陳昌龍,王　斌,呂　富,唐效貴,吳子宜,施建浩

1． 鹽城工學院機械優(yōu)集學院，江蘇鹽城224051;2． 江蘇大學機械工程學院，江蘇鎮(zhèn)江212013;3． 蘇州健雄職業(yè)技術學院教務處，江蘇太倉215411

沙蠶養(yǎng)殖智能控制系統(tǒng)設計

陳昌龍1,王斌1,呂富1,唐效貴2,吳子宜3,施建浩3

1． 鹽城工學院機械優(yōu)集學院，江蘇鹽城224051;2． 江蘇大學機械工程學院，江蘇鎮(zhèn)江212013;3． 蘇州健雄職業(yè)技術學院教務處，江蘇太倉215411

為擴大沙蠶養(yǎng)殖規(guī)模，提高養(yǎng)殖水平，根據雙齒圍沙蠶飽和濕土養(yǎng)殖的要求，對研發(fā)的自動噴淋水與投餌一體機智能養(yǎng)殖控制系統(tǒng)進行設計。采用PLC控制、觸摸屏、組態(tài)監(jiān)控等智能控制技術，開發(fā)出以專業(yè)化智能養(yǎng)殖操作系統(tǒng)為支撐、電動喂養(yǎng)車為載體的智能沙蠶養(yǎng)殖機。

沙蠶養(yǎng)殖車；智能養(yǎng)殖；控制

沙蠶具有食用、藥用、餌料、生態(tài)和教學科研等價值，在國內外市場享有很高的美譽，國際市場需求逐年增大[1]。然而，作為沙蠶最大的出口國，我國沙蠶養(yǎng)殖的自然資源正逐年衰竭，急需人工養(yǎng)殖予以彌補。由于人工養(yǎng)殖沙蠶程序復雜、工作量大，需要每天換水1～2次，喂料2～3次[2]。為擴大沙蠶養(yǎng)殖規(guī)模和提高養(yǎng)殖水平，急需研發(fā)一種智能化的沙蠶養(yǎng)殖機械。

1　沙蠶智能養(yǎng)殖一體機結構設計

根據沙蠶養(yǎng)殖的實際需求，開發(fā)的智能化沙蠶養(yǎng)殖車[3]結構如圖1所示。

1-水箱；2-電磁節(jié)流閥;3-水管;4-攪拌箱;5-料箱;6-粉料控制閥;7-輸送管;8-蝸桿泵;9-單向溢流閥;10-比例控制閥;11-輸送管;12-控制閥;13-循環(huán)管道;101-水位檢測傳感器;401-攪拌器;501-料位檢測傳感器;502-振動電機圖1　沙蠶智能養(yǎng)殖一體機結構圖Fig.1　Structure of nereid intelligent breeding device

2　系統(tǒng)工作流程

沙蠶智能養(yǎng)殖一體機工作流程分為智能配料和智能飼養(yǎng)兩部分。

2.1智能配料

智能配料過程如下：1)在觸摸屏控制界面中輸入沙蠶飼養(yǎng)面積，選擇沙蠶所處生長階段；2)PLC系統(tǒng)根據觸摸屏輸入，運算出所需供水量、粉料量以及控制水閥、粉料閥的工作時長；3)按下配料按鈕，水閥、粉料閥以及攪拌器開始工作，當水閥和粉料閥工作結束后，攪拌器需繼續(xù)工作10 s，智能配料工作完成。

2.2智能飼養(yǎng)

按下觸摸屏飼養(yǎng)按鈕，啟動蝸桿泵，智能飼養(yǎng)子系統(tǒng)開始工作。飼養(yǎng)過程智能化主要體現在：1)根據電動車實時速度來控制管道中電磁比例閥開口的大小，實現管道流量的調節(jié)，達到均勻飼養(yǎng)的目的，從而有效避免了飼養(yǎng)過程中局部富營養(yǎng)化的問題，提高了飼養(yǎng)效率；2)系統(tǒng)設有單向溢流閥9，當元件8和元件10之間的管道壓力達到一定閾值時，單向溢流閥工作，實現蝸桿泵轉速的自動調節(jié)，從而達到進一步調節(jié)管道壓力的目的。

3　系統(tǒng)PLC和特殊功能模塊選型

控制系統(tǒng)中設有電車速度檢測、水位檢測、粉料位檢測和混合料位檢測4個檢測傳感器，即有4個模擬量需要與PLC通訊。因此，本文選用一個4通道的A/D特殊功能模塊FX2N-4AD。電車車速經A/D模塊與PLC進行相應匹配運算后，經D/A模塊輸出，進行執(zhí)行機構(電磁比例閥)的控制，所以本文選取一個2通道的D/A模塊FX2N-2DA。

整個控制系統(tǒng)設有3個輸入點(即：急停按鈕1、電車控制方式選擇和水箱補水按鈕)和8個輸出點(即：抽水泵1、抽水泵2、抽水泵3、攪拌電機、振動電機、電車驅動電機、水量控制閥和料量控制閥)，由文獻[4]和[5]可知，FX2N-4AD和FX2N-2DA各占8個點，但其擴展功能和余量各異。本文根據沙蠶養(yǎng)殖智能控制系統(tǒng)的特點，選用型號為三菱FX2N-32MR的PLC控制器。

4　PLC控制系統(tǒng)電氣設計

電氣設計主要包括PLC控制原理設計、主電路和控制電路設計。

在整個控制系統(tǒng)中，外部輸入開關量為：X0急停1、X1電動喂養(yǎng)車控制方式選擇(手動控制/自動控制)和X2水箱補水，其余開關量都是通過觸摸屏輸入。

