李娜 吳燕 陳雨

【摘 要】本控制系統(tǒng)以豬舍環(huán)境為研究對(duì)象，采用了CC-LINK現(xiàn)場總線、計(jì)算機(jī)鏈接及組態(tài)等技術(shù)構(gòu)建的一個(gè)控制系統(tǒng)。首先對(duì)豬舍環(huán)境的控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及控制思路進(jìn)行了分析，然后闡述了豬舍環(huán)境控制系統(tǒng)的組成和工作原理，繼而提出了控制系統(tǒng)的各組成部分及硬件選配的設(shè)計(jì)方案，對(duì)控制方式進(jìn)行了設(shè)計(jì)和程序的編寫，最終達(dá)到實(shí)時(shí)的對(duì)豬舍環(huán)境的監(jiān)測與控制。

【關(guān)鍵詞】豬舍;CC-LINK現(xiàn)場總線;傳感器;組態(tài)軟件

中圖分類號(hào)： TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）11-0217-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.11.103

0 引言

隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的日益發(fā)展，現(xiàn)場總線的應(yīng)用越來越廣泛，以及社會(huì)對(duì)畜產(chǎn)品的產(chǎn)量及質(zhì)量要求也越來越高，商品豬的養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴(kuò)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(xiàn)場總線技術(shù)在畜牧養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用成為一種趨勢。本文設(shè)計(jì)的目的是以CC-LINK現(xiàn)場總線控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)豬舍的環(huán)境狀況的改善和降低飼養(yǎng)員的管理工作量。本文針對(duì)大型豬場多豬舍所設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了豬舍空氣、濕度等環(huán)境因素的檢測和智能控制。

1 商品豬養(yǎng)殖介紹

豬舍是生豬生長場所，豬舍相對(duì)適宜的生長環(huán)境，對(duì)生豬的健康生長有著重要意義。相比于國外發(fā)達(dá)國家，我國的養(yǎng)豬業(yè)，不論是生產(chǎn)水平還是管理水平都是相對(duì)比較落后的。究其原因，豬舍環(huán)境控制問題是導(dǎo)致這一狀況的重要因素之一。為了有效解決不利環(huán)境對(duì)生豬生長造成的負(fù)面影響，近年來，我國在對(duì)豬舍環(huán)境控制技術(shù)上也有了很大的改善，例如夏季濕簾降溫、縱向通風(fēng)及采用密閉方式進(jìn)行飼養(yǎng)等，為生豬養(yǎng)殖提供了良好的生長環(huán)境。但是在實(shí)際的控制中，他們忽視了豬舍里的各環(huán)境因子之間存在相互作用、相互影響的耦合關(guān)系，且大部分控制系統(tǒng)由飼養(yǎng)員手動(dòng)操作，自動(dòng)化水平不高，很難適應(yīng)現(xiàn)代化管理的要求。針對(duì)以上情況，設(shè)計(jì)出實(shí)時(shí)豬舍環(huán)境空氣、濕度等環(huán)境因素的檢測和智能控制系統(tǒng)已經(jīng)成為智能化規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)的重點(diǎn)研究方向。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

三菱PLC具有基本單元、開關(guān)量控制和模擬量控制功能，利用CC-Link專用電纜構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，完全能夠?qū)崿F(xiàn)大型豬場多豬舍環(huán)境的控制。根據(jù)上述總體的控制要求，結(jié)合每一個(gè)豬舍的控制參數(shù)，構(gòu)成如圖1所示的大型豬場多豬舍環(huán)境控制系統(tǒng)。

由上圖可看出，整個(gè)系統(tǒng)分為兩個(gè)部分。第一部分（即底層控制部分）：由十套相互獨(dú)立的CC-LINK現(xiàn)場總線系統(tǒng)構(gòu)成。第二部分（即上層控制部分）：以計(jì)算機(jī)鏈接方式和用于上位控制的組態(tài)構(gòu)成的上層監(jiān)控和現(xiàn)場控制系統(tǒng)。

第一部分由十套相互獨(dú)立的CC-LINK現(xiàn)場總線系統(tǒng)構(gòu)成，每套控制系統(tǒng)由五間豬舍構(gòu)成，將各豬舍內(nèi)分散的傳感器、風(fēng)機(jī)、水泵、噴灑等裝置通過CC-Link專用電纜集中連接到PLC上，構(gòu)成一個(gè)簡易的 PLC控制網(wǎng)。每套系統(tǒng)控制五間豬舍，由一個(gè)主站和四個(gè)從站構(gòu)成，主站由FX2N系列的PLC連接一個(gè)FX2N-16CCL-M主站模塊構(gòu)建成，外加A/D模塊、RS-485通信設(shè)備（用于第二部分中的計(jì)算機(jī)鏈接）。從站由一個(gè)遠(yuǎn)程I/O模塊（用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵等執(zhí)行機(jī)構(gòu)）、遠(yuǎn)程A/D轉(zhuǎn)換設(shè)備（用于采集和轉(zhuǎn)換傳感器及變送器發(fā)來的模擬量信號(hào)）、執(zhí)行機(jī)構(gòu)（風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵等）、傳感器及變送器等構(gòu)成。

第二部分則是以計(jì)算機(jī)鏈接技術(shù)，將第一部分的十套控制系統(tǒng)連接起來，并利用組態(tài)技術(shù)，開發(fā)出簡單實(shí)用的監(jiān)控畫面，實(shí)現(xiàn)對(duì)豬舍集中監(jiān)視和控制。

3 控制系統(tǒng)的優(yōu)勢與特點(diǎn)

