軟PLC技術(shù)在海洋館水環(huán)境控制中的應(yīng)用

張 波

摘要:隨著某地海洋館海洋生物種類(lèi)、數(shù)量的增加,展覽館面積不斷擴(kuò)大,游客也相應(yīng)增加,海洋館水環(huán)境的自動(dòng)控制顯得越來(lái)越重要,一方面可以大幅度減少人工作業(yè)量,另一方面可以減少因水環(huán)境不符合海洋生物生活要求而造成的損失。文章論述了設(shè)計(jì)出基于軟PLC技術(shù)的海洋館水環(huán)境控制系統(tǒng),提高了水環(huán)境控制的效率和準(zhǔn)確度,減少了不必要的浪費(fèi)現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞:軟PLC技術(shù);水環(huán)境控制;海洋館

中圖分類(lèi)號(hào):TM57文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)21-0058-02

生物的形態(tài)、習(xí)性和顏色隨深度而變化是很明顯的,只有每一水層中的生物才具有共同的特性。海洋館通常采用將對(duì)環(huán)境要求相似的生物安排在同一個(gè)小館中,并對(duì)它們要求的生存、生活環(huán)境進(jìn)行模擬、控制。要使種類(lèi)繁多的海洋生物能夠在海洋館中健康地生活,必須對(duì)各個(gè)小館區(qū)進(jìn)行智能化控制,以減少人工作業(yè)量,提高海洋館的綜合效益。

一、系統(tǒng)簡(jiǎn)介

海洋生物對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境,如水溫、pH值、鹽分、溶解氧量等依賴(lài)性比較高,必須對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)控。本系統(tǒng)重點(diǎn)對(duì)海洋生物最賴(lài)以生存的水溫進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)控。系統(tǒng)具有三種工作模式:一是當(dāng)水溫在生物生活溫度的閥值內(nèi),系統(tǒng)不進(jìn)行動(dòng)作;二是當(dāng)水溫低于生物生活溫度的閥值時(shí),自動(dòng)開(kāi)啟熱泵,使其以空氣為熱源對(duì)水體進(jìn)行加熱,直至達(dá)到要求的水溫停止加熱動(dòng)作;三是當(dāng)水溫高于生物生活溫度的閥值時(shí),自動(dòng)開(kāi)啟冷泵,使其以空氣為冷源對(duì)水體進(jìn)行制冷,直至達(dá)到要求的水溫停止制冷動(dòng)作。

1.基于PC 平臺(tái)的軟PLC 由于無(wú)需專(zhuān)門(mén)的編程器,因而可以充分利用PC機(jī)的軟硬件資源,直接采用梯形圖或指令語(yǔ)言編程,并具有良好的人機(jī)界面。軟PLC綜合了計(jì)算機(jī)和PLC的開(kāi)關(guān)量控制、模擬量控制、數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)值處理、通信網(wǎng)絡(luò)等功能,通過(guò)一個(gè)多任務(wù)的控制內(nèi)核,提供了強(qiáng)大的指令集、快速而準(zhǔn)確的掃描周期、可靠的操作和可連接的各種I/O系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放結(jié)構(gòu)。因此,系統(tǒng)中我們采用了基于軟PLC的數(shù)控技術(shù),對(duì)水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)與調(diào)控。

2.系統(tǒng)要求。(1)各分場(chǎng)館可以自動(dòng)連續(xù)采集水體信息,控制中心可以遠(yuǎn)程控制各分館監(jiān)測(cè)點(diǎn)的采集動(dòng)作,控制樣本閥,標(biāo)本閥和測(cè)量閥等開(kāi)關(guān)閥門(mén);(2)各分館監(jiān)測(cè)點(diǎn)可以對(duì)水體參數(shù)進(jìn)行分析,本系統(tǒng)重點(diǎn)分析、監(jiān)控水溫基本參數(shù);(3)各分館監(jiān)測(cè)點(diǎn)可以對(duì)采集的基本水體參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ),然后分批分期通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳到中心服務(wù)器,數(shù)據(jù)通信可以采用多種方式;(4)各分館監(jiān)測(cè)點(diǎn)可以通過(guò)對(duì)溫度的監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)對(duì)冷暖泵的控制,以達(dá)到水溫保持在一定的閥值范圍;(5)監(jiān)測(cè)中心接到數(shù)據(jù)后可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)的存檔和數(shù)據(jù)處理,實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)和分析處理結(jié)果,并對(duì)判斷分館發(fā)生重大水體變化事件進(jìn)行報(bào)警啟動(dòng)相應(yīng)處理預(yù)案。

