基于西門子LOGO!的水族箱控制系統設計

黃桂萍 唐張維 賴振達 吳素華

摘? ?要：以西門子LOGO！控制器為控制核心的水族箱控制系統具有自動投食、自動換水等功能，同時對液位檢測、溫度及水質進行實時監測，并具備通信功能，能夠與觸摸屏、Web Server、手機APP等組建局域網絡，該系統設有HMI，可方便進行參數設置及對水環境數據的查詢與監控，使得整個系統更加自動化、集成化。文章對此進行了分析。

關鍵詞：LOGO！;人機接口;網頁服務器;手機軟件

1? ? 新型水族箱提出背景

隨著我國經濟的發展和人民生活水平的大幅提高，人們的消費觀念逐漸發生變化，觀賞魚水族箱這個舶來品也開始走進人們的生活當中。隨著人們消費檔次與水平的提高，生活環境更加個性化，與之相關的休閑、居家裝飾行業相應地不斷蓬勃發展。家用水族產業規模的年增長率達到13.8%，且有逐年遞增的趨勢，五花八門的水族箱也隨之映入人們的眼簾。但是這些傳統的水族箱都普遍功能單一[1-2]，水溫、照明、排水及充氧等控制器都較普通，并且種類繁多，功能不統一，用戶使用時需投入較高費用，安裝繁瑣，使用復雜，無法提高整體性能，且大多都是非智能化的控制器[3]，需要人們投入大量精力去管理水族箱，它們的價格有的較貴，結構復雜，性能不穩定，容易損壞。隨著人工智能的高速發展，本文提出了一款以西門子LOGO！控制器為控制核心的新型水族箱[4-5]，采用西門子LOGO！來控制電磁閥、水泵、加熱器、增氧泵、燈光，并通過溫度傳感器、液位傳感器實時反饋水族箱里的信息，從而實現智能控制[6-7]，其控制系統具有自動化程序高、通信功能強、節能環保3大優點。

2? ? 系統總體設計

水族箱控制系統由24 V/5 V開關電源提供所有電力能源，以西門子LOGO！24RCE為核心控制器，液位傳感器、溫度傳感器、pH檢測傳感器作為數據采集器采集關鍵參數，并通過觸摸屏、Web Server功能、手機APP來實時監控水族箱內各執行部件，如電磁閥、循環泵、加熱器、增氧泵、燈光等。該控制系統具有手動控制及自動控制兩種控制方式。自動控制方式下，該控制系統具有水溫自動調控、自動內循環過濾、自動投食、燈光智能調節及自動增氧等功能，系統結構如圖1所示。

3? ? 硬件設計

3.1? 投食器的設計

投食器由5 V減速電機、V形漏斗、管道、螺旋桿構成，將裝有飼料的V形漏斗的下料口連接至管道，螺旋桿直徑略小于管道直徑，通過減速電機帶動螺旋桿，漏斗中的飼料流入管道，再由螺旋桿往管道的另一端推出。

3.2? 控制系統硬件設計

在控制系統的設計與開發中，控制器是整個系統設計的核心，因此選擇合適的控制器非常重要。若采用單片機作為核心控制器，功能實現上基本沒問題，但開發周期長，且擴展能力不及LOGO！和PLC[8]。運用PLC，LOGO！不僅編程簡單、功能齊全，工作穩定、可靠，維護方便，且二次開發周期短，因此，不考慮使用單片機進行設計開發。雖然PLC功能強大，但相對于LOGO！價位較高，而LOGO！ 24RCE控制器自帶4個模擬量輸入和Web Server功能，已能滿足系統所需的控制和通信需求，因此，這里選用物美價廉的LOGO！ 控制器。

4? ? 軟件設計

4.1? 建立局域網通信

為了能讓觸摸屏、LOGO！、個人電腦相互之間進行通信，必須將其建立在同個局域網中，因此需要通過Wincc flexible SMART V3軟件對觸摸屏的IP地址進行設置、通過LOGO！ Soft Comfort V8軟件對LOGO！ CPU，個人電腦以及路由器進行IP地址設置，將它們的IP地址設置在同個網段當中。

