雞舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計(jì)案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u25920雞舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計(jì)案例概述 1319651.1雞舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 1100671.2傳感器的選擇 2110711.2.1溫濕度傳感器的選取 2204871.2.2氨氣傳感器的選取 3247611.2.3光照傳感器的選取 4162441.3控制設(shè)備的選擇 417941.1.1風(fēng)機(jī)的選擇 46451.1.2加濕器的選擇 5248671.1.3加熱器的選擇 6150501.1.4補(bǔ)光燈的選擇 6211251.1.5遮光板電機(jī)的選擇 7198871.4電氣設(shè)備的選型 8173571.2.1接觸器的選型 8242091.2.2熱繼電器的選型 8151391.2.3開關(guān)電源的選型 9292501.2.4中間繼電器的選型 10112821.5控制系統(tǒng)PLC組件的選擇 11204851.3.1PLC控制的理論基礎(chǔ) 11253951.3.2S7-200PLC組件的選取 1248691.3.3PLC控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)分配 13215491.3.4硬件接線圖設(shè)計(jì) 151.1雞舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)雞舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)部分由溫濕度傳感器、氨氣傳感器、光照傳感器、PLC控制器、上位機(jī)、溫度控制系統(tǒng)、濕度控制系統(tǒng)、氨氣控制系統(tǒng)和光照控制系統(tǒng)組成。監(jiān)控系統(tǒng)通過傳感器部分將采集到的溫度、濕度、氨氣和光照值轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，傳輸?shù)絇LC控制器部分，PLC控制器將此信號(hào)傳送給上位機(jī)，上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后再將執(zhí)行命令傳回PLC控制器，由PLC控制器控制四個(gè)控制系統(tǒng)模塊，從而達(dá)到將雞舍環(huán)境維持在一個(gè)穩(wěn)定適合雞群生長(zhǎng)的環(huán)境。硬件結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。硬件結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1硬件結(jié)構(gòu)1.2傳感器的選擇1.2.1溫濕度傳感器的選取本監(jiān)控系統(tǒng)選用集采集溫度和濕度于一體的SHT10溫濕度傳感器。SHT10溫濕度傳感器如圖3-2所示。圖3-2SHT10溫濕度傳感器SHT10數(shù)字式溫濕度傳感器參數(shù)如表3-1所示。表3-1SHT10數(shù)字式溫濕度傳感器性能參數(shù)型號(hào)SHT10溫度范圍-40-90℃準(zhǔn)確度±0.5℃濕度范圍0-100%RH準(zhǔn)確度±2.5%RH(10%-90%)1.2.2氨氣傳感器的選取氨氣傳感器是采用電化學(xué)反應(yīng)的方式，通過測(cè)量感應(yīng)電流的大小而得到氨氣的含量值，被廣泛用于市政、消防、燃?xì)狻㈦娦?、石油、化工、煤炭、電力、制藥、冶金、焦化、?chǔ)運(yùn)等行業(yè)。本監(jiān)控系統(tǒng)選用MQ137氨氣傳感器對(duì)雞舍的氨氣值進(jìn)行讀取，MQ137氨氣傳感器的實(shí)物圖如圖3-3所示。圖3-3MQ137氨氣傳感器MQ137氨氣傳感器性能參數(shù)如表3-2。