基于PLC的禽舍環(huán)境控制系統(tǒng)設(shè)計

1、緒論1.1 研究背景建國以來,特別是改革開放以來,我國畜牧業(yè)持續(xù)高速發(fā)展,畜牧業(yè)產(chǎn)值在農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值中的比重已由1978年的7%提高到目前的30%左右,四川、吉林、北京、上海等省市己超過40%。畜牧業(yè)已經(jīng)成為我國農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟中最有活力的增長點和最主要的支柱產(chǎn)業(yè),也是農(nóng)民經(jīng)濟收入的主要來源之一123。禽舍養(yǎng)殖是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分,規(guī)?；⒓s化是我國現(xiàn)代化禽類養(yǎng)殖未來的發(fā)展方向。我國的禽類養(yǎng)殖越來越向著規(guī)模化,集約化進行發(fā)展。4我國是畜禽養(yǎng)殖大國,禽蛋產(chǎn)量位居世界第一,然而我國目前的禽蛋產(chǎn)品在食品安全和衛(wèi)生質(zhì)量方面卻處于劣勢。隨著禽流感等疾病的不斷增加,尤其是H5N1型高致病性禽流感的

2、出現(xiàn),讓人們清醒地意識到,家禽養(yǎng)殖已不再是單純地涉及經(jīng)濟利益,而且也關(guān)系著人類自身的健康及生命安全。因此,給禽舍環(huán)境提出了更高的要求。由于禽舍環(huán)境復(fù)雜、系統(tǒng)龐大,存在高度的非線性、時變和多變量耦合等特性,使得許多常規(guī)的檢測手段和控制方法不能滿足要求。因此,研究一套具有智能檢測功能的禽舍環(huán)境測控系統(tǒng),以及禽舍環(huán)境參數(shù)的智能控制方法具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。基于PLC的禽舍環(huán)境控制系統(tǒng)設(shè)計就是在這種背景下提出的。禽舍的環(huán)境是與禽類的身體健康是嘻嘻相關(guān)的。因此,對禽舍溫度和濕度的控制調(diào)節(jié)能大幅度的提升禽類出品的衛(wèi)生水平。提高禽類的生長發(fā)育能力,因此,對禽舍內(nèi)環(huán)境和氣象因子的有效控制是家禽伺養(yǎng)管理

3、中最根本的問題。家禽的生存需要具備一定的環(huán)境條件,適當(dāng)?shù)臏囟?、濕度、光照以及良好的空氣質(zhì)量是提高其存活率、產(chǎn)蛋率、增重速度和健康活性等生產(chǎn)性能的關(guān)鍵因素56。1.2 同類別設(shè)計研究狀況1.2.1國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r：中國的經(jīng)濟禽類養(yǎng)殖雖然起步較晚,但呈現(xiàn)出快速發(fā)展,長足進步的良好勢頭。就養(yǎng)殖的品種而言,由于經(jīng)濟動物概念中,決定是否為經(jīng)濟動物的三大特征：經(jīng)濟價值較大、一定馴化程度、一定野性均為定性、模糊指標(biāo),因此對有些動物是否是經(jīng)濟動物,存在分歧,因此,經(jīng)濟動物養(yǎng)殖品種數(shù)目迄今處于眾說紛紜狀況,筆者認為有50-60種,而經(jīng)濟禽類養(yǎng)殖居各類之首,有20種左右；從養(yǎng)殖的規(guī)模類型看。具有多樣性,有個體庭院養(yǎng)殖

4、、建場(公司)小規(guī)模養(yǎng)殖、較大規(guī)模趨于集約養(yǎng)殖等多種形式,且養(yǎng)殖場(公司)總體數(shù)量逐年遞增,不少公司的養(yǎng)殖規(guī)模在逐漸擴大,提升,從養(yǎng)殖分布范圍來講,遍及全國31個省市。投資盲目就目前國內(nèi)養(yǎng)殖情況而定,有許多人已然通過規(guī)模式的養(yǎng)殖獲得了成功,取得了很好的收益。但也有不少人見別人成功了,就盲目投資,想著一夜暴富。然而結(jié)果卻是恰好相反,他們不但沒有取得收益反而有所虧損甚至面臨倒閉和家破人亡的尷尬局面。養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)風(fēng)險大、利潤高、投資高。所以投資養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的業(yè)主一定要考察好市場,并且具有一定的專業(yè)技術(shù)水準(zhǔn)。禁忌盲目追風(fēng)。規(guī)模偏小,布局混亂中國的經(jīng)濟禽類養(yǎng)殖就目前而言,絕大多數(shù)規(guī)模偏小,有的甚至利用自己的庭院

5、進行養(yǎng)殖,這種小規(guī)模養(yǎng)殖,雖能為經(jīng)濟實力不大者投資致富提供機遇,也有利于地方資源( 養(yǎng)殖空間和食物資源) 的充分開發(fā)利用,有利于解決部分人就業(yè)問題和一些上班族增加家庭經(jīng)濟收入等問題。就目前的情況來看,這種小規(guī)模的養(yǎng)殖情況雖然一定程度上緩解了一些就業(yè)問題,但對整個的國家養(yǎng)殖規(guī)劃并沒有好的推進作用。技術(shù)含量低中國的禽類養(yǎng)殖,與西方大多數(shù)國家和一些東南亞國家相比,存在很明顯的技術(shù)落后問題。這不僅體現(xiàn)在產(chǎn)品的養(yǎng)殖技術(shù)上,還體現(xiàn)在產(chǎn)品的加工和產(chǎn)品的單一性質(zhì)上。由于有好多的資源未被利用。養(yǎng)殖的經(jīng)濟效益不高,體現(xiàn)太明顯。監(jiān)督、法律不健全由于中國禽類養(yǎng)殖起步較晚,養(yǎng)殖技術(shù)落后,管理方面也體現(xiàn)出來了好多的弊端。