在整個控制系統(tǒng)中輸出端子接線如圖2所示，Y0、Y1、Y2分別接抽水泵1～3，Y3接攪拌電機，Y4接振動電機，Y5接電車驅動電機，Y6接水量控制閥，Y7接料量控制閥。電車車速檢測、粉料位檢測、水料位檢測、混合料位檢測分別接A/D模塊的CH1-CH4通道；電磁比例閥接D/A模塊的CH1通道。PLC接220 V電源，A/D和D/A模塊分別接24 V電源。

圖2　沙蠶養(yǎng)殖一體機PLC接線圖Fig.2　PLC wiring diagram of nereid intelligent breeding device

5　沙蠶智能養(yǎng)殖一體機控制流程設計

沙蠶養(yǎng)殖一體機的功能主要為智能配料和智能飼養(yǎng)。智能配料的主要技術難點為料量控制和均勻攪拌技術；智能飼養(yǎng)控制技術主要體現在車速和比例閥工作檔間的過程控制，以保證單位面積的飼養(yǎng)密度，避免局部富營養(yǎng)化。沙蠶養(yǎng)殖一體機控制流程如圖3所示。

圖3　一體機控制流程圖Fig.3　Control process diagram of the intelligent device

6　養(yǎng)殖車單位面積飼養(yǎng)密度控制

沙蠶飼養(yǎng)車工作過程中所執(zhí)行的單位面積飼養(yǎng)密度由沙蠶的生長周期確定。單位面積飼養(yǎng)密度主要由單位時間管道噴灑量和相應時間段飼養(yǎng)車的行駛速度決定，其中單位時間噴灑量由噴灑管道流量決定。單位面積飼養(yǎng)密度控制設計有兩種選擇方案：第1種方案為固定車速控制下的固定管道流量法，即飼養(yǎng)車車速固定同時比例閥工作檔一定；第2種方案則為動態(tài)車速下的動態(tài)調整比例閥工作檔法，即過程控制(見圖4)。

圖4　單閉環(huán)控制原理圖Fig.4　Theoretic diagram of Single closed-loop control system

7　控制和監(jiān)控界面設計

如圖5所示，系統(tǒng)采用三菱觸摸屏作為沙蠶養(yǎng)殖機智能喂養(yǎng)控制系統(tǒng)的操作界面。操作界面設有飼養(yǎng)面積輸入、生長周期選擇、電車控制方式選擇、開始配料、開始飼養(yǎng)以及暫停飼養(yǎng)等按鈕。

圖5　智能喂養(yǎng)控制系統(tǒng)操作界面Fig.5　Operating interface of intelligent breeding control system

操作界面還設有急停按鈕，可實現當意外狀況發(fā)生時緊急停止飼養(yǎng)工作。同時，操作界面還設有報警信息顯示欄，用于顯示常規(guī)故障的報警。

基于組態(tài)王的沙蠶養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)界面如圖6所示。該實時監(jiān)控系統(tǒng)的功能主要為動態(tài)顯示水量、粉料量和混合料量，可同時顯示剩余混合料可飼養(yǎng)面積。

圖6　沙蠶養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)Fig.6　Monitoring system of nereid breeding

8　結束語

本系統(tǒng)采用PLC、組態(tài)監(jiān)控和觸摸屏等技術，通過PLC編程和相應傳感器技術，實現了沙蠶養(yǎng)殖過程的智能化和科學化控制，減少了人工配料、飼養(yǎng)的隨意性，提高了沙蠶飼養(yǎng)效率和沙蠶養(yǎng)殖的存活率，為沙蠶大規(guī)模人工養(yǎng)殖提供了技術保障。

[1] 宋月林，王偉洪.沙蠶養(yǎng)殖前景研究[J].河北漁業(yè)，2012(4):47-50.

[2] 蔡清海.沙蠶人工養(yǎng)殖技術[J].科學養(yǎng)魚,2002(3):22.

[3] 呂富,王斌,曾勇,等.沙蠶養(yǎng)殖智能供料喂養(yǎng)控制系統(tǒng).中國，ZL201420318786.7[P].

[4] 三菱電機自動化(中國)有限公司. FX系列特殊功能模塊用戶手冊[EB/OL].(2014-07)[2015-06].http://cn.mitsubishielectric.com.

[5] 三菱公司.三菱微型可編程控制器手冊[EB/OL].(2011-03)[2015-06].http://cn.mitsubishielectric.com.

(責任編輯：李華云)

Design of Nereid Breeding Intelligent Control System

CHEN Changlong1, WANG Bin1, Lü Fu1, TANG Xiaogui2, WU Ziyi3, SHI Jianhao3

1． UGS College，Yancheng Institute of Technology，Yancheng Jiangsu 224051，China;2． School of Mechanical Enginering，Jiangsu University，Zhenjiang Jiangsu 212031，China;3． Office of Academic Affairs，Suzhou Chien - Siung Institute of Technology，Taichang Jiangsu 215411，China

In order to expand the scale of nereid breeding and improve the level of breeding, according to the requirement of the saturated wet earth breeding of perinereis aibuhitensis grube, we make a design of the research and development of the automatic spray water and intelligent breeding bait casting machine control system. It is applied with intelligent control technology, such as PLC control, touch screen, configuration monitoring, etc. The intelligent nereid breeding machine is developed based on professional intelligence nereid breeding operation system and electric feeding car.

Nereid breeding car; intelligent breeding; control

10.16018/j.cnki.cn32-1650/n.201503013

2015-04-24

江蘇省農業(yè)支撐項目(BE2014346)；2014年度太倉市科技支撐計劃(工業(yè))項目

陳昌龍(1991-),男，江蘇射陽人，主要研究方向為智能系統(tǒng)設計。

TP277

A

1671-5322(2015)03-0056-03