摘 要：本項(xiàng)目是將PLC應(yīng)用于家禽養(yǎng)殖中的一種嘗試，與養(yǎng)殖企業(yè)合作，不僅體現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中針對(duì)PLC的需求特性，更是對(duì)高校應(yīng)用型教學(xué)轉(zhuǎn)型有所助益。該項(xiàng)目以西門子S7-200系列PLC為核心，利用變頻器進(jìn)行無(wú)極調(diào)速及多風(fēng)機(jī)分段控制，完成了對(duì)雞舍的恒溫控制系統(tǒng)的探索和設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型教學(xué)轉(zhuǎn)型；PLC；雞舍恒溫

前言

家禽養(yǎng)殖是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，其自動(dòng)化水平及控制精度決定了其產(chǎn)量和質(zhì)量的好壞與高低，目前禽養(yǎng)殖中一方面采用鼓風(fēng)機(jī)全通和全斷的簡(jiǎn)單控制方法，難以保證雞舍控制精度，使得鍋爐利用率降低，進(jìn)而造成資源的浪費(fèi)；另一方面，對(duì)于較大型的控制系統(tǒng)一般需要使用大量的繼電器， 功能單一，不易修改，靈活性與可靠性差，一旦線路出現(xiàn)故障，其故障的診斷與排除非常困難，平時(shí)的修復(fù)時(shí)間也很長(zhǎng)，本控制系統(tǒng)與某禽業(yè)合作開發(fā)，使用PLC技術(shù)進(jìn)行控制可以解決以上問題，具體內(nèi)容如下：

1 確定要完成的控制要求

一般來(lái)講，在適宜的環(huán)境下可以使雞連續(xù)高產(chǎn)，就需要注意雞舍的密閉性相對(duì)是較為良好的，通過(guò)大量科學(xué)實(shí)驗(yàn)得出：在密閉性良好的雞舍里，能夠保證大約16000只雞連續(xù)高產(chǎn)的最適宜溫度范圍是18℃～25℃。為了使雞舍始終保持這一溫度范圍，需要在雞舍安裝八臺(tái)風(fēng)機(jī)根據(jù)不同季節(jié)、不同地點(diǎn)的氣候變化特點(diǎn)制定相應(yīng)的風(fēng)機(jī)運(yùn)行控制模式，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)開始降溫，當(dāng)溫度降低到目標(biāo)值時(shí)風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)開始保溫。

在冬季由于武漢的氣溫相對(duì)還是比較低的，在保證雞群適宜生存溫度條件下，最大限度的進(jìn)行通風(fēng)能夠有效的改善雞舍生存環(huán)境，但為了節(jié)約企業(yè)的運(yùn)行成本，須做到在改善雞舍環(huán)境的同時(shí)減少電費(fèi)開銷，在這種情況之下的通風(fēng)稱為最小通風(fēng)量。一般雞群在冬季的目標(biāo)設(shè)置溫度應(yīng)維持13℃以上。最小通風(fēng)量就是通過(guò)環(huán)境控制系統(tǒng)中的繼電器來(lái)控制風(fēng)機(jī)的開關(guān)時(shí)間處于一定的頻率。當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)開始降溫，當(dāng)溫度降低到目標(biāo)值時(shí)風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)開始保溫。但是為了降低氨氣、二氧化碳、硫化氫等有害氣體的濃度保證空氣質(zhì)量，始終有一臺(tái)風(fēng)機(jī)處于經(jīng)常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，故冬季一般是3號(hào)風(fēng)機(jī)處于經(jīng)常轉(zhuǎn)狀態(tài)、5號(hào)風(fēng)機(jī)則根據(jù)舍內(nèi)溫度按一定頻率運(yùn)轉(zhuǎn)。

春、秋季節(jié)溫度適中，一般不會(huì)出現(xiàn)溫度過(guò)低或是過(guò)高的天氣，而且日溫差變化不如夏、冬季明顯，比較容易保證雞群生存在一個(gè)適宜的生存環(huán)境。在這兩個(gè)季節(jié)里風(fēng)機(jī)的運(yùn)行模式也是按通風(fēng)等級(jí)運(yùn)行，不同的是這兩個(gè)季節(jié)的按通風(fēng)等級(jí)運(yùn)行的溫度設(shè)定值比夏季的按通風(fēng)等級(jí)運(yùn)行的溫度設(shè)定值要設(shè)置的偏高一些，風(fēng)機(jī)的一般運(yùn)行模式基本相同。

夏季溫度過(guò)高會(huì)引起熱應(yīng)激效應(yīng)，熱應(yīng)激不僅會(huì)對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)的生產(chǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重影響而且嚴(yán)重的可能會(huì)造成雞群的大規(guī)模死亡，因此夏季必須嚴(yán)格控制雞舍內(nèi)溫度過(guò)高避免熱應(yīng)激效應(yīng)的產(chǎn)生，當(dāng)溫度高于某一設(shè)定值時(shí)，即使將8臺(tái)風(fēng)機(jī)全部啟動(dòng)不停的工作也滿足不了環(huán)境控制的要求，這時(shí)就要借助濕簾來(lái)配合風(fēng)機(jī)進(jìn)行輔助降溫。一般在夏季溫度不超過(guò)32℃時(shí)，可通過(guò)環(huán)境控制系統(tǒng)來(lái)根據(jù)雞舍內(nèi)的實(shí)際溫度控制風(fēng)機(jī)組的啟動(dòng)規(guī)模，從而達(dá)到雞舍環(huán)境控制的目的。這時(shí)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行模式主要是通過(guò)不同的通風(fēng)級(jí)別進(jìn)行風(fēng)冷降溫。通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)令PLC控制系統(tǒng)來(lái)根據(jù)雞舍內(nèi)的實(shí)際溫度控制風(fēng)機(jī)組的啟動(dòng)方式，從而達(dá)到雞舍環(huán)境控制的目的，具體的風(fēng)機(jī)分布如圖1所示。

