淺析PLC雞舍恒溫控制系統(tǒng)中的問題及解決辦法

摘 要：PLC應(yīng)用深廣，家禽養(yǎng)殖也正在趨于企業(yè)化，集中化，現(xiàn)代化。將PLC應(yīng)用于家禽養(yǎng)殖中的一種嘗試，體現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中針對PLC的需求特性。溫度對家禽的養(yǎng)殖及其重要，文章通過PLC主要模擬實現(xiàn)對雞舍溫度的自動控制，介紹模擬控制過程和遇到的一些問題及其處理方法。

關(guān)鍵詞：PLC；雞舍；恒溫

1 設(shè)計原理與控制要求

1.1 設(shè)計原理

在現(xiàn)代雞舍中，由于集成化，高密度飼養(yǎng)，在高溫天氣降溫設(shè)備必不可少，目前市場常用的有這幾種降溫設(shè)備，比較常見的就是室內(nèi)噴霧降溫系統(tǒng)和水簾降溫系統(tǒng)，因為必須保證霧滴大小，考慮是否引起呼吸系統(tǒng)的問題以造成墊料和雞群羽毛潮濕，所以噴霧控制在管理操作上比較困難，因此本系統(tǒng)是使用的水簾降溫系統(tǒng)，其具有降溫效果好，管理方便的優(yōu)勢。

1.2 控制要求

系統(tǒng)中有8臺風(fēng)機，分為5組，1#，2#號風(fēng)機為第一組，3#，4#號風(fēng)機為第二組，4#，5#號風(fēng)機為第三組，6#，7#號風(fēng)機為第四組，8#風(fēng)機為第五組。PLC根據(jù)傳感器采集的溫度T經(jīng)過模擬量模塊控制風(fēng)機和濕簾水泵的啟動。

（1）雞舍溫度T≤20℃時，第一組風(fēng)機啟動。

（2）雞舍溫度在20℃

（3）雞舍溫度在30℃

（4）雞舍溫度在40℃

（5）雞舍溫度在T>50℃時，第一組，第二組，第三組，第四組，第五組風(fēng)機啟動，并且濕簾水泵啟動，濕簾配合降溫。

（6）按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始啟動運行，按下停止按鈕系統(tǒng)停止運行。

2 系統(tǒng)設(shè)計中的問題與解決辦法

2.1 CPU的問題與對策

本系統(tǒng)采用德國西門子S7-200 PLC，S7-200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等類型，在同類型的CPU中，I/0口的供電方式有直流24V和交流220V兩種，本系統(tǒng)采用的是S7-200 CPU226 DC/DC/DC。這類CPU在使用中存在以下幾個問題：

2.1.1 I/O接口如何接線

226系列CPU的I/O端子排可很容易地整體拆卸，用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內(nèi)部集成特殊功能，可適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)，每個類型的CPU都有不同的I/O口電源類型供電，PLC的I/0口的電源供電接線尤其重要，接線錯誤可導(dǎo)致嚴(yán)重?zé)龤PU等后果。CPU 226 CN DC/DC/DC，PLC的供電是由實驗室的輸入市電/輸出24VDC的開關(guān)電源完成的，其中給I/O口的供電方式是L+→1L+、2L+，M-→1M、2M。輸入端分別把按鈕一端接入接線端子，另一端接入L+端，可選擇I0.0，I0.1端；輸出端一端將接觸器線圈接入輸出端子，另一端接M端，可選擇Q0.0-Q0.5端。

2.1.2 如何用DC類CPU驅(qū)動交流接觸器

DC/DC/DC指的是24VDC電源/24VDC輸入/24VDC輸出，AC/DC/繼電器指的是100～230VAC電源/24VDC輸入/繼電器輸出，而現(xiàn)場使用的是交流接觸器，導(dǎo)致接觸器無法正常吸合。于是我們利用24VDC的直流接觸器來驅(qū)動交流線圈，在本次改動的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)接觸器線圈吸合后容易脫落，甚至出現(xiàn)無規(guī)律抖動現(xiàn)象，經(jīng)過反復(fù)檢查發(fā)現(xiàn)是接觸器線圈為380VAC驅(qū)動電壓，而市電為220VAC，從而出現(xiàn)異常。經(jīng)過改進(jìn)，我們決定用實驗室的另一組交流接觸器CJX2-2510-220VAC，利用其主觸頭完成對三相異步電機的得電控制。

2.2 采集與擴展模塊的問題與對策

在溫度控制系統(tǒng)中，我們使用傳感器將檢測到的溫度轉(zhuǎn)換成4-20mA或者0-10V的電流電壓信號，然后使用模擬量的輸入模塊把電流電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再送入PLC中進(jìn)行處理，其原理圖如圖1所示。

2.2.1采集模塊如何實現(xiàn)溫度、電勢對應(yīng)關(guān)系

利用現(xiàn)場現(xiàn)有條件，我們使用的是 YL-3000型傳感器與測控技術(shù)綜合實驗臺，實驗臺配置的是標(biāo)準(zhǔn)K型熱電偶，其熱電勢與溫度的關(guān)系、應(yīng)答誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表，具有線性度好，熱電動勢較大，穩(wěn)定性和均勻性較好等特點。