4.2? Web? Server功能實現

4.2.1? PC端Web? Server功能

西門子LOGO！ 24RCE的主機模塊中新添了Web Server功能，借助集成的Web Server，LOGO！可以通過局域網和互聯網方便地進行監測和控制。Web Server全面支持個人電腦、智能手機和平板電腦上的商用瀏覽器，如：Chrome， FireFox，Internet Explore和Opera，無論是什么操作系統，只要帶有邏輯模塊視圖和外部文本的網頁，都可以瞬間顯示，且無需用戶掌握任何關于HTML編程的知識，改善了對LOGO！ 的控制方式，也有效地提高了用戶工作效率。

將個人電腦接入系統局域網中，打開個人電腦端瀏覽器并在地址欄中輸入LOGO！，當前IP地址就能進入LOGO！ Web Server界面。在LOGO！系統界面顯示了設備系列、設備類型、固件版本、IP地址、狀態信息，用戶可清楚地知道當前LOGO！狀態，LOGO！變量設置界面可以添加8個變量，可通過修改變量實現實時控制系統狀態。

4.2.2? 手機端Web? Server

智能移動設備端需要下載LOGO！ APP軟件，并將設備接入系統局域網中，打開下載的APP，填寫LOGO！相應信息就可進入LOGO！控制界面，或者在瀏覽器地址欄輸入LOGO！當前IP地址也能進行對LOGO！實時監控與控制。與PC端相比它更加方便，不僅能與PC端一樣對控制變量、使用LOGO！ TD文本控制，還能建立新UI、對變量進行曲線監控和記錄。

4.3? 人機界面程序設計

觸摸屏首頁分為實時數據監控水族箱信息、此時設備狀態監控、功能設置選擇3個部分。實時數據監控有兩個，當前檢測信息值以及根據用戶設置的pH范圍來判定當前水質是否符合用戶要求;設備狀態監控包括水族箱所有功能，加熱、水循環、投食、燈光、換水、增氧;功能設置選擇包括用戶管理水族箱的參數設置、手動模式。

參數設置功能包括水溫、水循環的啟停間隔時間、燈光照明時段、投食檔位控制與投食周期、pH范圍的設置、增氧泵工作啟停間隔時間設置。在飼養水族生物時只需了解其生活習性，對參數進行設置就可以做到無人值守養護了。

進入手動界面后自動功能將斷開，用戶可自行對出水、進水、水循環、加熱、投食、燈光、增氧進行單獨控制，調試器件工作狀態是否正常時可使用手動功能。

5? ? 結語

本文闡述了基于西門子LOGO！控制器的水族箱的設計，其具有自動投食、自動換水等功能，同時對液位檢測、溫度及水質進行實時監測，并具備通信功能。本團隊制作了樣機，通過測試運行，系統功能符合設計的要求，控制效果良好，穩定性可靠，有較強的實用性，對后續智能水族箱控制系統的研究在理論和實踐上都有較高的參考價值。

[參考文獻]

[1]葛華.多功能觀賞魚缸智能控制系統的設計[D].南京：東南大學，2007.

[2]丁惠忠.觀賞魚缸智能控制系統的設計[D].蘇州：蘇州大學，2007.

[3]劉大川，李釗合，孫淑杰，等.水族箱智能控制系統的設計與實現[J].智能計算機與應用，2015（2）：98-100.

[4]AHMAD B，BIN O.Intelligent aquarium system control[D].Johor Bahru：Universiti Teknologi Malaysia，2010.

[5]呂玉鳳，馬聰孝，欒義忠.基于西門子LOGO！的800KW制冷電機溫度監控[J].自動化技術與應用，2019（8）：131-134.

[6]KIM J H，KIM J Y，OH J H.Adjustment of home posture of biped humanoid robot using sensory feedback control[J].Journal of Intelligent and Robotic Systems（Theory and Applications），2008（4）：421-438.

[7]范懷玉.一種基于西門子LOGO的地下庭院自動排水系統[J].科學技術創新，2019（12）：189-190.

[8]王永華.現代電氣控制及PLC應用技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2013.