基于PLC的水产育苗池水温控制系统

大连海洋大学 辽宁 大连 116000

正文：

一、项目介绍

1.1 研究背景

按照目前的发展趋势，水产育苗池的智能化发展技术已经成为新的发展趋势，也成为新的关注焦点话题。就目前的发展形势来看，机械化的智能控制技术只可以运用到一些比较小规模的育苗池中。但由于技术问题，该项智能控制技术还无法普遍大规模的使用，所以那些中大型的水产育苗池都采取的是人工测温，需要大量的人力对水池的温度进行多次的检测。但是这种方法不但耗费时间，人力。同时由于人工不可避免的误差，无法得到精准的数据。与此同时，系统也不能及时对水温相应的反馈的调节，对整个系统乃至经济都会造成一定的负面影响。传统育苗池主要采用燃煤锅炉供热，燃煤锅炉在燃烧中排出大量的二氧化碳和二氧化硫，飘尘，严重污染环境，不符合低碳节能的经济发展。所以，如何解决这一缺陷，就成为了发展大规模育苗池的当务之急，特别是在监控水质和水温的方面依旧比较低，为了确保鱼苗的正常发育，适宜生长的温度环境必不可少，从而提高幼体的成活率并能使其快速发育。

二、硬件介绍

2.1 PLC

目前可编程控制器PLC主要是朝着小型化、廉价话、标准化、高速化、智能化、大容量化、网络化的方向发展，与计算机技术相结合，形成工业控制机系统、分布式控制系统DCS、现场总线控制系统FCS，这将使PLC功能更强，可靠性更高，使用更方便适用面更广。

2.2 传感器

传感器是一种以测量为目的，一一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的、易于处理的电量信号输出的仪器。

热电偶传感器是一种基于热电效应原理，将温度变化转换为电势变化的传感器。

三、设计方案

3.1 软件

系统组成：控制核心为PLC，温度传感器，PLC读入温度变量值后与设定的标准温度值相比较，并计算出误差，执行加热机构，实现温度的闭环控制。

3.2 硬件

3.2.1 PLC

主要从PLC的机型、特殊功能模块、通信联网能力、容量、I/O模块电源模块等方面来考虑。温度控制系统的PLC主单元选择三菱公司的FX2n-48MR。其输出为继电器输出，有24点输入和24点输出。

3.2.2 温度传感器

选择Pt100铂电阻作为传感器，铂电阻是中低温区最常用的一种温度检测器，其主要特点是测量精度高、性能稳定，其中铂热电阻的测量精确度是最高的。

3.2.3 模拟量输入模块

由于Pt100铂电阻温度传感器检测输出的是模拟电阻信号，而PLC只能处理数字信号，所以需要加入一个模拟量输入模块。FX2n-4AD型PLC价格较低且性价比高。所以，整个系统的A/D转换模块选用FX2n-4AD。FX2n-4AD模块出厂时预设的模拟量与数字量之间的比例关系如表所示，增益和偏移还可以通过程序自行修改。

3.2.4 温度模块

温度模块会根据水温的变化，在模块的内部发生形变，从而控制一些自动控制的元件的断开与闭合，同时温度模块也会对育苗池的水温温度进行监控，在监控的同时，对水温进行不定时采样，若温度高出标准值并达到高温极限，温度模块会发出报警信号，经常被使用于温度控制领域。在本控制系统中，热电偶，热电阻产生的是电势以及电阻信号，与模拟量信号不匹配，所以需要温度模块来进行信号之间的转换。

3.3 原理介绍

3.3.1 PID

PID中，P为偏差的比例，I为积分，D为微分。PID是现在控制系统算法中，比较简单的一种算法，同时也能体现反馈控制的思想，能利用反馈来检测偏差信号，并且通过偏差信号来控制被控量。PID功能块通过一个PID回路表来交换数据，这个数据表是在数据存储区中的开辟长度为36字节，因此每个PID功能块在调用时需要指定两个要素。

3.3.2 控制系统编程

在系统中，温度为4 ～ 20mA信号，SM334模拟量输入输出模块采集后的数据范围为5530 ～ 27648。

1、创建输入数值转换功能。

2、创建输出数值转换功能。

四、结论

可编程控制器PLC由于其功能强大、性价比高、抗干扰能力强、可靠性高、能耗低、编程简单等优点而广泛应用于现代工业之中。

本次研究采用PID闭环控制，在控制系统中PID闭环控制是应用很广泛的一种算法。

使用精确度高的温度传感器对育苗池的水温进行温度信号采集，以PLC为控制核心，对热水供应电动阀门进行自动调节（温度不够则阀门开大或起用锅炉供热）使得育苗池水的温在一个较小的波动范围。

而设定采样时间可以实现育苗池水温的实时监测，PLC与上位PC机、温度传感器、太阳能储水池和锅炉供热系统相结合可以实现育苗池的自动控制。在此基础上，可以通过采集太阳能储水池的状态信息来选择是继续使用太阳能储水池供热还是起用锅炉供热，从而达到整个系统的经济运行。

随着对PLC的更深入了解，还可以在控制系统的基础上再增加远程控制指令，以解决各类突发事件，还可以增加其他PLC和上位PC机，构建更复杂的多级网络系统以适应大型的工业自动化控制。近年来，随着科技智能的不断发展，智能控制系统已经渗透至各个领域，并且迅速发展。所以我们也应该紧跟时代的步伐，不断改善，从无到有，从繁到简，建造一套高效率，低消耗的自动控制系统，对水产育苗池水温控制系统起到一定的推广作用。