淺析PLC雞舍恒溫控制系統中的問題及解決辦法

摘 要：PLC應用深廣，家禽養殖也正在趨于企業化，集中化，現代化。將PLC應用于家禽養殖中的一種嘗試，體現了農業生產中針對PLC的需求特性。溫度對家禽的養殖及其重要，文章通過PLC主要模擬實現對雞舍溫度的自動控制，介紹模擬控制過程和遇到的一些問題及其處理方法。

關鍵詞：PLC；雞舍；恒溫

1 設計原理與控制要求

1.1 設計原理

在現代雞舍中，由于集成化，高密度飼養，在高溫天氣降溫設備必不可少，目前市場常用的有這幾種降溫設備，比較常見的就是室內噴霧降溫系統和水簾降溫系統，因為必須保證霧滴大小，考慮是否引起呼吸系統的問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，因此本系統是使用的水簾降溫系統，其具有降溫效果好，管理方便的優勢。

1.2 控制要求

系統中有8臺風機，分為5組，1#，2#號風機為第一組，3#，4#號風機為第二組，4#，5#號風機為第三組，6#，7#號風機為第四組，8#風機為第五組。PLC根據傳感器采集的溫度T經過模擬量模塊控制風機和濕簾水泵的啟動。

（1）雞舍溫度T≤20℃時，第一組風機啟動。

（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，第一組，第二組，第三組，第四組，第五組風機啟動，并且濕簾水泵啟動，濕簾配合降溫。

（6）按下啟動按鈕，系統開始啟動運行，按下停止按鈕系統停止運行。

2 系統設計中的問題與解決辦法

2.1 CPU的問題與對策

本系統采用德國西門子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，各種場合中的檢測、監測及控制的自動化。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，本系統采用的是S7-200 CPU226 DC/DC/DC。這類CPU在使用中存在以下幾個問題：

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，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內部集成特殊功能，可適應于一些復雜的中小型控制系統，每個類型的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，接線錯誤可導致嚴重燒毀CPU等后果。CPU 226 CN DC/DC/DC，PLC的供電是由實驗室的輸入市電/輸出24VDC的開關電源完成的，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驅動交流接觸器

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，而現場使用的是交流接觸器，導致接觸器無法正常吸合。于是我們利用24VDC的直流接觸器來驅動交流線圈，在本次改動的基礎上發現接觸器線圈吸合后容易脫落，甚至出現無規律抖動現象，經過反復檢查發現是接觸器線圈為380VAC驅動電壓，而市電為220VAC，從而出現異常。經過改進，我們決定用實驗室的另一組交流接觸器CJX2-2510-220VAC，利用其主觸頭完成對三相異步電機的得電控制。

2.2 采集與擴展模塊的問題與對策

在溫度控制系統中，我們使用傳感器將檢測到的溫度轉換成4-20mA或者0-10V的電流電壓信號，然后使用模擬量的輸入模塊把電流電壓信號轉換成數字信號再送入PLC中進行處理，其原理圖如圖1所示。

2.2.1采集模塊如何實現溫度、電勢對應關系

利用現場現有條件，我們使用的是 YL-3000型傳感器與測控技術綜合實驗臺，實驗臺配置的是標準K型熱電偶，其熱電勢與溫度的關系、應答誤差、并有統一的標準分度表，具有線性度好，熱電動勢較大，穩定性和均勻性較好等特點。

為了達到控制要求我們將K型熱電偶的范圍調整到適合分度表的溫度范圍，在實驗過程中，K型熱電偶采集的溫度值，A/D轉換后，數據時而跳動的幅度比較大，使接觸器觸點劇烈振動，原因是采集的溫度在兩個區間之間切換。可以用濾波的方法對數據進行濾波處理，消除干擾。

2.2.2 擴展模塊的DIP如何設置

226CPU沒有模擬量轉換模塊，因此在這個項目里我們選擇西門子的EM235模擬量輸入/輸出擴展模塊。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，±50mV或者0-20mA的范圍。這類擴展模塊在使用中DIP的設置是比較關鍵的問題，用戶必須用DIP開關可用來選擇熱電偶的類型、斷線檢查、測量單位、冷端補償和開路故障方向，因此DIP的設置與模擬量輸入范圍和分辨率息息相關，由于系統使用的其分為單極性和雙極型兩種，恒溫控制風機根據要求可以看到是風機控制大部分與0度以上的溫度相關，因此完全可以使用單極性控制，根據傳感器的分度表及實際要求，再根據表1將撥碼開關撥為“100001”檔

2.2.3 擴展模塊如何與傳感器模塊相接

本項目采用的是電壓信號，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內部數據區域尋址方式為AIW3，AIW2，AIW1，AIW0，實驗所用到的地址是AIW0，對應的是線路對D+和D-進行接線，因此按正、負極直接接入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造成無法讀取現場信號的錯誤。

3 軟件設計中的問題與對策

傳感器能把0-100℃的溫度轉化為0-10V的標準電信號，然后將轉化后的電信號輸入到EM235模塊，進行模擬量/數字量轉換，數字量對應的數值范圍為0-32000，模擬量對應的范圍為0-10V，他們對應成線性關系，在實驗轉換的過程中進入PLC的數字量中有干擾，為了消除干擾，要對數據進行濾波處理，本實驗采用的編程軟件濾波，選擇了較小的采樣數和死去值加快響應速度。

硬件接線中接入了D+與D-，所以在軟件編制中選用地址AIW0，它是一個是字型數據，為提高數據的精確度，將運算中的常量，變量轉換為實數，使輸出的溫度是個浮點型數據。然后運用比較指令，對溫度區間進行劃分，在不同的區間范圍內，借用線圈輸出指令控制PLC的輸出，最后實現了對溫度的控制，其中模擬量處理公式：T=AIW0/32000.0*100.0。

4 結束語

該項目設計了基于PLC的雞舍恒溫控制系統，針對雞舍溫度高于正常設定溫度可自動對雞舍溫度進行調節，并且對于在設計中出現的一些常見問題給予了解決的方法，在CPU、擴展模塊、采集模塊、梯形圖編程、類似的實踐項目，不僅在一定程度上鞏固了學生的專業理論知識，增強了學生對社會對本專業需求的認知能力；同時，有針對性地選取和儲備后備人才，通過學校和用人單位的合作，發揮了雙向共贏作用。

參考文獻

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作者簡介：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。