基于PLC循環(huán)水養殖溫控系統的設計

第11卷第20期20l年7月科學(xué)技術(shù)與工程Vol 11 No 20 July 2011671-1815(2011)20-4734-0nce lechnologyngneerInC2011 Sci Tech. Engng農業(yè)科學(xué)基于PLC循環(huán)水養殖溫控系統的設計吳燕翔胡詠梅劉雨青(上海海洋大學(xué)工程學(xué)院,上海201306)摘要針對目前國內水產(chǎn)養殖監控系統較落后的研究現狀,設計了采用西門(mén)子7—200PLC的循環(huán)水養殖溫控系統,采用PD控制算法,對養殖池的水位和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監控,實(shí)現養殖池溫度和水位的恒定控制。詳細介紹了系統的整體控制方案工作原理,并給出了系統的軟、硬件結構設計,有效地實(shí)現了系統的邏輯控制、安全控制、故障顯示及故障處理。關(guān)健詞 PLC PID算法循環(huán)水養殖系統水位溫度中圖法分類(lèi)號S951.41TP273.1;文獻標志碼A近年來(lái),國外水產(chǎn)養殖的技術(shù)發(fā)展較快,在水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監控,實(shí)現養殖池溫度和水位的恒定體消毒、凈化,池底排污,增氧及控溫方面,幾乎采控制。用了現代所有可以引用的先進(jìn)技術(shù),水產(chǎn)養殖已經(jīng)達到相當高的自動(dòng)化程度1。但我國漁業(yè)現代化1系統的工藝設計和整體控制方案起步較晩,現代化水產(chǎn)養殖應具備的高溶氧、控溫水質(zhì)凈化技術(shù)還比較落后,而從國外直接引進(jìn)現代1.1工藝設計化的養殖設備和控制系統價(jià)格高,運行成本高2本系統采用循環(huán)水養殖系統的工藝36,結合在國內無(wú)法推廣普及。因此,研制一種適合于我國水處理技術(shù),實(shí)現高密度養殖并節約水資源,與傳的水產(chǎn)養殖監控系統具有十分重要的實(shí)際意義。統養殖模式相比,具有明顯的優(yōu)勢,是一種環(huán)保型在水體循環(huán)的養殖系統中,需要監測或控制的水質(zhì)節水型、高產(chǎn)值的養殖模式。主要由魚(yú)類(lèi)養殖池、參數很多,其中溫度會(huì )影響許多其他的水質(zhì)參數,調節池、循環(huán)水處理系統(包括微粒過(guò)濾機、沉淀所以溫度是一個(gè)很重要的參數,也是本系統監測和池水處理生化反應器、泡沫分離—臭氧消毒裝控制研究的重點(diǎn)。置、增氧裝置)、鍋爐熱水供應系統等功能單元組基于PC在工業(yè)控制系統中的良好應用,本文成。該系統有60m2(1.2m×10m×5m)魚(yú)池1將S7200C用于水產(chǎn)養殖控制系統中。整個(gè)系個(gè),循環(huán)水處理系統1套,自來(lái)水作為綜合系統的原統的工作原理為:從控制現場(chǎng)傳感器送來(lái)的(4—水;放魚(yú)前,系統運行2周,采用自然掛膜方法使生20)mA或(05)V的標準信號經(jīng)過(guò)AD轉換模塊化反應器內的濾料形成凈化功能選擇體質(zhì)健康送到現場(chǎng)控制單元(PC),經(jīng)過(guò)PID運算后形成控無(wú)外傷的羅非魚(yú)作為研究對象。工藝流程圖如圖1制信號,控制信號再經(jīng)過(guò)D/A轉換模塊返送到現場(chǎng)所示。執行單元(調節閥或電磁閥),對養殖池的溫度和水2011年3月22日收到上海市教育委員會(huì )科研創(chuàng )新項目(09YZ273)資助期吳燕翔,等:基于PC循環(huán)水養殖溫控系統的設計4735輸出水位調節閥1開(kāi)度大小的信號輸出臭氧發(fā)生器、泡沫分離器的啟停的信號光輸出水泵5、6的啟停信號出增氧機的啟停的信號警輸出微粒過(guò)濾機的啟停信號信輸出水泵3、4的啟停信號開(kāi)度木小的信號輸出鍋爐、水泵2后停號養殖池鍋爐控制器養殖池種故降輸入信號器原水入口增氧機閥4調節閥閥7目循環(huán)泵泡沫分離器地面調節池閥養殖池淀污管道圖1循環(huán)水養殖系統工藝流程圖系統開(kāi)始運行后,首先,增氧機的岀口電磁閥閥和原水進(jìn)水口調節閥的開(kāi)啟程度,經(jīng)調節后使得10、119、8開(kāi)啟,增氧機啟動(dòng)。