控制系統(tǒng)硬件設計

由于種蛋保存環(huán)境比較復雜，系統(tǒng)控制的精度要求較高。系統(tǒng)硬件部分設置了5大模塊，分別為數(shù)據(jù)采集模塊、換熱系統(tǒng)控制模塊、加濕系統(tǒng)控制模塊、消毒、翻轉系統(tǒng)控制模塊及通風系統(tǒng)控制模塊。基于PLC的控制系統(tǒng)結構如圖2所示，其中S7226模塊控制系統(tǒng)電氣量、電磁閥、報警燈等，EM235模塊測量系統(tǒng)溫度、濕度并控制溫度、濕度范圍與翻轉角度。

圖2　控制系統(tǒng)結構示意圖Fig.2　Schematic diagram of the control system

2.3控制系統(tǒng)軟件設計

種蛋保存系統(tǒng)的軟件部分主要包括PLC控制器和紫金橋組態(tài)編程。為使系統(tǒng)正常運行，系統(tǒng)上位機軟件設置相應的總貌界面，全面反映種蛋保存系統(tǒng)生產裝置的運行情況，實時顯示生產數(shù)據(jù)及設備運行狀態(tài)。其中：運行工藝模塊，反映種蛋保存系統(tǒng)生產裝置主設備的運行情況，實時顯示生產數(shù)據(jù)及設備運行狀態(tài)；趨勢圖模塊，顯示種蛋保存系統(tǒng)生產裝置主要生產數(shù)據(jù)的歷史趨勢；報警模塊，集中顯示種蛋保存系統(tǒng)運行過程中各個檢測點的報警情況；報表模塊，以報表形式顯示種蛋保存裝置主要生產數(shù)據(jù)，并可根據(jù)需要打印輸出。

系統(tǒng)的人機界面可以根據(jù)需要直觀地監(jiān)視系統(tǒng)的工作狀態(tài)，顯示系統(tǒng)每個部件的運行情況。在實際運行過程中，系統(tǒng)人機界面根據(jù)PLC發(fā)出的實際數(shù)據(jù)自動完成動態(tài)顯示。圖3為系統(tǒng)人機界面監(jiān)控主界面圖，從圖3可以看出，上位機界面顯示內容主要有制冷設備的開啟、水泵的速度、加濕器、消毒裝置的開啟、翻轉角度的設置及溫度、濕度的測量等，直觀、清晰，便于監(jiān)控。

圖3　監(jiān)控主界面圖Fig.3　Monitoring main interface diagram

3　系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)

為了驗證設計系統(tǒng)的實用性，設置相關系統(tǒng)參數(shù)如下，測試數(shù)據(jù)顯示：(1)濕度，在一定濕度范圍內，隨著種蛋控制環(huán)境濕度的增大，種蛋保存時間延長，當控制環(huán)境濕度為70%～73%時種蛋可保存1～7d，控制環(huán)境濕度為74%～76%種蛋可保存8～14d，控制環(huán)境濕度為77%～80%時種蛋可保存15～21d，控制環(huán)境濕度為80%～85%時種蛋可保存22～30d；(2)溫度，在一定溫度范圍內，隨著種蛋控制環(huán)境溫度的降低，種蛋保存時間延長，當控制環(huán)境溫度為13～15 ℃時種蛋可保存1～7d，控制環(huán)境溫度為12～13 ℃時種蛋可保存8～14d，控制環(huán)境溫度為11～12 ℃時種蛋可保存15～21d，控制環(huán)境溫度為9～10 ℃時種蛋可保存22～30d。

設置相關系統(tǒng)參數(shù)如下：通風系統(tǒng)通過室內風機定時對種蛋保存環(huán)境進行換風，每4h定時開啟室內風機換風10min；使用福爾馬林熏蒸消毒或過氧乙酸熏蒸消毒，每2d定時開啟熏蒸消毒10min；翻轉系統(tǒng)定時為每6h翻轉60 ℃。為驗證種蛋孵化率與保存時間的關系，按保存時間為0d、4d、12d、20d、27d，分別抽取同一天生產的鵝種蛋200枚，做孵化試驗，結果如圖4所示。

