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        基于校企合作的雞舍恒溫風(fēng)機(jī)PLC控制系統(tǒng)初探

        2016-12-31 00:00:00劉靜晏永紅
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年25期

        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,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)量就是通過環(huán)境控制系統(tǒng)中的繼電器來控制風(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)溫度過低或是過高的天氣,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)就要借助濕簾來配合風(fēng)機(jī)進(jìn)行輔助降溫。一般在夏季溫度不超過32℃時(shí),可通過環(huán)境控制系統(tǒng)來根據(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)行模式主要是通過不同的通風(fēng)級(jí)別進(jìn)行風(fēng)冷降溫。通過溫度傳感器檢測(cè)令PLC控制系統(tǒng)來根據(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

        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,這是將來電氣控制教育與發(fā)展的重要方向。通過搭建實(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)過程控制的現(xiàn)場設(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?,F(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。

        參考文獻(xiàn)

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        作者簡介: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。

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