其次,循環(huán)水處理系養殖池的溫度和水位的實(shí)際值跟期望值一致。統啟動(dòng),循環(huán)通道的電磁閥247、14、17、19開(kāi)啟,作面板顯示面板循環(huán)水系統啟動(dòng),此時(shí)有兩條支路,一條是泵3開(kāi)始啟停個(gè)運行報警啟動(dòng),將養殖用水從養殖池抽出,經(jīng)微粒過(guò)濾機過(guò)濾后送到沉淀池;另一條支路是當系統運行了一段時(shí)間,水質(zhì)凈化到一定程度,不存在大顆粒的固體懸浮物時(shí)采用,由泵4啟動(dòng),將養殖池的水直接泵給AD轉換D/A轉換沉淀池。由經(jīng)驗值可知,這兩條支路4h切換一次。傳感器然后泵5自動(dòng)開(kāi)啟,泵6是備用泵,兩泵同樣4h切調節閥1匚調節閥12換一次,將養殖用水從沉淀池抽出送到生化反應器原水進(jìn)熱水管」進(jìn)行生物過(guò)濾后送到調節池;調節池的水經(jīng)臭氧消毒——泡沫分離后自動(dòng)流回養殖池,完成一次水循環(huán),同時(shí)另一次水循環(huán)開(kāi)始。被控對象當養殖池的溫度降低時(shí),需要加入一定的熱水升高溫度,本系統的熱水來(lái)源于鍋爐,鍋爐內有水圖2系統整體方案圖位傳感器和溫度傳感器,從而保證鍋爐內一直有-1.2系統的整體控制方案定水位的熱水備用。最后,再根據養殖池的三個(gè)溫本控制系統以PC為核心,利用傳感器自動(dòng)檢4736科學(xué)技術(shù)與工程行轉換,然后送給PC,PLC根據傳感器檢測的數EM232模擬量輸出模塊、1個(gè)EM223數字量輸入輸據,由控制算法計算出控制結果,經(jīng)D/A轉換后驅出模塊。CPU226的LO點(diǎn)數是24/16,所以要擴展動(dòng)執行件動(dòng)作,自動(dòng)調整溫度和水位的值,使其與1個(gè)EM223數字量輸入輸出模塊,它的LO點(diǎn)數是期望值一致。PIC并通過(guò)采集輸入和輸岀點(diǎn)的信號8/8,作用是提供附加的輸入、輸岀點(diǎn),這樣完全可以監控外圍設備,并在顯示面板上做相應的顯示。這滿(mǎn)足系統的要求。同時(shí),選用1個(gè)EM231熱電偶模樣,PC就組成了現場(chǎng)監控單元,形成了循環(huán)水養殖塊,專(zhuān)門(mén)用于溫度的采樣,1個(gè)EM231模擬量輸人的控制系統。系統整體方案圖如圖2所示。模塊,用于水位的采樣,1個(gè)EM232模擬量輸出模系統的控制參數有養殖池溫度、養殖池水位、塊,用于輸岀調節閥的開(kāi)度信號。由于本系統選用兩條循環(huán)水處理系統的交替更換,具體通過(guò)控制溫了EM23Ⅰ熱電偶模塊,所以選用熱電偶傳感器檢測度調節閥開(kāi)度、水位調節閥開(kāi)度、電磁閥開(kāi)關(guān)、鍋爐溫度,并選用浮球式水位傳感器檢測水位。啟停、水泵啟停、增氧機啟停、微濾機啟停、臭氧發(fā)2.2CPU226的LO地址分配生器啟停、泡沫分離器啟停等來(lái)實(shí)現。系統根據水循環(huán)水養殖溫控系統的設計主要涉及了33個(gè)溫傳感器測得的養殖池內實(shí)際水溫來(lái)控制溫度調數字量輸亼、23個(gè)數字量輸岀,6個(gè)模擬量輸入、2節閥的開(kāi)度,水溫控制值可以設定(例如:設定養殖個(gè)模擬量輸出。CPU226的LO地址分配如表1池內溫度為30℃,當溫度低于30℃時(shí),系統根據溫所示。度差控制溫度調節閥的開(kāi)啟程度,溫度差較大時(shí)調2.3系統的軟件設計節閥的開(kāi)度大,溫度差較小時(shí)調節閥開(kāi)度小,以保本系統的程序設計由以下部分構成:主程序,持池內溫度的平衡)。同理,系統根據養殖池內實(shí)初始化子程序6,養殖池溫度PID參數初始化子程際水位來(lái)控制水位調節閥的開(kāi)度。