淺析PLC雞舍恒溫控制系統(tǒng)中的問(wèn)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(duì)PLC的需求特性。溫度對(duì)家禽的養(yǎng)殖及其重要，文章通過(guò)PLC主要模擬實(shí)現(xiàn)對(duì)雞舍溫度的自動(dòng)控制，介紹模擬控制過(guò)程和遇到的一些問(wèn)題及其處理方法。

關(guān)鍵詞：PLC；雞舍；恒溫

1 設(shè)計(jì)原理與控制要求

1.1 設(shè)計(jì)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(chǎng)常用的有這幾種降溫設(shè)備，比較常見(jiàn)的就是室內(nèi)噴霧降溫系統(tǒng)和水簾降溫系統(tǒng)，因?yàn)楸仨毐ＷC霧滴大小，考慮是否引起呼吸系統(tǒng)的問(wèn)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(shì)。

1.2 控制要求

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

（1）雞舍溫度T≤20℃時(shí)，第一組風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。

（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(shí)，第一組，第二組，第三組，第四組，第五組風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，并且濕簾水泵啟動(dòng)，濕簾配合降溫。

（6）按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始啟動(dòng)運(yùn)行，按下停止按鈕系統(tǒng)停止運(yùn)行。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題與解決辦法

2.1 CPU的問(wèn)題與對(duì)策

本系統(tǒng)采用德國(guó)西門(mén)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(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)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(gè)問(wèn)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(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)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(gè)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(cuò)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(shí)驗(yàn)室的輸入市電/輸出24VDC的開(kāi)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(dòng)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(chǎng)使用的是交流接觸器，導(dǎo)致接觸器無(wú)法正常吸合。于是我們利用24VDC的直流接觸器來(lái)驅(qū)動(dòng)交流線圈，在本次改動(dòng)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(wú)規(guī)律抖動(dòng)現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)反復(fù)檢查發(fā)現(xiàn)是接觸器線圈為380VAC驅(qū)動(dòng)電壓，而市電為220VAC，從而出現(xiàn)異常。經(jīng)過(guò)改進(jìn)，我們決定用實(shí)驗(yàn)室的另一組交流接觸器CJX2-2510-220VAC，利用其主觸頭完成對(duì)三相異步電機(jī)的得電控制。

2.2 采集與擴(kuò)展模塊的問(wèn)題與對(duì)策

在溫度控制系統(tǒng)中，我們使用傳感器將檢測(cè)到的溫度轉(zhuǎn)換成4-20mA或者0-10V的電流電壓信號(hào)，然后使用模擬量的輸入模塊把電流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)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(shí)現(xiàn)溫度、電勢(shì)對(duì)應(yīng)關(guān)系

利用現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有條件，我們使用的是 YL-3000型傳感器與測(cè)控技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)配置的是標(biāo)準(zhǔn)K型熱電偶，其熱電勢(shì)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(dòng)勢(shì)較大，穩(wěn)定性和均勻性較好等特點(diǎn)。

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(shí)驗(yàn)過(guò)程中，K型熱電偶采集的溫度值，A/D轉(zhuǎn)換后，數(shù)據(jù)時(shí)而跳動(dòng)的幅度比較大，使接觸器觸點(diǎn)劇烈振動(dòng)，原因是采集的溫度在兩個(gè)區(qū)間之間切換。可以用濾波的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，消除干擾。

2.2.2 擴(kuò)展模塊的DIP如何設(shè)置

226CPU沒(méi)有模擬量轉(zhuǎn)換模塊，因此在這個(gè)項(xiàng)目里我們選擇西門(mén)子的EM235模擬量輸入/輸出擴(kuò)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(hào)，±50mV或者0-20mA的范圍。這類擴(kuò)展模塊在使用中DIP的設(shè)置是比較關(guān)鍵的問(wèn)題，用戶必須用DIP開(kāi)關(guān)可用來(lái)選擇熱電偶的類型、斷線檢查、測(cè)量單位、冷端補(bǔ)償和開(kāi)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(jī)根據(jù)要求可以看到是風(fēng)機(jī)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(shí)際要求，再根據(jù)表1將撥碼開(kāi)關(guān)撥為“100001”檔

2.2.3 擴(kuò)展模塊如何與傳感器模塊相接

本項(xiàng)目采用的是電壓信號(hào)，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(shí)驗(yàn)所用到的地址是AIW0，對(duì)應(yīng)的是線路對(duì)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(huì)造成無(wú)法讀取現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的錯(cuò)誤。

3 軟件設(shè)計(jì)中的問(wèn)題與對(duì)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(hào)，然后將轉(zhuǎn)化后的電信號(hào)輸入到EM235模塊，進(jìn)行模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換，數(shù)字量對(duì)應(yīng)的數(shù)值范圍為0-32000，模擬量對(duì)應(yīng)的范圍為0-10V，他們對(duì)應(yīng)成線性關(guān)系，在實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)換的過(guò)程中進(jìn)入PLC的數(shù)字量中有干擾，為了消除干擾，要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，本實(shí)驗(yàn)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(gè)是字型數(shù)據(jù)，為提高數(shù)據(jù)的精確度，將運(yùn)算中的常量，變量轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)，使輸出的溫度是個(gè)浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)。然后運(yùn)用比較指令，對(duì)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(shí)現(xiàn)了對(duì)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(yǔ)

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)了基于PLC的雞舍恒溫控制系統(tǒng)，針對(duì)雞舍溫度高于正常設(shè)定溫度可自動(dòng)對(duì)雞舍溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且對(duì)于在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的一些常見(jiàn)問(wèn)題給予了解決的方法，在CPU、擴(kuò)展模塊、采集模塊、梯形圖編程、類似的實(shí)踐項(xiàng)目，不僅在一定程度上鞏固了學(xué)生的專業(yè)理論知識(shí)，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)社會(huì)對(duì)本專業(yè)需求的認(rèn)知能力；同時(shí)，有針對(duì)性地選取和儲(chǔ)備后備人才，通過(guò)學(xué)校和用人單位的合作，發(fā)揮了雙向共贏作用。

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作者簡(jiǎn)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。