软PLC技术在海洋馆水环境控制中的应用

张 波

摘要:随着某地海洋馆海洋生物种类、数量的增加,展览馆面积不断扩大,游客也相应增加,海洋馆水环境的自动控制显得越来越重要,一方面可以大幅度减少人工作业量,另一方面可以减少因水环境不符合海洋生物生活要求而造成的损失。文章论述了设计出基于软PLC技术的海洋馆水环境控制系统,提高了水环境控制的效率和准确度,减少了不必要的浪费现象。

关键词:软PLC技术;水环境控制;海洋馆

中图分类号:TM57文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)21-0058-02

生物的形态、习性和颜色随深度而变化是很明显的,只有每一水层中的生物才具有共同的特性。海洋馆通常采用将对环境要求相似的生物安排在同一个小馆中,并对它们要求的生存、生活环境进行模拟、控制。要使种类繁多的海洋生物能够在海洋馆中健康地生活,必须对各个小馆区进行智能化控制,以减少人工作业量,提高海洋馆的综合效益。

一、系统简介

海洋生物对海洋生态环境,如水温、pH值、盐分、溶解氧量等依赖性比较高,必须对这些参数进行监测和调控。本系统重点对海洋生物最赖以生存的水温进行监测和调控。系统具有三种工作模式:一是当水温在生物生活温度的阀值内,系统不进行动作;二是当水温低于生物生活温度的阀值时,自动开启热泵,使其以空气为热源对水体进行加热,直至达到要求的水温停止加热动作;三是当水温高于生物生活温度的阀值时,自动开启冷泵,使其以空气为冷源对水体进行制冷,直至达到要求的水温停止制冷动作。

1.基于PC 平台的软PLC 由于无需专门的编程器,因而可以充分利用PC机的软硬件资源,直接采用梯形图或指令语言编程,并具有良好的人机界面。软PLC综合了计算机和PLC的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、通信网络等功能,通过一个多任务的控制内核,提供了强大的指令集、快速而准确的扫描周期、可靠的操作和可连接的各种I/O系统及网络的开放结构。因此,系统中我们采用了基于软PLC的数控技术,对水环境进行监测与调控。

2.系统要求。(1)各分场馆可以自动连续采集水体信息,控制中心可以远程控制各分馆监测点的采集动作,控制样本阀,标本阀和测量阀等开关阀门;(2)各分馆监测点可以对水体参数进行分析,本系统重点分析、监控水温基本参数;(3)各分馆监测点可以对采集的基本水体参数进行存储,然后分批分期通过网络上传到中心服务器,数据通信可以采用多种方式;(4)各分馆监测点可以通过对温度的监测,实现对冷暖泵的控制,以达到水温保持在一定的阀值范围;(5)监测中心接到数据后可以对数据进行自动的存档和数据处理,实时显示数据和分析处理结果,并对判断分馆发生重大水体变化事件进行报警启动相应处理预案。

二、水温控制原理

水温控制系统首先由温度传感器采集水温度数据,并将其转换为4～20 mA信号传至与控制器联接的模拟量模块中;用户在上位机中设定所需温度值,并通过网络传送至控制器(CPU224)中。最后CPU224对温度采样值与设定值进行比较,从而判断水体实际温度与用户要求的差异。

PLC实时采集水体水温,并与设定值相比较。当水温与要求值相当时,则暖冷水泵均不工作,水温保持不变;当水温大于设定值时,PLC发出指令使冷电磁阀自动打开,冷水泵工作,当水温达到设定值时,冷水泵停止工作;当水温低于设定值时,PLC发出指令使暖电磁阀自动打开,暖水泵开始工作,当水温达到设定值时,暖水泵停止工作。温度调控系统结构图如图1所示:

三、系统组成

系统设备由主控级和现地控制层两部分组成。系统结构如图2所示:

主控级层计算机主要负责运行测点定义及限值存储、各类运行报表的生成与储存、历史数据的生成、系统时钟的管理等,同时兼备通讯计算机的功能,用于处理各馆内各水体的监控点与中心监控系统之间的信息交换。

PLC单元主要负责各个水体的集中运行监视,通过温度传感器采集温度数据,控制和调节冷暖泵的工作运转等任务,通过计算机网络向集中控制设备上报各种信息和数据,接受集中控制设备下发的各种指令,并能单独对水温状态以声音和灯光进行报警。该软PLC系统的硬件平台是普通PC,软件平台是Linux操作系统,系统的目标是满足基于Linux的数控系统的需要。PLC控制方案如图3所示。

该系统的控制过程是先用PLC开发系统开发PLC程序,然后由PLC运行系统运行PLC程序,在运行过程中,PLC运行系统通过I/O接口板输出现场信号,可直接调用inb()和outb()读写I/O板的端口。并将处理后的部分形状量控制信息输出到CNC,或是直接通过串口与硬PLC等通信设备通信,采集现场信号并经处理后,输出现场信号到主控级层计算机,并对超出阀值的水温进行声光报警。

四、结语

基于软PLC的软PLC技术的海洋馆水环境控制系统,按照科学、可靠、适用的原则进行设计,满足海洋馆“无人值守”的特殊要求,是一项比较成熟的自动化控制系统,具有一定的参考使用价值。

参考文献

[1]李秀辰,崔引安,雷衍之.水产养殖环境工程技术的研究展望[J].中国农业大学学报,1998,3(4).

[2]Burhard von Glasow.以太网何时取代自动化技术中的现场总线//现场总线(PROFIBUS)技术应用论文集第2辑[C].上海:中国机电一体化技术应用协会现场总线(PROFIBUS)专业委员会,2004.

作者简介:张波,供职于烟台工程职业技术学院机电工程系,研究方向:计算机技术。