6、與發(fā)達國家相比,在監(jiān)督、管理、法律、法規(guī)等方面仍處于不健全的的地步。1.2.2國外情況國外禽類養(yǎng)殖起步較早,對于這方面的法律比較健全。最重要的是國外特別是發(fā)達國家的可以總體比國內(nèi)領(lǐng)先許多。在禽類養(yǎng)殖方面也有明顯的技術(shù)支持。早在20世紀(jì)50年代,美國首先研究開發(fā)并推廣應(yīng)用了規(guī)?；?、機械化、工廠化和集約化的現(xiàn)代養(yǎng)禽新工藝模式。美國在禽舍建筑反面比我國至少領(lǐng)先了30年78。1.3 主要研究任務(wù)和難點1.3.1研究的主要任務(wù)：PLC程序的設(shè)計觸摸屏程序的設(shè)計外部接線圖的連接溫度傳感器的連接外部線路設(shè)計關(guān)于溫控系統(tǒng)的調(diào)試1.3.2研究的難點：溫度傳感器溫度的采集利用觸摸屏對溫度上下限的設(shè)置進行溫度的補償

7、2系統(tǒng)的總體方案設(shè)計禽舍環(huán)境的控制主要包括溫度和濕度的控制,另外有害氣體也是導(dǎo)致禽類致病的重要因素。硫化氫和二氧化碳的濃度會間接影響禽舍內(nèi)溫度的高低,所以我在設(shè)計中沒有涉及到用制冷機降溫,而是采用風(fēng)機降溫,盡量貼切自然。由于實驗器材的因素,實際中我只能做了溫度的控制。濕度和有害氣體的檢測及控制暫時沒有涉及,但是原理是一樣的。2.1設(shè)計目標(biāo) 本系統(tǒng)設(shè)計一套能夠根據(jù)檢測禽舍內(nèi)溫度并且能自動控制在一定范圍內(nèi)的系統(tǒng)。2.1.1邏輯流程圖圖2.1 邏輯流程圖2.1.2程序流程圖圖2.2 程序流程圖基于PLC的禽舍環(huán)境控制系統(tǒng),是利用濕度、溫度、有害氣體濃度等各種傳感器,檢測出禽舍環(huán)境中不利于禽類生長發(fā)育

8、的因素,通過PLC經(jīng)過處理分析,與適宜的環(huán)境因素進行匹配。從而通過一系列的工作對禽舍環(huán)境進行處理,將其改造為有利于禽類生長的環(huán)境條件。本系統(tǒng)能夠?qū)Σ煌吞柕膫鞲衅鬟M行非優(yōu)秀條件補償,對不同的不利環(huán)境做出不同的動作。 2.2 可編程控制器選擇方案方案一：采用國外品牌。國外常用的可編程控制器有西門子、三菱、歐姆龍。這些可編程控制器功能強大,工作穩(wěn)定。相對技術(shù)比較成熟,相對應(yīng)擴展模塊比較齊全,價錢較高I/O點數(shù)較多,編寫程序時還可以進行程序注釋。大多數(shù)國外的PLC都帶矩陣功能和自我診斷功能等其他特殊功能。市場占有率比較高。方案二：采用國內(nèi)品牌。國內(nèi)生產(chǎn)的可編程控制器沒有那么多齊全的功能,但是價錢較低

9、,性價比相對較高。國內(nèi)生產(chǎn)的PLC,自身所帶的配置沒有那么深入,精度不是太高,并且存在某些功能上的缺陷。市場占有率比較低。綜上考慮,由于禽舍工作環(huán)境不是很惡劣,對可編程控制器的要求不是很高。本設(shè)計做的溫控系統(tǒng)對I/O點數(shù)需求不是很高。另外本系統(tǒng)所需的特殊功能不是很多。所以選擇了國產(chǎn)的xinje可編程控制器。2.3系統(tǒng)的設(shè)計要求本系統(tǒng)的設(shè)計完全是在Win7 pc客戶端上進行的。對于外觀數(shù)據(jù)可視化平臺是才用了型號為TH765-MT的觸摸屏。對于觸摸屏的軟件編程采用的是最新版的TouchWin編程軟件。為了減小開支,僅為了證實本設(shè)計的可行性,我選取了點數(shù)較少的xinje XC3-24R-E的可編程控

10、制器?？删幊炭刂破鞯木幊誊浖捎玫氖恰癤C系列編程工具”由于原理是一樣的,本系統(tǒng)只做了溫度控制這一方面。其余的濕度控制和有害氣體濃度的控制都可以引用溫度控制的原理。本系統(tǒng)的溫度控制精度要求為0.1度。通過觸摸屏對PLC的調(diào)節(jié)為0.1度,現(xiàn)實與測試的溫差通過多次試驗數(shù)據(jù)來確定,并且通過編寫程序來實現(xiàn)溫度補償。由于濕度和有害氣體濃度沒有做,這個就根據(jù)選材的濕度傳感器和有害氣體濃度傳感器來決定。2.4系統(tǒng)的設(shè)計方案本系統(tǒng)是以xinje XC系列的可編程控制器為核心的溫控系統(tǒng),選取的相應(yīng)硬件也是圍繞xinje系列來選取的。通過溫度傳感器來采樣禽舍內(nèi)的實時溫度,然后通過A/D轉(zhuǎn)換器將采取的溫度信號轉(zhuǎn)換成

