基于PLC的飼料供給系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

潘芳偉 張鎮(zhèn) 姜佳成 王鈞益 羅益柯 蔣惠豐

摘 要：選擇PLC作為控制器，通過(guò)觸摸屏和上位機(jī)對(duì)豬舍進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)給料、自動(dòng)供水、糞便自動(dòng)沖洗、以及對(duì)豬舍溫度、濕度、有害氣體濃度進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制，并且能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)豬舍情況的動(dòng)態(tài)掌握和遠(yuǎn)程指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：PLC；無(wú)公害養(yǎng)殖；自動(dòng)化

1 基于PLC的自動(dòng)化管理系統(tǒng)整體控制方案

如圖1所示，本項(xiàng)目選擇臺(tái)達(dá)PLC作為控制器，通過(guò)觸摸屏和上位機(jī)對(duì)豬舍進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)給料、自動(dòng)供水、糞便自動(dòng)沖洗、以及對(duì)豬舍溫度、濕度、有害氣體濃度進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制，并且能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)豬舍情況的動(dòng)態(tài)掌握和遠(yuǎn)程指導(dǎo)。

圖1 整體控制方案

自動(dòng)給料：在豬舍外搭建一個(gè)給料塔，通過(guò)渦輪機(jī)構(gòu)給各個(gè)欄位供料。在給料塔中設(shè)置低位、高位傳感器。當(dāng)飼料總量高于高位傳感器時(shí)，自動(dòng)顯示料塔已滿。當(dāng)飼料總量低于低位傳感器時(shí)，能夠報(bào)警提醒供料。每個(gè)欄位設(shè)有能夠調(diào)節(jié)給料量的料槽。給料塔和各個(gè)欄位的料槽之間通過(guò)渦輪機(jī)構(gòu)傳送飼料。每個(gè)欄位均設(shè)有一個(gè)開(kāi)關(guān)，當(dāng)該欄位有生豬養(yǎng)殖時(shí)，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，料槽與給料塔相互連接，料塔可以給該料槽自動(dòng)供料，如果欄位沒(méi)有養(yǎng)殖生豬時(shí)，關(guān)閉開(kāi)關(guān)，可以斷開(kāi)該料槽與料塔的連接。

糞便自動(dòng)沖洗：目前對(duì)于生豬養(yǎng)殖產(chǎn)生的糞便的方法主要有三種：干清糞、水沖糞、水泡糞。本項(xiàng)目經(jīng)過(guò)比較和調(diào)研決定采用水泡糞的方式。水泡糞工藝方法是在豬舍內(nèi)的排糞溝中注入一定量的水，糞尿、沖洗和飼養(yǎng)管理用水一并排放縫隙地板下的糞溝中，儲(chǔ)存一定時(shí)間后，打開(kāi)出口的閘門(mén)，將溝中糞水排出。此種工藝不能片面理解為在豬舍下方挖個(gè)糞池即可，由于糞便長(zhǎng)時(shí)間在豬舍中停留，形成厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生大量的有害氣體，如H2S（硫化氫），CH4（甲烷）等，惡化舍內(nèi)空氣環(huán)境，危及動(dòng)物和飼養(yǎng)人員的健康。所以，水泡糞環(huán)保處理工藝還必須涉及舍內(nèi)環(huán)境控制。本項(xiàng)目主要對(duì)養(yǎng)殖舍內(nèi)的溫度、H2S（硫化氫），CH4（甲烷）等有害氣體濃度進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)有害氣體達(dá)到一定濃度時(shí)，能夠自動(dòng)打開(kāi)出口的閘門(mén)，將溝中糞水排入CSTR沼氣池內(nèi)。通過(guò)CSTR一體化沼氣池對(duì)畜牧糞便污水進(jìn)行處理：形成“種植業(yè)（飼料）——養(yǎng)殖業(yè)（糞便）——CSTR一體化厭氧技術(shù)沼氣池——種植業(yè)（優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品、飼料）——養(yǎng)殖業(yè)”的生產(chǎn)模式，實(shí)現(xiàn)生豬養(yǎng)殖的無(wú)公害化處理。

