PLC的鸡舍空气质量检测与控制系统设计
目 录
一、引言 1
（一）鸡舍内空气质量概况 1
（二）设计意义 1
（三）设计任务 1
二、鸡舍空气监控系统设计 2
（一）监控系统结构 2
（二）制冷系统工作原理 3
（三）加热系统的运用 4
三、鸡舍监控系统的硬件设计 5
（一）PLC的选型 5
（二）温度传感器 6
（三）人机界面选型方案 6
（四）总体硬件设计 7
四、软件系统设计 8
（一）PID控制运用 8
（二）软件STEP7的应用 9
（三）PLC编程设计 10
（四）PLC变频器设备通讯 15
（五）MCGS组态软件 15
总结 19
参考文献 20
致谢 21
附录 22
一、引言
（一）鸡舍内空气质量概况
传统的家禽养殖场里或者室内通常含有一些有害物质，比如地板上的尘土、洒落的饲料以及鸡身上掉下来的皮屑，此外，还有物料燃烧和鸡呼吸等产生的氨气(NH4)、一氧化碳(CO)和二氧化碳。众所周知，煤气中毒发生是因为煤气中的一氧化碳和人体的血红蛋白结合使得氧气没法被血液携带，因此会窒息，鸡舍内如果一氧化碳超标也会对鸡产生这种伤害。发霉的饲料会产生毒素和霉菌，当鸡误食后，会发生中毒现象，并且空气中的有毒气体会溶于水中，鸡喝了带有毒性的水后健康质量会严重下降。
粪便分解后产生的硫化氢(H2S )、甲烷和氨气，这些有害气体混合在鸡舍内给鸡带来了大肠杆菌以及呼吸道等传染病，极大程度的影响了鸡舍的生产能力与经济效益。当这些 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
指标严重超标时，空气内的氧气含量会大幅度下降，不但会影响鸡的健康，更会严重危害饲养员的生命健康。所以，提高鸡舍内的空气质量是促进生产以及提高鸡肉和鸡蛋质量的必要保障。
（二）设计意义
与传统的人工空气检测与控制相比，本次采用PLC设计的鸡舍空气质量检测与控制系统具有如下优点：
1、无需饲养人员时刻的监督管理，系统本身会自动调节温度浓度并通风换气；
2、采用先进的应用电子技术进行管理，为家禽业带来高产与方便；
（三）设计任务
1、设计一个鸡舍空气质量的监控系统，采用PLC作为控制器。
2、能够通过温度传感器自动检测鸡舍内的温度，并根据温度值大小来启动加热器或者制冷器；
3、能够通过一氧化碳传感器对鸡舍内一氧化碳浓度进行检测，当浓度超标时自动打开排气阀；当浓度符合预先设定值时，不启动排气阀；
二、鸡舍空气监控系统设计
（一）监控系统结构
鸡舍空气监控系统主要由PLC、制冷剂循环系统、加热系统、温度传感器模块、一氧化碳传感器模块以及换气系统等组成(其系统结构图见下图1)。其中温度传感器的作用是采集鸡舍内的温度参数，实现非电量和电量的转换；一氧化碳传感器的作用是采集鸡舍内的一氧化碳浓度参数，同样也实现了非电量和电量的转换；PLC根据两个传感器采集到的参数，执行相关判断，当温度超过一定的设定值时，就要启动制冷器模块进行制冷，反之，加热系统将会被启动用来加热，从而维持鸡舍内温度的恒定。当采集到的一氧化碳浓度高于正常值时，PLC就要打开换气系统进行换气；而浓度处于正常值时，关闭排气系统。
图1 鸡舍空气质量监控系统结构
（二）制冷系统工作原理
1、制冷原理
