曹吉花，胡學(xué)青，李 彪，郝保明，縱榜峰

(宿州學(xué)院，安徽 宿州 234000)

基于西門(mén)子LOGO！的水族箱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

曹吉花，胡學(xué)青，李 彪，郝保明，縱榜峰

(宿州學(xué)院，安徽 宿州 234000)

目的 通過(guò)對(duì)目前大多數(shù)水族箱控制設(shè)備進(jìn)行研究和分析，提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)水族箱遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)控的解決方案。方法 利用溫度、液位等傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)信息，應(yīng)用西門(mén)子LOGO！控制器對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。結(jié)果 可以將水族箱中的水溫、水位控制在合適的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)在設(shè)定的時(shí)間自動(dòng)投食及自動(dòng)加氧。結(jié)論使用西門(mén)子LOGO！控制的水族箱可以較好的控制水溫、水位，且價(jià)格低廉，滿足用戶需要。

西門(mén)子LOGO??；水族箱；控制系統(tǒng)

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，水族箱走進(jìn)了千家萬(wàn)戶。但是傳統(tǒng)的水族箱只能依靠人工換水、補(bǔ)充氧氣及喂食。對(duì)于工作比較繁忙的年輕人或記憶力下降的老年人，經(jīng)常疏忽水族箱的管理，造成水質(zhì)惡化、價(jià)值不菲的魚(yú)苗死亡的現(xiàn)象，影響了養(yǎng)魚(yú)愛(ài)好者的心情和生活。

基于西門(mén)子LOGO！控制的水族箱，能自動(dòng)控制水族箱中的水溫，實(shí)現(xiàn)在可調(diào)的天數(shù)內(nèi)自動(dòng)換水，而且可以控制水量，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投食、自動(dòng)增加水族箱中的含氧量，并且能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，解決了養(yǎng)魚(yú)愛(ài)好者的后顧之憂。

1 水族箱的功能

設(shè)計(jì)使用西門(mén)子LOGO！對(duì)多功能觀賞魚(yú)水族箱進(jìn)行控制，如圖1所示。該控制系統(tǒng)選用LOGO！控制器(圖2)對(duì)溫度、液位傳感器實(shí)現(xiàn)多種控制功能，包括恒溫、自動(dòng)換水、自動(dòng)喂食、液位控制、補(bǔ)氧以及遠(yuǎn)程監(jiān)控。當(dāng)水族箱水溫接近低溫設(shè)定值時(shí)，溫度傳感器檢測(cè)到信號(hào)并傳送給LOGO！控制器，控制器輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)加熱器加熱；當(dāng)水溫達(dá)到高溫預(yù)設(shè)值時(shí)，加熱停止。由于魚(yú)類(lèi)的糞便、食物殘?jiān)?、水草腐葉會(huì)使水質(zhì)污染，因此有必要定期進(jìn)行換水，當(dāng)達(dá)到設(shè)定時(shí)間，LOGO！控制器驅(qū)動(dòng)電磁閥進(jìn)行自動(dòng)換水。本系統(tǒng)可以設(shè)置喂食時(shí)間，進(jìn)行定時(shí)定量喂食；可以實(shí)現(xiàn)恒水位控制，使水位始終保持在合適的位置；可以定時(shí)為水族箱加氧，增加水的含氧量有助于魚(yú)的生存；節(jié)假期外出時(shí)，可以通過(guò)LOGO!與以太網(wǎng)相連，將水族箱的液位、溫度等信息反饋給智能手機(jī)，再由智能手機(jī)將指令發(fā)送給LOGO!進(jìn)行相應(yīng)的控制。

圖1 水族箱控制系統(tǒng) 圖2 LOGO！控制器

2 系統(tǒng)硬件

2.1 LOGO！選擇

LOGO！系列是德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的小型智能邏輯控制器，填補(bǔ)了繼電器與PLC之間的技術(shù)空間，通過(guò)集成的8種基本功能和30多種特殊功能，LOGO!可以代替數(shù)以百計(jì)的開(kāi)關(guān)設(shè)備。LOGO!有很好的抗振性和很強(qiáng)的電磁兼容性，完全符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，能夠應(yīng)用于各種氣候條件[1]。LOGO!模塊不僅降低了費(fèi)用，也節(jié)省了多達(dá)70%的時(shí)間。LOGO！易于安裝，而且編程十分簡(jiǎn)單。因此LOGO!在全世界范圍內(nèi)得以廣泛應(yīng)用。同PLC及其他控制器相比較，LOGO!系列產(chǎn)品具有體積小、價(jià)格便宜、編程簡(jiǎn)單、便于操作等優(yōu)點(diǎn)。本控制系統(tǒng)有7個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入，5個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出，選用LOGO！24RC主機(jī)、LOGO！DM8 24R數(shù)字量模塊做控制器[2]。

2.2 溫度傳感器

選用DS18B20溫度傳感器(圖3),采用導(dǎo)熱性高的密封膠灌封，保證了溫度傳感器的高靈敏性和極小的溫度延遲[3]。該溫度傳感器支持“一線總線”接口,測(cè)量范圍為-55～+125 ℃，在-10～+85 ℃范圍內(nèi),精度為±0.5 ℃?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，提高了系統(tǒng)的抗干擾性[4]。