11、數(shù)字量,經(jīng)過可編程控制器將處理過的數(shù)據(jù)顯示在可視觸摸屏上,并且通過觸摸屏可以調(diào)節(jié)需要的溫度范圍。溫度精度為0.1。由于采用的溫度傳感器與電阻有關(guān),接線的接觸不良可以影響到溫度的采集結(jié)果,另外導(dǎo)線的長度和傳感器的伸出距離可能導(dǎo)致采集的結(jié)果與實際不符,存在一定的誤差。所以在觸摸屏的編程設(shè)計中要加入溫度補償?shù)慕缑?從而使該系統(tǒng)能夠應(yīng)對大多數(shù)的復(fù)雜情況。并且更能適應(yīng)不同地域的環(huán)境。2.5 程序設(shè)計2.5.1可編程控制器程序設(shè)計可編程控制器作為整個系統(tǒng)的大腦、核心部件,它的主要任務(wù)是對外部數(shù)據(jù)進行處理、分析,從而對其所控制的元器件下達行動命令。由于IO口較多的可編程控制器成本相對較高,所以采用了XC3-

12、24R-E的可編程控制器。實現(xiàn)與觸摸屏的相互通訊,以及對傳感器的信息采集,和對風(fēng)機、加熱棒的輸出控制。2.5.2觸摸屏的程序設(shè)計：觸摸屏需要和可編程控制器建立雙向通訊?？删幊炭刂破鲗崟r數(shù)據(jù)傳輸?shù)接|摸屏上顯示出來,觸摸屏通過程序修改可編程控制器的一些限制因素。并且可以通過觸摸屏來對可編程控制器的內(nèi)部數(shù)據(jù)進行修改。2.6加熱方案的選取方案一：現(xiàn)在國內(nèi)現(xiàn)存的大多數(shù)溫度控制系統(tǒng)都是用PID調(diào)節(jié)技術(shù)。圖2.3 PID流程示意圖PID調(diào)節(jié)是閉環(huán)的控制方法。所以在PID調(diào)節(jié)的系統(tǒng)中必須得有閉環(huán)硬件系統(tǒng)。在溫度控制系統(tǒng)中用來反饋的硬件就是溫度傳感器。9將PID依次分開就是比例、積分、微分控制算法。其實在溫控

13、系統(tǒng)中也并不是所有的控制方法都用上了,到目前為止我接觸到的大都是P調(diào)節(jié),也就是積分調(diào)節(jié)?，F(xiàn)在簡單的分析一下他們的區(qū)別。比例,體現(xiàn)的是系統(tǒng)的當(dāng)前偏差值,優(yōu)點是可以提升調(diào)節(jié)的效率并且減少誤差,但它存在的問題就是,如果設(shè)定的比例值過大,就會造成相反的效果,系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。積分,體現(xiàn)的是系統(tǒng)累計偏差,總體來說就是使系統(tǒng)達到完美無誤差的條件,只要有誤差就會調(diào)節(jié)。直至完美。不可單獨使用。微分,微分大家都知道是體現(xiàn)變化率的,在這里微分的作用是可以提前判斷溫度變化的趨勢。捕捉到變化趨勢就可以超前調(diào)節(jié),在誤差還沒有出現(xiàn)之前就消滅在萌芽中。微分的缺點就是抗干擾性比較差,不可單獨使用。公式；在公式中Kp,Ti,Td

14、都是設(shè)定的PID控制算法的關(guān)鍵數(shù)值,這幾個數(shù)值不能隨便設(shè)定。并且這幾個數(shù)值的要經(jīng)過試驗的反復(fù)調(diào)試來確定。但是由于本溫度系統(tǒng)是要給大眾化的普及,不同地點、不同種類的養(yǎng)殖都不會采用相同的數(shù)值,因此這是PID調(diào)節(jié)的一大弊端。Kp比例放大系數(shù)Ti積分時間Td微分時間 (公式1-1) (公式1-2) (公式1-3)方案二：正常調(diào)節(jié)在這種調(diào)節(jié)中,不采用任何算法公式,只是設(shè)定一定的溫度范圍,在禽舍室溫低于設(shè)定溫度時就啟動加熱器加熱。當(dāng)禽舍溫度高于設(shè)定值時就啟動風(fēng)機或濕簾。來降低禽舍溫度。最終方案選取,我選擇的是方案二。以上的方案介紹中我們看到了PID調(diào)節(jié)。從中我們也發(fā)現(xiàn)了許多的問題。一方面我們的系統(tǒng)是面對大