3.1 控制系統(tǒng)的優(yōu)勢

3.1.1 穩(wěn)定快速的通信速度

高速度大容量的數(shù)據(jù)傳送是本設(shè)計(jì)的優(yōu)勢之一，傳輸速率最高可達(dá)10Mbps，當(dāng)通信速度達(dá)到10Mbps時(shí)，通信距離最大可達(dá)100米;傳輸速率最底也能達(dá)到156Kbps，當(dāng)應(yīng)用156Kbps為通信速度時(shí)，通信距離最遠(yuǎn)長達(dá)1200米。每個(gè)循環(huán)傳送數(shù)據(jù)為24字節(jié)，其中8字節(jié)用于位數(shù)據(jù)傳送，另外16字節(jié)用于字傳送。每次鏈接掃描的容量最大可達(dá)512字和2048位。

3.1.2 自動(dòng)刷新功能

本設(shè)計(jì)是以FX2N系列的PLC搭載相應(yīng)的主站模塊構(gòu)成CC-Link的主站，管理數(shù)據(jù)刷新和網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行就由該主站模塊來實(shí)現(xiàn)。主站模塊與PLC的CPU的數(shù)據(jù)刷新通過設(shè)置相應(yīng)的刷新參數(shù)，便可以將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)里的監(jiān)視數(shù)據(jù)及通信數(shù)據(jù)自動(dòng)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(yùn)行的步驟，縮短掃描周期，系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時(shí)性得到了保證。

3.1.3 高兼容性

CC-Link的星型、T型分支、多點(diǎn)接入等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用3種相應(yīng)型號(hào)的電纜及連接器可以支持將CC-Link元件接入任何機(jī)器和系統(tǒng)。

3.1.4 本設(shè)計(jì)的RAS

RAS是Reliability（可靠性）、Availability（有效性）、Serviceability（可維護(hù)性）的縮寫。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視功能、網(wǎng)絡(luò)診斷功能、在線更換功能、通信自動(dòng)恢復(fù)功能等可以以最短的時(shí)間恢復(fù)該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

3.2 本控制系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)

由于CC-Link現(xiàn)場總線網(wǎng)適用于一些控制點(diǎn)分散的場合，且可直接與各種傳感儀器、電磁閥、變頻器等現(xiàn)場設(shè)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(nèi)分散的傳感器、風(fēng)機(jī)、水泵、噴灑等裝置通過CC-Link專用電纜集中連接到PLC上，以構(gòu)成一個(gè)簡易的PLC控制網(wǎng)，不僅具備了真正控制網(wǎng)的可靠性，高速性，穩(wěn)定性等特點(diǎn)，而且價(jià)格極為低廉。

4 控制系統(tǒng)的硬件配置

4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與配置分析

本設(shè)計(jì)是以FX系列PLC作為主站的控制器來構(gòu)建的CC-Link現(xiàn)場總線系統(tǒng)，由于是FX系列的CC-Link系統(tǒng)，配置過程中，遠(yuǎn)程I/O模塊最多只能7臺(tái)，遠(yuǎn)程設(shè)備模塊（這里的遠(yuǎn)程設(shè)備模塊按每個(gè)只占一個(gè)站的計(jì)算）最多8臺(tái)，而遠(yuǎn)程設(shè)備站（這里我們的遠(yuǎn)程A/D模塊屬于遠(yuǎn)程設(shè)備，且每個(gè)模塊占用兩個(gè)站）最多能使用8個(gè)站，且整個(gè)FX系列的CC-Link系統(tǒng)最多能帶15個(gè)站。這就使得每套CC-Link系統(tǒng)最多能帶4個(gè)遠(yuǎn)程A/D模塊（占用8個(gè)站，已達(dá)上限）及4個(gè)遠(yuǎn)程I/O模塊（占用4個(gè)站），便使得每套控制系統(tǒng)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(gè)遠(yuǎn)程A/D模塊及遠(yuǎn)程I/O模塊去控制）。

4.2 CC-LINK系統(tǒng)控制過程分析

由于本控制系統(tǒng)屬于小型項(xiàng)目，故采用了以FX系列的PLC搭載了相應(yīng)的主站模塊構(gòu)成的CC-LINK現(xiàn)場總線系統(tǒng)。該一套總線系統(tǒng)控制了五間豬舍，其中一間豬舍以配有FX2N CPU PLC搭載一個(gè)FX2N—16CCL-M模塊來構(gòu)成CC-INLK系統(tǒng)的主站，另外還連接有FX2n-4A/D模塊和RS-485通訊設(shè)備（用以后續(xù)的計(jì)算機(jī)鏈接通訊），其余四間豬舍配有遠(yuǎn)程I/O模塊和遠(yuǎn)程設(shè)備模擬量模塊（A/D模塊）等來構(gòu)成從站，并配有各種傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。控制過程主要是通過遠(yuǎn)程設(shè)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(yùn)算后將控制信號(hào)通過連接掃描的方式送回遠(yuǎn)程I/O模塊以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的監(jiān)測與控制。

5 結(jié)束語

本文簡單的分析了傳統(tǒng)豬舍的不足，在此基礎(chǔ)上提出利用PLC等現(xiàn)代控制設(shè)備及控制技術(shù)升級(jí)傳統(tǒng)的養(yǎng)殖方式，改進(jìn)生豬的生存環(huán)境，以達(dá)到最優(yōu)的養(yǎng)殖目的。利用CC-Link開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性，開放性、通信速率快、網(wǎng)絡(luò)先進(jìn)、布線方便等優(yōu)點(diǎn)，有利于分散系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，提高系統(tǒng)自動(dòng)化水平，降低能耗提高效率，且節(jié)約成本。

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※基金項(xiàng)目：江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院科技項(xiàng)目（2018kj32）。

作者簡介：李娜（1984.04—），江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院教師，碩士研究生，研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)。