圖3 DS18B20溫度傳感器 圖4 液位傳感器

2.3 液位傳感器

液位傳感器(圖4)，采用伊萊科ELE-803投入式，投入式液位傳感器是一種測(cè)量液位的壓力傳感器，基于所測(cè)液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用隔離型擴(kuò)散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，然后傳送給LOGO!。

3 系統(tǒng)工作原理

3.1 水族箱水溫的檢測(cè)與控制

圖5 溫度控制框圖

水溫的變化會(huì)影響到魚(yú)類(lèi)的活動(dòng)、進(jìn)食，水族箱溫度控制系統(tǒng)(圖5)，由溫度傳感器檢測(cè)到溫度信號(hào)[5]，經(jīng)過(guò)處理后轉(zhuǎn)換成數(shù)字傳送到LOGO!控制器，與設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，當(dāng)溫度低于設(shè)定的溫度時(shí)自動(dòng)加熱裝置進(jìn)行加熱，達(dá)到設(shè)定的溫度時(shí)，停止加熱[6]。

3.2 液位控制

圖6 液位控制

通常情況下，水族箱中的水會(huì)自動(dòng)蒸發(fā)，為了保證水族箱中水位的相對(duì)穩(wěn)定，設(shè)置有上下限水位傳感器(圖6)，當(dāng)水位超過(guò)上限時(shí)，打開(kāi)出水閥，當(dāng)水位低于下限時(shí)，則打開(kāi)進(jìn)水閥。

該水族箱具有定時(shí)投料,按照設(shè)定時(shí)間自動(dòng)換水，定時(shí)補(bǔ)給氧氣等功能。西門(mén)子LOGO！內(nèi)部有定時(shí)器，可以在控制程序中設(shè)定時(shí)間，定時(shí)時(shí)間到，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的裝置進(jìn)行動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)需要的功能。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 I/O地址分配表

LOGO！控制器的I/O地址分配見(jiàn)表1，其中有溫度、液位2個(gè)模擬量輸入，2個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入，輸出有進(jìn)水閥門(mén)、排水閥門(mén)、飼料閥門(mén)、加熱裝置、氧氣泵5個(gè)開(kāi)關(guān)量。

表1 I/O地址分配

4.2 控制系統(tǒng)流程(圖7)

圖7 控制系統(tǒng)流程圖

4.3 控制系統(tǒng)部分程序

投食、供氧、報(bào)警、進(jìn)排水LOGO！控制程序(圖8)。

圖8 投食、供氧控制程序圖

進(jìn)排水控制程序如圖9所示。

圖9 進(jìn)排水控制程序圖

5 結(jié) 論

西門(mén)子LOGO!控制器與S7-200PLC比較，體積小、成本低、操作簡(jiǎn)單。采用的LOGO！24RC主機(jī)、LOGO！DM8 24R數(shù)字量模塊控制器，可以支持8個(gè)數(shù)字量輸入，8個(gè)數(shù)字量輸出，滿足系統(tǒng)要求?；谖鏖T(mén)子LOGO!控制的水族箱具有溫度檢測(cè)及控制、液位控制、定時(shí)喂食、定時(shí)供氧、定時(shí)水循環(huán)等功能，可以滿足養(yǎng)魚(yú)愛(ài)好者的需要。

[1]李京，徐滕崗，朱建軍.基于PLC的紙板自動(dòng)拆盒機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].東華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,42(05):738-744.

[2]李雨珊,佟世文,魏瑋,等.基于LOGO!控制器的救生艙內(nèi)供氧系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào),2015,29(01):81-86.

[3]周波.基于PLC的軍械倉(cāng)庫(kù)溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2015,190(08):121-124.

[4]胡世軍,張紅香,張代錄.PLC應(yīng)用于溫度控制系統(tǒng)的研究[J].鍛壓技術(shù),2014,39(01):118-120.

[5]郭志偉.基于PLC S7-200溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新,2015(15):23-24.

[6]葛良志,曹成茂,吳正敏.基于PLC的茶葉滾筒殺青機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2015,42(04):647-650.

[責(zé)任編輯：毛微曦 英文編輯：劉彥哲]

Design of Aquarium’s Control System Based on Siemens LOGO!

CAO Ji-hua,HU Xue-qing,LI Biao,HAO Bao-ming,ZONG Bang-feng

(Suzhou University,Suzhou，Anhui 234000，China)

Objective Through the research and analysis of the present aquarium control equipment,a solution was put forward to realize remote automatic monitoring of aquarium.Methods Using sensors of temperature,liquid level and etc to collect onsite information,and SIEMENS LOGO!controller to control the controlled object.Results The water temperature and water level in the aquarium were controlled in a proper range.Automatic feeding and automatic oxygenation in designed time were realized.Conclusion The aquarium with SIEMENS LOGO!Controller can well control the water temperature and the water level with low price，satisfying customer’s need.

Siemens LOGO!;aquarium;control system

安徽高校自然科學(xué)研究項(xiàng)目(KJ2015A200，KJ2013B282)；宿州學(xué)院科研平臺(tái)開(kāi)放課題(2014YKF13，2014YKF11)；宿州學(xué)院產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目(2014CXY03)

曹吉花(1977-)，女，安徽固鎮(zhèn)人，碩士，宿州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院副教授，研究方向：自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用。

TP 23

A

10.3969/j.issn.1673-1492.2017.07.004

來(lái)稿日期：2016-11-03