当我们身体表面有水分时，经过蒸发作用，我们的身体会感到非常的凉爽，由物理和化学知识可以知道，这是因为液态水在蒸发后会带走我们皮肤表面的热量，所以皮肤的温度就会被降低，因此我们就会有舒适感。而空调里的制冷也是运用了这个常见的原理，它将气态物质压缩成液态的，这由它内部的压缩机来完成。所以当液态的物质在空气中升华变成气态后，带走了周围空气的大量热量，因此空调吹出的风是温度很低的。这就是空调制冷的原理。在空调制冷机中，通常是创造低压条件来让化学物质由气态转化为液态，只要能够创造低压条件，就能使利用液体气化带走热量。根据这个原理，气化过程会吸收空气的热量，使得空气的温度下降。
2、制冷系统的工作原理
该鸡舍空气质量监控系统的制冷系统由冷凝器、节流阀、压缩机以及蒸发器组成。液体制冷剂在蒸发器中吸收鸡舍内的热量，将其汽化成低温低压的蒸汽，压缩机吸入该蒸汽并将其压缩成高温高压的蒸汽，接着排入冷凝器，在冷凝器中冷凝介质（水或空气）放热，冷凝为高压液体，经节流阀节流为低压低温的制冷剂，如此循环，从而达到制冷的效果，这就是制冷系统的工作原理。当温度传感器检测到鸡舍内温度高于设定值时，制冷系统将开始工作直至舍内温度趋于设定值，由此循环，能降低舍内较高的温度。
每个鸡舍内部都会安装各自相对独立的温度控制器，管理者可以根据最适宜鸡生长的温度来设定室内的温度值，PLC外部配备的温度传感器能够实时并且持续的感应鸡舍内的温度，将采集得到的室内温度递交给PLC，PLC根据传送过来的采样温度值与设定温度做对比，采用相关算法，快速的调整鸡舍内的温度，从而构成闭环形式的温度控制系统（温控原理图见下图2）。
图2 制冷系统的控制原理
（三）加热系统的运用
1、加热系统的结构组成
该鸡舍空气质量监控系统的加热系统采用的是电热膜，它一种新兴的电热设备，热阻少、导热快、热能损失小、电能转换效率高达90%。电热膜是由电热膜片、连接部件和温控器组成的，其中电热膜片是电热膜系统中的发热部件，电热膜片的基材是PET特制聚酯膜，发热材质为墨线，导电材质为金属载流条。电热膜的连接部件有连接导线、连接卡和绝缘罩，用以连接电热膜的电路，及控制电热膜运行安全。
2、加热系统的工作原理
电热膜的墨线被平行、均匀的铺设在聚酯薄膜内，两端由相当于电线的金属载流条相连，形成多根并联电阻。电热膜通电后，在金属载流条的接通下，墨线通电发热。电热膜的墨线是特制导电线状油墨，金属载流条的材质是铜镀锡和银浆等合金材料。电热膜的制造已实现电脑数控，油墨线的厚度、油墨线两端的直径都可以根据散热需要加以控制，以确保电热膜发热时的温度水平及均匀性。简而言之，此电热膜加热系统是以电热膜为发热体，配合温控器、导电电路以及表面装饰材料组成的供暖体系（其系统结构图如下图3所示）。当温度传感器检测到鸡舍内温度低于设定值时，加热系统将开始工作直至舍内温度趋于设定值，从而保持舍内拥有较低的温度。
三、鸡舍监控系统的硬件设计
本鸡舍空气质量监控系统采用了S7—200型PLC作为中控核心，结合一氧化碳浓度传感器模块、温度传感器模块、变频器、人机界面以及换气系统等外部硬件的配合，从而构成了整体的硬件设计，以下将对各部分进行详细分析。
（一）PLC的选型
可编程逻辑控制器（简称PLC）是当前工业上经常使用到的一种控制器，由于它有着很强大的控制能力，因此在生产的各个领域都能看到它的身影。其内部集成的存储器是可编程的，它的内部有计数器、存储器、总线以及CPU组成，它可以通过其内部集成的数字接口或者模拟接口而直接操控工业上各种类型的设备或机械。由PLC和其外部的相关设备组成的PLC系统应该按照相关原则而设计，使其能够满足日后系统扩展和升级的目的。
一、引言 1
