基于西門子LOGO!的水族箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃桂萍 唐張維 賴振達(dá) 吳素華

摘? ?要：以西門子LOGO！控制器為控制核心的水族箱控制系統(tǒng)具有自動投食、自動換水等功能，同時對液位檢測、溫度及水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并具備通信功能，能夠與觸摸屏、Web Server、手機(jī)APP等組建局域網(wǎng)絡(luò)，該系統(tǒng)設(shè)有HMI，可方便進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及對水環(huán)境數(shù)據(jù)的查詢與監(jiān)控，使得整個系統(tǒng)更加自動化、集成化。文章對此進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：LOGO！;人機(jī)接口;網(wǎng)頁服務(wù)器;手機(jī)軟件

1? ? 新型水族箱提出背景

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的大幅提高，人們的消費(fèi)觀念逐漸發(fā)生變化，觀賞魚水族箱這個舶來品也開始走進(jìn)人們的生活當(dāng)中。隨著人們消費(fèi)檔次與水平的提高，生活環(huán)境更加個性化，與之相關(guān)的休閑、居家裝飾行業(yè)相應(yīng)地不斷蓬勃發(fā)展。家用水族產(chǎn)業(yè)規(guī)模的年增長率達(dá)到13.8%，且有逐年遞增的趨勢，五花八門的水族箱也隨之映入人們的眼簾。但是這些傳統(tǒng)的水族箱都普遍功能單一[1-2]，水溫、照明、排水及充氧等控制器都較普通，并且種類繁多，功能不統(tǒng)一，用戶使用時需投入較高費(fèi)用，安裝繁瑣，使用復(fù)雜，無法提高整體性能，且大多都是非智能化的控制器[3]，需要人們投入大量精力去管理水族箱，它們的價格有的較貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性能不穩(wěn)定，容易損壞。隨著人工智能的高速發(fā)展，本文提出了一款以西門子LOGO！控制器為控制核心的新型水族箱[4-5]，采用西門子LOGO！來控制電磁閥、水泵、加熱器、增氧泵、燈光，并通過溫度傳感器、液位傳感器實(shí)時反饋水族箱里的信息，從而實(shí)現(xiàn)智能控制[6-7]，其控制系統(tǒng)具有自動化程序高、通信功能強(qiáng)、節(jié)能環(huán)保3大優(yōu)點(diǎn)。

2? ? 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

水族箱控制系統(tǒng)由24 V/5 V開關(guān)電源提供所有電力能源，以西門子LOGO！24RCE為核心控制器，液位傳感器、溫度傳感器、pH檢測傳感器作為數(shù)據(jù)采集器采集關(guān)鍵參數(shù)，并通過觸摸屏、Web Server功能、手機(jī)APP來實(shí)時監(jiān)控水族箱內(nèi)各執(zhí)行部件，如電磁閥、循環(huán)泵、加熱器、增氧泵、燈光等。該控制系統(tǒng)具有手動控制及自動控制兩種控制方式。自動控制方式下，該控制系統(tǒng)具有水溫自動調(diào)控、自動內(nèi)循環(huán)過濾、自動投食、燈光智能調(diào)節(jié)及自動增氧等功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3? ? 硬件設(shè)計(jì)

3.1? 投食器的設(shè)計(jì)

投食器由5 V減速電機(jī)、V形漏斗、管道、螺旋桿構(gòu)成，將裝有飼料的V形漏斗的下料口連接至管道，螺旋桿直徑略小于管道直徑，通過減速電機(jī)帶動螺旋桿，漏斗中的飼料流入管道，再由螺旋桿往管道的另一端推出。

3.2? 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)中，控制器是整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，因此選擇合適的控制器非常重要。若采用單片機(jī)作為核心控制器，功能實(shí)現(xiàn)上基本沒問題，但開發(fā)周期長，且擴(kuò)展能力不及LOGO！和PLC[8]。運(yùn)用PLC，LOGO！不僅編程簡單、功能齊全，工作穩(wěn)定、可靠，維護(hù)方便，且二次開發(fā)周期短，因此，不考慮使用單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。雖然PLC功能強(qiáng)大，但相對于LOGO！價位較高，而LOGO！ 24RCE控制器自帶4個模擬量輸入和Web Server功能，已能滿足系統(tǒng)所需的控制和通信需求，因此，這里選用物美價廉的LOGO！ 控制器。

4? ? 軟件設(shè)計(jì)