為了達(dá)到控制要求我們將K型熱電偶的范圍調(diào)整到適合分度表的溫度范圍，在實驗過程中，K型熱電偶采集的溫度值，A/D轉(zhuǎn)換后，數(shù)據(jù)時而跳動的幅度比較大，使接觸器觸點劇烈振動，原因是采集的溫度在兩個區(qū)間之間切換?？梢杂脼V波的方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，消除干擾。

2.2.2 擴展模塊的DIP如何設(shè)置

226CPU沒有模擬量轉(zhuǎn)換模塊，因此在這個項目里我們選擇西門子的EM235模擬量輸入/輸出擴展模塊。EM235模塊具有4路模擬量輸入/一路模擬量的輸出，它允許S7-200連接微小的模擬量信號，±50mV或者0-20mA的范圍。這類擴展模塊在使用中DIP的設(shè)置是比較關(guān)鍵的問題，用戶必須用DIP開關(guān)可用來選擇熱電偶的類型、斷線檢查、測量單位、冷端補償和開路故障方向，因此DIP的設(shè)置與模擬量輸入范圍和分辨率息息相關(guān)，由于系統(tǒng)使用的其分為單極性和雙極型兩種，恒溫控制風(fēng)機根據(jù)要求可以看到是風(fēng)機控制大部分與0度以上的溫度相關(guān)，因此完全可以使用單極性控制，根據(jù)傳感器的分度表及實際要求，再根據(jù)表1將撥碼開關(guān)撥為“100001”檔

2.2.3 擴展模塊如何與傳感器模塊相接

本項目采用的是電壓信號，EM235的四路輸入通道從左到右分別為A+與A-，B+與B-，C+與C-，D+與D-；在PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)區(qū)域?qū)ぶ贩绞綖锳IW3，AIW2，AIW1，AIW0，實驗所用到的地址是AIW0，對應(yīng)的是線路對D+和D-進(jìn)行接線，因此按正、負(fù)極直接接入D+和D-，其它未選用的通道短接。若編址與接線端口不匹配將會造成無法讀取現(xiàn)場信號的錯誤。

3 軟件設(shè)計中的問題與對策

傳感器能把0-100℃的溫度轉(zhuǎn)化為0-10V的標(biāo)準(zhǔn)電信號，然后將轉(zhuǎn)化后的電信號輸入到EM235模塊，進(jìn)行模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換，數(shù)字量對應(yīng)的數(shù)值范圍為0-32000，模擬量對應(yīng)的范圍為0-10V，他們對應(yīng)成線性關(guān)系，在實驗轉(zhuǎn)換的過程中進(jìn)入PLC的數(shù)字量中有干擾，為了消除干擾，要對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，本實驗采用的編程軟件濾波，選擇了較小的采樣數(shù)和死去值加快響應(yīng)速度。

硬件接線中接入了D+與D-，所以在軟件編制中選用地址AIW0，它是一個是字型數(shù)據(jù)，為提高數(shù)據(jù)的精確度，將運算中的常量，變量轉(zhuǎn)換為實數(shù)，使輸出的溫度是個浮點型數(shù)據(jù)。然后運用比較指令，對溫度區(qū)間進(jìn)行劃分，在不同的區(qū)間范圍內(nèi)，借用線圈輸出指令控制PLC的輸出，最后實現(xiàn)了對溫度的控制，其中模擬量處理公式：T=AIW0/32000.0*100.0。

4 結(jié)束語

該項目設(shè)計了基于PLC的雞舍恒溫控制系統(tǒng)，針對雞舍溫度高于正常設(shè)定溫度可自動對雞舍溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且對于在設(shè)計中出現(xiàn)的一些常見問題給予了解決的方法，在CPU、擴展模塊、采集模塊、梯形圖編程、類似的實踐項目，不僅在一定程度上鞏固了學(xué)生的專業(yè)理論知識，增強了學(xué)生對社會對本專業(yè)需求的認(rèn)知能力；同時，有針對性地選取和儲備后備人才，通過學(xué)校和用人單位的合作，發(fā)揮了雙向共贏作用。

參考文獻(xiàn)

[1]商高平，馬伯淵.PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線在反滲透水處理中的應(yīng)用[J].微計算機信息，2006，2，1：56-58.

[2]莊淵昭.實用智能窗簾機的設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2008（4）：181-183.

[3]SIEMENS.SIMATIC S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊[Z].2000.

[4]施海東，于文天，孫海東.如何做好雞舍溫度控制[J].中國畜牧雜志，2011（14）.

[5]徐志紅.PLC的選型問題[J].科技信息（學(xué)術(shù)研究），2006（6）.

[6]張明春，肖艷紅.熱電偶測溫原理及應(yīng)用[J].攀枝花科技與信息，2009（3）.

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。