（一）鸡舍内空气质量概况 1
（二）设计意义 1
（三）设计任务 1
二、鸡舍空气监控系统设计 2
（一）监控系统结构 2
（二）制冷系统工作原理 3
（三）加热系统的运用 4
三、鸡舍监控系统的硬件设计 5
（一）PLC的选型 5
（二）温度传感器 6
（三）人机界面选型方案 6
（四）总体硬件设计 7
四、软件系统设计 8
（一）PID控制运用 8
（二）软件STEP7的应用 9
（三）PLC编程设计 10
（四）PLC变频器设备通讯 15
（五）MCGS组态软件 15
总结 19
参考文献 20
致谢 21
附录 22
一、引言
（一）鸡舍内空气质量概况
传统的家禽养殖场里或者室内通常含有一些有害物质，比如地板上的尘土、洒落的饲料以及鸡身上掉下来的皮屑，此外，还有物料燃烧和鸡呼吸等产生的氨气(NH4)、一氧化碳(CO)和二氧化碳。众所周知，煤气中毒发生是因为煤气中的一氧化碳和人体的血红蛋白结合使得氧气没法被血液携带，因此会窒息，鸡舍内如果一氧化碳超标也会对鸡产生这种伤害。发霉的饲料会产生毒素和霉菌，当鸡误食后，会发生中毒现象，并且空气中的有毒气体会溶于水中，鸡喝了带有毒性的水后健康质量会严重下降。
粪便分解后产生的硫化氢(H2S )、甲烷和氨气，这些有害气体混合在鸡舍内给鸡带来了大肠杆菌以及呼吸道等传染病，极大程度的影响了鸡舍的生产能力与经济效益。当这些 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
指标严重超标时，空气内的氧气含量会大幅度下降，不但会影响鸡的健康，更会严重危害饲养员的生命健康。所以，提高鸡舍内的空气质量是促进生产以及提高鸡肉和鸡蛋质量的必要保障。
（二）设计意义
与传统的人工空气检测与控制相比，本次采用PLC设计的鸡舍空气质量检测与控制系统具有如下优点：
1、无需饲养人员时刻的监督管理，系统本身会自动调节温度浓度并通风换气；
2、采用先进的应用电子技术进行管理，为家禽业带来高产与方便；
（三）设计任务
1、设计一个鸡舍空气质量的监控系统，采用PLC作为控制器。
2、能够通过温度传感器自动检测鸡舍内的温度，并根据温度值大小来启动加热器或者制冷器；
3、能够通过一氧化碳传感器对鸡舍内一氧化碳浓度进行检测，当浓度超标时自动打开排气阀；当浓度符合预先设定值时，不启动排气阀；
二、鸡舍空气监控系统设计
（一）监控系统结构
鸡舍空气监控系统主要由PLC、制冷剂循环系统、加热系统、温度传感器模块、一氧化碳传感器模块以及换气系统等组成(其系统结构图见下图1)。其中温度传感器的作用是采集鸡舍内的温度参数，实现非电量和电量的转换；一氧化碳传感器的作用是采集鸡舍内的一氧化碳浓度参数，同样也实现了非电量和电量的转换；PLC根据两个传感器采集到的参数，执行相关判断，当温度超过一定的设定值时，就要启动制冷器模块进行制冷，反之，加热系统将会被启动用来加热，从而维持鸡舍内温度的恒定。当采集到的一氧化碳浓度高于正常值时，PLC就要打开换气系统进行换气；而浓度处于正常值时，关闭排气系统。
图1 鸡舍空气质量监控系统结构
（二）制冷系统工作原理
1、制冷原理