15、眾化的,當(dāng)然我們也希望系統(tǒng)成型后可以銷往各個地方。一個系統(tǒng)最主要的就是操作簡單方便,如果用PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)的話不同的用戶對于不同的環(huán)境和不同的禽類養(yǎng)殖來設(shè)定不同的微分時間、積分時間和放大系數(shù)值。就這一方面就有可能導(dǎo)致某些用戶沒法準(zhǔn)確的設(shè)定好。另一方面,采用PID調(diào)節(jié)的系統(tǒng)對可編程控制器也有特殊的要求,必須要是晶體管輸出型的可編程控制器。另外PID輸出的一個周期大多數(shù)都采用的是兩秒。所以還要隨輸出配置一個變頻器。若不配置變頻器,一般的繼電器反應(yīng)速度沒這么快,即使有這么快也會有比較長的延時時間,這對PID調(diào)節(jié)就完全失去作用和優(yōu)勢了。加上變頻器就無疑大幅度提高了系統(tǒng)成本。高頻率的工作也會降低加熱器以及

16、制冷器的壽命。所以綜上所述。方案二無疑的最適合的控溫方案。PID算法流程圖如下圖2.4 PID流程算法流程圖3系統(tǒng)硬件性及機介紹一個系統(tǒng)的好壞,很大程度上是取決于硬件的質(zhì)量。在這里我就我所做的溫度控制系統(tǒng)來給大家介紹一下我所用到的硬件,由于只是溫度控制。所以我沒有介紹濕度傳感器和有害氣體濃度控制的那一部分硬件介紹。還有最終做出來的系統(tǒng)由于沒有最終做出風(fēng)機和加熱棒,所以這里也沒有介紹。另外我認為那些都比較淺顯易懂,所以沒有介紹的必要,在試驗中也沒有必要裝上那些大件。3.1可編程控制器3.1.1基本功能介紹XC系列PLC具備充實的基本功能和多種特殊功能,各個子系列由于面向的應(yīng)用場合不同,提供能也不

17、盡相同。XC系列可編程控制器基本處理指令掃描時間0.20.5us,10000 步 5ms,程序容量高達256K?；締卧话憧芍С?個不同種類、型號的擴展模塊和1個擴展 BD 板。XC系列PLC的6個子系列, 具備不同規(guī)格的內(nèi)部資源數(shù)目,以適應(yīng)不同場合的需求。資源量最多可達1024點；流程S、8768點；中間繼電器M、544點；輸入繼電器X、544點；輸出繼電器Y、640點；定時器T、640點；計數(shù)器C、9024點；數(shù)據(jù)寄存器D、7152點。除具備基本的順序控制、數(shù)據(jù)的傳送和比較、四則運算、數(shù)據(jù)的循環(huán)和移位,還支持脈沖輸出、高速計數(shù)、中斷、PID 等特殊指令。另外XC系列可編程控制器可置內(nèi)部時

18、鐘,用于時間控制。其擁有小巧的外形,安裝方便,導(dǎo)軌螺絲兩種方式任選。3.1.2系統(tǒng)構(gòu)成XC系列PLC的基本配置包括基本單元、擴展BD模塊、人機界面、擴展模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、編程軟件以及變頻器。XC系列的基本單元一般配備兩個通訊口。原則上2個通訊口都可用于編程下載、通訊。需要注意的是,不可同時修改2個通訊口的通訊參數(shù),否則將無法再用于編程下載。另外通訊口2具備RS232和RS485兩種接口模式,但通訊口2不能同時使用這2中模式,也就是說,任何時候,通訊頭2只能用于一種接口模式。圖3.1 通訊頭區(qū)別圖3.2 PLC兩個通訊口引腳定義3.1.3電源規(guī)格及接線方法XC系列可編程控制器分為兩種電源規(guī)格分為A

19、C電源型和DC電源型。PLC本身對外可以提供24V電源,其中本體I/O 點數(shù)在24以下（不包括24點）的可以對外提供200mA電流；本體I/O點數(shù)在24點以上（包括24點）可以對外提供400mA電流。圖3.3 內(nèi)部電源電路圖基本單元的輸入信號電壓為DC24V10%,輸入信號電流為7mA/DC24V,輸入ON電流為4.5mA 以上,輸入OFF電流為1.5mA 以下,輸入相應(yīng)時間約10ms,輸入信號形式為接點輸入或NPN開集電極晶體管,電路絕緣為光電耦合絕緣,輸入動作顯示為輸入為ON時LED燈亮。圖3.4 基本單元輸入電路基本單元的輸出類型分為繼電器輸出和普通晶體管輸出,我們用的PLC為普通晶體管

20、輸出類型的外部電源為DC530V以下,電路絕緣為光耦絕緣,動作指示為LED 指示燈,最大負載中阻性負載為0.5A,感性負載為8W/DC24V,燈負載為1.5W/DC24V,最小負載為DC5V 2mA,響應(yīng)時間OFFON為0.2ms以下,ONOFF為0.2ms以下。圖3.5 基本單元輸出電路3.2 BD擴展模塊由于只做了溫控系統(tǒng),為了減少成本我選取了XC-2AD2PT-BD的擴展模塊。這款擴展模塊是14位高精度模擬量輸入。2通道電壓010V、05V 可選模擬量輸入,2 通道溫度模擬量輸入。具有鉑金測溫電阻體（Pt100 2 線式）溫度傳感器用模擬輸入。 圖3.6 擴展模塊規(guī)格擴展BD模塊的安裝方