表3-2MQ137氨氣傳感器性能參數(shù)型號(hào)MQ137類型半導(dǎo)體氣體傳感器標(biāo)準(zhǔn)封裝膠木、金屬罩檢測(cè)濃度5-500ppm續(xù)表3-2型號(hào)MQ137測(cè)量精度±5%FS供電電壓12-24V標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件需預(yù)熱1.2.3光照傳感器的選取本監(jiān)控系統(tǒng)選擇GD51-KGZ光照強(qiáng)度傳感器，去采集光照度信息，該傳感器先將光照值轉(zhuǎn)化為電壓值，然后通過調(diào)理電路，將其轉(zhuǎn)換為0-2V或4-20mA輸出。GD51-KGZ光照度傳感器的實(shí)物圖如圖3-4所示。圖3-4GD51-KGZ光照強(qiáng)度傳感器該光照度傳感器具有體積小巧、安裝方便、測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。GD51-KGZ光照度傳感器性能參數(shù)如表3-3所示。表3-3GD51-KGZ光照傳感器性能參數(shù)型號(hào)GD51-KGZ供電電壓DC5-24V（電壓型）、DC9-24V輸出信號(hào)0-2V(電壓型)、4-20mA(電流型)測(cè)量范圍0~20萬lx精度±3%響應(yīng)時(shí)間1秒分辨率1lus1.3控制設(shè)備的選擇1.1.1風(fēng)機(jī)的選擇通過考慮，本監(jiān)控系統(tǒng)選擇KTB-680百葉負(fù)壓式風(fēng)機(jī)來作為雞舍環(huán)境降溫、除濕和降低氨氣值的控制設(shè)備，其轉(zhuǎn)速為750r/min，電壓為220/380V供電，通風(fēng)量為196m3/h，其為低壓大流量軸流節(jié)能風(fēng)機(jī)，6葉式風(fēng)機(jī)葉片，扇葉、皮帶輪和葉托的連接采用先進(jìn)的力學(xué)設(shè)計(jì)，具有不變形、抗腐蝕、重量輕、噪音低等特點(diǎn)；風(fēng)機(jī)噪聲較低，靜壓適中，動(dòng)壓較小，流量較大，節(jié)能效果好。KTB-680百葉負(fù)壓式風(fēng)機(jī)實(shí)物圖如圖3-5所示。圖3-5KTB-680百葉負(fù)壓式風(fēng)機(jī)實(shí)物圖1.1.2加濕器的選擇當(dāng)雞舍的濕度過低時(shí)，需要利用加濕器進(jìn)行加濕控制。通過考慮，我們選擇ZS-60Z松島加濕器，其加濕量為18kg/h，適用面積為180-240平方米，功率為1800W。ZS-60Z松島加濕器實(shí)物圖如圖3-6所示。圖3-6ZS-60Z松島加濕器實(shí)物圖1.1.3加熱器的選擇通過考慮，本監(jiān)控系統(tǒng)選用YKGD-5風(fēng)道加熱器來作為雞舍加熱的控制設(shè)備，額定功率為5KW，規(guī)則分為低溫、中溫、高溫三種形式。升溫和降溫速率快，調(diào)節(jié)快而穩(wěn)定。其特點(diǎn)為設(shè)計(jì)合理，風(fēng)阻小，加熱均勻。YKGD-5風(fēng)道加熱器實(shí)物圖如圖3-7所示。圖3-7YKGD-5風(fēng)道加熱器實(shí)物圖1.1.4補(bǔ)光燈的選擇當(dāng)系統(tǒng)的光照過低時(shí)，需要開啟補(bǔ)光燈為雞舍環(huán)境提供照明。本監(jiān)控系統(tǒng)SGT5-C5W燈管，其采用兩頭防水設(shè)計(jì)，防水防塵耐腐蝕、抗紫外線老化。燈管亮度0-100%可調(diào)，直流供電無頻閃。SGT5-C5W燈管實(shí)物圖如圖3-8所示。圖3-8SGT5-C5W燈管實(shí)物圖SGT5-C5W燈管的性能參數(shù)如表3-4所示。表3-4SGT5-C5W燈管性能參數(shù)型號(hào)SGT5-C5W供電電壓DC0-48V功率0-5W外殼材質(zhì)聚碳酸酯色溫3000K防護(hù)等級(jí)IP66燈具壽命350001.1.5遮光板電機(jī)的選擇本監(jiān)控系統(tǒng)的遮光板電機(jī)選用YE2-132S2-8三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定電壓為380V，額定功率為7.5KW，額定電流為17.8A，轉(zhuǎn)速為720r/min，效率為83.5%，功率因數(shù)為0.75，。具有轉(zhuǎn)矩較高的特點(diǎn)，適合于遮光板轉(zhuǎn)動(dòng)較小的需求。