目前，隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，西門子S7-200家禽飼養(yǎng)方法已從過(guò)去的傳統(tǒng)家庭式人工養(yǎng)殖轉(zhuǎn)變?yōu)榧泄芾淼默F(xiàn)代大規(guī)模養(yǎng)殖。雞的繁殖，雞的生長(zhǎng)和雞蛋的生產(chǎn)都受到房屋環(huán)境的影響。這些環(huán)境因素主要包括溫度，濕度，光照，氨氣，硫化氫等，控制這些環(huán)境因素將促進(jìn)雞的生長(zhǎng)發(fā)育，提高雞蛋的產(chǎn)量。

      本研究采用PLC設(shè)計(jì)觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合GRM200G PLC無(wú)線通信模塊。該系統(tǒng)具有開發(fā)周期短，實(shí)時(shí)云監(jiān)控，可靠性高等特點(diǎn)。特別地，使用移動(dòng)電話訪問(wèn)因特網(wǎng)或SMS也可用于監(jiān)視房屋的環(huán)境。 GRM200G PLC無(wú)線通信模塊用于實(shí)時(shí)監(jiān)控房屋的環(huán)境因素。無(wú)需設(shè)置服務(wù)器。 PLC可以通過(guò)組態(tài)軟件和連接到網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。監(jiān)控實(shí)現(xiàn)雞肉環(huán)境的自動(dòng)控制，從而提高飼料轉(zhuǎn)化率，降低飼養(yǎng)成本，提高飼養(yǎng)利潤(rùn)。

　 1、系統(tǒng)的硬件組成及結(jié)構(gòu)原理

　　監(jiān)控設(shè)備由傳感器檢測(cè)模塊，PLC系統(tǒng)、控制模塊、加熱系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、通風(fēng)冷卻系統(tǒng)和西門子wincc控制技術(shù)和GRM200G PLC無(wú)線通信模塊組成。上位機(jī)由西門子wincc軟件組成（圖1）

　　圖1雞舍環(huán)境plc控制系統(tǒng)的組成

　　在主機(jī)配置王屏幕中設(shè)置適合雞肉生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)。通過(guò)通訊傳遞給PLC系統(tǒng)。 GRM200G無(wú)線通信模塊通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)將環(huán)境參數(shù)傳感器檢測(cè)到的環(huán)境參數(shù)發(fā)送給上位機(jī)，同時(shí)通過(guò)RS485接口將實(shí)時(shí)檢測(cè)到的參數(shù)信息發(fā)送給PLC。在與設(shè)定值比較之后，PLC輸出控制信號(hào)以使能執(zhí)行。該機(jī)構(gòu)執(zhí)行加熱，冷卻，通風(fēng)和照明動(dòng)作以實(shí)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)調(diào)整。系統(tǒng)工作后，每個(gè)傳感器檢測(cè)到的信號(hào)可以顯示在環(huán)境監(jiān)視器PC屏幕上。

　　1.1 系統(tǒng)硬件組成

　　1)西門子S7-200是西門子在德國(guó)生產(chǎn)的小型PLC。其產(chǎn)品具有價(jià)格低，擴(kuò)展性強(qiáng)，功能強(qiáng)大，可靠靈活的特點(diǎn)。廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)，監(jiān)控和控制的自動(dòng)化。選擇將S7-200用作控制器，無(wú)論是單獨(dú)的控制設(shè)計(jì)還是網(wǎng)絡(luò)，都極具成本效益。

　　2)傳感部分，環(huán)境參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行擴(kuò)展，該系統(tǒng)主要檢測(cè)雞肉的溫度，濕度和有害氣體?？諝鉁貪穸葌鞲衅鞑捎帽本┚弥萍及l(fā)展有限公司生產(chǎn)的溫濕度傳感器。外殼采用壁掛式設(shè)計(jì)，配有溫濕度顯示器。型號(hào)為JCJ175N。該傳感器具有出色的性能。濕度測(cè)量范圍為10%至90%RH，溫度測(cè)量范圍為-15至45°C。使用MQ-135半導(dǎo)體氣體傳感器測(cè)量有害氣體(二氧化碳，硫化氫，氨氣)，測(cè)量范圍為10~100 mg/L，輸出0~5 V電壓。該傳感器可用于測(cè)量環(huán)境中的污染氣體，對(duì)氨，硫化物和苯具有高度敏感性。該傳感器可檢測(cè)各種有害氣體，具有測(cè)量范圍大，靈敏度高，成本低的特點(diǎn)。光傳感器采用北京久之劍科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的高靈敏度光敏探測(cè)器，型號(hào)為jcj100p。變送器外殼采用壁掛式設(shè)計(jì)，外形美觀，結(jié)構(gòu)精巧。它是一種具有成本效益的照度測(cè)量產(chǎn)品。測(cè)量范圍0~1 000 lx，精度和±; 3%FS。輸出信號(hào)為0至5 V.