21、法：打開PLC左側(cè)擴展板頂蓋,然后對準(zhǔn)陣腳安裝上去,并用螺絲固定住,再蓋好擴展板頂蓋就安裝完成了。在硬件安裝完成后要對軟件進行安裝到本體上,首先要通過XCPPro軟件進行聯(lián)機,在“PLC設(shè)置”菜單中選擇“BD板設(shè)置”在“BD設(shè)置”中選擇“其他BD”,勾選相應(yīng)的BD板型號,并在右側(cè)對BD板進行基本設(shè)置,最后下載用戶程序即可。接線圖圖3.7 BD擴展模塊接線圖3.3 PT100溫度傳感器PT100是一個溫度傳感器,是一種穩(wěn)定性和線性都比較好的鉑絲熱電阻傳感器,可以工作在-200至650的范圍。電阻式溫度檢測器是一種物質(zhì)材料作成的電阻,它會隨溫度的上升而改變電阻值,如果它隨溫度的上升而電阻值也跟著上

22、升就稱為正電阻系數(shù),如果它隨溫度的上升而電阻值反而下降就稱為負電阻系數(shù)。大部分電阻式溫度檢測其實以金屬做成的,其中以鉑金做成的電阻式溫度檢測器,最為穩(wěn)定耐酸堿、不會變質(zhì)、相當(dāng)線性等,最受工業(yè)界采用101112。PT100溫度感測器是一種以鉑金做成的電阻式溫度檢測器,屬于正電阻系數(shù),其電阻和溫度變化的關(guān)系式如下：R=Ro（1+T）其中=0.00392,Ro為在100歐姆,T為攝氏溫度因此鉑金做成的電阻式溫度檢測器,又稱為PT100。Vo=2.55mA*100（1+0.00392T）=0.255+T/1000。13測量Vo時,不可分出任何電流,否則量測不會很準(zhǔn)。電路分析由于一般電源供應(yīng)較多零件后,

23、電源是帶雜訊的,因此我們使用齊納二極體作為穩(wěn)壓零件,由于7.2V齊納二極體的作用,使得1K電阻和5K可變電阻之電壓和為6.5V,靠5K可變電阻的調(diào)整可決定電晶體的射（集極）極電流,而我們需將集極電流調(diào)為2.55mA,使得量測電壓為0.255+T/1000。其后的非反向放大器,輸入電阻幾乎無限大,同時又放大10倍,使得運算放大器輸出為2.55+T/100。6V齊納二極體的作用入7.2V齊納二極體的作用,我們利用它調(diào)出電壓也為2.55V。其后差動放大器的輸出為Vo=10（V2-V1）=10（2.55+T/100-2.55）=T/10,如果現(xiàn)在室溫為25,則輸出電壓為2.5V13。PT100鉑電阻傳

24、感器有三條引線,可用A、B、C來表示。A與B或C之間的阻值常溫下在110歐左右,B與C之間為0歐,B與C在內(nèi)部是直通的,原則上是B與C沒有區(qū)別。圖3.8 PT100電路3.4 觸摸屏信捷TH系列人機界面不僅擁有語言、字體等編輯選擇性,數(shù)據(jù)顯示、監(jiān)控警報等功能完善性等性能特點,更以65536色帶來全新的視覺享受。其大容量數(shù)據(jù)備份功能,友好用戶界面管理等優(yōu)勢將為工業(yè)系統(tǒng)提供更為完美的人性化解決方案。圖3.9 觸摸屏結(jié)構(gòu)圖觸摸屏接口用法：撥碼開關(guān)：用于強制下載、觸控校準(zhǔn)等。在特殊環(huán)境下,人機界面程序無法順利下載或在下載完成后,人機界面畫面無法正常顯示等情況下,可以將TH人機界面處于斷電狀態(tài),將撥碼開

25、關(guān)第2位開關(guān)撥至ON狀態(tài)。然后將TH人機界面上電,連接USB下載電纜,下載畫面程序；完成后,將2號開關(guān)撥至OFF,重新上電,畫面正常顯示。COM1通訊口（Download口）：支持RS232/RS485通訊,擴展口是RS485。COM2通訊口（PLC口）：支持RS232/RS485/RS422通訊。TH系列人機界面Download口與PLC口通訊接口主要具有這些功能。Download口支持與微型打印機想來,支持與PLC、變頻器、儀表等設(shè)備通訊。PLC口支持與PLC、變頻器、儀表等設(shè)備通訊。Download通訊口引腳圖如下：圖3.10 Download通訊口引腳定義圖圖3.11 PLC通訊口引腳

26、定義圖USB-A接口：可插入U盤存儲數(shù)據(jù)。USB-B接口：連接USB線上/下載程序。4控制系統(tǒng)的設(shè)計為了制造一個穩(wěn)定的環(huán)境控制系統(tǒng),在試驗過程中遇到過很多的問題。為了給整個禽舍提供一個幾乎恒溫的系統(tǒng)在軟件方面我也用過組態(tài)調(diào)試過。4.1可編程控制器的硬件連線及設(shè)計XC系列可編程控制器的輸入輸出繼電器全部以八進制來進行編址,PLC的輸入端子用于接收外部信號的輸入,而輸入繼電器則是PLC內(nèi)部與輸入端子相連的一種光絕緣的電子繼電器。輸入繼電器具有無數(shù)的常開觸點與常閉觸點,它們可被隨意使用。沒有與外設(shè)實連的輸入繼電器可作為快速內(nèi)部繼電器使用。輸出繼電器與輸入繼電器是一樣的。圖4.1 PLC功能圖4.2

