基于校企合作的鸡舍恒温风机PLC控制系统初探.pdf

科技创新与应用 l 2 0 1 6 年 第 2 5 期 科 技 创 新 基于校企合作的鸡舍恒温风机 P L C控制系统初探 刘静 晏 永 红 武昌工学院， 湖北 武汉 4 3 0 0 6 5 摘 要 本项目是将 P L C应用于家禽养殖中的一种尝试， 与养殖企业合作， 不仅体现了农业生产中针对P L C的需求特性， 更是对 高校应用型教 学转型有所助益。 该项 目以西门子 s 7 2 0 0系列 P L C为核 心， 利 用变频器进行无极调速及 多风机分段控制 ， 完成了 对鸡舍的恒温控制 系统的探索和设计。 关键词 应用型教 学转型； P L C； 鸡舍恒温 前言 家禽养殖是我国农业生产 的重要组成部分 ， 其 自动化水平及控 制精度决定 了其产量和质量的好坏与高低 ， 目前禽养殖 中一方面采 用鼓风机全通和全断的简单控制方法 ，难以保证鸡舍控制精度 ， 使 得锅炉利用率降低 ， 进而造成资源的浪费 ； 另一方 面， 对于较大型的 控制系统一般需要使用大量的继电器，功能单一 ， 不易修改 ， 灵活 性与可靠性差， 一旦线路出现故障， 其故障的诊断与排除非常困难 ， 平时的修复时间也很长 ， 本控制系统与某禽业合作开发， 使用 P L C 技术进行控制可 以解决 以上问题， 具体 内容如下 1确定要完成的控制要求 一 般来讲 ， 在适宜 的环境下可 以使鸡连续高产 ， 就需要注意鸡 舍的密闭性相 对是较 为 良好 的 ， 通过大量科学 实验得 出 在密 闭性 良好的鸡舍里， 能够保证大约 1 6 0 0 0只鸡连续高产的最适宜温度范 围是 1 8 ％～ 2 5 ％。 为了使鸡舍始终保持这一温度范围， 需要在鸡舍安 装八 台风机根据不 同季节 、 不同地点 的气候变化特点制定相应的风 机运行控制模式 ， 当温度高于设定值时风机启动开始降温 ， 当温度 降低到 目标值时风机停止运转开始保温 。 在冬季由于武汉的气温相对还是比较低的， 在保证鸡群适宜生 存温度条件下 ，最大限度的进行通风 能够有效 的改善鸡 舍生存环 境 ， 但为了节约企 业的运行 成本 ， 须做到在改善 鸡舍 环境 的同时减 少 电费开销， 在这种情况之下 的通风称为最小通风量 。一般鸡群在 冬季的 目标设置温度应维持 1 3 ℃以上。 最小通风量就是通过环境控 制系统中的继 电器来控制风机的开关时间处于一定 的频率。 当温度 高于设定值时风机启动开始降温 ， 当温度降低到 目标值时风机停止 运转开始保温。 但是为了降低氨气、 二氧化碳、 硫化氢等有害气体的 浓度保证 空气质量 ， 始终有一台风机处于经常运转状态 ， 故冬季一 般是 3 号风机处于经常转状态 、 5号风机则根据 舍内温度按一定频 率运转 。 春 、 秋季节温度适 中， 一般不会出现 温度过低或是过高 的天气 ， 而且 日温差变化不如夏 、 冬季明显 ， 比较容易保证鸡群生存在一个 适宜的生存环境 。 在这两个 季节里风机 的运行模式也是按通风等级 运行 ， 不同的是这两个季节的按 通风等级运行的温度设定值 比夏季 的按通风等级运行 的温度设定值要设置的偏高一些 ， 风机 的一般运 行模式基本相同。 图 1风机位置示意 图 夏季温度过高会引起热应激效应 ， 热应激不仪会对养殖场的生 产产生严重影 响而且严重 的可能会造成鸡群的大规模死亡 ， 因此夏 季必须严格控制鸡舍内温度过高避免热应激效应的产生， 当温度高 于某一设定值时 ， 即使将 8台风机全部启 动不停 的工作也满足不 了 环境控制的要求 ， 这时就要借助湿帘来配合风机进行辅助降温。一 般在夏季温度不超过 3 2 ℃时 ， 可通过环境控制系统来根据鸡舍 内的 实际温度控制风机组的启动规模 ，从 而达到鸡舍环境控制的 目的。 这时风机 的运行模式主要是通过不同的通风级别进行 风冷降温。 通 过温度传感器检测令 P L C控制 系统来根据鸡舍内的实际温度控 制 风机组的启动方式， 从而达到鸡舍环境控制的目的， 具体的风机分 布如图 1 所示。 图 2 软 件控 制 流 程 图 风机的运行模式根据现场测取得数据可以得 出如下控制要求 T≤1 8 ℃时 ， 3 、 5号常转 ； 1 8 ℃ T≤2 1 ℃时 3 、 5 号 常转 、 2号转停动态 循环状态 ； 2 1 ℃ T ≤2 3 ％时 ， 2 、 3 、 5号常转 、 4号转停 动态循环状态 ； 2 3 ℃ T ≤2 5 ℃时 ， 2 、 3 、 4 、 5号常转 、 1 号转停动态循环状态 ； 2 5 ℃ T ≤ 2 7 ℃时 ⋯ 1 2 、 3 、 4 、 5号 常转 、 6号转停 动态循 环状态 ； 2 7 c IC ，I ’ ≤2 9 ℃ 时 ， 1 、 2 、 3 、 4 、 5号常转 、 7 、 8 号转停 动态循环 状态 ； 2 9 ℃ T ≤3 1 ℃时 ， 1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6 号常转 、 7 、 8号转停动态循环状态 ； 3 1 ℃ 3 2 ℃时 ， l 、 2 、 3 、 4、 5 、 6 、 7、 8号常转 、 湿帘水 泵启 动， 湿帘配合降温 。 