基于三菱FX5U PLC的光伏寵物自動(dòng)喂食機(jī)的設(shè)計(jì)

馮冬雷,黃一清

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘇州分院 蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校,江蘇 蘇州 215009)

寵物飼養(yǎng)喂食是當(dāng)下需要解決的問題,而傳統(tǒng)的寵物喂養(yǎng)方式過于依賴人力,耗費(fèi)時(shí)間,且不能依據(jù)寵物的身體狀態(tài)及環(huán)境因素進(jìn)行合理投喂,缺乏靈活性[1]。針對(duì)此問題設(shè)計(jì)了光伏寵物自動(dòng)喂食機(jī),以滿足新能源供電、低功耗、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高可靠性的要求。其主要由光伏組件、蓄電池、光伏控制器、光照度傳感器、溫濕度傳感器、中間繼電器、三菱PLC、無線透?jìng)鱈ora模塊及電磁閥等部分組成。利用PLC可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)與手動(dòng)喂食兩種模式。系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 光伏寵物自動(dòng)喂食機(jī)系統(tǒng)

1 系統(tǒng)模塊選型

1.1 主控模塊PLC選型

PLC(Programmable Logic Controller)基本單元由中央處理器(CPU)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、輸入/輸出端口、梯形圖編程器、SFC梯形圖編程器、功能塊編程器及電源模塊組成,基本單元中各模塊間通過交直流電源總線、程序控制總線、設(shè)備地址總線及數(shù)據(jù)通信總線連接,外部則根據(jù)PLC應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)控制要求配置相應(yīng)的設(shè)備及控制裝置。此款PLC自帶以太網(wǎng)、MUDBUS通信接口,無需再增加通信模塊及相關(guān)的擴(kuò)展模塊。該系統(tǒng)選擇了三菱5U系列PLC[2]。

1.2 無線透?jìng)髂K選型

LORA通信技術(shù)的特點(diǎn)是靈敏度高、傳輸距離遠(yuǎn)、工作功耗低、組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)多等,主要應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)行業(yè),如無線抄表(電表/水表)、工業(yè)自動(dòng)控制、環(huán)境及環(huán)保監(jiān)測(cè)等[3]。此系統(tǒng)選擇F8L10T工業(yè)級(jí)LROA終端,可進(jìn)行RS232與RS485兩種通信連接方式,采用RS485通信連接方式。

1.3 溫濕度模塊選型

溫濕度模塊選用AW1485B型溫濕度傳感器,可以完成環(huán)境參數(shù)溫度及濕度數(shù)據(jù)的采集,抗干擾能力強(qiáng),測(cè)量精度高,測(cè)量范圍寬,采用RS485信號(hào)輸出及標(biāo)準(zhǔn)MODBUS-RTU通信協(xié)議,符合通信電路設(shè)計(jì)要求[4]。

1.4 光照度模塊選型

光照度模塊選用HYDZ-GZD2型光照度傳感器,量程0～20 000 Lux,配合高精度線性放大電路,具有較高的靈敏度。采用RS485信號(hào)輸出及標(biāo)準(zhǔn) MODBUS-RTU 通信協(xié)議,符合通信電路設(shè)計(jì)要求[4]。

1.5 電磁閥執(zhí)行器選型

電磁閥選用工業(yè)系統(tǒng)中的電磁控制器件,其原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象,包括常用的單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調(diào)節(jié)閥等[5]。電磁閥通常應(yīng)用于液壓及氣動(dòng)控制系統(tǒng)中,對(duì)控制系統(tǒng)中管路中介質(zhì)的流速、流量、流向等參數(shù)進(jìn)行控制,主要結(jié)構(gòu)由彈簧、線圈、閥座、閥芯、密封圈、出氣口、進(jìn)氣口等組成。電磁線圈通電時(shí)產(chǎn)生電磁力,閥芯從閥座上被提起,彈簧被壓縮,此時(shí)閥門打開。電磁線圈斷電時(shí),電磁線圈電磁力消失,彈簧恢復(fù)把閥芯推回閥座上,閥門敞開。電磁閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且工作穩(wěn)定,選用的是線圈DC24V控制的電磁閥。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 電源線路設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)由光伏新能源模塊提供系統(tǒng)工作電源,采用新型發(fā)電系統(tǒng)中的離網(wǎng)直流發(fā)電結(jié)構(gòu),包括光伏組件、光伏控制器、蓄電池及逆變器等相關(guān)功能器件,為后續(xù)控制模塊、傳感器模塊及執(zhí)行模塊提供電源。光伏寵物自動(dòng)喂食機(jī)系統(tǒng)電路如圖2所示。