　　3)操作平面扳手和驅(qū)動(dòng)單元，操作面板主要提供房屋內(nèi)的本地操作，這是一些手動(dòng)操作按鈕和相關(guān)的狀態(tài)指示器，機(jī)柜內(nèi)部的主要部件是控制繼電器。控制驅(qū)動(dòng)器，如加熱系統(tǒng)，通風(fēng)系統(tǒng)，照明系統(tǒng)和通風(fēng)冷卻系統(tǒng)。加熱系統(tǒng)使用鍋爐，鍋爐由加熱器加熱。通風(fēng)系統(tǒng)使用通風(fēng)扇。通風(fēng)冷卻系統(tǒng)是電動(dòng)機(jī)和水幕。照明系統(tǒng)是可控制的燈泡裝置，可以遠(yuǎn)程控制驅(qū)動(dòng)裝置以提高工作效率。

　　4)GRM200GPLC無(wú)線通信模塊，陜西容感電氣有限公司開發(fā)的GRM200G智能GPRS無(wú)線通信模塊是工業(yè)控制領(lǐng)域PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控的測(cè)控終端，西門子plc使用GPRS(控制器需要插入手機(jī)SIM卡)作為無(wú)線通信手段，而GRM200G則帶有數(shù)字輸入/輸出。模擬量可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器的無(wú)線測(cè)控功能。該模塊帶有4個(gè)模擬輸入。 4個(gè)數(shù)字輸入/輸出，用作PLC擴(kuò)展模塊。利用先進(jìn)的西門子plc技術(shù)智能數(shù)據(jù)壓縮算法，可以充分利用GPRS帶寬。提高數(shù)據(jù)傳輸速率。并且可以將流量成本降低50%以上。通過(guò)485總線連接GRM200G和PLC，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)/手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控PLC。 GRM200G支持的通信協(xié)議包括Siemens Universal PPI和MODBUS協(xié)議。

　　5)PC配置監(jiān)控系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^(guò)上位機(jī)輸入要控制的環(huán)境參數(shù)設(shè)定值，并顯示報(bào)警信息。配置監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析處理，不僅可以完成相關(guān)統(tǒng)計(jì)，還可以進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)報(bào)表。并且可以進(jìn)行趨勢(shì)分析，并以圖表等形式可視地顯示給用戶。根據(jù)養(yǎng)雞的不同階段，提供各種聲光報(bào)警信息。當(dāng)環(huán)境參數(shù)超過(guò)或低于設(shè)定值時(shí)，指定的設(shè)備將自動(dòng)打開或關(guān)閉。

　　1.2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

　　1)接口電路的擴(kuò)展模塊。雞的環(huán)境包括光照，溫度和濕度，有害氣體濃度(二氧化碳，氨氣，硫化氫氣體)等，主要控制溫室內(nèi)的溫度，濕度，通風(fēng)和光照。因此，需要通過(guò)傳感器檢測(cè)這些量，以確定plc控制系統(tǒng)如何工作以及電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作。雞有很大的空間，因此使用多個(gè)傳感器來(lái)檢測(cè)空間環(huán)境值。其與PLC模擬擴(kuò)展模塊SM331的接口電路如圖2所示。

圖2傳感器和擴(kuò)展模塊SM331之間的接口電路

　　2)GRM200G通信板電路的接線?？紤]到需要收集多個(gè)模擬數(shù)據(jù)，您可以使用GRM200G自己的4個(gè)模擬接口電路，該電路被視為PLC的I/O擴(kuò)展。傳感器與GRM200G模塊之間的接口電路如圖3所示.GRM200G模塊通過(guò)RS485端口與PLC通信，通道使用西門子S7-200PPI協(xié)議與預(yù)先商定的協(xié)議進(jìn)行通信。

圖3傳感器與GRM200G模塊之間的接口電路

　  2、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件包括配置GRM通信終端。 PLC系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。終端PLC系統(tǒng)主要完成各子模塊的控制，可實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)預(yù)處理和控制算法的集成。相關(guān)參數(shù)由主計(jì)算機(jī)設(shè)定，以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境參數(shù)的精確控制。同時(shí)，它能夠通信和監(jiān)控執(zhí)行器。上位機(jī)組態(tài)軟件界面采用西門子wincc控制組態(tài)軟件設(shè)計(jì)，具有良好的人機(jī)界面，可與標(biāo)準(zhǔn)和用戶程序相結(jié)合，生成人機(jī)界面，準(zhǔn)確滿足雞環(huán)境參數(shù)的監(jiān)控要求。

