基于PLC控制的太陽能恒溫養蝎箱的設計及應用

南陽農業職業學院 ■ 萬玉吉 楊東福 張揚

0 引言

蝎子的經濟價值較高，但所需的生長溫度也較高。實驗證明，蝎子的最佳生長溫度在34～36 ℃之間。如果僅靠自然溫度養殖，由于春、秋季溫度太低，需3年才能育成，養殖周期太長，不劃算；如果把春、秋兩季的太陽能充分利用起來，再加上夏天2～3個月的高溫時間，1年之內就能育成，可大大縮短養殖周期，進而使經濟效益大幅提高。本文將介紹太陽能恒溫養蝎箱的設計及應用過程。

1 設計原理

1.1 春、秋兩季的設計思路

1.1.1 春、秋兩季溫度變化分析

春、秋兩季的白天與晚上、晴天與陰天溫度變化較大。白天晴朗，自然溫度在15 ℃以上時，在太陽光的照射下，溫箱加蓋塑料保溫膜后，箱內溫度可達35 ℃以上。而長時間保溫，箱內溫度會更高，這就需箱蓋能自動打開或自動蓋上，才能保持箱內恒溫在35 ℃；陰天與晚上，自然溫度在10～20 ℃，即使溫箱加蓋塑料保溫膜，箱內溫度也不會達到35 ℃，這就需另外補充熱量。

1.1.2 系統構思

春、秋兩季，白天晴朗時，利用太陽能加熱；陰天與晚上時，利用電熱絲加熱，再加上兩者的轉換控制，就需三路自動控制電路，如圖1所示。

圖1 系統構思方框圖

1.1.3 白天晴朗時的設計思路

白天晴朗時，首先由感溫盒內的傳感器接收太陽能的照射，由光電轉換開關把太陽能轉化成開關信號，輸入PLC，利用PLC內部電路的作用，使裝置工作處于光加熱狀態。

光加熱狀態時，光控恒溫開關動作，首先控制電機正轉，箱蓋自動打開，太陽光通過塑料保溫膜照射到箱內，利用太陽光對箱內加熱。當箱內溫度升高到設定溫度35 ℃時，光控恒溫開關又動作，這時PLC控制電機反轉，讓箱蓋自動蓋上，防止太陽光繼續照射。一段時間后，箱內溫度下降到35 ℃以下，光控恒溫開關又動作，使箱蓋自動打開，讓太陽光再照射到箱內。如此循環往復，使箱內溫度保持在35 ℃恒溫，實現光加熱時的恒溫控制。

1.1.4 陰天與晚上時的設計思路

陰天和晚上時，箱內溫度低于35 ℃，箱蓋會自動蓋好，光電轉換開關使PLC工作在電加熱狀態。

電加熱狀態時，電控恒溫開關動作，首先通電加熱。當箱內溫度升高到設定溫度35 ℃，電控恒溫開關動作，停止加熱。一段時間后，箱內溫度下降到35 ℃以下，電控恒溫開關又動作，繼續加熱。如此循環往復，使箱內溫度保持在35 ℃恒溫，實現電加熱時的恒溫控制。

當然，太陽能恒溫控制優先于電能恒溫控制，兩者的順序控制部分由PLC內部電路完成。

1.2 夏天時的設計思路

夏天自然溫度較高，完全能滿足蝎子的生長需要，不需電加熱和光加熱，必要時還需降溫。

2 應用過程

2.1 箱體的設計

1)箱體由 1000 mm × 1500 mm × 450 mm 的泡沫板粘合而成，泡沫板厚40 mm。箱體與水平成傾斜安裝，盡量讓光線垂直表面，以利于吸收光線。為了提高箱體的強度，泡沫板表面可粘一層較硬材料以防止表面被劃傷，如圖2所示。