2根据要求设计系统 2 ． 1硬件系统 2 ． 1 ． 1控制器 项 目控制器选择 的是西 门子 S 7 2 0 0系列 P L C， 其 C P U型 号为 2 2 6 ， 选用 2 2 6的原因是因为其端口较多适合扩展输入输出信号， 但 是由于 2 2 6不具有模数转换功能， 因此需要扩展模拟输入输出模块 E M 2 3 5 ， 它可 以用于采集传感器输 出的模拟量信号 ， 由于模拟量输 入有 四个通道 ， 所 以对温度这一个物理量而言需要采用其 中一个通 道 即可 ， 同样二氧化碳 的浓度可以传输到另外的通道 。 2 ． 1 ． 2传感器 作为底层采集者， 该项 目中根据现 有实验窒的仪器设备选州的 是 K型热 电偶 ， K型热 电偶输出的是 0 - 1 0 V的电压信 号 ， 且具有范 围可调有电压显示的特点 ， 特别适用于初学者使用。 项目基金 武昌工学 院科研项目 2 0 1 4 K Y Z 2 0 基于鸡舍的恒温 P L C变频控制系统的研制 一 50 科 技 创 新 2 0 16 2 5 期 I 科技创新与应用 0L E D专利申请分析 苏治平 国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心， 江苏 苏州 I 2 1 5 1 6 3 摘要 文章主要以有机发光二极管的相关专利申请作为研究对象， 对其全球专利申请进行了统计和分析， 包括申请趋势、 申请 人、 申请人地区分布、 技术分支等方面， 通过上述分析 ， 总结了有机发光二极管技术领域的专利分布以及技术发展情况， 以期为 有机发光二极 管的技 术改进以及专利审查提供参考 。 关键词 有机发光二极管； 专利 ； 分析 1概 述 有机发光二极 管 O r g a n i c L i g h t e mi t t i n g D e v i c e ， O L E D 是通过 正负载流子注入有机半导体薄膜后复合产生发光， 在美国柯达公司 利用该技术开发 了平板显示装置后 ， O L E D技术才逐渐引起 了人们 的关注 ， 随着技术的不断发展 ， 如今， O L E D由于具备低成本 、 低功 耗 、 快响应 、 广视角 、 高对 比度 、 轻 薄便携等诸多 的优势而被业界普 遍视为 2 1 世纪最具前途的照明和显示产品之一[ 1 l 。由于 O L E D巨 大的市场前景 ， 世界各个 国家 的也争相投人到 O L E D器件的研究与 开发 中， 并通过大量 的申请专 lJ 3 ,4 1 ， 对 O L E D技术进行专利布局的 方式来保证在该领域中的技术地位 ， 抢占 O L E D的市场份额。相较 于国外 ， 中国在 O L E D领域起 步较晚 ， 但近几年发展很快 ， 很多企业 都将工作的中心放在了O L E D技术的研究和开发中。 文章在全球范 围内对 O L E D相关的专利申请进行了统计和分析，客观地反映出 O L E D技术方向专利申请的总体态势， 并从专利文献的视角分析了 O L E D技术的发展状况以及规律 ，以期能够初步了解 O L E D技术的 发展现状 ， 并且对 O L E D技术未来的研究方 向以及专利发展策略的 制定也具有一定的借鉴意义。 2 O L E D专利申请分析 在 C N A B S 中国专利文摘数据库 、 S I P O A B S 世界专利文摘数 据库 、 D WP I 德温特世界专利索引数据库 等数据库中检索并同族 去重得到 O L E D技术 的相关专利共 8 5 8 9 5 件 ， 在该样本的基础上进 行统计分析。 2 ． 1申请趋势 图 1 为 O L E D技术专利的申请量趋势， 其中， 同族专利视为一 个申请。从图 1中可以看出， O L E D技术的相关专利申请在 1 9世纪 7 0 年代即开始 了， 从 总的申请量可以看出 ， 在经历了从 开始到 1 9 9 5 年的萌芽期后 ，申请量开始迅速的增长，在 1 9 9 5到 2 0 0 5年问， O L E D相关专利申请从 4 7 2 件迅速攀升到 5 5 9 6 件 ，申请量增长了 1 0 余倍 ， 在 2 0 0 6 到 2 0 0 9 年间 ， 申请有小幅下降， 其原 因可归结于经 济危机造成的影响， 在 2 0 1 0 年后， 申请量又迎来了新一轮的迅猛增 长， 并于 2 0 1 3年达到了最高峰 ， 申请量达到了8 3 8 3件 注 检索 日 期为 2 0 1 6 年 5月， 2 0 1 4年末 的部分专利 申请 以及 2 0 1 5年以后 的大 部分专利申请还未公开 。