豬舍溫度、濕度、有害氣體濃度的監(jiān)控：豬舍中安裝五臺(tái)風(fēng)機(jī)。其中兩臺(tái)用于豬舍的通風(fēng)。該風(fēng)機(jī)可以通過(guò)觸摸屏（及遠(yuǎn)程電腦）設(shè)置通風(fēng)時(shí)間長(zhǎng)短。另外一臺(tái)用于有害氣體的排放。當(dāng)有害氣體（本項(xiàng)目中主要以氨氣濃度為檢測(cè)對(duì)象）濃度高于設(shè)定值時(shí)（該值可以通過(guò)觸摸屏和遠(yuǎn)程電腦進(jìn)行設(shè)置）自動(dòng)打開(kāi)進(jìn)行排氣，當(dāng)濃度低于設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉。最后兩臺(tái)風(fēng)機(jī)以及水簾用于降溫，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)水簾以及風(fēng)機(jī)進(jìn)行降溫。當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)加熱器進(jìn)行升溫。

恒壓系統(tǒng)供水：通過(guò)水泵將水打入水塔中，水塔中裝有壓力傳感器，當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)的壓力值低于一定數(shù)值時(shí)，水泵動(dòng)作。使水塔的液位總保持在一定的高度，通過(guò)該系統(tǒng)為豬舍供水。

報(bào)警：當(dāng)供料系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)、水簾等系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)進(jìn)行報(bào)警；當(dāng)溫度、濕度、有害氣體濃度超出正常范圍值時(shí)能夠進(jìn)行報(bào)警。

遠(yuǎn)程控制：通過(guò)上位機(jī)能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。對(duì)控制系統(tǒng)中各個(gè)風(fēng)機(jī)、水簾、給料電機(jī)、加熱器等各個(gè)控制對(duì)象已經(jīng)工作值均可以通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。通過(guò)上位機(jī)可以大大減少人工進(jìn)入豬舍的次數(shù)，避免交叉感染，提高生豬的質(zhì)量。

網(wǎng)絡(luò)視頻：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)豬舍情況的動(dòng)態(tài)掌握和遠(yuǎn)程指導(dǎo)。

2 飼料供給系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目綜合考慮了水泡糞和干清糞兩者之間的優(yōu)點(diǎn)和確定，采用水泡糞和干清糞結(jié)合的方式，豬舍模型如圖2所示，本項(xiàng)目采用的豬舍模型采用了全新的模式。豬舍上下分成三層：①頂層作為隔熱和通風(fēng)；②為養(yǎng)殖層；③為水泡糞層。②③層之間采用漏糞板。水泡糞層設(shè)計(jì)成斜坡式，便于沖洗。在③中安裝有壓力傳感器，當(dāng)液位沒(méi)有達(dá)到給定要求時(shí)，會(huì)進(jìn)行報(bào)警，并自動(dòng)啟動(dòng)水泵電機(jī)將水位保持在一定高度，使液體表面的薄膜可阻擋部分臭味的揮發(fā)。舍內(nèi)安裝有害氣體濃度傳感器，當(dāng)濃度偏高時(shí)，能夠自動(dòng)打開(kāi)排風(fēng)扇進(jìn)行通風(fēng)。達(dá)到設(shè)定的上限值時(shí)，能夠啟動(dòng)水泵進(jìn)行并打開(kāi)排水閥門(mén)，將溝中糞水排入一體化沼氣池中。由于飼料是較細(xì)小的顆粒，容易在給料塔內(nèi)堆積成塊，造成給料塔下料、送料困難以及輸送的飼料量不均勻。本項(xiàng)目通過(guò)在給料中安裝一種抖料裝置防止飼料結(jié)塊、防止飼料堆積在給料塔頂部，實(shí)現(xiàn)均勻給料。

圖2 養(yǎng)殖舍供料系統(tǒng)模型

參考文獻(xiàn)

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[2]沈越.沼氣技術(shù)在生態(tài)農(nóng)村建設(shè)中的作用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（39）.

[3]潘芳偉.養(yǎng)生麗水養(yǎng)豬行業(yè)生態(tài)循環(huán)建設(shè)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013 （11）.

作者簡(jiǎn)介：指導(dǎo)老師：潘芳偉（1982-），女，漢族，浙江麗水人，碩士研究生，研究方向：電氣控制技術(shù)。

張鎮(zhèn)，男，麗水職業(yè)技術(shù)學(xué)院，機(jī)電一體化專業(yè)，學(xué)生。

姜佳成，男，麗水職業(yè)技術(shù)學(xué)院，機(jī)電一體化專業(yè)，學(xué)生。

王鈞益，男，麗水職業(yè)技術(shù)學(xué)院，機(jī)電一體化專業(yè)，學(xué)生。

羅益柯，男，麗水職業(yè)技術(shù)學(xué)院，機(jī)電一體化專業(yè)，學(xué)生。

蔣惠豐，男，麗水職業(yè)技術(shù)學(xué)院，機(jī)電一體化專業(yè)，學(xué)生。