圖2 箱體結構圖

2)塑料膜要選用透明度較好、有一定強度的專用太陽膜。為了方便檢查箱內，塑料膜的安裝要簡便易行，方便打開。

3) 卷簾由竹席與棉被復合而成，竹席在上、棉被在下，兩者縫成一體。卷簾上端固定，下端在拉線的作用下可自由卷起，拉線放松時，利用重力的作用卷簾可自動向下展開。為了防止下雨，可在竹席上方與棉被下方分別粘上塑料紙。

4) 拉線的上端繞在電機的皮帶輪上，通過電機的正、反轉可實現卷簾的自動動作。

5) 進氣孔要靠近箱體底部，出氣孔要靠近箱體上部，這樣才能保證空氣的自然流通，使箱內一直保有新鮮空氣。

6) 感溫盒就是一個由泡沫板制作的小盒子，用透明的塑料保溫膜封口，內部安裝溫度傳感器探頭，可隨時“感受”太陽光(或溫度)的強弱，由光電轉換開頭把光(或溫度)信號轉換成電信號，“通知”PLC進入光加熱狀態。

7) 使用交流同步電機，220 V/20 W，15 r/min。

8) 電熱絲可用220 V/70 W或100 W電熱毯專用電熱絲，強度高、絕緣好、安全可靠。

恒溫養殖箱的箱體效果如圖3所示。

圖3 箱體效果圖

2.2 春秋兩季時PLC恒溫控制

圖4為PLC的輸入/輸出接線圖，圖5為PLC的梯形圖。

圖4 PLC輸入/輸出接線圖

圖5 PLC梯形圖

2.2.1 光照時的PLC恒溫控制

上午(太陽出來)光線變強時，感溫盒內受光照作用，溫度升高到35 ℃以上時，光電轉換開關S0閉合，使PLC的輸入繼電器X0閉合，中間繼電器M0得電，M0的各觸點改變狀態。

M0的各觸點改變狀態后，進入光加熱狀態。首先PLC的輸出繼電器Y0得電，使電機正轉，卷簾慢慢卷起(卷簾的卷動時間由T1決定)，卷簾卷動結束后，Y0復位。之后，便由太陽光通過塑料膜對箱內加熱。當箱內溫度升高到35 ℃時，箱內光控恒溫開關動作，其常開接點S1閉合，使PLC內的輸入繼電器X1改變狀態，中間繼電器M1各觸點改變狀態，使輸出繼電器Y1得電，電機反轉，卷簾慢慢展開(卷簾展開時間由T2決定)，卷簾展開結束后，Y1復位。之后，由卷簾覆蓋保溫。當箱體內溫度低于35 ℃時，箱內光控恒溫開關S1復位，又使X1復位，卷簾又卷起，讓太陽光再次對箱內加熱。依次循環，太陽光使箱內保持35 ℃恒溫。

2.2.2 電加熱時的PLC恒溫控制

下午(包括陰天與晚上)光線變暗時，感溫盒內溫度低于35 ℃時，光電轉換開關S0斷開，輸入繼電器X0斷開，中間繼電器M0復位，光加熱失去作用，自動變為電加熱狀態。

電加熱狀態時，箱內電控恒溫開關動作，S2閉合，PLC內輸入繼電器X2閉合，使輸出繼電器Y2得電，進行電加熱。當箱內溫度達到35 ℃時，S2自動斷開，輸出繼電器Y2失電，停止加熱；當箱內溫度低于35 ℃時，S2又閉合，重新加熱。依次循環往復，使箱內保持35 ℃恒溫。

2.3 夏天的控制

由于夏天溫度完全能滿足蝎子的生長需要，為此，可省去光加熱和電加熱，拆去塑料保溫膜和卷簾。為防止太陽光直射時溫度太高，可把養殖箱移至室內，靠自然溫度養殖即可。

3 結束語

太陽能恒溫養蝎箱的設計及制作可大幅降低投資成本，通過對太陽能的利用，可大幅降低運行成本，且綠色環保，使經濟效益大幅提高。由于該設計省去了行程開關，采用PLC內部的時間繼電器與置位/復位指令的配合，使電路的工作更加經濟可靠。