二、水溫控制原理

水溫控制系統(tǒng)首先由溫度傳感器采集水溫度數(shù)據(jù),并將其轉(zhuǎn)換為4～20 mA信號(hào)傳至與控制器聯(lián)接的模擬量模塊中;用戶(hù)在上位機(jī)中設(shè)定所需溫度值,并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送至控制器(CPU224)中。最后CPU224對(duì)溫度采樣值與設(shè)定值進(jìn)行比較,從而判斷水體實(shí)際溫度與用戶(hù)要求的差異。

PLC實(shí)時(shí)采集水體水溫,并與設(shè)定值相比較。當(dāng)水溫與要求值相當(dāng)時(shí),則暖冷水泵均不工作,水溫保持不變;當(dāng)水溫大于設(shè)定值時(shí),PLC發(fā)出指令使冷電磁閥自動(dòng)打開(kāi),冷水泵工作,當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)定值時(shí),冷水泵停止工作;當(dāng)水溫低于設(shè)定值時(shí),PLC發(fā)出指令使暖電磁閥自動(dòng)打開(kāi),暖水泵開(kāi)始工作,當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)定值時(shí),暖水泵停止工作。溫度調(diào)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示:

三、系統(tǒng)組成

系統(tǒng)設(shè)備由主控級(jí)和現(xiàn)地控制層兩部分組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示:

主控級(jí)層計(jì)算機(jī)主要負(fù)責(zé)運(yùn)行測(cè)點(diǎn)定義及限值存儲(chǔ)、各類(lèi)運(yùn)行報(bào)表的生成與儲(chǔ)存、歷史數(shù)據(jù)的生成、系統(tǒng)時(shí)鐘的管理等,同時(shí)兼?zhèn)渫ㄓ嵱?jì)算機(jī)的功能,用于處理各館內(nèi)各水體的監(jiān)控點(diǎn)與中心監(jiān)控系統(tǒng)之間的信息交換。

PLC單元主要負(fù)責(zé)各個(gè)水體的集中運(yùn)行監(jiān)視,通過(guò)溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù),控制和調(diào)節(jié)冷暖泵的工作運(yùn)轉(zhuǎn)等任務(wù),通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向集中控制設(shè)備上報(bào)各種信息和數(shù)據(jù),接受集中控制設(shè)備下發(fā)的各種指令,并能單獨(dú)對(duì)水溫狀態(tài)以聲音和燈光進(jìn)行報(bào)警。該軟PLC系統(tǒng)的硬件平臺(tái)是普通PC,軟件平臺(tái)是Linux操作系統(tǒng),系統(tǒng)的目標(biāo)是滿(mǎn)足基于Linux的數(shù)控系統(tǒng)的需要。PLC控制方案如圖3所示。

該系統(tǒng)的控制過(guò)程是先用PLC開(kāi)發(fā)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)PLC程序,然后由PLC運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)行PLC程序,在運(yùn)行過(guò)程中,PLC運(yùn)行系統(tǒng)通過(guò)I/O接口板輸出現(xiàn)場(chǎng)信號(hào),可直接調(diào)用inb()和outb()讀寫(xiě)I/O板的端口。并將處理后的部分形狀量控制信息輸出到CNC,或是直接通過(guò)串口與硬PLC等通信設(shè)備通信,采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)并經(jīng)處理后,輸出現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)到主控級(jí)層計(jì)算機(jī),并對(duì)超出閥值的水溫進(jìn)行聲光報(bào)警。

四、結(jié)語(yǔ)

基于軟PLC的軟PLC技術(shù)的海洋館水環(huán)境控制系統(tǒng),按照科學(xué)、可靠、適用的原則進(jìn)行設(shè)計(jì),滿(mǎn)足海洋館“無(wú)人值守”的特殊要求,是一項(xiàng)比較成熟的自動(dòng)化控制系統(tǒng),具有一定的參考使用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介:張波,供職于煙臺(tái)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系,研究方向:計(jì)算機(jī)技術(shù)。