當水位差較大序3( PID CHO),養殖池水位PD參數初始化子程時(shí),調節閥的開(kāi)度大些;當水位差較小時(shí),調節閥的序4(PID_CH1),循環(huán)及過(guò)濾生化系統子程序0,臭開(kāi)度相應小些,自動(dòng)調節水位。根據循環(huán)水養殖系氧殺毒一泡沫分離系統子程序1,鍋爐熱水供應系統的凈化程度控制兩條循環(huán)水處理系統的更換,更統子程序2,故障報警及顯示子程序5,中斷程序0換時(shí)間具體根據實(shí)際情況設定。本控制系統還具(ⅠN0),中斷程序1(ⅠNT1)。本控制系統的控制有故障報警和顯示功能,當養殖池內水位過(guò)低,水程序采用 STEP-Micro/win32軟件以梯形圖方式位過(guò)高,溫度高,水泵、微濾機、泡沫分離器過(guò)載時(shí)編寫(xiě)。報警,PC發(fā)現問(wèn)題后就立刻做出相應的保護動(dòng)作主程序開(kāi)始」避免事態(tài)擴大,停機處理,同時(shí)在顯示面板上發(fā)出警告,數碼管會(huì )顯示故障代碼,指出問(wèn)題所在初始化、設定參數綜上所述,PC將在該循環(huán)水養殖系統中起到對各功能的監控保護,系統故障診斷、邏輯控制等手動(dòng)←自動(dòng)?重要作用。水位低?停機及報警控制系統的設計調用各模塊2.1系統的硬件設計子程序根據系統的要求,選取西門(mén)子PCS7—200結束期吳燕翔,等:基于PC循環(huán)水養殖溫控系統的設計47372.3.1系統主程序表11O分配表系統的主程序如圖3所示輸入點(diǎn)功能輸出點(diǎn)功能由圖3可知,按下啟動(dòng)鍵后,首先檢測養殖池水0.0總系統啟動(dòng)按鈕Sl00.0水泵1啟動(dòng)K1位,如果水位低就停機,否則就正常運行。接下來(lái)0.1總系統停止按鈕2水泵3啟動(dòng)K3依次調用循環(huán)水處理系統子程序,鍋爐熱水供應系0.2系統排污按鈕3水泵4啟動(dòng)K4統子程序,溫度控制子程序,水位控制子程序,程序10.31手動(dòng)_0自動(dòng)水泵5啟動(dòng)K5還具有故障處理報警顯示功能。各子系統之間是10.4水泵1啟動(dòng)按鈕s5水泵6啟動(dòng)K6相互獨立的,除了低水位報警停止整個(gè)系統的運0.5水泵1停止按鈕s600.5增氧機的啟動(dòng)K7行,其他報警不影響整個(gè)系統的運行。系統有手動(dòng)水泵2啟動(dòng)按鈕s700.6微濾機啟動(dòng)KS模式和自動(dòng)模式兩種控制方式,當系統處于自動(dòng)模1O.7水泵2停止按鈕s800.7泡沫分離器啟動(dòng)K式時(shí),只需按下操作面板上的系統啟動(dòng)按鈕,PLC就1.0鍋爐啟動(dòng)按鈕89Q1.0臭氧發(fā)生器啟動(dòng)K05、6開(kāi)啟K12生化會(huì )自動(dòng)執行設定的程序,達到控制目的;當系統處Il.1鍋爐停止按鈕s0Q1反應器排水電磁閥于手動(dòng)模式時(shí),只需按下操作面板上_1手動(dòng)0自動(dòng)按鈕,并向PC發(fā)出控制輸入(如,水泵啟停、微濾112水泵3啟動(dòng)按鈕ll.214、17、19開(kāi)啟K13循環(huán)通道電磁閥24、7機啟停),然后PLC根據輸人,操作外部設備(如繼3開(kāi)啟K15沉淀Il.3水泵3停止按鈕s12池的排水電磁閥電器),完成一系列預先設定好的動(dòng)作,便于調試和通道電磁閥20、21、22排除故障。l4水泵4啟動(dòng)按鈕s3Q1.42324開(kāi)啟K16臭氧2.3.2溫度控制子程序消毒一泡沫分離PID_CHO,養殖池溫度PID參數初始化子程I1.5水泵4停止按鈕s14Q1.510、11、9、8開(kāi)啟K17序,首先根據養殖池溫度PD算法回路表設初值,其增氧機的出口電磁閥次執行中斷0進(jìn)行定時(shí)采樣,采樣時(shí)間為0.1s,為1.6微濾機啟動(dòng)按鈕s1501.6啟動(dòng)K18聲光報警器(紅燈)了使測得溫度更加準確,在養殖池的不同位置放置了三個(gè)溫度傳感器,將定時(shí)采樣的三個(gè)溫度傳感器1.7微濾機停止按鈕sl6Q1.7啟動(dòng)K19正常運行指示燈綠燈的平均值作為實(shí)際采樣值,并轉換成PID的標準化12.0水泵5啟動(dòng)按鈕s7EM223數值,然后執行PD運算,運算結果轉化后進(jìn)行模擬數字量模塊故障輸入、故障顯示量輸出,來(lái)控制鍋爐熱水出口調節閥12的開(kāi)度,當12.1水泵5停止按鈕s8EM231熱電偶模塊4個(gè)T型熱電偶誤差較大時(shí),調節閥12的開(kāi)度會(huì )適當增大,當誤差12.2水泵6啟動(dòng)按鈕s19M231較小時(shí),調節閥12的開(kāi)度會(huì )適當減小。采用PID算模擬量輸入法對養殖池溫度進(jìn)行調節,使系統振蕩和超調都很123水泵6停止按鈕20EM232調節閥小且系統響應快,減小了水溫的波動(dòng)。PID_CH0中模擬量輸出12.4增氧機啟動(dòng)按鈕s21的PD的各參數均先根據經(jīng)驗值設定,因為S72.5增氧機停止按鈕s22200PLC有PD自整定功能,所以系統運行后,根據12.6泡沫分離器啟動(dòng)實(shí)際情況,參數還可以再優(yōu)化。按鈕s2312.7泡沫分離器停止按鈕s24473科學(xué)技術(shù)與工程中斷0開(kāi)始中斷1開(kāi)始PID CH0開(kāi)始養殖池水位定時(shí)采樣感器采樣的平均值轉SMQ0給養殖池溫度PID算法換成0~1之間的實(shí)數匚PDcH開(kāi)始回路表設初值將養殖池水位傳感器5次采樣的M0給養殖池水位PD算法[平均值轉換成0之間的實(shí)數回路表設初值執行PID運算指令設置中斷0預置存放養殖池水位釆樣設置中斷1和、采樣計數器的和的寄存PID CHO結束將輸出值轉換成0~32000器清零之間的整數送至AQW0PID CH結束執行PID運算指令中斷0結束圖4溫度PID的初始化程序和中斷程序0的流程圖將輸出值轉換成0~32000之間的整數送至AQW12.3.3水位控制子程序PID CH1,養殖池水位PD參數初始化子程中斷1結束序,首先根據養殖池水位PD算法回路表設初值,其圖5水位PD的初始化程序和中斷程序1的流程圖次執行中斷1進(jìn)行定時(shí)采樣,采樣時(shí)間為0.1s,為了使測得水位更加準確,將養殖池水位傳感器5次參考文獻采樣的平均值作為實(shí)際采樣值,并轉換成PD的標1李秀辰,崔引安,雷衍之.水產(chǎn)養殖環(huán)境工程技術(shù)的研究展望.中準化數值,然后執行PID運算,運算結果轉化后進(jìn)行國農業(yè)大學(xué)學(xué)報,1998;(4):5962模擬量輸出,來(lái)控制原水進(jìn)口調節閥1的開(kāi)度,當誤2王治容,陳述平切實(shí)發(fā)展設施漁業(yè)促進(jìn)水產(chǎn)養殖科技進(jìn)步飼差較大時(shí),調節閥1的開(kāi)度會(huì )適當增大,當誤差較小料廣角,2002;(4):10—14時(shí),調節閥1的開(kāi)度會(huì )適當減小,從而保證養殖池水3譚洪新,劉艷紅,朱學(xué)寶,等閉合循環(huán)水產(chǎn)養殖一植物水栽培綜位的恒定。PID_CH1中的PID的各參數同樣均先合生產(chǎn)系統的工藝設計及運行效果.水產(chǎn)學(xué)報,2004;28(6)689-694根據經(jīng)驗值設定,系統運行后,根據S7-200PLC的4張明華,楊菁,王秉心,等.工廠(chǎng)化海水養魚(yú)循環(huán)系統的工藝流PID自整定的值,參數還可以再優(yōu)化程研究,海洋水產(chǎn)研究,2004;25(4):65-705梁寧,潘偉斌.工廠(chǎng)化養殖循環(huán)水處理工藝探討.水產(chǎn)科技情3結論報,2004;31(6):255-2586倪琦,胡伯成,宿墨.循環(huán)水繁育系統工藝研究和工程實(shí)踐.