27、執(zhí)行時序輸入處理：外部信號從輸入端子接入,PLC在執(zhí)行程序前,首先將輸入端子的ON/OFF狀態(tài)讀取到輸入影像區(qū)。程序執(zhí)行的過程,也是不斷進行掃描的過程,在本次掃描未結(jié)束前,即使輸入端子狀態(tài)發(fā)生變化,映像區(qū)中的內(nèi)容也保持不變,直到下一個掃描周期來臨,變化才被寫入。輸出處理：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢,輸出Y的映像區(qū)中的ON/OFF狀態(tài)將被傳送到輸出鎖存存儲區(qū),即是PLC的實際輸出狀態(tài)。PLC內(nèi)的外部輸出用觸電,按照輸出軟件響應(yīng)滯后時間動作。圖4.3 整體設(shè)計思路圖4.4 2通道溫度采集由于是在自己PC機上編輯的軟件,我電腦上沒有DB9插頭（孔）,所以需要買串口轉(zhuǎn)USB的數(shù)據(jù)線。這要對其有所了解。圖4.5

28、 編程電纜接線串口轉(zhuǎn)換器：串口轉(zhuǎn)換器是為RS-232/485/422到TCP/IP 之間完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的通訊接口轉(zhuǎn)換器。通過作為服務(wù)器端,提供RS-232/485/422 HYPERLINK /view/105503.htm t _blank 終端串口與 HYPERLINK /subview/7729/7729.htm t _blank TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)雙向 HYPERLINK /view/1309032.htm t _blank 透明傳輸,提供串口轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)功能,RS-232/485/422轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)的解決方案。可以讓串口設(shè)備立即聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)。目前使用的很多重要的設(shè)備仍然使用 HYPERLINK /

29、subview/1761306/1761306.htm t _blank RS-232接口 HYPERLINK /view/119481.htm t _blank 界面設(shè)計（如PC）,然而, HYPERLINK /subview/112004/112004.htm t _blank RS-232是 HYPERLINK /subview/1145124/17476502.htm t _blank 點對點的通信界面,不能實現(xiàn)多機之間互相通信,自身也限制了 HYPERLINK /view/497412.htm t _blank 設(shè)備間的傳輸距離（一般不超過15米）。由于RS-232的不足,為了克服限

30、制,串行接口轉(zhuǎn)換器因運而生,實現(xiàn)RS-232設(shè)備到 HYPERLINK /subview/1940451/1940451.htm t _blank RS-422或 HYPERLINK /subview/542681/542681.htm t _blank RS-485多 HYPERLINK /view/47398.htm t _blank 節(jié)點網(wǎng)絡(luò)的連接（RS-422支持10個節(jié)點,RS-485支持32個節(jié)點）,提高了 HYPERLINK /view/634861.htm t _blank 傳輸速率,傳輸距離也超過了1.2公里。內(nèi)部集成,用戶不需要對原有系統(tǒng)做任何修改。所有串口內(nèi)置600W防雷

31、 。10/100M HYPERLINK /view/848.htm t _blank 以太網(wǎng)、自動偵測直連或 HYPERLINK /subview/90075/90075.htm t _blank 交叉線?？梢酝瑫r支持多個連接14。4.2觸摸屏的設(shè)計選擇Download口通訊設(shè)備：首先我新建工程,在“設(shè)備/串口設(shè)備/下載口”選項,選擇相應(yīng)的PLC型號如下圖4.6觸摸屏軟件串口選擇圖在已編輯的工程中,點擊“文件/系統(tǒng)設(shè)置/設(shè)備/串口設(shè)備/下載口”可查看或者修改PLC通訊參數(shù),建議不要直接切換PLC類型,若已切換PLC類型,請重新查看每個部件的地址、站號。通訊參數(shù)設(shè)置：首先,波特率、數(shù)據(jù)位、停止位

32、、校驗和要和PLC保持一致。通訊延時時間用于一屏多機（即一個觸摸屏的一個通訊口通過RS485連接多個PLC）,一般20左右。重復(fù)次數(shù),默認為3,當(dāng)連發(fā)3次命令,從機都沒有應(yīng)答,觸摸屏認為是通訊失敗,繼續(xù)訪問下個參數(shù)。一般對于Modbus 協(xié)議通訊,出現(xiàn)通訊不流暢時,可放置通訊標(biāo)志位,查看通訊異常原因,畫面中放置 4 個數(shù)據(jù)顯示框,地址分別為：PLC 口通訊標(biāo)志位：PSW70PSW73Download 口通訊標(biāo)志位：PSW60PSW63擴展口通訊標(biāo)志位：PSW80PSW83對應(yīng)含義為：通訊成功次數(shù)、通訊失敗次數(shù)、通訊超時次數(shù)、通訊數(shù)據(jù)出錯次數(shù)。正常通訊時“通訊成功次數(shù)”一直累加。當(dāng)“通訊數(shù)據(jù)出錯

33、次數(shù)”累加,說明通訊協(xié)議不一致,需調(diào)整協(xié)議。圖4.7 TH765的通訊接口4.3外部電路設(shè)計繼電器是一種靠電磁感應(yīng)工作的自動化電器開關(guān)。繼電器是一種電子控制器件,它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）,通常應(yīng)用于自動控制電路中,它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。15圖4.8 繼電器工作原理圖由上圖來介紹電磁繼電器的工作原理及部件：電磁繼電器的控制電路組成部件有電磁鐵、低壓電源、彈簧和銜鐵組成。工作電路部分由觸電、電動機（輸出裝置）和高壓電源組成。電磁鐵外部線圈得電,由于電磁效應(yīng),電磁鐵產(chǎn)生強磁力,并將銜