由O L E D技术专利申请量的变化趋势可 以看出 ， 作为显示领域重要的技术分支 ， O L E D技术正引起越来越多 人的关注 ， 并且 ， 该技术方 向也蕴含着发展潜力 ， 可 以预期 ， 该方 向 的技术发展， 即专利申请量还会经历新一轮的增长。 9000 8 O 0 o 7 o 0 0 6000 世5 0 0 0 蝮} 4 0 0 0 磐 哥3 0 0 0 2 000 l o0o 1 9 7 0 1 97 5 1 9 8 0 1 9 8 5 1 9 9 0 1 9 9 5 2 0 0 0 2 0 0 5 2 01 0 2 0 1 5 2 02 0 申请年度 图 1 O L E D专利 申请趋 势 2 ． 2申请人 对检索到的O L E D技术的相关专利申请人进行分析， 从全球范 2 ． 1 ． 3执行 电机 执行电机选择三相交流电机 ，其额定电压为 3 8 0 V与实验室的 配 电电压相 匹配 ， 此外控制执行电机的接触器选择的也是交流接触 器八台 ， 由于 P L C输 出的是直流电 ， 因此又匹配了八台直流微 型接 触器 ， 用于控制交流线圈的得电。 2 ． 1 ． 4 变 频 器 采用西 门子通用型变频器 MM 4 4 0 ， 使用了 MM 4 4 0的有级调速 及无极调速两种方案， 由于 MM 4 4 0原始匹配的是黄绿警示灯， 该面 板的数据显示不够准确多样 ， 因此除了配置主机外 ， 还另外又匹配 了 B O P面板 ，大大提高 了对变频器 的初始化设置 的可操作性及排 障的简易性。 2 ． 2软件系统 运用 M i c r o WI N V 4 ． 0对控制程序进行软件编程 ，根据 控制要 求 ， 我们需要使用多种指令配合进 行编程指令 ， 其 中最 为重 要的就 是比较指令 、 传输指令与 P I D控制指令， 其控制流程图如图2所示。 3程序调试 程序调试分为仿真调试 和现场调试 ， 仿 真调试 时 ， 利用 S 7 2 0 0 仿真软件进行仿真， 确保程序的正确性与可行性， 将外电路断开利 用仿真程序进行排障； 现场调试时注意的是具体的硬件接线， 主要 是通讯的端 口与主机接线是 否正确 ，以及 C P U的弱电接线是否有 误 。 经过一系列的程序调试后 ， 在 自动方式中可以实现系统的温度 自动调节 ， 能够完成根据传感器温度不 同调节风机运行的个数与速 度。 4结束语 本研究项 目可结合教学 ， 提高学生的学习积极性进一步拓宽学 生的知识面 ， 其 智能化导 向也 十分 明显 ， 与实际生产 和工 程应 用结 合紧密， 这是将来电气控制教育与发展的重要方向。通过搭建实验 平 台以解决在应用型教学中实际模拟不足的问题 ， 以寻求 P L C与禽 舍温度之间的控制关系 ， 然后通过多种分析方法从理论 的角度直观 了解 P L C应用于家禽养殖 的优势 ， 为带人实际环境测试做好前期准 备 。 在各界纷纷提倡地方大学向应用型转型的情况下 ， 作为电气 自 动化专业 的教学与科研也要走在应用技术的前沿， P L C课 程是该专 业 的主体课程 ，本项 目是将 P L C应用于家禽养 殖控制 中的一种尝 试， 体现了农业生产针对 P L C通讯的需求特性。P L C是一种专门用 于工业生产过程控制的现场设备， 由于它能满足设备使用环境的要 求和控制的可靠性 ， 在现代的工业控制系统中大量应用， 前景非常 广阔。 现阶段 ， 风机控制在大型家禽养殖中并不多见 ， 而结合 P L C实 现变频鸡舍控制 尚属少数 ， 具有研究意义。 参 考 文献 [ 1 】 西 门子 中 国 有 限公 司． 7 - 2 0 0可编 程序 控制 器产 品 目录[ z ] ． 2 O o 4． [ 2 ] 郁汉琪．机床 电气及可编程序控制器实验 、 课程设计指导书[ M] ． 高 等教 育出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 3 】 张万忠． 可编程控制器入 门与应 用实例f M1 ． 中国电力出版社 ， 2 0 o 4 ． [ 4 ] 杨鹏． 计算机控制 系统[ M ] ． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 5 ] 张万忠． 可编程控制器入 门与应 用实例『 M 1 冲 国电力出版社 ， 2 O o 4 ． 作者简介 刘静 1 9 8 3 一 ， 女 ， 山东威海人 ， 研 究生， 副教授 ， 研 究 方 向 电气控 制 与 P L C研 究 一 51