基于plc的养殖车间控制系统设计

基于plc的养殖车间控制系统设计内容摘要：

自动进料系统的功能是在配料车完成配料并将草料输送到进料小车后，按下控制面板上的进料按钮后，进料小车完成自动进料。 按下饮水按钮后，启动水泵，向食物槽注水。 自动除杂系统的功能是在按下控制面板上除杂按钮后，控制系统驱动除杂小车进行清便作业，并通过传送带将牲畜粪便运送到粪便堆放区。 车间环境控制系统拥有三个功能，通过控制电磁阀、水泵等实现向饮食槽注水、车间清洗及车间消毒 [3]。 本设计的主要工作 本设计的主要研究工作包括： （ 1） 对养殖车间进行整体布局设计及控制系统设计 ； （ 2） 对系统 进行电路设计 ； （ 3） 对系统进行硬件设计 ； （ 4） 对系统进行软件设计； （ 5） 对系统进行调试并撰写报告。 基于 PLC 的 养殖车间控制 系统设计 –5– 2 养殖车间系统设计 整体设计 这部分是在充分了解养殖工艺流程的情况下， 为达到养殖控制要求而 对养殖车间中自动进料区、牲畜活动区及自动除杂区进行整体布局 ，并对养殖车间控制系统进行整体设计。 养殖车间整体布局如图 所示，为实现合理利用生产设备，大型养殖车间应模块化对称化布局，两模块之间共用自动进料车与自动除杂车。 图中白色区域是自动进料区，为自动进料系统工作区域。 浅蓝色区域是 饮食槽，按需充当饮水槽与喂料槽。 粉色区域是牲畜活动区，为牲畜活动空间。 深蓝色区域是自动除杂区，为自动除杂系统工作区域。 自 动 除 杂 区 牲 畜 活 动 区 饮食槽 自 动 进 料 区 饮食槽 牲 畜 活 动 区 自 动 除 杂 区 图 养殖车间整体布局图 控制系统是自动养殖的核心，它综合运用上位机及 PLC 控制变频器、电机、 自动进料小车、自动除杂小车、水泵、电磁阀、 接触器开关等执行机构，从而实现所需的养殖工艺流程，达到自动养殖的目的。 控制系统整体框图，如图 所示。 在上位机的编程操作及限位开关、红外开关的综合作用下，通过 PLC 控制电压输出驱动自动进料系统变频器 1 的不同点位，使其输出不同频率的电压，进料异步电机在不同频率电压驱动下，输出不同转速，以实现在不同区域不同时段不同需求下自动进料基于 PLC 的 养殖车间控制 系统设计 –6– 小车相应的工作状态。 同理，通过 PLC 控制电压输出驱动自动除杂系统变频器 2 的不同点位，以实现自动除杂小车的不同工作状态。 在车间环境控制系统中，当需求车间清洗作业时， PLC 控制相应电磁阀及水泵，吸取地下水完成清洗操作。 当需 求车间消毒作业时， PLC 控制相应电磁阀及水泵，吸取消毒剂混合水箱中的消毒溶液完成消毒作业。 养殖车间控制系统与养殖车间整体布局相结合，实现基于 PLC 的养殖车间控制系统的整体设计 [4]。 图 控制系统整体框图 自动进料系统设计 自动进料系统是由 PLC 控制变频器，变频器驱动进料车电机，并在相应位置开关的综合控制下实现自动进料。 自动进料 系统机构图，如图。 当需 要进料操作时，按下控制面板上进料按钮， PLC 得到输入信号后，执行既定程序，完成进料操作。 具体操作步骤如下： 1）根据加料的需求情况选择适当的加料档位，两个档位控制变频器输出频率不同，进而进料小车车速不同，车速越快，加料量越少。 上位机 P L C 执行电机 进料电机 除杂电机 接触开关 控 制 面 板 变频器 1 位 置 开 关 变频器 2 基于 PLC 的 养殖车间控制 系统设计 –7– 2）在混料车将混合后的草料输送到进料小车的前提下，按下进料按钮后，进料小车按相应速度起步工作。 3）红外减速开关 2 具有自锁互锁功能，进料小车行至开关 1 处，由于开关 1 受开关 2 的限制，只有开关 2 工作后才能工作，所以此处开关 1 不工作，进料小车正常行驶。 当进料小车行至开关 2 处时，开关 2 工 作，进料小车减速。 