34、鐵吸下來,工作電路的觸點閉合。形成閉合回路。工作電路工作（風(fēng)機得電開始工作）。當(dāng)禽舍溫度回歸到正常溫度的時候,PLC外部輸出中斷即控制電路斷開。電磁鐵外部線圈失電,電磁鐵失去吸力。這時候彈簧收縮將銜鐵拉高進而使工作電路觸點斷開,風(fēng)機停止工作。本系統(tǒng)以風(fēng)機為例介紹。當(dāng)溫度傳感器檢測到禽舍溫度高于設(shè)定的溫度上限時,PLC的輸出端輸出低電壓,與電磁繼電器的低電壓原相連,當(dāng)輸出低電壓時,為了防止系統(tǒng)被干擾,所以在繼電器上要加上隔離,因為繼電器兩觸點閉合的時候,兩邊電壓比較大,會產(chǎn)生較大的電動勢?？赡苡绊懙絼e的板路。所以在兩端加光耦隔離。5控制系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計5.1可編程控制器軟件程序的設(shè)計表5.1

35、I/O指令操作表Table 5.1 I/O instruction table輸入輸出點 代表意義X0 溫度補償設(shè)置X1 溫度下限設(shè)置X2 溫度下限設(shè)置清零X3 啟動溫控系統(tǒng)X4 溫度上限設(shè)置X5 溫度上限設(shè)置清零X6 設(shè)置-轉(zhuǎn)換X7 設(shè)置+轉(zhuǎn)換X10 濕度補償設(shè)置X11 濕度下限設(shè)置X12 濕度下限設(shè)置清零X13 啟動濕控系統(tǒng)X14 濕度上限設(shè)置X15 濕度上限設(shè)置清零Y0 啟動加熱器Y1 啟動風(fēng)機Y2 啟動除濕器Y3 啟動濕簾風(fēng)機BD擴展板不占用I/O單元,轉(zhuǎn)換的數(shù)值直接送入PLC寄存器,在程序中BD模塊的溫度采集程序為：圖5.1 BD板信息采集電路指令語言：LDM8000 ：啟動運行常O

36、N線圈MOVK250QD1003 ：將K250的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絈D1003中MOVID1003D10 ：將ID1003的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻10中MOVID1007D11 ：將ID1007的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻11中對于整個溫控和濕控系統(tǒng)的指令程序如下：LDX6 ORM7ANIX7OUTM7OUTM8238 ：系統(tǒng)“+”、“-”轉(zhuǎn)換程序LDX4 ：啟動計時器（溫度上限）C301OUTC301K500 ：溫度上限這里設(shè)置最高為50攝氏度LDX5RSTC301 ：將（溫度上限）置為0LDX1 ：啟動計時器（溫度下限）C300OUTC300K500 ：溫度下限這里設(shè)置最高為50攝氏度LDX2RSTC300 ：將（溫度上

37、限）置為0LDX0OUTC302K200 ：溫度補償程序1LDX3 ：啟動溫控系統(tǒng)ORM1ANDM8000MCSOUTM1MOVC300D10MOVID1003D11MOVC301D12MOVC302D13 ：將溫度的采集數(shù)據(jù)保存到各個寄存器SUBD11D13 ：溫度補償程序2LDD11D12OUTY1 ：對溫度的比較輸出程序MCRLDX14OUTC303K500 ：濕度上限設(shè)置程序LDX15RSTC303 ：濕度上限清零程序LDX11OUTC304K500 ：濕度下限設(shè)置程序LDX12RSTC304 ：濕度下限清零程序LDX10OUTC305K200 ：啟動濕度補償程序LDX13ORM1AN

38、DM8000 ：濕控程序啟動并保持程序MCSOUTM1MOVC304D14MOVID1003D15MOVC301D16MOVC302D17 ：對外界濕度采集并保持到寄存器SUBD11D17LDD15D16OUTY3 ：對設(shè)置和采集的數(shù)據(jù)進行比較并輸出相應(yīng)指令MCREND5.2觸摸屏軟件程序的設(shè)計根據(jù)觸摸屏的介紹和說明,建立新工程,進而建立新的用戶界面。下面是我做的有關(guān)于溫控的界面：圖5.2 溫控系統(tǒng)首界面這是首界面,當(dāng)按下：“啟動溫控系統(tǒng)”按鈕時,系統(tǒng)啟動,上面界面顯示當(dāng)前的禽舍室溫。左下和右下角兩個指示燈分別表示風(fēng)機和加熱棒的工作時間。最上面的時間設(shè)置可以隨便設(shè)定。按下“溫度設(shè)置”按鈕,畫面

39、會切換到下個畫面。圖5.3 溫度系統(tǒng)溫度設(shè)置界面進入溫度設(shè)置界面后,我們可以根據(jù)要求禽舍內(nèi)利于禽類生長發(fā)育的最優(yōu)溫度段來設(shè)定一定的溫度范圍。溫度精度為0.1攝氏度。如果由于電路和環(huán)境的因素導(dǎo)致當(dāng)前測量的溫度不是很準(zhǔn)確,我們可以通過“溫度補償”來糾正一下。圖5.4 溫度系統(tǒng)溫度補償界面在本界面中,如果系統(tǒng)顯示溫度與現(xiàn)實世界溫度有誤差的話,誤差是多少我們就反量輸入多少數(shù)值。比如說測量溫度是38度,但是實際溫度只有24度,我們就可以從溫度補償界面中輸入數(shù)值為-14。這樣就得到與實際溫度相符的溫度值了。6結(jié)論大四的最后一個學(xué)期也是大學(xué)的最后一個學(xué)期轉(zhuǎn)眼過去了。在這幾個月里,通過畢業(yè)設(shè)計,我不僅學(xué)到了之

