基于CC-LINK總線控制的多豬舍環境控制設計

李娜 吳燕 陳雨

【摘 要】本控制系統以豬舍環境為研究對象，采用了CC-LINK現場總線、計算機鏈接及組態等技術構建的一個控制系統。首先對豬舍環境的控制系統總體結構及控制思路進行了分析，然后闡述了豬舍環境控制系統的組成和工作原理，繼而提出了控制系統的各組成部分及硬件選配的設計方案，對控制方式進行了設計和程序的編寫，最終達到實時的對豬舍環境的監測與控制。

【關鍵詞】豬舍;CC-LINK現場總線;傳感器;組態軟件

中圖分類號： TP277 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）11-0217-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.11.103

0 引言

隨著現場總線技術的日益發展，現場總線的應用越來越廣泛，以及社會對畜產品的產量及質量要求也越來越高，商品豬的養殖規模不斷擴大，集約化程度也不斷提高，因此管理的難度也就越來越大，這就使得現場總線技術在畜牧養殖業中的應用成為一種趨勢。本文設計的目的是以CC-LINK現場總線控制技術來實現對豬舍的環境狀況的改善和降低飼養員的管理工作量。本文針對大型豬場多豬舍所設計的監控系統實現了豬舍空氣、濕度等環境因素的檢測和智能控制。

1 商品豬養殖介紹

豬舍是生豬生長場所，豬舍相對適宜的生長環境，對生豬的健康生長有著重要意義。相比于國外發達國家，我國的養豬業，不論是生產水平還是管理水平都是相對比較落后的。究其原因，豬舍環境控制問題是導致這一狀況的重要因素之一。為了有效解決不利環境對生豬生長造成的負面影響，近年來，我國在對豬舍環境控制技術上也有了很大的改善，例如夏季濕簾降溫、縱向通風及采用密閉方式進行飼養等，為生豬養殖提供了良好的生長環境。但是在實際的控制中，他們忽視了豬舍里的各環境因子之間存在相互作用、相互影響的耦合關系，且大部分控制系統由飼養員手動操作，自動化水平不高，很難適應現代化管理的要求。針對以上情況，設計出實時豬舍環境空氣、濕度等環境因素的檢測和智能控制系統已經成為智能化規模化養殖業的重點研究方向。

2 控制系統設計

三菱PLC具有基本單元、開關量控制和模擬量控制功能，利用CC-Link專用電纜構成網絡，完全能夠實現大型豬場多豬舍環境的控制。根據上述總體的控制要求，結合每一個豬舍的控制參數，構成如圖1所示的大型豬場多豬舍環境控制系統。

由上圖可看出，整個系統分為兩個部分。第一部分（即底層控制部分）：由十套相互獨立的CC-LINK現場總線系統構成。第二部分（即上層控制部分）：以計算機鏈接方式和用于上位控制的組態構成的上層監控和現場控制系統。

第一部分由十套相互獨立的CC-LINK現場總線系統構成，每套控制系統由五間豬舍構成，將各豬舍內分散的傳感器、風機、水泵、噴灑等裝置通過CC-Link專用電纜集中連接到PLC上，構成一個簡易的 PLC控制網。每套系統控制五間豬舍，由一個主站和四個從站構成，主站由FX2N系列的PLC連接一個FX2N-16CCL-M主站模塊構建成，外加A/D模塊、RS-485通信設備（用于第二部分中的計算機鏈接）。從站由一個遠程I/O模塊（用于驅動風機、循環泵等執行機構）、遠程A/D轉換設備（用于采集和轉換傳感器及變送器發來的模擬量信號）、執行機構（風機、循環泵等）、傳感器及變送器等構成。

第二部分則是以計算機鏈接技術，將第一部分的十套控制系統連接起來，并利用組態技術，開發出簡單實用的監控畫面，實現對豬舍集中監視和控制。

3 控制系統的優勢與特點

3.1 控制系統的優勢

3.1.1 穩定快速的通信速度

高速度大容量的數據傳送是本設計的優勢之一，傳輸速率最高可達10Mbps，當通信速度達到10Mbps時，通信距離最大可達100米;傳輸速率最底也能達到156Kbps，當應用156Kbps為通信速度時，通信距離最遠長達1200米。每個循環傳送數據為24字節，其中8字節用于位數據傳送，另外16字節用于字傳送。每次鏈接掃描的容量最大可達512字和2048位。