風(fēng)機(jī)的運(yùn)行模式根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)取得數(shù)據(jù)可以得出如下控制要求：T≤18℃時(shí)，3、5號(hào)常轉(zhuǎn)；18℃32℃時(shí)，1、2、3、4、5、6、7、8號(hào)常轉(zhuǎn)、濕簾水泵啟動(dòng)，濕簾配合降溫。

2 根據(jù)要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)

2.1 硬件系統(tǒng)

2.1.1 控制器

項(xiàng)目控制器選擇的是西門子S7-200系列PLC，其CPU型號(hào)為226，選用226的原因是因?yàn)槠涠丝谳^多適合擴(kuò)展輸入輸出信號(hào)，但是由于226不具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，因此需要擴(kuò)展模擬輸入輸出模塊EM235，它可以用于采集傳感器輸出的模擬量信號(hào)，由于模擬量輸入有四個(gè)通道，所以對(duì)溫度這一個(gè)物理量而言需要采用其中一個(gè)通道即可，同樣二氧化碳的濃度可以傳輸?shù)搅硗獾耐ǖ馈?/p>

2.1.2 傳感器

作為底層采集者，該項(xiàng)目中根據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備選用的是K型熱電偶，K型熱電偶輸出的是0-10V的電壓信號(hào)，且具有范圍可調(diào)有電壓顯示的特點(diǎn)，特別適用于初學(xué)者使用。

2.1.3 執(zhí)行電機(jī)

執(zhí)行電機(jī)選擇三相交流電機(jī)，其額定電壓為380V與實(shí)驗(yàn)室的配電電壓相匹配，此外控制執(zhí)行電機(jī)的接觸器選擇的也是交流接觸器八臺(tái)，由于PLC輸出的是直流電，因此又匹配了八臺(tái)直流微型接觸器，用于控制交流線圈的得電。

2.1.4 變頻器

采用西門子通用型變頻器MM440，使用了MM440的有級(jí)調(diào)速及無(wú)極調(diào)速兩種方案，由于MM440原始匹配的是黃綠警示燈，該面板的數(shù)據(jù)顯示不夠準(zhǔn)確多樣，因此除了配置主機(jī)外，還另外又匹配了BOP面板，大大提高了對(duì)變頻器的初始化設(shè)置的可操作性及排障的簡(jiǎn)易性。

2.2 軟件系統(tǒng)

運(yùn)用MicroWIN V4.0對(duì)控制程序進(jìn)行軟件編程，根據(jù)控制要求，我們需要使用多種指令配合進(jìn)行編程指令，其中最為重要的就是比較指令、傳輸指令與PID控制指令，其控制流程圖如圖2所示。

3 程序調(diào)試

程序調(diào)試分為仿真調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，仿真調(diào)試時(shí)，利用S7-200仿真軟件進(jìn)行仿真，確保程序的正確性與可行性，將外電路斷開利用仿真程序進(jìn)行排障；現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)注意的是具體的硬件接線，主要是通訊的端口與主機(jī)接線是否正確，以及CPU的弱電接線是否有誤。

經(jīng)過(guò)一系列的程序調(diào)試后，在自動(dòng)方式中可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)，能夠完成根據(jù)傳感器溫度不同調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的個(gè)數(shù)與速度。

4 結(jié)束語(yǔ)

本研究項(xiàng)目可結(jié)合教學(xué)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性進(jìn)一步拓寬學(xué)生的知識(shí)面，其智能化導(dǎo)向也十分明顯，與實(shí)際生產(chǎn)和工程應(yīng)用結(jié)合緊密，這是將來(lái)電氣控制教育與發(fā)展的重要方向。通過(guò)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以解決在應(yīng)用型教學(xué)中實(shí)際模擬不足的問題，以尋求PLC與禽舍溫度之間的控制關(guān)系，然后通過(guò)多種分析方法從理論的角度直觀了解PLC應(yīng)用于家禽養(yǎng)殖的優(yōu)勢(shì)，為帶入實(shí)際環(huán)境測(cè)試做好前期準(zhǔn)備。

在各界紛紛提倡地方大學(xué)向應(yīng)用型轉(zhuǎn)型的情況下，作為電氣自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)與科研也要走在應(yīng)用技術(shù)的前沿，PLC課程是該專業(yè)的主體課程，本項(xiàng)目是將PLC應(yīng)用于家禽養(yǎng)殖控制中的一種嘗試，體現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)針對(duì)PLC通訊的需求特性。PLC是一種專門用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，由于它能滿足設(shè)備使用環(huán)境的要求和控制的可靠性，在現(xiàn)代的工業(yè)控制系統(tǒng)中大量應(yīng)用，前景非常廣闊。現(xiàn)階段，風(fēng)機(jī)控制在大型家禽養(yǎng)殖中并不多見，而結(jié)合PLC實(shí)現(xiàn)變頻雞舍控制尚屬少數(shù)，具有研究意義。

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作者簡(jiǎn)介：劉靜（1983-），女，山東威海人，研究生，副教授，研究方向：電氣控制與PLC研究。