4.1? 建立局域網(wǎng)通信

為了能讓觸摸屏、LOGO！、個人電腦相互之間進(jìn)行通信，必須將其建立在同個局域網(wǎng)中，因此需要通過Wincc flexible SMART V3軟件對觸摸屏的IP地址進(jìn)行設(shè)置、通過LOGO！ Soft Comfort V8軟件對LOGO！ CPU，個人電腦以及路由器進(jìn)行IP地址設(shè)置，將它們的IP地址設(shè)置在同個網(wǎng)段當(dāng)中。

4.2? Web? Server功能實(shí)現(xiàn)

4.2.1? PC端Web? Server功能

西門子LOGO！ 24RCE的主機(jī)模塊中新添了Web Server功能，借助集成的Web Server，LOGO！可以通過局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)方便地進(jìn)行監(jiān)測和控制。Web Server全面支持個人電腦、智能手機(jī)和平板電腦上的商用瀏覽器，如：Chrome， FireFox，Internet Explore和Opera，無論是什么操作系統(tǒng)，只要帶有邏輯模塊視圖和外部文本的網(wǎng)頁，都可以瞬間顯示，且無需用戶掌握任何關(guān)于HTML編程的知識，改善了對LOGO！ 的控制方式，也有效地提高了用戶工作效率。

將個人電腦接入系統(tǒng)局域網(wǎng)中，打開個人電腦端瀏覽器并在地址欄中輸入LOGO！，當(dāng)前IP地址就能進(jìn)入LOGO！ Web Server界面。在LOGO！系統(tǒng)界面顯示了設(shè)備系列、設(shè)備類型、固件版本、IP地址、狀態(tài)信息，用戶可清楚地知道當(dāng)前LOGO！狀態(tài)，LOGO！變量設(shè)置界面可以添加8個變量，可通過修改變量實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制系統(tǒng)狀態(tài)。

4.2.2? 手機(jī)端Web? Server

智能移動設(shè)備端需要下載LOGO！ APP軟件，并將設(shè)備接入系統(tǒng)局域網(wǎng)中，打開下載的APP，填寫LOGO！相應(yīng)信息就可進(jìn)入LOGO！控制界面，或者在瀏覽器地址欄輸入LOGO！當(dāng)前IP地址也能進(jìn)行對LOGO！實(shí)時監(jiān)控與控制。與PC端相比它更加方便，不僅能與PC端一樣對控制變量、使用LOGO！ TD文本控制，還能建立新UI、對變量進(jìn)行曲線監(jiān)控和記錄。

4.3? 人機(jī)界面程序設(shè)計(jì)

觸摸屏首頁分為實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)控水族箱信息、此時設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、功能設(shè)置選擇3個部分。實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)控有兩個，當(dāng)前檢測信息值以及根據(jù)用戶設(shè)置的pH范圍來判定當(dāng)前水質(zhì)是否符合用戶要求;設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控包括水族箱所有功能，加熱、水循環(huán)、投食、燈光、換水、增氧;功能設(shè)置選擇包括用戶管理水族箱的參數(shù)設(shè)置、手動模式。

參數(shù)設(shè)置功能包括水溫、水循環(huán)的啟停間隔時間、燈光照明時段、投食檔位控制與投食周期、pH范圍的設(shè)置、增氧泵工作啟停間隔時間設(shè)置。在飼養(yǎng)水族生物時只需了解其生活習(xí)性，對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置就可以做到無人值守養(yǎng)護(hù)了。

進(jìn)入手動界面后自動功能將斷開，用戶可自行對出水、進(jìn)水、水循環(huán)、加熱、投食、燈光、增氧進(jìn)行單獨(dú)控制，調(diào)試器件工作狀態(tài)是否正常時可使用手動功能。

5? ? 結(jié)語

本文闡述了基于西門子LOGO！控制器的水族箱的設(shè)計(jì)，其具有自動投食、自動換水等功能，同時對液位檢測、溫度及水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并具備通信功能。本團(tuán)隊(duì)制作了樣機(jī)，通過測試運(yùn)行，系統(tǒng)功能符合設(shè)計(jì)的要求，控制效果良好，穩(wěn)定性可靠，有較強(qiáng)的實(shí)用性，對后續(xù)智能水族箱控制系統(tǒng)的研究在理論和實(shí)踐上都有較高的參考價值。

[參考文獻(xiàn)]

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[8]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2013.