YE2-132S2-8三相異步電動(dòng)機(jī)實(shí)物如圖3-9所示。圖3-9YE2-132S2-8三相異步電動(dòng)機(jī)實(shí)物圖1.4電氣設(shè)備的選型1.2.1接觸器的選型接觸器的符號(hào)為KM。本監(jiān)控系統(tǒng)選用正泰交流380V的JZC1-53接觸器，其電流規(guī)格為10A，額定頻率為50Hz，防護(hù)等級(jí)為IP20，其實(shí)物圖如圖3-10所示。圖3-10JZC1-53接觸器實(shí)物圖1.2.2熱繼電器的選型熱繼電器的符號(hào)為FR。本監(jiān)控系統(tǒng)選用正泰NR2-25熱繼電器，其實(shí)物圖如圖3-11所示。圖3-11NR2-25熱繼電器實(shí)物圖正泰NR2-25熱繼電器性能參數(shù)如表3-5所示。表3-5NR2-25熱繼電器性能參數(shù)型號(hào)NR2-25耐壓電壓690V適用頻率50/60Hz保護(hù)功能電機(jī)過載、缺相保護(hù)

安裝方法組合安裝、獨(dú)立安裝復(fù)位方法手動(dòng)復(fù)位、自動(dòng)復(fù)位脫扣等級(jí)10A1.2.3開關(guān)電源的選型開關(guān)電源的目的是將交流220V的交流電轉(zhuǎn)換為PLC模塊所需要的直流24V。本監(jiān)控系統(tǒng)選用明偉S-120開關(guān)電源。其實(shí)物圖如圖3-12示。圖3-12明偉S-120開關(guān)電源實(shí)物圖明偉S-120開關(guān)電源性能參數(shù)如表3-6示。表3-6明偉S-120開關(guān)電源性能參數(shù)型號(hào)S-120輸出功率120W輸出電壓24V輸出電流5A輸入電壓200-240VAC電壓可調(diào)±10%保護(hù)種類過載、短路、過壓1.2.4中間繼電器的選型中間繼電器的符號(hào)為KA。本監(jiān)控系統(tǒng)選用正泰JZ7-44中間繼電器，其實(shí)物圖如圖3-13示。圖3-13正泰JZ7-44中間繼電器實(shí)物圖正泰JZ7-44中間繼電器性能參數(shù)如表3-7所示。表3-7正泰JZ7-44中間繼電器性能參數(shù)型號(hào)JZ7-44常開觸頭數(shù)4常閉觸頭數(shù)4適用頻率50Hz動(dòng)作范圍吸合電壓（85%-110%）Us/放電壓（20%-75%）Us1.5控制系統(tǒng)PLC組件的選擇1.3.1PLC控制的理論基礎(chǔ)PLC控制就是指使機(jī)器按照規(guī)定好的順序運(yùn)行。PLC，英文名稱為ProgrammableLogicController，簡(jiǎn)稱PLC，中文名稱為可編程控制器，主要用于自動(dòng)化領(lǐng)域的控制。其工作原理，我們可以簡(jiǎn)化為，它通過傳感器、開關(guān)等元件采集按鈕狀態(tài)、溫度、濕度等信息，然后將信息給PLC處理器進(jìn)行信息處理，并將處理結(jié)果反饋給繼電器、燈、電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，這個(gè)類似我們?nèi)梭w感受外界信息，然后大腦根據(jù)信息告訴我們應(yīng)該如何去面對(duì)。PLC基本組成框架圖如圖3-14所示。圖3-14PLC基本組成框圖1.3.2S7-200PLC組件的選取本監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一共使用了22個(gè)輸入端口，13個(gè)輸出端口。通過比較CPU的類型，我們選擇西門子S7-200PLC的中央處理單元CPU226。CPU226的實(shí)物圖如圖3-15所示。圖3-15西門子S7-200CPU226實(shí)物圖本監(jiān)控系統(tǒng)使用了溫濕度、氨氣和光照傳感器，一共采集四個(gè)模擬量。通過對(duì)各個(gè)模擬模塊的比較和分析，本監(jiān)控系統(tǒng)的模擬模塊選用EM231。EM231模塊實(shí)物圖如圖3-16所示。圖3-16EM231模塊實(shí)物圖EM231性能參數(shù)如表3-8所示。