开关 2 工作后，开关 1能够工作，开关 1 能够工作又限制开关 2 不能工作。 4）当进料小车触及限位开关 1 后，小车停止并向反方向行驶，行至开关 2 处，由于开关 2 不工作，进料小车正常行驶，行至开关 1 处，开关 1 工作，进料小车减速，直到停止于初试位置，工作过程复位 [5]。 限位开关 1 进水口 红外减速开关 2 红外减速开关 1 输料传送带 输料传送带 进料小车轨道 图 自动进料系统机构图 自 动 进 料 区 饮 食 槽 饮 食 槽 进料小车 基于 PLC 的 养殖车间控制 系统设计 –8– 自动除杂系统设计 除杂系统结构与进料系统结构大致相同。 由 PLC 控制变频器，变频器驱动自动清便车电机并在限位开关的综合控制下，实现自动除杂。 自动除杂 系统机构图，如图。 当需要除杂操作时，按下控制面板上除杂按钮， PLC 得到输入信号后，执行既定程序，完成除杂操作。 具体操作步骤如下： 1）按下除杂按钮后，除杂小车起步工作。 2）同样，红外减速开关 4 也具有自锁互锁功能，除杂小车行至开关 3 处，由于开关 3 受开关 4 的限制，只有开关 4 工作后才能工作，所以此处开关 3 不工作，除杂小车正常行驶。 当除杂小车行至开关 4 处时，开关 4 工作，除杂小车减速。 开关 4 工作后，开关 3 能够工作，开关 3 能够工作又限制开关 4 不能工作。 3）当除杂小车触及限位开关 2 后，小车停止，输送传送带启动，小车液压 系统工作，将粪便翻卸置传送带上。 4）卸车完毕后，除杂小车不工作状态反向快速行驶，行至开关 4 处，由于开关 4不工作，除杂小车正常行驶，行至开关 3 处，开关 3 工作，除杂小车减速，直到停止于初试位置，工作过程复位 [5]。 输送传送带 限位开关 2 红外减速开关 4 轨道 图 5 红外减速开关 3 图 自动除杂系统机构图 自 动 除 杂 区 除杂小车 基于 PLC 的 养殖车间控制 系统设计 –9– 车间环境控制系统设计 车间环境控制系统 由 PLC 控制不同水泵、不同电磁阀及搅拌电机的开关状态实现向饮水槽注水作业、车间清洗作业和车间消毒作业。 车间环境控制 系统机构图，如图。 当需要注水作业时，按下饮水按钮， PLC 输出控制信号使得电磁阀 5 开通，电磁阀 4 关断，水泵 1 开启，通过管道向饮食槽注水，供牛饮水。 注水作业为定时作业，时间到各执行器复位。 注水水流流向见图。 当需要车间清洗作业时，按下清洗按钮， PLC 输出控制信号使得电磁阀 4 开通，电磁阀 5 关断，水泵 1 开启，通过管道向喷雾系统注水，实现清洗作业。 清洗作业为定时作业，时间到各执行器复位。 清洗作业水流流向见图。 当需要车间消毒作业时，按下消毒按钮， PLC 输出控制信号使得电磁阀 1 开通，电磁阀 2 关断，水泵 1 开启，通过管道向消毒水箱注水，注水后水位开关 1 开通、搅拌电机开起。 当水位升至水位开关 2 处，水位开关 2 开通，使得水泵 1 停止，电磁阀 2复位，电磁阀 3 开通，电磁阀 4 关闭，水泵 2 开启，实现消毒作业。 当消毒溶液液位降至水位开光 1 处时，水位开关 1 断开，电磁阀 4 复位，水泵 2 停止，消毒作业结束 [6]。 消毒作业水流流向见图。 喷雾系统 电磁阀 5 电磁阀 4 电磁阀 3 供水水流流向 清洗水流流向 电磁阀 2 水泵 2 电磁阀 1 水位开关 2 消毒水流流向 水泵 1 水位开关 1 搅拌电机 图 车间环境控制 系统机构图 饮食槽 饮食槽 基于 PLC 的 养殖车间控制 系统设计 –10– 3 养殖车间控制 系统 的 电路设计 变频调速控制电路设计 变频调速系统 是 通过 PLC 控制变频器达到变频调速的目的，从而实现 异步 交流电机的正反转、加减速控制。 控制原理图，如图。 接线图，如图。 图 变 频调速控制原理图 x y z KM KM 图 变频调速控制接线图 M P L 24V+ C M L R U。