　　2.1 GRM200G軟件設(shè)置

　　在計(jì)算機(jī)中安裝GRM200G開發(fā)系統(tǒng)，使用USB下載線連接GRM200 USB端口，并安裝驅(qū)動(dòng)程序以啟動(dòng)配置項(xiàng)目。 GRM200G開發(fā)系統(tǒng)的配置界面如圖4所示。

　圖4 GRM200G開發(fā)系統(tǒng)配置界面

　　2.2 PLC軟件部分

　　這部分主程序主要完成系統(tǒng)初始化，通信初始化，數(shù)據(jù)比較，算法等功能。對(duì)于通信西門子plc，只需要簡(jiǎn)單的配置，不需要編程，非常方便。由于溫度和濕度的高耦合，該系統(tǒng)將溫度作為優(yōu)先事項(xiàng)，流程如圖所示。

　圖5主程序流程圖

　　2.3配置監(jiān)控屏幕

　　上位機(jī)配備西門子wincc控制組態(tài)軟件，作為監(jiān)控主站，GRM200G通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送到監(jiān)控服務(wù)器。上位機(jī)連接到互聯(lián)網(wǎng)并安裝西門子wincc控制組態(tài)軟件。通過(guò)opc協(xié)議自動(dòng)從西門子wincc控制云監(jiān)控服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)，組態(tài)軟件在變量定義完成后開發(fā)監(jiān)控程序，主要由實(shí)時(shí)監(jiān)控界面，環(huán)境參數(shù)設(shè)置界面和故障報(bào)警界面組成，并具有用戶友好的界面和簡(jiǎn)單的操作。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)檢測(cè)雞肉中各種環(huán)境參數(shù)的瞬時(shí)值和動(dòng)態(tài)，顯示其變化趨勢(shì)，定期存儲(chǔ)收集的數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)報(bào)告，并將其保存在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中管理人員將來(lái)會(huì)檢查。同時(shí)，您還可以使用手機(jī)短信報(bào)警來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守操作，監(jiān)控如圖所示。

　6圖6上位機(jī)監(jiān)控界面

　3、系統(tǒng)運(yùn)行

　　該系統(tǒng)在包頭市一家養(yǎng)殖廠的雞舍進(jìn)行了測(cè)試。雞的長(zhǎng)度約為50米，兩排雞籠，每排三排，產(chǎn)蛋母雞超過(guò)1000只。根據(jù)實(shí)際需要安排三個(gè)節(jié)點(diǎn)。 4種傳感器。監(jiān)控中心位于距離房屋30米的飼養(yǎng)員休息室。電腦配有電腦監(jiān)控軟件。電源打開后，雞的內(nèi)部plc控制系統(tǒng)和傳感器節(jié)點(diǎn)開始工作，上位機(jī)軟件在運(yùn)行后開始接受數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試，校正和測(cè)試，最終系統(tǒng)穩(wěn)定，節(jié)點(diǎn)靈活，功耗低，測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。實(shí)現(xiàn)了基于GPRS技術(shù)的雞舍環(huán)境無(wú)線監(jiān)控。分析測(cè)試測(cè)量的數(shù)據(jù)，并以24小時(shí)測(cè)量的溫度和濕度數(shù)據(jù)為例。數(shù)據(jù)曲線如圖7所示。從圖7中可以看出。在自動(dòng)系統(tǒng)控制的情況下，室內(nèi)溫度變化相對(duì)平穩(wěn)。溫度變化集中在設(shè)定值附近，最大濕度變化為67.5%，最小值為59%，濕度偏離預(yù)定值最多7.5%。最大相對(duì)誤差為12.5%，上限和下限均在設(shè)定的濕度范圍內(nèi)。

　7圖7 溫濕度數(shù)據(jù)曲線

　  4 、總結(jié)

　　本設(shè)計(jì)采用西門子S7-200plc和組態(tài)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)雞環(huán)境的高精度檢測(cè)和與主機(jī)的GPRS通信。與其他雞參數(shù)檢測(cè)和控制系統(tǒng)的不同之處在于設(shè)計(jì)側(cè)重于環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。無(wú)線通信用于遠(yuǎn)程集中控制，手機(jī)可用于監(jiān)控，降低了用戶的勞動(dòng)強(qiáng)度，使用方便。配置監(jiān)控軟件是用戶友好的并且可以運(yùn)行。數(shù)據(jù)顯示使用戶可以使用表格或圖表更直觀地查看數(shù)據(jù)。同時(shí)，PLC模塊可以根據(jù)監(jiān)控點(diǎn)的需要進(jìn)行擴(kuò)展。整個(gè)系統(tǒng)具有成本效益，穩(wěn)定性好。