基于校企合作的雞舍恒溫風機PLC控制系統初探

摘 要：本項目是將PLC應用于家禽養殖中的一種嘗試，與養殖企業合作，不僅體現了農業生產中針對PLC的需求特性，更是對高校應用型教學轉型有所助益。該項目以西門子S7-200系列PLC為核心，利用變頻器進行無極調速及多風機分段控制，完成了對雞舍的恒溫控制系統的探索和設計。

關鍵詞：應用型教學轉型；PLC；雞舍恒溫

前言

家禽養殖是我國農業生產的重要組成部分，其自動化水平及控制精度決定了其產量和質量的好壞與高低，目前禽養殖中一方面采用鼓風機全通和全斷的簡單控制方法，難以保證雞舍控制精度，使得鍋爐利用率降低，進而造成資源的浪費；另一方面，對于較大型的控制系統一般需要使用大量的繼電器， 功能單一，不易修改，靈活性與可靠性差，一旦線路出現故障，其故障的診斷與排除非常困難，平時的修復時間也很長，本控制系統與某禽業合作開發，使用PLC技術進行控制可以解決以上問題，具體內容如下：

1 確定要完成的控制要求

一般來講，在適宜的環境下可以使雞連續高產，就需要注意雞舍的密閉性相對是較為良好的，通過大量科學實驗得出：在密閉性良好的雞舍里，能夠保證大約16000只雞連續高產的最適宜溫度范圍是18℃～25℃。為了使雞舍始終保持這一溫度范圍，需要在雞舍安裝八臺風機根據不同季節、不同地點的氣候變化特點制定相應的風機運行控制模式，當溫度高于設定值時風機啟動開始降溫，當溫度降低到目標值時風機停止運轉開始保溫。

在冬季由于武漢的氣溫相對還是比較低的，在保證雞群適宜生存溫度條件下，最大限度的進行通風能夠有效的改善雞舍生存環境，但為了節約企業的運行成本，須做到在改善雞舍環境的同時減少電費開銷，在這種情況之下的通風稱為最小通風量。一般雞群在冬季的目標設置溫度應維持13℃以上。最小通風量就是通過環境控制系統中的繼電器來控制風機的開關時間處于一定的頻率。當溫度高于設定值時風機啟動開始降溫，當溫度降低到目標值時風機停止運轉開始保溫。但是為了降低氨氣、二氧化碳、硫化氫等有害氣體的濃度保證空氣質量，始終有一臺風機處于經常運轉狀態，故冬季一般是3號風機處于經常轉狀態、5號風機則根據舍內溫度按一定頻率運轉。

春、秋季節溫度適中，一般不會出現溫度過低或是過高的天氣，而且日溫差變化不如夏、冬季明顯，比較容易保證雞群生存在一個適宜的生存環境。在這兩個季節里風機的運行模式也是按通風等級運行，不同的是這兩個季節的按通風等級運行的溫度設定值比夏季的按通風等級運行的溫度設定值要設置的偏高一些，風機的一般運行模式基本相同。

夏季溫度過高會引起熱應激效應，熱應激不僅會對養殖場的生產產生嚴重影響而且嚴重的可能會造成雞群的大規模死亡，因此夏季必須嚴格控制雞舍內溫度過高避免熱應激效應的產生，當溫度高于某一設定值時，即使將8臺風機全部啟動不停的工作也滿足不了環境控制的要求，這時就要借助濕簾來配合風機進行輔助降溫。一般在夏季溫度不超過32℃時，可通過環境控制系統來根據雞舍內的實際溫度控制風機組的啟動規模，從而達到雞舍環境控制的目的。這時風機的運行模式主要是通過不同的通風級別進行風冷降溫。通過溫度傳感器檢測令PLC控制系統來根據雞舍內的實際溫度控制風機組的啟動方式，從而達到雞舍環境控制的目的，具體的風機分布如圖1所示。

風機的運行模式根據現場測取得數據可以得出如下控制要求：T≤18℃時，3、5號常轉；18℃32℃時，1、2、3、4、5、6、7、8號常轉、濕簾水泵啟動，濕簾配合降溫。

2 根據要求設計系統

2.1 硬件系統

2.1.1 控制器

項目控制器選擇的是西門子S7-200系列PLC，其CPU型號為226，選用226的原因是因為其端口較多適合擴展輸入輸出信號，但是由于226不具有模數轉換功能，因此需要擴展模擬輸入輸出模塊EM235，它可以用于采集傳感器輸出的模擬量信號，由于模擬量輸入有四個通道，所以對溫度這一個物理量而言需要采用其中一個通道即可，同樣二氧化碳的濃度可以傳輸到另外的通道。

2.1.2 傳感器

作為底層采集者，該項目中根據現有實驗室的儀器設備選用的是K型熱電偶，K型熱電偶輸出的是0-10V的電壓信號，且具有范圍可調有電壓顯示的特點，特別適用于初學者使用。

2.1.3 執行電機

執行電機選擇三相交流電機，其額定電壓為380V與實驗室的配電電壓相匹配，此外控制執行電機的接觸器選擇的也是交流接觸器八臺，由于PLC輸出的是直流電，因此又匹配了八臺直流微型接觸器，用于控制交流線圈的得電。

2.1.4 變頻器

采用西門子通用型變頻器MM440，使用了MM440的有級調速及無極調速兩種方案，由于MM440原始匹配的是黃綠警示燈，該面板的數據顯示不夠準確多樣，因此除了配置主機外，還另外又匹配了BOP面板，大大提高了對變頻器的初始化設置的可操作性及排障的簡易性。

2.2 軟件系統

運用MicroWIN V4.0對控制程序進行軟件編程，根據控制要求，我們需要使用多種指令配合進行編程指令，其中最為重要的就是比較指令、傳輸指令與PID控制指令，其控制流程圖如圖2所示。

3 程序調試

程序調試分為仿真調試和現場調試，仿真調試時，利用S7-200仿真軟件進行仿真，確保程序的正確性與可行性，將外電路斷開利用仿真程序進行排障；現場調試時注意的是具體的硬件接線，主要是通訊的端口與主機接線是否正確，以及CPU的弱電接線是否有誤。

經過一系列的程序調試后，在自動方式中可以實現系統的溫度自動調節，能夠完成根據傳感器溫度不同調節風機運行的個數與速度。

4 結束語

本研究項目可結合教學，提高學生的學習積極性進一步拓寬學生的知識面，其智能化導向也十分明顯，與實際生產和工程應用結合緊密，這是將來電氣控制教育與發展的重要方向。通過搭建實驗平臺以解決在應用型教學中實際模擬不足的問題，以尋求PLC與禽舍溫度之間的控制關系，然后通過多種分析方法從理論的角度直觀了解PLC應用于家禽養殖的優勢，為帶入實際環境測試做好前期準備。

在各界紛紛提倡地方大學向應用型轉型的情況下，作為電氣自動化專業的教學與科研也要走在應用技術的前沿，PLC課程是該專業的主體課程，本項目是將PLC應用于家禽養殖控制中的一種嘗試，體現了農業生產針對PLC通訊的需求特性。PLC是一種專門用于工業生產過程控制的現場設備，由于它能滿足設備使用環境的要求和控制的可靠性，在現代的工業控制系統中大量應用，前景非常廣闊。現階段，風機控制在大型家禽養殖中并不多見，而結合PLC實現變頻雞舍控制尚屬少數，具有研究意義。

參考文獻

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[5]張萬忠.可編程控制器入門與應用實例[M].中國電力出版社，2004.

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。