圖2 電源線路設(shè)計(jì)

2.2 通信線路設(shè)計(jì)

通信模塊主要由光照度傳感器、溫濕度傳感器、LORA模塊組成,其工作電壓由電源模塊提供。將光照度傳感器、溫濕度傳感器的A和B端口分別接入LORA模塊的6和7端口中,使其與另一個(gè)LORA模塊進(jìn)行無線透?jìng)鳌⒘硪粋€(gè)LORA模塊的6和7端口接入485換232轉(zhuǎn)接頭接入電腦,完成力控通信。通信接線如圖3所示。

圖3 通信線路設(shè)計(jì)

2.3 控制模塊線路設(shè)計(jì)

控制部分采用切換開關(guān)SB1及手動(dòng)開關(guān)SB2來控制電磁閥運(yùn)動(dòng)。PLC I/O口分配如表1所示。

表1 PLCI/O端口分配功能

PLC控制接線如圖4所示。

圖4 PLC控制線路接線

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 基本思路

手動(dòng)狀態(tài):當(dāng)切換空開為關(guān)閉時(shí),啟動(dòng)手動(dòng)空開,打開電磁閥,反之則關(guān)閉。

自動(dòng)狀態(tài):當(dāng)切換空開為開啟時(shí),以1 h為周期,每小時(shí)打開5 s電磁閥。

條件狀態(tài):當(dāng)切換開關(guān)為開啟時(shí),溫度達(dá)到且高于指定溫度,打開5 s電磁閥,20 min后進(jìn)行判斷。若溫度高于指定溫度,則繼續(xù)以20 min為周期投放5 s,反之繼續(xù)以1 h為周期投放5 s。

3.2 PLC程序設(shè)計(jì)

光伏寵物自動(dòng)喂食機(jī)系統(tǒng)PLC部分程序設(shè)計(jì)如圖5[6-9]。

圖5 PLC部分程序設(shè)計(jì)

3.3 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

選用力控組態(tài)軟件進(jìn)行上位機(jī)相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn),主要實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)操作及監(jiān)控兩方面功能。

系統(tǒng)登錄界面設(shè)計(jì)包括賬號(hào)、密碼登錄功能,當(dāng)賬號(hào)及密碼輸入錯(cuò)誤次數(shù)超過3次時(shí)將鎖定賬號(hào)。

if #TextControl.Text==“admin”then

if #TextControl1.text==“123456” then

Display(“切換界面”);

Display(“介紹”);

else

MsgBox(“賬號(hào)或密碼錯(cuò)誤!”);

endif

else

MsgBox(“賬號(hào)或密碼錯(cuò)誤!”);

endif

功能界面設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)介紹界面、原理圖界面、操作界面及監(jiān)控界面4個(gè)部分。

4 系統(tǒng)整體調(diào)試

軟件調(diào)試主要是程序調(diào)試。硬件圖設(shè)計(jì)好后向PLC內(nèi)輸入程序進(jìn)行仿真,根據(jù)仿真結(jié)果來判定程序的正確與否,從而達(dá)到調(diào)試的目的。經(jīng)調(diào)試程序,軟件均正常運(yùn)行,通信正常。系統(tǒng)安裝后進(jìn)行硬件及軟件調(diào)試,可實(shí)現(xiàn)基于PLC與力控組態(tài)的光伏寵物自動(dòng)投喂,包括自動(dòng)及手動(dòng)兩種投喂模式,解決了寵物飼養(yǎng)問題。