本文設計了循環(huán)水養殖系統,結合水處理技業(yè)現代化,2006;(2):12-15術(shù),減少了日換水量,從而實(shí)現了高密度養殖并節約水資源,是一種環(huán)保型、節水型、高產(chǎn)值的養殖模式;整個(gè)系統軟硬件搭配合理,維護方便,具有較高的性?xún)r(jià)比,在實(shí)驗室模擬調試中運行穩定可靠,能夠很好地完成本系統養殖池的水位和溫度的恒定控制,是一種切實(shí)可行的控制方案,具有良好的推期吳燕翔,等:基于PC循環(huán)水養殖溫控系統的設計4739The Design of Recirculating Aquaculture TemperatureControl System Based on PLCwU Yan-xiang, HU Yong-mei, LIU Yu-qingCollege of Engineering, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, P. R. China[ Abstract Since study on the domestic aquaculture monitoring system was backward at present, the SIMATICS7-200 CPU226 is used and adopted PID control algorithm to make real-time monitoring and controlling for thewater level and temperature of closed circulating aquaculture system, thus it realized constant water level and tem-perature control in the culture pond. The system overall control scheme and principle are introduced in detail,andthe system software and hardware structure design are given, the system has efficiently implemented system logiccontrol, safety control, fault display and fault treatmentI Key words PLC PID algorithmclosed circulatingaquaculturewater level(上接第4733頁(yè))Breast Cancer Diagnosis Using Machine Learning TechniqueLI Rong. sun YuanThe Institution of Information, Beijing Wuzi University, Beijing 101 149, P. R. ChinaAbstract] In order to improve the diagnosis accuracy, machine learning method was proposed to construct thebreast cancer diagnosis model. The parameters of cell feature are the inputs of model and the class of diagnosed cellis the output. Three machine learning methods are chosen as training algorithm, including BP neural networklearning vector quantity network and support vector machine. Simulation results show that three methods have highidentification ability( BP: 97. 28 %, LvQ: 98.06%0, SVM: 98. 45%)and can be applied to other medicine re-search as effective methodL Key words] neural network feature parameters support vector weight learning vector