表3-8EM231性能參數(shù)型號(hào)EM231額定電壓24V最大輸入電壓30VDC最大輸入電流32mA模擬量輸入端4個(gè)輸入類型差分輸出電壓/電流根據(jù)組態(tài)開關(guān)選擇/0-20mA1.3.3PLC控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)分配通過對(duì)本監(jiān)控系統(tǒng)的分析，本監(jiān)控系統(tǒng)一共22個(gè)輸入，13個(gè)輸出?？刂葡到y(tǒng)中的數(shù)字輸入分配表如表3-9所示。表3-9PLC數(shù)字量輸入分配表序號(hào)地址注釋1I0.0選擇手動(dòng)2I0.1選擇自動(dòng)3I0.2手動(dòng)開風(fēng)機(jī)4I0.3手動(dòng)關(guān)風(fēng)機(jī)5I0.4手動(dòng)開加熱

6I0.5手動(dòng)關(guān)加熱續(xù)表3-9序號(hào)地址注釋7I0.6手動(dòng)開加濕器8I0.7手動(dòng)關(guān)加濕器9I1.0手動(dòng)開遮光10I1.1手動(dòng)關(guān)遮光11I1.2手動(dòng)開燈管12I1.3手動(dòng)關(guān)燈管13I1.4自動(dòng)啟動(dòng)

14I1.5自動(dòng)停止15I1.6遮光反限位

16I1.7遮光1_3位17I2.0遮光2_3位18I2.1遮光正限位19I2.2風(fēng)機(jī)故障20I2.3加熱器故障21I2.4加濕器故障22I2.5遮光機(jī)故障PLC模擬量輸入分配表如表3-10所示。表3-10PLC模擬量輸入分配表序號(hào)地址注釋1AIW0溫度信號(hào)2AIW2氨氣信號(hào)3AIW4濕度信號(hào)4AIW6光照信號(hào)PLC輸出分配表如表3-11所示。表3-11PLC數(shù)字量輸入分配表序號(hào)地址注釋1Q0.0手動(dòng)指示2Q0.1自動(dòng)指示3Q0.2自動(dòng)運(yùn)行中4Q0.3風(fēng)機(jī)故障燈5Q0.4加熱器故障燈

6Q0.5加濕器故障燈7Q0.6遮光機(jī)故障燈

8Q0.7風(fēng)機(jī)運(yùn)行9Q1.0加熱器運(yùn)行10Q1.1加濕器運(yùn)行11Q1.2遮光正轉(zhuǎn)12Q1.3遮光反轉(zhuǎn)13Q1.4燈管運(yùn)行1.3.4硬件接線圖設(shè)計(jì)本硬件系統(tǒng)接線圖主要由三部分組成：PLC接線部分、PLC控制回路部分和PLC主電路部分。PLC的控制回路和主電路部分由繼電器得電使得常開觸點(diǎn)閉合，從而控制指示燈和電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。控制回路部分一共設(shè)置了8個(gè)指示燈和5個(gè)交流接觸器，主回路部分一共設(shè)置了四個(gè)設(shè)備，分別為風(fēng)機(jī)、加濕器、加熱器和遮光板電機(jī)?？刂苹芈凡糠盅b設(shè)了熔斷器保護(hù)電路，主回路部分裝設(shè)了斷路器和熱繼電器來保護(hù)電路和設(shè)備的安全。PLC的控制回路與主電路部分如圖3-17所示。圖3-17PLC的控制回路與主電路圖PLC接線部分主要由中央處理單元CPU226和模擬模塊EM231組成。一共使用22個(gè)輸入端和13個(gè)輸出端。當(dāng)選擇手動(dòng)模式時(shí)，只需要按下開關(guān)SA1時(shí)，中間繼電器KA1線圈得電，KA1的常開觸點(diǎn)閉合，手動(dòng)指示燈HL1亮；選擇自動(dòng)模式同理。當(dāng)選擇手動(dòng)模式后，便可以手動(dòng)操作控制設(shè)備來維持雞舍的內(nèi)部環(huán)境，如手動(dòng)開風(fēng)機(jī)，當(dāng)按下按鈕SB1時(shí)，中間繼電器KA8線圈得電，KA8常開觸點(diǎn)閉合，接觸器KM1線圈得電，KM1的常開觸點(diǎn)閉合，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)；其它控制設(shè)備的原理同風(fēng)機(jī)。當(dāng)選擇自動(dòng)模式時(shí)，按下按鈕SB11時(shí)，中間繼電器KA3得電，KA3常開觸點(diǎn)閉合，自動(dòng)運(yùn)行中指示燈HL3亮，按下按鈕SB12