3.1.2 自動刷新功能

本設計是以FX2N系列的PLC搭載相應的主站模塊構成CC-Link的主站，管理數據刷新和網絡的運行就由該主站模塊來實現。主站模塊與PLC的CPU的數據刷新通過設置相應的刷新參數，便可以將整個網絡系統里的監視數據及通信數據自動刷新到PLC的CPU中，省去了編寫刷新程序，簡化編程，減少程序運行的步驟，縮短掃描周期，系統運行實時性得到了保證。

3.1.3 高兼容性

CC-Link的星型、T型分支、多點接入等拓撲結構，使用3種相應型號的電纜及連接器可以支持將CC-Link元件接入任何機器和系統。

3.1.4 本設計的RAS

RAS是Reliability（可靠性）、Availability（有效性）、Serviceability（可維護性）的縮寫。網絡監視功能、網絡診斷功能、在線更換功能、通信自動恢復功能等可以以最短的時間恢復該網絡系統。

3.2 本控制系統的應用特點

由于CC-Link現場總線網適用于一些控制點分散的場合，且可直接與各種傳感儀器、電磁閥、變頻器等現場設備相連接，降低了配線成本，便于更改接線等;因此可將各豬舍內分散的傳感器、風機、水泵、噴灑等裝置通過CC-Link專用電纜集中連接到PLC上，以構成一個簡易的PLC控制網，不僅具備了真正控制網的可靠性，高速性，穩定性等特點，而且價格極為低廉。

4 控制系統的硬件配置

4.1 系統結構設計與配置分析

本設計是以FX系列PLC作為主站的控制器來構建的CC-Link現場總線系統，由于是FX系列的CC-Link系統，配置過程中，遠程I/O模塊最多只能7臺，遠程設備模塊（這里的遠程設備模塊按每個只占一個站的計算）最多8臺，而遠程設備站（這里我們的遠程A/D模塊屬于遠程設備，且每個模塊占用兩個站）最多能使用8個站，且整個FX系列的CC-Link系統最多能帶15個站。這就使得每套CC-Link系統最多能帶4個遠程A/D模塊（占用8個站，已達上限）及4個遠程I/O模塊（占用4個站），便使得每套控制系統只能控制五間豬舍（其中一間由主站部分的PLC去控制，其余四間，每間各由一個遠程A/D模塊及遠程I/O模塊去控制）。

4.2 CC-LINK系統控制過程分析

由于本控制系統屬于小型項目，故采用了以FX系列的PLC搭載了相應的主站模塊構成的CC-LINK現場總線系統。該一套總線系統控制了五間豬舍，其中一間豬舍以配有FX2N CPU PLC搭載一個FX2N—16CCL-M模塊來構成CC-INLK系統的主站，另外還連接有FX2n-4A/D模塊和RS-485通訊設備（用以后續的計算機鏈接通訊），其余四間豬舍配有遠程I/O模塊和遠程設備模擬量模塊（A/D模塊）等來構成從站，并配有各種傳感器及執行機構等。控制過程主要是通過遠程設備模塊將傳感器采集到的各信息量以連接掃描的方式傳向主站中的PLC，通過PLC邏輯運算后將控制信號通過連接掃描的方式送回遠程I/O模塊以驅動相應的執行機構，最終實現實時的監測與控制。

5 結束語

本文簡單的分析了傳統豬舍的不足，在此基礎上提出利用PLC等現代控制設備及控制技術升級傳統的養殖方式，改進生豬的生存環境，以達到最優的養殖目的。利用CC-Link開發的網絡控制系統具有實時性，開放性、通信速率快、網絡先進、布線方便等優點，有利于分散系統實現集中監控，提高系統自動化水平，降低能耗提高效率，且節約成本。

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※基金項目：江蘇農林職業技術學院科技項目（2018kj32）。

作者簡介：李娜（1984.04—），江蘇農林職業技術學院信息工程學院教師，碩士研究生，研究方向為電氣自動化、物聯網。