40、前沒有學(xué)到的一些新知識。更是將之前已經(jīng)學(xué)過的知識梳理了一遍,并且運用到實際當(dāng)中。在畢業(yè)設(shè)計過后我對以前學(xué)過的知識連起了一個知識網(wǎng)絡(luò)。之前沒有學(xué)明白的知識,在這次設(shè)計中終于了解了許多。整個設(shè)計的過程也鍛煉了我自己本身的素質(zhì)。經(jīng)過這一個學(xué)期的努力,終于完成了利用PLC對禽舍內(nèi)溫度進行控制的系統(tǒng)。在過去的幾個周里,我學(xué)習(xí)了xinje可編程控制器以及觸摸屏的外部電路圖和編程軟件,在這基礎(chǔ)上進行溫度控制的設(shè)計。利用PT-100對禽舍溫度進行采集,經(jīng)過PLC的處理,以數(shù)字模式顯示在觸摸屏上。并通過觸摸屏來校準(zhǔn)因器件和電路的原因?qū)е碌臏囟炔町悺Ｔ诒敬卧O(shè)計中,經(jīng)過多次的試驗數(shù)據(jù)測量與比較,我成功的利用軟件和硬

41、件對外界程序進行了采集和調(diào)節(jié)。利用所測數(shù)據(jù)來實現(xiàn)溫度補償?shù)臄?shù)值。6.1 本系統(tǒng)的優(yōu)點本系統(tǒng)與市面上大多數(shù)的控制系統(tǒng)相比優(yōu)勢在于：一方面在于操作簡單,沒有采用復(fù)雜的PID調(diào)節(jié),不需要大量的試驗數(shù)據(jù)來設(shè)定數(shù)據(jù)值。另一方面,本系統(tǒng)畫面簡潔,面向大多數(shù)小型養(yǎng)殖戶。所需資金少、功能相對完善。6.1 本系統(tǒng)的不足由于硬件條件的因素,我只做了溫度控制系統(tǒng)。并且相應(yīng)的風(fēng)機和加熱系統(tǒng)沒有成型顯示出來。但是我想象中的風(fēng)機以及繼電器的連接,已經(jīng)以圖的方式顯現(xiàn)出來了。對于加熱系統(tǒng),我們可以電加熱棒或者是暖氣。對于整個禽舍的布局,我沒有這方面的經(jīng)驗。所以對于建設(shè)禽舍布局我也沒有設(shè)計。從設(shè)計中遇到的問題來看,自己以前的學(xué)

42、習(xí)還是有很多問題的。學(xué)得不扎實,由于硬件條件有限,所以我只做了溫度控制系統(tǒng)。其實,濕度控制和有害氣體濃度的檢測這兩個系統(tǒng)與溫度控制系統(tǒng)都是一樣的。參考文獻1黃華,牛智有.單片機技術(shù)在畜禽舍環(huán)境控制中的應(yīng)用J.農(nóng)機化研究,2009,31(5):185-189. 2張金枝,劉小峰.我國畜牧業(yè)的發(fā)展前景與養(yǎng)殖業(yè)動態(tài)J.浙江畜牧獸醫(yī),2006,31(1):9-10. 3 邵晞.環(huán)境溫控系統(tǒng)在蛋雞健康養(yǎng)殖中的優(yōu)點J.中國畜牧業(yè),2014,(3):54-55.4度志浮.陜西關(guān)中農(nóng)村新民居模式研究D.西安建筑科技大學(xué),2009. 5施智雄.基于組態(tài)的規(guī)模化鴨場糞污處理綜合應(yīng)用技術(shù)J.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,

43、40(25)126 01-12604.6 黃偉鋒.CAN總線在禽舍環(huán)境監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用研究J.微型機與應(yīng)用,2010,29(14):89-91.7劉剛,羅宇鋒.規(guī)模化養(yǎng)雞場禽舍環(huán)境控制技術(shù)研究J.畜牧與飼料科學(xué),2010,31(4):59-60,112.8 王曉光,王麗麗.規(guī)?；B(yǎng)雞環(huán)境調(diào)控的主要成就與發(fā)展方向J.養(yǎng)殖技術(shù)顧問,2011,(10):41-41. 9孫建剛.基于PLC的碳纖維碳化裝置控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)J.華東理工學(xué),2005,8(3):58-59.10鄭君媛.嵌入式恒溫振蕩器的研制J.蘇州大學(xué)出版社, 2006, 171(2) : 33-34.11馮艷.光刻機箱體內(nèi)部溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計J.儀器儀表用戶,2009,16(4):69-70.12方志鵬.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID溫度控制在恒溫振蕩器中的應(yīng)用D.蘇州大學(xué)學(xué)報,2000,11(7):88-89.13周奕.基于cortex-M3嵌入式平臺的樓宇溫度場測試系統(tǒng)D.東華大學(xué),2001.14顧立君.NPORT5610串口服務(wù)器在音頻調(diào)度系統(tǒng)中的應(yīng)用J.信息與電腦,2001,03 (12):77-78.15張明琦.基于89S52單片機的PZT極化用電阻爐溫控系統(tǒng)設(shè)計J.安徽