当我们身体表面有水分时，经过蒸发作用，我们的身体会感到非常的凉爽，由物理和化学知识可以知道，这是因为液态水在蒸发后会带走我们皮肤表面的热量，所以皮肤的温度就会被降低，因此我们就会有舒适感。而空调里的制冷也是运用了这个常见的原理，它将气态物质压缩成液态的，这由它内部的压缩机来完成。所以当液态的物质在空气中升华变成气态后，带走了周围空气的大量热量，因此空调吹出的风是温度很低的。这就是空调制冷的原理。在空调制冷机中，通常是创造低压条件来让化学物质由气态转化为液态，只要能够创造低压条件，就能使利用液体气化带走热量。根据这个原理，气化过程会吸收空气的热量，使得空气的温度下降。
2、制冷系统的工作原理
该鸡舍空气质量监控系统的制冷系统由冷凝器、节流阀、压缩机以及蒸发器组成。液体制冷剂在蒸发器中吸收鸡舍内的热量，将其汽化成低温低压的蒸汽，压缩机吸入该蒸汽并将其压缩成高温高压的蒸汽，接着排入冷凝器，在冷凝器中冷凝介质（水或空气）放热，冷凝为高压液体，经节流阀节流为低压低温的制冷剂，如此循环，从而达到制冷的效果，这就是制冷系统的工作原理。当温度传感器检测到鸡舍内温度高于设定值时，制冷系统将开始工作直至舍内温度趋于设定值，由此循环，能降低舍内较高的温度。
每个鸡舍内部都会安装各自相对独立的温度控制器，管理者可以根据最适宜鸡生长的温度来设定室内的温度值，PLC外部配备的温度传感器能够实时并且持续的感应鸡舍内的温度，将采集得到的室内温度递交给PLC，PLC根据传送过来的采样温度值与设定温度做对比，采用相关算法，快速的调整鸡舍内的温度，从而构成闭环形式的温度控制系统（温控原理图见下图2）。
图2 制冷系统的控制原理
（三）加热系统的运用
1、加热系统的结构组成
该鸡舍空气质量监控系统的加热系统采用的是电热膜，它一种新兴的电热设备，热阻少、导热快、热能损失小、电能转换效率高达90%。电热膜是由电热膜片、连接部件和温控器组成的，其中电热膜片是电热膜系统中的发热部件，电热膜片的基材是PET特制聚酯膜，发热材质为墨线，导电材质为金属载流条。电热膜的连接部件有连接导线、连接卡和绝缘罩，用以连接电热膜的电路，及控制电热膜运行安全。
2、加热系统的工作原理
电热膜的墨线被平行、均匀的铺设在聚酯薄膜内，两端由相当于电线的金属载流条相连，形成多根并联电阻。电热膜通电后，在金属载流条的接通下，墨线通电发热。电热膜的墨线是特制导电线状油墨，金属载流条的材质是铜镀锡和银浆等合金材料。电热膜的制造已实现电脑数控，油墨线的厚度、油墨线两端的直径都可以根据散热需要加以控制，以确保电热膜发热时的温度水平及均匀性。简而言之，此电热膜加热系统是以电热膜为发热体，配合温控器、导电电路以及表面装饰材料组成的供暖体系（其系统结构图如下图3所示）。当温度传感器检测到鸡舍内温度低于设定值时，加热系统将开始工作直至舍内温度趋于设定值，从而保持舍内拥有较低的温度。
三、鸡舍监控系统的硬件设计
本鸡舍空气质量监控系统采用了S7—200型PLC作为中控核心，结合一氧化碳浓度传感器模块、温度传感器模块、变频器、人机界面以及换气系统等外部硬件的配合，从而构成了整体的硬件设计，以下将对各部分进行详细分析。
（一）PLC的选型
可编程逻辑控制器（简称PLC）是当前工业上经常使用到的一种控制器，由于它有着很强大的控制能力，因此在生产的各个领域都能看到它的身影。其内部集成的存储器是可编程的，它的内部有计数器、存储器、总线以及CPU组成，它可以通过其内部集成的数字接口或者模拟接口而直接操控工业上各种类型的设备或机械。由PLC和其外部的相关设备组成的PLC系统应该按照相关原则而设计，使其能够满足日后系统扩展和升级的目的。
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