基于PLC控制的太阳能恒温养蝎箱的设计及应用

2014-01-01南阳农业职业学院万玉吉杨东福张扬

太阳能 2014年9期

南阳农业职业学院 ■ 万玉吉杨东福张扬

0 引言

蝎子的经济价值较高，但所需的生长温度也较高。实验证明，蝎子的最佳生长温度在34～36 ℃之间。如果仅靠自然温度养殖，由于春、秋季温度太低，需3年才能育成，养殖周期太长，不划算；如果把春、秋两季的太阳能充分利用起来，再加上夏天2～3个月的高温时间，1年之内就能育成，可大大缩短养殖周期，进而使经济效益大幅提高。本文将介绍太阳能恒温养蝎箱的设计及应用过程。

1 设计原理

1.1 春、秋两季的设计思路

1.1.1 春、秋两季温度变化分析

春、秋两季的白天与晚上、晴天与阴天温度变化较大。白天晴朗，自然温度在15 ℃以上时，在太阳光的照射下，温箱加盖塑料保温膜后，箱内温度可达35 ℃以上。而长时间保温，箱内温度会更高，这就需箱盖能自动打开或自动盖上，才能保持箱内恒温在35 ℃；阴天与晚上，自然温度在10～20 ℃，即使温箱加盖塑料保温膜，箱内温度也不会达到35 ℃，这就需另外补充热量。

1.1.2 系统构思

春、秋两季，白天晴朗时，利用太阳能加热；阴天与晚上时，利用电热丝加热，再加上两者的转换控制，就需三路自动控制电路，如图1所示。

图1 系统构思方框图

1.1.3 白天晴朗时的设计思路

白天晴朗时，首先由感温盒内的传感器接收太阳能的照射，由光电转换开关把太阳能转化成开关信号，输入PLC，利用PLC内部电路的作用，使装置工作处于光加热状态。

光加热状态时，光控恒温开关动作，首先控制电机正转，箱盖自动打开，太阳光通过塑料保温膜照射到箱内，利用太阳光对箱内加热。当箱内温度升高到设定温度35 ℃时，光控恒温开关又动作，这时PLC控制电机反转，让箱盖自动盖上，防止太阳光继续照射。一段时间后，箱内温度下降到35 ℃以下，光控恒温开关又动作，使箱盖自动打开，让太阳光再照射到箱内。如此循环往复，使箱内温度保持在35 ℃恒温，实现光加热时的恒温控制。

1.1.4 阴天与晚上时的设计思路

阴天和晚上时，箱内温度低于35 ℃，箱盖会自动盖好，光电转换开关使PLC工作在电加热状态。

电加热状态时，电控恒温开关动作，首先通电加热。当箱内温度升高到设定温度35 ℃，电控恒温开关动作，停止加热。一段时间后，箱内温度下降到35 ℃以下，电控恒温开关又动作，继续加热。如此循环往复，使箱内温度保持在35 ℃恒温，实现电加热时的恒温控制。

当然，太阳能恒温控制优先于电能恒温控制，两者的顺序控制部分由PLC内部电路完成。

1.2 夏天时的设计思路

夏天自然温度较高，完全能满足蝎子的生长需要，不需电加热和光加热，必要时还需降温。

2 应用过程

2.1 箱体的设计

1)箱体由 1000 mm × 1500 mm × 450 mm 的泡沫板粘合而成，泡沫板厚40 mm。箱体与水平成倾斜安装，尽量让光线垂直表面，以利于吸收光线。为了提高箱体的强度，泡沫板表面可粘一层较硬材料以防止表面被划伤，如图2所示。

图2 箱体结构图

2)塑料膜要选用透明度较好、有一定强度的专用太阳膜。为了方便检查箱内，塑料膜的安装要简便易行，方便打开。

3) 卷帘由竹席与棉被复合而成，竹席在上、棉被在下，两者缝成一体。卷帘上端固定，下端在拉线的作用下可自由卷起，拉线放松时，利用重力的作用卷帘可自动向下展开。为了防止下雨，可在竹席上方与棉被下方分别粘上塑料纸。

4) 拉线的上端绕在电机的皮带轮上，通过电机的正、反转可实现卷帘的自动动作。

5) 进气孔要靠近箱体底部，出气孔要靠近箱体上部，这样才能保证空气的自然流通，使箱内一直保有新鲜空气。

6) 感温盒就是一个由泡沫板制作的小盒子，用透明的塑料保温膜封口，内部安装温度传感器探头，可随时“感受”太阳光(或温度)的强弱，由光电转换开头把光(或温度)信号转换成电信号，“通知”PLC进入光加热状态。

7) 使用交流同步电机，220 V/20 W，15 r/min。

8) 电热丝可用220 V/70 W或100 W电热毯专用电热丝，强度高、绝缘好、安全可靠。

恒温养殖箱的箱体效果如图3所示。

图3 箱体效果图

2.2 春秋两季时PLC恒温控制

图4为PLC的输入/输出接线图，图5为PLC的梯形图。

图4 PLC输入/输出接线图

图5 PLC梯形图

2.2.1 光照时的PLC恒温控制

上午(太阳出来)光线变强时，感温盒内受光照作用，温度升高到35 ℃以上时，光电转换开关S0闭合，使PLC的输入继电器X0闭合，中间继电器M0得电，M0的各触点改变状态。

M0的各触点改变状态后，进入光加热状态。首先PLC的输出继电器Y0得电，使电机正转，卷帘慢慢卷起(卷帘的卷动时间由T1决定)，卷帘卷动结束后，Y0复位。之后，便由太阳光通过塑料膜对箱内加热。当箱内温度升高到35 ℃时，箱内光控恒温开关动作，其常开接点S1闭合，使PLC内的输入继电器X1改变状态，中间继电器M1各触点改变状态，使输出继电器Y1得电，电机反转，卷帘慢慢展开(卷帘展开时间由T2决定)，卷帘展开结束后，Y1复位。之后，由卷帘覆盖保温。当箱体内温度低于35 ℃时，箱内光控恒温开关S1复位，又使X1复位，卷帘又卷起，让太阳光再次对箱内加热。依次循环，太阳光使箱内保持35 ℃恒温。

2.2.2 电加热时的PLC恒温控制

下午(包括阴天与晚上)光线变暗时，感温盒内温度低于35 ℃时，光电转换开关S0断开，输入继电器X0断开，中间继电器M0复位，光加热失去作用，自动变为电加热状态。

电加热状态时，箱内电控恒温开关动作，S2闭合，PLC内输入继电器X2闭合，使输出继电器Y2得电，进行电加热。当箱内温度达到35 ℃时，S2自动断开，输出继电器Y2失电，停止加热；当箱内温度低于35 ℃时，S2又闭合，重新加热。依次循环往复，使箱内保持35 ℃恒温。