圖4　孵化成功數(shù)量Fig.4　Hatching success number

由圖4可以看出直接孵化時種蛋的孵化率為92%左右；保存4d時，種蛋孵化率保持不變；保存12d時種蛋孵化率在87%左右；保存20d時種蛋孵化率明顯降低，種蛋孵化率在80%左右；保存27d時，孵化率在75%左右。實驗發(fā)現(xiàn)當種蛋保存20d時，孵化率達到80%，比正常孵化低10%左右，具有最佳的市場效益。

4　結論

針對種蛋保存對環(huán)境要求苛刻的特點設計了一種基于西門子PLC的種蛋保存智能控制系統(tǒng)。智能化地監(jiān)控種蛋保存環(huán)境的溫度、濕度、通風、消毒狀態(tài)，保證種蛋在最佳的環(huán)境中保存，提高種蛋孵化率和雛雞的成活率。該系統(tǒng)通過設定環(huán)境參數(shù)，對種蛋保存環(huán)境的溫度、濕度、通風、消毒的精確控制，在確保種蛋保存質量的同時適當延長種蛋的保存時間，起到延后孵化的目的，提高養(yǎng)殖戶的經濟效益。另外，該系統(tǒng)使用熏蒸消毒方法定時對種蛋保存環(huán)境及種蛋進行消毒明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術，采用地下水控制種蛋的環(huán)境溫度，節(jié)約了能源，提高了經濟效益，降低了保存成本。

圖5　孵化率與時間關系Fig.5　Hatching rate versus day times

[1] 李鑫,鄧緣,燕海峰,等.不同開窗方法對種蛋孵化率的影響[J].湖南畜牧獸醫(yī),2014(5):5-7.

[2] 謝曉鵬,陳堯堯,賴鳴,等.影響雞種蛋孵化率的因素[J].江西畜牧畜醫(yī)雜志，2014(1):33-36.

[3] 楊慶琳.種蛋貯存機理及最佳保存條件[J].中國家禽,2008,30(3):35-37，40.

[4] 王鳳華,李文紅,滕可導.影響雞種蛋孵化率的因素[J].中國畜牧獸醫(yī),2007,34(2):133-135.

[5] 于敏.鵝種蛋保存與孵化過程中的溫度調節(jié)[J].吉林畜牧獸醫(yī)，2013(3):43-44.

[6] 萬力，宛晟.基于Profibus總成技術的智能配電框系統(tǒng)的的設計與實現(xiàn)[J].微計算機與應用，2013，32(13)：60-62.

[7] 王玉璽,朱道春.鵝種蛋存儲裝置：中國，ZL201220441848.4[P].2013.02.13.http://www2.drugfure.com/cnpat/search.aspx.

(責任編輯：李華云)

DesignofEggStorageControlSystemBasedonPLC

JIZhengbiao，LIUChang，PANChao，WANGJilin

(SchoolofInformationTechnology,YanchengInstituteofTechnology,YanchengJiangsu224051,China)

Accordingtothedifficultyofpoultryeggsstorage,anintelligentcontrolsystemofegglongtermpreservationbasedonPLChasbeendesigned.Throughthemonitoringofeggpreservationenvironmenttemperature,humidityandotherkeyindicators,thecontrolcommandscanbeoutputintimeafteranalysisbyPLC.Theoperationofhumidificationsystem,heatexchangesystem,ventilationsystemanddisinfectionsystemcanbecontrolledeffectivelyinaneggstorageenvironment.ThesystemtakesSIEMENSPLCasautomationcontrolstation,andthecomputerwithJin-qiaoconfigurationsoftwareisusedastheuppercomputer.Throughtheactualproductionrun,thetimeforeggstoragecanbeupto30days,andthesystemhasgoodeconomicalandpractical.

PLC(programmablelogiccontroller);Egg;storage;automaticcontrolsystem

2015-06-01

紀正飚(1981-)，男，江蘇鹽城人，講師，碩士，主要研究方向為過程自動化技術。

10.16018/j.cnki.cn32-1650/n.201503008

TP271

A

1671-5322(2015)03-0033-04